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

引 言

LD(激光二極管)由于其波長范圍寬、制作簡單、成本低、易于大量生產(chǎn)，而且體積小、重量輕、壽命長，因而品種發(fā)展快，目前已超過300種，應(yīng)用范圍覆蓋了整個(gè)光電子學(xué)領(lǐng)域，成為當(dāng)今光電子科學(xué)的核心技術(shù)，廣泛應(yīng)用于激光測距、激光雷達(dá)、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導(dǎo)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。

LD缺點(diǎn)是輸出特性受溫度影響很大，見圖1。

隨著溫度的升高，需要有更多的載流子注入來維持所需的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，LD的閾值電流升高，這會(huì)導(dǎo)致LD的能量轉(zhuǎn)化效率降低，將電能轉(zhuǎn)換為熱能，發(fā)射波長也隨著溫度的變化發(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?xí)p壞LD。

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

一般ATC是采用半導(dǎo)體TEC(熱電制冷器)。TEC是一種沒有運(yùn)動(dòng)部分的小型熱泵，常被運(yùn)用于空間有限和高可靠性的場合。TEC的功能實(shí)現(xiàn)取決于供電電流的方向，通過改變電流方向?qū)崿F(xiàn)制熱或者制冷。本文介紹的芯片MAX1968，是用來控制TEC實(shí)現(xiàn)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(shè)定點(diǎn)的電壓來表示，它與溫度傳感器產(chǎn)生的表示LD實(shí)際溫度的電壓通過運(yùn)放進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個(gè)偏差電壓，此信號(hào)經(jīng)過相應(yīng)的硬件和控制算法處理后，輸出一定的電壓經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路送給TEC模塊，TEC根據(jù)流過電流的方向，對LD進(jìn)行制冷或加熱，使得LD穩(wěn)定在所要求的溫度值。LD的溫度控制系統(tǒng)必須滿足精度高，響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好的要求，而且要能實(shí)現(xiàn)雙向控制，以適應(yīng)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(hù)問題。

TEC控制器按輸出的工作模式可分成線性模式和開關(guān)模式。傳統(tǒng)LD的熱電溫度控制大多采用線性模式的TEC控制器，一個(gè)簡單的線性驅(qū)動(dòng)TEC電路由兩個(gè)推挽功率三極管構(gòu)成，雖然具有電流紋波小且容易設(shè)計(jì)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(qū)”問題。

本文介紹的MAX1968是高度集成、高性價(jià)比、高效率的開關(guān)型TEC模塊驅(qū)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模塊的開關(guān)型驅(qū)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。