基于MAX1968的LD自動溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(TEC驅(qū)動芯片

MAX1968主要由兩個開關(guān)型同步降壓穩(wěn)壓器組成，100％的占窄比實現(xiàn)了低壓差操作。在兩個同步降壓穩(wěn)壓器輸出端配有高效MOSFET，由LX1、LX2引出，經(jīng)過LC濾波驅(qū)動TEC。兩個穩(wěn)壓器同時工作產(chǎn)生一個差動電壓，直接控制TEC電流，實現(xiàn)TEC電流的雙向控制，雙極性工作避免了線性驅(qū)動所存在的“死區(qū)”問題，以及輕載電流時的非線性問題，能夠?qū)崿F(xiàn)無“死區(qū)”溫度控制。外部控制電路的輸出電壓加在TEC電流控制輸入端CTL1，直接設(shè)置TEC電流。一般TEC+接OS2，TEC-接OS1，OS1和OS2不是功率輸出，而是用來感測通過TEC的電流，流過TEC的電流由下式確定：

式中：RSENSE為TEC電流的感應(yīng)電阻；VCTL1為外部控制電路的輸出電壓；VREF為參考電壓(1.5 V)。

假設(shè)正向電流為加熱，則VCTL1>1.5 V為加熱，電流的流向從OS2到OS1，OS1、OS2、CS這3個引腳的電壓關(guān)系為：VOS2>VOS1>VCS，反之則制冷。

開關(guān)穩(wěn)壓器是按周期運作的，以把功率傳輸?shù)揭粋€輸出端，這種轉(zhuǎn)換方法會在基頻及諧波上產(chǎn)生很大的噪聲分量，但是在MAX1968中是相位轉(zhuǎn)換并提供互補(bǔ)同相工作周期，所以紋波波形大大減小，抑制了紋波電流和電氣噪聲進(jìn)入TEC模塊，進(jìn)而影響LD工作性能。FREQ用來設(shè)置內(nèi)部振蕩器的開關(guān)頻率，當(dāng)FREQ接地頻率為500 kHz，F(xiàn)REQ接電源頻率為1 MHz。

MAX1968片內(nèi)帶有的MOSFET驅(qū)動器，減少了外部元件，芯片工作在較高的開關(guān)頻率下，可以用更小的電感和電容，從而減少PCB(印制電路板)的面積、降低成本。

為了確保電流控制環(huán)的穩(wěn)定，在COMP端接一補(bǔ)償電容，此電容的值可由下式確定：

式中:f為電流控制環(huán)的頻率，一般不大于LX1端的濾波諧振頻率；gm為環(huán)的跨導(dǎo)，典型值為100μA／V；RTEC為TEC阻抗。

將SHDN引腳置低，MAX1968還可以工作在省電模式。

芯片還提供了一系列的保護(hù)和監(jiān)測功能：

a) 限制流過TEC最大的正向和反向電流，而且是獨立控制的?？筛鶕?jù)使用的TEC在REF和GND之間通過分壓電阻，在引腳MAXIP和MAXIN端設(shè)置。

b) ITEC為狀態(tài)輸出，用以監(jiān)測TEC的電流，是通過CS與OS1之間的電流感應(yīng)電阻取樣，此輸出電壓與流過TEC的電流成正比。

c) TEC電壓限制功能，MAX1968為TEC提供了最大壓差控制，在REF和GND之間通過分壓電阻設(shè)置VMAx，VMAx在0～1.5 V內(nèi)變化，而通過TEC的電壓為VMAX的4倍。

d) 模擬控制信號直接精確地設(shè)置TEC電流，消除了TEC中的浪涌電流。

3 MAX1968應(yīng)用電路設(shè)計方案

要保證LD正常工作，首先要確定LD的正常工作溫度。LD現(xiàn)在一般都做成內(nèi)帶背光檢測光敏二極管，TEC和溫度傳感器的LD組件其半導(dǎo)體制冷器和溫度傳感器都緊貼在LD的管芯上，這樣制冷效果很好，而且溫度傳感器檢測到的溫度能正確地反應(yīng)LD的工作溫度。MAX1968是一個TEC控制器，用于設(shè)定和穩(wěn)定TEC的溫度。每個加載在MAX1968電流控制輸入端的電壓對應(yīng)一個目標(biāo)溫度設(shè)定點。適當(dāng)?shù)碾娏魍ㄟ^TEC將驅(qū)動TEC對LD供熱或是制冷。LD的溫度由溫度傳感器來測量并反饋給MAX1968，用于調(diào)整系統(tǒng)回路和驅(qū)動TEC工作。TEC控制器為了完成此工作，需要一個精密的輸入放大器，用以準(zhǔn)確測量目標(biāo)溫度和LD實際溫度之間的差別；需要一個補(bǔ)償放大器，用以優(yōu)化TEC對溫度間隔的反應(yīng)。MAX1968能高效率工作以減小熱量，而且體積小，系統(tǒng)外部元件少，所以可廣泛應(yīng)用于激光器、各種光電儀器和光通信、自動測試設(shè)備和生物技術(shù)實驗室沒備等ATC系統(tǒng)。圖3為利用MAX1968設(shè)計LD的溫度控制系統(tǒng)。

系統(tǒng)中主控回路采用負(fù)反饋，將溫度傳感器輸出的電壓與給定電壓比較，所得誤差值經(jīng)放大和一定的控制電路或控制算法后，送入MAX1968，以控制TEC上的電壓、電流的大小和方向，進(jìn)而實現(xiàn)制冷或制熱。

下面簡單介紹LD溫度控制系統(tǒng)中有關(guān)溫度傳感器、給定溫度值等部分的選擇方案。