基于MAX1968的LD自動(dòng)溫度控制系統設計(TEC驅動(dòng)芯片

引 言

LD(激光二極管)由于其波長(cháng)范圍寬、制作簡(jiǎn)單、成本低、易于大量生產(chǎn)，而且體積小、重量輕、壽命長(cháng)，因而品種發(fā)展快，目前已超過(guò)300種，應用范圍覆蓋了整個(gè)光電子學(xué)領(lǐng)域，成為當今光電子科學(xué)的核心技術(shù)，廣泛應用于激光測距、激光雷達、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導跟蹤、引燃引爆、自動(dòng)控制、檢測儀器等領(lǐng)域，并形成了廣闊的市場(chǎng)。

LD缺點(diǎn)是輸出特性受溫度影響很大，見(jiàn)圖1。

隨著(zhù)溫度的升高，需要有更多的載流子注入來(lái)維持所需的粒子數反轉，LD的閾值電流升高，這會(huì )導致LD的能量轉化效率降低，將電能轉換為熱能，發(fā)射波長(cháng)也隨著(zhù)溫度的變化發(fā)生漂移。如果LD不能快速有效地制冷，則不儀會(huì )影響其輸出特性，甚至會(huì )損壞LD。

為了保證LD有較長(cháng)的工作壽命，必須采取ATC(自動(dòng)溫度控制)措施，通過(guò)控制LD管芯溫度來(lái)維持LD正常工作的溫度。

一般ATC是采用半導體TEC(熱電制冷器)。TEC是一種沒(méi)有運動(dòng)部分的小型熱泵，常被運用于空間有限和高可靠性的場(chǎng)合。TEC的功能實(shí)現取決于供電電流的方向，通過(guò)改變電流方向實(shí)現制熱或者制冷。本文介紹的芯片MAX1968，是用來(lái)控制TEC實(shí)現LD的ATC。

1 LD熱電溫度控制原理

LD溫度控制的基本原理是：溫度傳感器實(shí)時(shí)地測量安放在TEC冷端的激光管溫度，期望的工作溫度由設定點(diǎn)的電壓來(lái)表示，它與溫度傳感器產(chǎn)生的表示LD實(shí)際溫度的電壓通過(guò)運放進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個(gè)偏差電壓，此信號經(jīng)過(guò)相應的硬件和控制算法處理后，輸出一定的電壓經(jīng)過(guò)驅動(dòng)電路送給TEC模塊，TEC根據流過(guò)電流的方向，對LD進(jìn)行制冷或加熱，使得LD穩定在所要求的溫度值。LD的溫度控制系統必須滿(mǎn)足精度高，響應速度快、穩定性好的要求，而且要能實(shí)現雙向控制，以適應外界溫度變化和LD本身工作條件的不確定性。同時(shí)，還要考慮到LD的保護問(wèn)題。

TEC控制器按輸出的工作模式可分成線(xiàn)性模式和開(kāi)關(guān)模式。傳統LD的熱電溫度控制大多采用線(xiàn)性模式的TEC控制器，一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性驅動(dòng)TEC電路由兩個(gè)推挽功率三極管構成，雖然具有電流紋波小且容易設計和制造的優(yōu)點(diǎn)，但功率效率低、控制精度不高，電路集成度較低，而且存在溫度控制“死區”問(wèn)題。

本文介紹的MAX1968是高度集成、高性?xún)r(jià)比、高效率的開(kāi)關(guān)型TEC模塊驅動(dòng)器，采用直接的電流控制。

2 MAX1968功能及其特點(diǎn)

MAX1968是一款適用于Peltier TEC模塊的開(kāi)關(guān)型驅動(dòng)芯片，工作于單電源，能夠提供±3 A雙極性輸出，其功能框圖如圖2所示。