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

3.1 溫度傳感器的選擇

溫度傳感器的選擇至少要考慮4方面因素：線(xiàn)性度、溫度范圍、靈敏性以及其大小。常用的溫度傳感器有負溫度系數的熱敏電阻、RTD(電阻溫度檢測器，包括鉑電阻、銅電阻等)、集成溫度傳感器(如LM335、AD590或AD592等)，它們的有關(guān)參數比較見(jiàn)表1。

最常用的是熱敏電阻，其靈敏度高，體積小，價(jià)格低，但是其阻值與溫度呈非線(xiàn)性關(guān)系，所以在應用中通常要進(jìn)行線(xiàn)性化處理。RTD的阻值隨著(zhù)溫度的變化線(xiàn)性增加，但其靈敏性較差，一般用在穩定性要求不高的場(chǎng)合。LM335、AD590在整個(gè)溫度范圍內都具有很好的線(xiàn)性，而且靈敏度很高，LM335是電壓輸出型，溫度每變化1 K，其電壓改變10 mV；AD590是電流輸出型，溫度每變化1 K，其電流變化1 mA。它們的溫度穩定性可達到0.01℃，在LD溫度控制系統中應用也很廣泛。

3.2 給定溫度值的設定

采用電阻分壓器直接設定溫度值，其電路簡(jiǎn)單，操作方便，但調節比較麻煩，而且精度不高。

利用單片機設定相對某一溫度的給定電壓數字量，經(jīng)D／A轉換器芯片(如MAX5144)轉換為模擬給定值。這種方法電路較復雜，但可通過(guò)程序直接將給定值設定在期望值附近，數字調節的精度很高，而且單片機還可應用于控制電路后續的處理和顯示電路中。

3.3 控制方法

溫度傳感器所提供的反饋信號與設定的溫度值比較后得到的誤差項經(jīng)過(guò)放大處理送給控制電路。最常用的控制電路是由分立元件所構成的模擬PID，也可以是數字PID控制，但是有一點(diǎn)要注意，數字PID容易在系統引入噪聲，需要進(jìn)行適當處理，否則會(huì )影響系統的性能。除了上面兩種控制方法，還有一種較為常用的方法就是在系統中利用單片機作為微控制器，通過(guò)A／D、D／A轉換和PID算法，輸出模擬量給MAX1968的CTL1，以驅動(dòng)TEC實(shí)現對LD的加熱或制冷，軟硬件結合，可以提高整個(gè)系統的穩定性和精度。

3.4 其他注意事項

元器件選定后構建LD溫度控制系統最重要的工作就是機械安裝。如果熱沉不合適或者器件之間的熱傳導很差，不僅會(huì )使得系統性能下降，甚至可能會(huì )導致器件的損壞。

從概念上說(shuō)，熱沉的作用很簡(jiǎn)單：提供一個(gè)恒溫表面，通常接近室溫。熱沉的性能將影響系統最大溫度范圍和溫度穩定性。為了有效地散熱，熱沉最好是帶有翅狀的突起，熱沉表面積越大，熱量消散越快。如果熱沉設計不好，系統會(huì )陷入熱量失控的惡性循環(huán)，即熱沉不能及時(shí)將泵浦進(jìn)去的熱量轉移走，則TEC冷端的溫度會(huì )升高，傳感器感測到這個(gè)溫升后，控制器將增加輸出電流以補償溫度的升高，而隨著(zhù)電流的增加又泵浦更多的熱量進(jìn)入熱沉，進(jìn)一步升高TEC冷端的溫度。這樣不斷循環(huán)下去直到到達電流的極限值，這時(shí)系統將不再受控，激光器也無(wú)法穩定在設定的溫度值。所以熱沉應能及時(shí)將激光器和TEC冷端所產(chǎn)生的熱量消散掉。

TEC模塊安裝到熱沉中有不同的方法，對具體的TEC，制造商會(huì )推薦適當的安裝方式，為實(shí)現優(yōu)化溫度控制，從待冷卻(或加熱)的器件到TEC表面的熱通路應有高的熱傳導率和短的物理長(cháng)度，溫度傳感器也盡可能靠近激光器以提高測量準確度。同時(shí)，還要盡量減小輻射和對流所帶來(lái)的損失。

4 結束語(yǔ)

本文介紹TEC驅動(dòng)芯片MAX1968的控制原理及其特點(diǎn)，并給出了該芯片的應用設計方案，同時(shí)討論了構成系統的各部件選擇方案或原則，對不同的LD和TEC只要恰當地選擇外圍器件，用MAX1968構建的溫度控制系統可以快速穩定地達到所設定的溫度值，穩定性可達到0.01℃。