DFB激光器温控电路制造技术

本发明专利技术公开了一种DFB激光器温控电路，包括与恒流源电路连接的电阻转换电压电路，电阻转换电压电路采集设定温度电阻HR1、与DFB控制器连接的热敏电阻NTC的电压值，分别记为设定温度电压Vset、测量温度电压Vntc输入至温度测量求差电路；温度测量求差电路，求出设定温度电压Vset与测量温度电压Vntc之间的差值电压Vdec输入至PI参数调节电路；PI参数调节电路，对差值电压Vdec进行比例放大、积分运算，消除系统误差，随后输出调节电压Vctr；MOSFET驱动控制电路，接收调节电压Vctr进行转换输出控制电流I至半导体制冷/制热模块TEC；半导体制冷/制热模块TEC对DFB激光器实施制冷或制热。

Temperature control circuit of DFB laser

The invention discloses a DFB laser temperature control circuit includes a voltage conversion circuit with constant current source circuit is connected with the resistor, voltage conversion circuit resistance voltage acquisition setting resistor HR1, connected with the DFB controller of the NTC thermistor temperature values were recorded as Vset, measuring the temperature setting temperature voltage Vntc input voltage to the temperature difference measurement temperature measurement circuit; differential circuit, calculate the difference voltage Vdec input to PI parameters between the set temperature and temperature measurement Vset voltage Vntc voltage regulation circuit; PI parameter adjustment circuit, the voltage difference of Vdec ratio and integral operation, eliminate the system error, then adjust output voltage Vctr; MOSFET drive control circuit, receiving adjust the voltage Vctr conversion control output current I to semiconductor refrigeration / heating module TEC; semiconductor refrigeration / heating module of TEC DFB laser. Apply refrigeration or heat.

【技术实现步骤摘要】
DFB激光器温控电路
本专利技术属于激光检测领域，特别涉及一种DFB激光器温控电路。
技术介绍
近年来，随着半导体材料及工艺的进步，分布反馈(DistributedFeedback,DFB)半导体激光器性能得到大幅度提升，其线宽愈来愈窄，从而增强了对待测气体的选择性.借助于可调谐激光二极管光谱吸收法(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy,TDLAS)，通过改变激光器中心工作波长，可有效扫过待测气体吸收峰，基于DFB激光器的TDLAS方法成为测量水汽、甲烷、氨气、一氧化碳等气体的常见方法。测量过程中DFB激光器的中心波长应保持不变，如果DFB激光器中心波长随温度发生了漂移，则会影响应变测量精度，因此为了保证测量系统的稳定性和可靠性，确保DFB激光器的工作温度从而稳定中心波长至关重要。现有技术中，研究了多种温度控制系统或仪器保证DFB激光器的工作温度，其中数字式温控系统虽然硬件结构简单，但一般需采用复杂的数学算法来达到较高准确度。当系统工作负荷较大时，尤其是工作于对实时性要求严格的场合时，复杂算法的运算时间严重的制约了系统性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种DFB激光器温控电路，简化电路和节省运算时间，并且能实时对DFB激光器的工作温度实现精准控制。为了实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种DFB激光器温控电路，包括与恒流源电路连接的电阻转换电压电路，电阻转换电压电路采集设定温度电阻HR1、与DFB控制器连接的热敏电阻NTC的电压值，分别记为设定温度电压Vset、测量温度电压Vntc输入至温度测量求差电路；温度测量求差电路，求出设定温度电压Vset与测量温度电压Vntc之间的差值电压Vdec输入至PI参数调节电路；PI参数调节电路，对差值电压Vdec进行比例放大、积分运算，消除系统误差，随后输出调节电压Vctr；MOSFET驱动控制电路，接收调节电压Vctr进行转换输出控制电流I至半导体制冷/制热模块TEC；半导体制冷/制热模块TEC对DFB激光器实施制冷或制热。上述技术方案中，利用热敏电阻NTC反映DFB控制器的实际温度变化，调节设定温度电阻HR1的阻值与预期设定温度相对应，恒流源电路提供恒电流分别接入热敏电阻NTC、设定温度电阻HR1，通过电阻转换电压电路采集到设定温度电压Vset、测量温度电压Vntc，求出差值电压Vdec反映预期设定温度与实际温度的差距，之后通过PI参数调节电路消除系统误差得到调节电压Vctr，最终经过MOSFET驱动控制电路转换得到控制电流I，从而调节半导体制冷/制热模块TEC对DFB激光器实施制冷或制热，使得DFB激光器的工作温度达到预期设定温度，将PI调节通过电路实现，节省了大量的运算时间，提高了系统的运行效率，并且为纯硬件的模拟电路组成，控制精度高。说明书附图图1为本专利技术电路原理框图；图2为恒流源电路与电阻转换电压电路连接图；图3为温度测量求差电路；图4为PI参数调节电路；图5为MOSFET驱动控制电路。具体实施方式结合附图1～5对本专利技术做出进一步的说明：一种DFB激光器温控电路，包括与恒流源电路连接的电阻转换电压电路，电阻转换电压电路采集设定温度电阻HR1、与DFB控制器连接的热敏电阻NTC的电压值，分别记为设定温度电压Vset、测量温度电压Vntc输入至温度测量求差电路；温度测量求差电路，求出设定温度电压Vset与测量温度电压Vntc之间的差值电压Vdec输入至PI参数调节电路；PI参数调节电路，对差值电压Vdec进行比例放大、积分运算，消除系统误差，随后输出调节电压Vctr；MOSFET驱动控制电路，接收调节电压Vctr进行转换输出控制电流I至半导体制冷/制热模块TEC；半导体制冷/制热模块TEC对DFB激光器实施制冷或制热。利用热敏电阻NTC反映DFB控制器的实际温度变化，调节设定温度电阻HR1的阻值与预期设定温度相对应，恒流源电路提供恒电流分别接入热敏电阻NTC、设定温度电阻HR1，通过电阻转换电压电路采集到设定温度电压Vset、测量温度电压Vntc，求出差值电压Vdec反映预期设定温度与实际温度的差距，之后通过PI参数调节电路消除系统误差得到调节电压Vctr，最终经过MOSFET驱动控制电路转换得到控制电流I，从而调节半导体制冷/制热模块TEC对DFB激光器实施制冷或制热，使得DFB激光器的工作温度达到预期设定温度，将PI调节通过电路实现，节省了大量的运算时间，提高了系统的运行效率，并且为纯硬件的模拟电路组成，控制精度高。所述的恒流源电路包括相互并联的电容C28、电解电容EP3、基准电压源D100，+12V电压源依次与电阻R49、精密电阻LR11、电阻R46、可调电阻HR2、电阻R41、地线GND连接，基准电压源D100的两端分别与精密电阻LR11的输入端、可调电阻HR2的输出端连接；精密电阻LR11的输入端与精密电阻LR10连接，精密电阻LR10的输出端分别接入MOSFET管Q6、运算放大器U5-2的负极，同时精密电阻LR10的输出端依次通过电容C21、电阻R44接入MOSFET管Q6，MOSFET管Q6的输出端与电阻R43连接，精密电阻LR11的输出端接入运算放大器U5-2的正极；精密电阻LR11的输入端与精密电阻LR12连接，精密电阻LR12的输出端分别接入MOSFET管Q5、运算放大器U5-1的负极，同时精密电阻LR12的输出端依次通过电容C19、电阻R47接入MOSFET管Q5，MOSFET管Q5的输出端与电阻R45连接，精密电阻LR11的输出端接入运算放大器U5-1的正极；+12V电压源依次与电容C18、地线GND连接，电容C18的输入端与运算放大器U5-1连接，-12V电压源依次与电容C20、地线GND连接，电容C20的输入端与运算放大器U5-1连接。恒流源电路中，选取基准电压源D100作为恒流源供电电源，选取的带隙基准电压源D100具有1.2V温度补偿电压参考，使用带隙原理来实现良好的稳定性和低反向电流噪声，具有出色的稳定性且无振荡，最大温漂为10ppm/℃；低偏置电流：50μA；低动态阻抗；低反向电压；低成本。使用基准电压源D100结合运算放大器U5-1、U5-2特性来控制MOSFET管Q5、Q6输出恒流100uA。其中电阻LR10、LR11、LR12采用精度最高的金属膜电阻军工精密电阻1/8WRN55D精度为1％，以保证LR11两端电压差精度进而保证MOSFET管Q6、Q5各特性曲线工作点选取精度，从而保证流过设定温度电阻HR1和热敏电阻NTC的电流精度。所述的电阻转换电压电路包括设定温度电阻HR1、热敏电阻NTC，设定温度电阻HR1的一端与地线GND连接，设定温度电阻HR1的另一端与电阻R43的输出端连接，同时接入运算放大器U8-1的正极，-12V电压源依次与电容C27、地线GND连接，电容C27的输入端与运算放大器U8-1连接，运算放大器U8-1的负极输出设定温度电压Vset；热敏电阻NTC的一端与地线GND连接，热敏电阻NTC的另一端与电阻R45的输出端连接，同时接入运算放大器U8-2的正极，+12V电压源依次与电容C23、地线GND连接，电容C23的输入端与运算放大器U8-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DFB激光器温控电路，其特征在于：包括与恒流源电路连接的电阻转换电压电路，电阻转换电压电路采集设定温度电阻HR1、与DFB控制器连接的热敏电阻NTC的电压值，分别记为设定温度电压Vset、测量温度电压Vntc输入至温度测量求差电路；温度测量求差电路，求出设定温度电压Vset与测量温度电压Vntc之间的差值电压Vdec输入至PI参数调节电路；PI参数调节电路，对差值电压Vdec进行比例放大、积分运算，消除系统误差，随后输出调节电压Vctr；MOSFET驱动控制电路，接收调节电压Vctr进行转换输出控制电流I至半导体制冷/制热模块TEC；半导体制冷/制热模块TEC对DFB激光器实施制冷或制热。

【技术特征摘要】
1.一种DFB激光器温控电路，其特征在于：包括与恒流源电路连接的电阻转换电压电路，电阻转换电压电路采集设定温度电阻HR1、与DFB控制器连接的热敏电阻NTC的电压值，分别记为设定温度电压Vset、测量温度电压Vntc输入至温度测量求差电路；温度测量求差电路，求出设定温度电压Vset与测量温度电压Vntc之间的差值电压Vdec输入至PI参数调节电路；PI参数调节电路，对差值电压Vdec进行比例放大、积分运算，消除系统误差，随后输出调节电压Vctr；MOSFET驱动控制电路，接收调节电压Vctr进行转换输出控制电流I至半导体制冷/制热模块TEC；半导体制冷/制热模块TEC对DFB激光器实施制冷或制热。2.根据权利要求1所述的DFB激光器温控电路，其特征在于：所述的恒流源电路包括相互并联的电容C28、电解电容EP3、基准电压源D100，+12V电压源依次与电阻R49、精密电阻LR11、电阻R46、可调电阻HR2、电阻R41、地线GND连接，基准电压源D100的两端分别与精密电阻LR11的输入端、可调电阻HR2的输出端连接；精密电阻LR11的输入端与精密电阻LR10连接，精密电阻LR10的输出端分别接入MOSFET管Q6、运算放大器U5-2的负极，同时精密电阻LR10的输出端依次通过电容C21、电阻R44接入MOSFET管Q6，MOSFET管Q6的输出端与电阻R43连接，精密电阻LR11的输出端接入运算放大器U5-2的正极；精密电阻LR11的输入端与精密电阻LR12连接，精密电阻LR12的输出端分别接入MOSFET管Q5、运算放大器U5-1的负极，同时精密电阻LR12的输出端依次通过电容C19、电阻R47接入MOSFET管Q5，MOSFET管Q5的输出端与电阻R45连接，精密电阻LR11的输出端接入运算放大器U5-1的正极；+12V电压源依次与电容C18、地线GND连接，电容C18的输入端与运算放大器U5-1连接，-12V电压源依次与电容C20、地线GND连接，电容C20的输入端与运算放大器U5-1连接。3.根据权利要求1所述的DFB激光器温控电路，其特征在于：所述的电阻转换电压电路包括设定温度电阻HR1、热敏电阻NTC，设定温度电阻HR1的一端与地线GND连接，设定温度电阻HR1的另一端与电阻R43的输出端连接，同时接入运算放大器U8-1的正极，-12V电压源依次与电容C27、地线GND连接，电容C27的输入端与运算放大器U8-1连接，运算放大器U8-1的负极输出设定温度电压Vset；热敏电阻NTC的一端与地线GND连接，热敏电阻NTC的另一端与电阻R45的输出端连接，同时接入运算放大器U8-2的正极，+12V电压源依次与电容C23、地线GND连接，电容C23的输入端与运算放大器U8-2连接，运算放大器U8-2的负极输出测量温度电压Vntc。4.根据权利要求1所述的DFB激光器温控电路，其特征在于：所述的温度测量求差电路包括精密电阻LR9、LR7，设定温度电压Vset、测量温度电压Vntc分别输入至精密电阻LR9、LR7，精密电阻LR9的输出端同时接入精密电阻LR6、运算放大器U14-B的负极，精密电阻LR7的输出端同时接入精密电阻LR8、运算放大器U14-B的正极，精密电阻LR8的输出端与地线GND连接，精密电阻LR6的输出端与运算放大器U14-B的输出端连接输出差值电压Vdec。5.根据权利要求1所述的DFB激光器温控电路，其特征在于：所述的PI参数调节电路包括比例放大调节电路、积分调节电路、加法电路及中间电路；所述的积分调节电路包括接入差值电压Vdec的电阻R16，电阻R16的输出端分别接入运算放大器U14-A的负极、电容CRED，运算放大器U14-A的正极与地线GND连接，-12V电压源依次与电容C12、地线GND连接，电容C12的输入端与运算放大器U14-A连接，+12V电压源依次与电容C14、地线GND连接，电容C14的输入端与运算放大器U14-A连接，电容CRED的输出端与运算放大器U14-A的输出端连接输出积分电压Vi；所述的比例放大调节电路包括接入差值电压Vdec的电阻R31，电阻R31的输出端依次与可调电阻HR5、电阻R18连接，电阻R31的输出端还与运算放大器U14-C的负极连接，运算放大器U14-C的正极与地线GND连接，运算放大器U14-C的输出端与电阻R18连接输出比例放大电压Vp；所述的加法电路包括分别接入积分电压Vi、比例放大电压Vp的电阻R11、R17，电阻R11、R17的输出端同时接入运算放大器U14-D的负极，运算放大器U14-D的正极与地线GND连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳，曹明润，吴渝，于文彬，徐勇，汪升，
申请(专利权)人：合肥金星机电科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34