半导体制冷器 TEC 的驱动与控制VIP免费

如何控制和补偿半导体制冷器摘要在很多需要精密温度控制的设备中经常可以看到半导体制冷器。对温度及其敏感的组件往往与TEC和温度监视器集成到一个单一热工程模块。半导体制冷器也可以通过翻转电流而制热。TEC非常小的体积为精密控制单个组件(例如，光纤激光器驱动器，高精度的参考电压或任何温度敏感型设备)的温度提供了可能。此应用手册简要讨论TEC设计的起源和历史，然后概述了TEC基本操作。随后又说明了TEC的控制和补偿问题。该文最后详细分析了TEC控制的优化以及优化方程。关键字：PID、DWDM、SFF、SFP、光纤、激光模块、热电冷却器，热电偶、TEC，温度控制，热循环热敏电阻简介1821年托马斯・塞贝克发现，两个不同的材料的导体连在一起，并且两个材料各自的温度不同的时候，这个环路内就会有电流流过。十二年后，皮尔贴()发现了与这一现象相反的效果：通过削减环路中的一个导体，使外部电流流经环路，然后就可以发现两个连接点之间有温度差出现，这一现象后来被称作皮尔贴效应。由于那时的材料所限，皮尔贴效应中材料之间的温度差有大部分都是大电流流过材料所产生的电阻热。随着近来材料学的不断进步，这些连接点制热或制冷的效应越加变得实用化，它可以作为热电泵，使用起来和基于氟碳蒸气压缩的制冷方式并没有太大的差别。虽然TEC仍然不如氟碳蒸发循环设备更加实用，但是它没有移动部件和工作流体，这就为制冷设备小型化提供了可能。基本工作原理由于皮尔贴效应可以通过电流线性控制，半导体制冷器(TEC)已经在涉及精密温度控制的设备中得到了大量的应用。温度敏感型器件、TEC、温度传感器被集成到一个单一的模块中。TEC控制需要一个电平可以翻转的电源以提供正电压和负电压。要想在单电源设备中做到这一点，那么完全可以使用H桥电路。线性稳压电源总会有纹波，同时它的效率非常低，需要大体积的元件并且还要做好热隔离防止调整管发出的热量加载到制冷器上。但是两个有着互补驱动的同步降压电路能够从单电源获得双电源，同时使单一正电源供电有更高的效率。强外加的脉冲宽度调制(PWM)控制两个输出电压，使流经TEC的电流改变大小和方向。通过电流的不断改变，小体积的TEC可以高精度控制各种分立器件的温度，如光纤激光驱动器，精密电压基准，或任何其它的温度敏感型器件。也可以通过翻转流经TEC的电流使它制执。八、、。TEC功率控制MAX1968和MAX1978是一种用来驱动基于皮尔贴效应的半导体制冷器的高集成度H桥PWM开关式驱动芯片。MAX1968是一个符合成本效益的解决方案，因为它集成了4个电源开关控制和PWM控制，它采用28引脚耐热增强型TSSOP-EP封装。MAX1978而是48引脚TQFN-EP封装，它包括MAX1968所有的电路，以及建立热反馈回路的放大器。MAX8520和MAX8521分别采用采用20引脚TQFN封装（MAX8520）和36焊球WLP封装（MAX8521），提供了最小的PCB封装解决方案。MAX1978裸露的散热片使其包装可耗散热量高达3.2W,并且内部集成有电压转换模块,可以从单一5V电源的到双极±3V,驱动电流3A的电压。开关频率可以在500kHz或1MHz切换。独立的正和负输出电流阈值和电压阈值控制电路已经在芯片上集成，并且可以通过外部电阻器对其进行设定。模拟控制信号精确地设置流经TEC电流的大小而不关注TEC两端的电压。高度集成的MAX1978提供了成本合理，体积合适的驱动控制TEC的解决方案，并且这一方案的控制闭环只需要一些无源外部元件。使用控制闭环来调节TEC温度为了达到精密控制温度的目的，需要TEC模块内或附近的温度监视器发送温度信息与基准相比较，产生一个误差信号。该误差信号被放大，并发送到TEC。TEC然后制热或制冷以改变器件温度，本地监控温度随之改变从而完成循环。如同任何控制回路，稳态精度与DC环路增益密切相关。由于大量杂散热量的原因，环路对TEC温度变化的反应时间可能要有几十秒之多。因此，TEC和监控回路需要一个补偿电路以避免振荡和过冲。又因为最终积分器需要大的时间常数，很难找到大容量的电容器同时具有足够的低泄漏，以实现高的直流增益。因此，要实现稳定，最小尺寸的积分电容必须认真选择。要想对热闭环进行补偿，就必须理解的TEC模块的热响应。可以通过使用MAX1968或...