一种半导体激光器温度控制电路制造技术

一种半导体激光器温度控制电路，温度控制电路由温度电压转换电路、PID补偿网络电路、外围H桥电路、低通滤波电路构成。半导体激光器温度控制电路选定ADN8831作为激光器的温度控制主芯片，ADN8831输入端的电压值对应一个设定好的目标温度。适当大小的电流流过TEC(Thermo Electric Cooler)，使TEC加热或制冷，在这个过程中使激光器表面温度向设定温度值。电路结构紧凑，成本较低，工作稳定降低了功耗的同时提高了控制精度，可以为激光器提供恒定且可调的工作温度。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光器温度控制电路
本专利技术涉及一种半导体激光器温度控制电路，适用于温度控制领域。
技术介绍
现代激光技术在工业加工、精密测量、通讯、信息处理、医学、军事和科学技术研究等领域得到了广泛的应用，所形成的相关产业已成为推动社会和经济发展的动力之一。目前，半导体激光器得到了广泛地应用，而热问题一直伴随着半导体激光器的诞生与发展，特别是对于大功率半导体激光器而言，如何有效地控制工作过程的温度，从而增强其抗销毁能力、提高光输出功率，逐渐受到了人们的重视。半导体激光器广泛应用于科研、国防、工业等领域中。但由于半导体激光器工作时温度的自身温度的升高使其波长展宽，严重影响了测量仪器的精度、通信质量、更不能适应恶劣的工业环境。因此需要对半导体激光器的温度变化进行严格控制。由于半导体激光器温度数学模型的不确定性（其温度随注入电流的大小而改变），而且控制精度要求比较高，因此设计一种可以为激光器提供恒定且可调的工作温度，同时降低损耗的温度控制电路很有必要。
技术实现思路
本专利技术提供一种半导体激光器温度控制电路，电路结构紧凑，成本较低，工作稳定降低了功耗的同时提高了控制精度，可以为激光器提供恒定且可调的工作温度。本专利技术所采用的技术方案是。半导体激光器温度控制电路选定ADN8831作为激光器的温度控制主芯片，ADN8831输入端的电压值对应一个设定好的目标温度。适当大小的电流流过TEC(ThermoElectricCooler)，使TEC加热或制冷，在这个过程中使激光器表面温度向设定温度值。所述温度电压转换电路中，电桥由R1，R=2，RTH组成，当电桥处于稳定状态时候，设定温度值就是激光器表面的温度值，其中RTH是具有负温度系数的热敏电阻，用来测量安放在TEC表面上的激光器的温度。期望的激光器温度用一个固定的电压值来表示，与热敏电阻产生的电压值通过高精度运算放大器进行比较，比较后产生的误差电压通过高增益的放大器放大。所述PID(ProportionIntegratorDifferentiator)比例积分微分调节补偿网络是决定了TEC控制器的响应速度和温度稳定性，PID相当于放大倍数可调的放大器，用比例运算和积分运算来提高调节精度，用微分运算加速过渡过程，较好地解决了调节速度与精度的矛盾。在进行修正时，采用调节补偿电路参数的方法来使TEC控制系统的响应时间和精度变得更优。把前级误差运放的输出连接到温度补偿电路的输入管脚上。所述外围H桥电路中的P1，P2，N1，N2，OUTA,OUTB分别连到ADN8831的P1，P2，N1，N2，OUTA,OUTB引脚上。TEC控制器设在H桥中间，构成一个不对称桥。ADN8831对H桥的左支采用开关方式驱动，右支采用线性方式驱动，即当开关管N1导通、开关管P1关闭、P2常通、N2常闭时，电流从TEC的OUTB端经TEC流向OUTA端，此为制冷状态；当开关管N1关闭、开关管P1导通、P2常闭、N2常通时，电流从TEC的OUTA端经TEC流向OUTB端，此为致热状态。这种灵活又方便的外接H桥，能更好的提高电源效率，减小纹波电流，增加了散热路径。所述低通滤波电路R1表示TEC电阻，R1是C1的等效串联电阻，R2等于L1的寄生电阻加上Q1或Q2的导通电阻，并且R1和R2要远远小于RL，VX是在PVDD和PGND之间变化的脉冲宽度调制电压，构成了一个二阶的低通滤波网络。本专利技术的有益效果是：电路结构紧凑，成本较低，工作稳定降低了功耗的同时提高了控制精度，可以为激光器提供恒定且可调的工作温度。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的TEC控制原理框图。图2是本专利技术的温度电压转换电路。图3是本专利技术的差分放大与PID补偿部分电路。图4是本专利技术的外围H桥电路。图5是本专利技术的低通滤波电路。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1，TEC控制中，热敏电阻用来测量安放在TEC表面上的激光器的温度。期望的激光器温度用一个固定的电压值来表示，与热敏电阻产生的电压值通过高精度运算放大器进行比较，比较后产生的误差电压通过高增益的放大器放大，同时补偿网络对因为激光器的冷热端引起的相位延迟进行补偿，补偿后驱动H桥输出，H桥不仅控制TEC电流的大小还能控制TEC电流的方向。当激光器的温度值低于设定点温度值时，H桥会朝TEC一个方向按一定的幅值驱动电流，此时TEC处于加热状态;当激光器的温度值高于设定点温度值时，H桥会减少TEC的电流大小甚至会改变TEC的电流方向，这时TEC就处于制冷状态。当控制环路达到平衡时，TEC的电流的大小和方向就调整好了，激光器温度就会慢慢的向设定好温度靠近。如图2，温度电压转换电路中，电桥由R1，R=2，RTH组成，当电桥处于稳定状态时候，设定温度值就是激光器表面的温度值，其中RTH是具有负温度系数的热敏电阻，用来测量安放在TEC表面上的激光器的温度。期望的激光器温度用一个固定的电压值来表示，与热敏电阻产生的电压值通过高精度运算放大器进行比较，比较后产生的误差电压通过高增益的放大器放大。如图3，PID(ProportionIntegratorDifferentiator)比例积分微分调节补偿网络是决定了TEC控制器的响应速度和温度稳定性，PID相当于放大倍数可调的放大器，用比例运算和积分运算来提高调节精度，用微分运算加速过渡过程，较好地解决了调节速度与精度的矛盾。在进行修正时，采用调节补偿电路参数的方法来使TEC控制系统的响应时间和精度变得更优。把前级误差运放的输出连接到温度补偿电路的输入管脚上。如图4，外围H桥电路中的P1，P2，N1，N2，OUTA,OUTB分别连到ADN8831的P1，P2，N1，N2，OUTA,OUTB引脚上。TEC控制器设在H桥中间，构成一个不对称桥。ADN8831对H桥的左支采用开关方式驱动，右支采用线性方式驱动，即当开关管N1导通、开关管P1关闭、P2常通、N2常闭时，电流从TEC的OUTB端经TEC流向OUTA端，此为制冷状态；当开关管N1关闭、开关管P1导通、P2常闭、N2常通时，电流从TEC的OUTA端经TEC流向OUTB端，此为致热状态。这种灵活又方便的外接H桥，能更好的提高电源效率，减小纹波电流，增加了散热路径。如图5，低通滤波电路R,表示TEC电阻，R1是C1的等效串联电阻，R2等于L1的寄生电阻加上Q1或Q2的导通电阻，并且R1和R2要远远小于RL，VX是在PVDD和PGND之间变化的脉冲宽度调制电压，构成了一个二阶的低通滤波网络。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体激光器温度控制电路，其特征是：所述的温度控制电路由温度电压转换电路、PID补偿网络电路、外围H桥电路、低通滤波电路构成。

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器温度控制电路，其特征是：所述的温度控制电路由温度电压转换电路、PID补偿网络电路、外围H桥电路、低通滤波电路构成。2.根据权利要求1所述的一种半导体激光器温度控制电路，其特征是：所述半导体激光器温度控制电路选定ADN8831作为激光器的温度控制主芯片，ADN8831输入端的电压值对应一个设定好的目标温度。3.根据权利要求1所述的一种半导体激光器温度控制电路，其特征是：所述的温度电压转换电路中，电桥由R1，R=2，RTH组成，当电桥处于稳定状态时候，设定温度值就是激光器表面的温度值。4.根据权利要求1所述的一种半导体激光器温度控制电路，其特征是：所述PID比例积分微分调节补偿网...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凤军，
申请(专利权)人：张凤军，
类型：发明
国别省市：辽宁,21