一種半導體激光器溫度控制電路制造技術

一種半導體激光器溫度控制電路，溫度控制電路由溫度電壓轉換電路、PID補償網絡電路、外圍H橋電路、低通濾波電路構成。半導體激光器溫度控制電路選定ADN8831作為激光器的溫度控制主芯片，ADN8831輸入端的電壓值對應一個設定好的目標溫度。適當大小的電流流過TEC(Thermo?Electric?Cooler)，使TEC加熱或制冷，在這個過程中使激光器表面溫度向設定溫度值。電路結構緊湊，成本較低，工作穩定降低了功耗的同時提高了控制精度，可以為激光器提供恒定且可調的工作溫度。

Temperature control circuit for semiconductor laser

A temperature control circuit of a semiconductor laser consists of a temperature and voltage conversion circuit, a PID compensation network circuit, a peripheral H bridge circuit and a low-pass filter circuit. The temperature control circuit of the semiconductor laser selects the ADN8831 as the temperature control main chip of the laser, and the voltage value of the ADN8831 input corresponds to a set target temperature. The appropriate size of the current flowing through the TEC (Thermo Electric Cooler), the TEC of heating or cooling, in the process of the laser surface temperature to the set temperature value. The utility model has the advantages of compact structure, low cost, stable operation, reduced power consumption, improved control accuracy, and constant and adjustable operating temperature for the laser.

【技術實現步驟摘要】
一種半導體激光器溫度控制電路
本專利技術涉及一種半導體激光器溫度控制電路，適用于溫度控制領域。
技術介紹
現代激光技術在工業加工、精密測量、通訊、信息處理、醫學、軍事和科學技術研究等領域得到了廣泛的應用，所形成的相關產業已成為推動社會和經濟發展的動力之一。目前，半導體激光器得到了廣泛地應用，而熱問題一直伴隨著半導體激光器的誕生與發展，特別是對于大功率半導體激光器而言，如何有效地控制工作過程的溫度，從而增強其抗銷毀能力、提高光輸出功率，逐漸受到了人們的重視。半導體激光器廣泛應用于科研、國防、工業等領域中。但由于半導體激光器工作時溫度的自身溫度的升高使其波長展寬，嚴重影響了測量儀器的精度、通信質量、更不能適應惡劣的工業環境。因此需要對半導體激光器的溫度變化進行嚴格控制。由于半導體激光器溫度數學模型的不確定性（其溫度隨注入電流的大小而改變），而且控制精度要求比較高，因此設計一種可以為激光器提供恒定且可調的工作溫度，同時降低損耗的溫度控制電路很有必要。
技術實現思路
本專利技術提供一種半導體激光器溫度控制電路，電路結構緊湊，成本較低，工作穩定降低了功耗的同時提高了控制精度，可以為激光器提供恒定且可調的工作溫度。本專利技術所采用的技術方案是。半導體激光器溫度控制電路選定ADN8831作為激光器的溫度控制主芯片，ADN8831輸入端的電壓值對應一個設定好的目標溫度。適當大小的電流流過TEC(ThermoElectricCooler)，使TEC加熱或制冷，在這個過程中使激光器表面溫度向設定溫度值。所述溫度電壓轉換電路中，電橋由R1，R=2，RTH組成，當電橋處于穩定狀態時候，設定溫度值就是激光器表面的溫度值，其中RTH是具有負溫度系數的熱敏電阻，用來測量安放在TEC表面上的激光器的溫度。期望的激光器溫度用一個固定的電壓值來表示，與熱敏電阻產生的電壓值通過高精度運算放大器進行比較，比較后產生的誤差電壓通過高增益的放大器放大。所述PID(ProportionIntegratorDifferentiator)比例積分微分調節補償網絡是決定了TEC控制器的響應速度和溫度穩定性，PID相當于放大倍數可調的放大器，用比例運算和積分運算來提高調節精度，用微分運算加速過渡過程，較好地解決了調節速度與精度的矛盾。在進行修正時，采用調節補償電路參數的方法來使TEC控制系統的響應時間和精度變得更優。把前級誤差運放的輸出連接到溫度補償電路的輸入管腳上。所述外圍H橋電路中的P1，P2，N1，N2，OUTA,OUTB分別連到ADN8831的P1，P2，N1，N2，OUTA,OUTB引腳上。TEC控制器設在H橋中間，構成一個不對稱橋。ADN8831對H橋的左支采用開關方式驅動，右支采用線性方式驅動，即當開關管N1導通、開關管P1關閉、P2常通、N2常閉時，電流從TEC的OUTB端經TEC流向OUTA端，此為制冷狀態；當開關管N1關閉、開關管P1導通、P2常閉、N2常通時，電流從TEC的OUTA端經TEC流向OUTB端，此為致熱狀態。這種靈活又方便的外接H橋，能更好的提高電源效率，減小紋波電流，增加了散熱路徑。所述低通濾波電路R1表示TEC電阻，R1是C1的等效串聯電阻，R2等于L1的寄生電阻加上Q1或Q2的導通電阻，并且R1和R2要遠遠小于RL，VX是在PVDD和PGND之間變化的脈沖寬度調制電壓，構成了一個二階的低通濾波網絡。本專利技術的有益效果是：電路結構緊湊，成本較低，工作穩定降低了功耗的同時提高了控制精度，可以為激光器提供恒定且可調的工作溫度。附圖說明下面結合附圖和實施例對本專利技術進一步說明。圖1是本專利技術的TEC控制原理框圖。圖2是本專利技術的溫度電壓轉換電路。圖3是本專利技術的差分放大與PID補償部分電路。圖4是本專利技術的外圍H橋電路。圖5是本專利技術的低通濾波電路。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1，TEC控制中，熱敏電阻用來測量安放在TEC表面上的激光器的溫度。期望的激光器溫度用一個固定的電壓值來表示，與熱敏電阻產生的電壓值通過高精度運算放大器進行比較，比較后產生的誤差電壓通過高增益的放大器放大，同時補償網絡對因為激光器的冷熱端引起的相位延遲進行補償，補償后驅動H橋輸出，H橋不僅控制TEC電流的大小還能控制TEC電流的方向。當激光器的溫度值低于設定點溫度值時，H橋會朝TEC一個方向按一定的幅值驅動電流，此時TEC處于加熱狀態;當激光器的溫度值高于設定點溫度值時，H橋會減少TEC的電流大小甚至會改變TEC的電流方向，這時TEC就處于制冷狀態。當控制環路達到平衡時，TEC的電流的大小和方向就調整好了，激光器溫度就會慢慢的向設定好溫度靠近。如圖2，溫度電壓轉換電路中，電橋由R1，R=2，RTH組成，當電橋處于穩定狀態時候，設定溫度值就是激光器表面的溫度值，其中RTH是具有負溫度系數的熱敏電阻，用來測量安放在TEC表面上的激光器的溫度。期望的激光器溫度用一個固定的電壓值來表示，與熱敏電阻產生的電壓值通過高精度運算放大器進行比較，比較后產生的誤差電壓通過高增益的放大器放大。如圖3，PID(ProportionIntegratorDifferentiator)比例積分微分調節補償網絡是決定了TEC控制器的響應速度和溫度穩定性，PID相當于放大倍數可調的放大器，用比例運算和積分運算來提高調節精度，用微分運算加速過渡過程，較好地解決了調節速度與精度的矛盾。在進行修正時，采用調節補償電路參數的方法來使TEC控制系統的響應時間和精度變得更優。把前級誤差運放的輸出連接到溫度補償電路的輸入管腳上。如圖4，外圍H橋電路中的P1，P2，N1，N2，OUTA,OUTB分別連到ADN8831的P1，P2，N1，N2，OUTA,OUTB引腳上。TEC控制器設在H橋中間，構成一個不對稱橋。ADN8831對H橋的左支采用開關方式驅動，右支采用線性方式驅動，即當開關管N1導通、開關管P1關閉、P2常通、N2常閉時，電流從TEC的OUTB端經TEC流向OUTA端，此為制冷狀態；當開關管N1關閉、開關管P1導通、P2常閉、N2常通時，電流從TEC的OUTA端經TEC流向OUTB端，此為致熱狀態。這種靈活又方便的外接H橋，能更好的提高電源效率，減小紋波電流，增加了散熱路徑。如圖5，低通濾波電路R,表示TEC電阻，R1是C1的等效串聯電阻，R2等于L1的寄生電阻加上Q1或Q2的導通電阻，并且R1和R2要遠遠小于RL，VX是在PVDD和PGND之間變化的脈沖寬度調制電壓，構成了一個二階的低通濾波網絡。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種半導體激光器溫度控制電路，其特征是：所述的溫度控制電路由溫度電壓轉換電路、PID補償網絡電路、外圍H橋電路、低通濾波電路構成。

【技術特征摘要】
1.一種半導體激光器溫度控制電路，其特征是：所述的溫度控制電路由溫度電壓轉換電路、PID補償網絡電路、外圍H橋電路、低通濾波電路構成。2.根據權利要求1所述的一種半導體激光器溫度控制電路，其特征是：所述半導體激光器溫度控制電路選定ADN8831作為激光器的溫度控制主芯片，ADN8831輸入端的電壓值對應一個設定好的目標溫度。3.根據權利要求1所述的一種半導體激光器溫度控制電路，其特征是：所述的溫度電壓轉換電路中，電橋由R1，R=2，RTH組成，當電橋處于穩定狀態時候，設定溫度值就是激光器表面的溫度值。4.根據權利要求1所述的一種半導體激光器溫度控制電路，其特征是：所述PID比例積分微分調節補償網...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張鳳軍，
申請(專利權)人：張鳳軍，
類型：發明
國別省市：遼寧,21