一种激光器自动温度控制方法技术

一种激光器自动温度控制方法，在包括误差检测放大电路、温度控制器、ＴＥＣ控制器和激光器内部ＴＥＣ组件的控制电路中，通过温度控制器设置初始温度点，通误差检测电路检测实际温度与设置的初始温度的差值，并通过温度控制器来控制ＴＥＣ控制器来实现温度控制。采用本发明专利技术所提供的方法，与现有技术相比，由于采取了软件控制算法，可以更灵活的调整环路参数，更容易实现对激光器或其它受控对象温度的最优控制。

Automatic temperature control method for laser

A method of automatic temperature control in the laser control circuit includes error detection and amplification circuit, temperature controller, TEC controller and TEC components inside the laser, the temperature controller to set initial temperature, through the error detection circuit to detect the actual temperature and set the initial temperature, and the temperature controller to control the TEC controller to achieve temperature control. By using the method provided by the invention, compared with the prior art, due to the software control algorithm can adjust the loop parameters more flexible, easier to achieve the optimal laser or other controlled object temperature control.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字光纤传输系统
，具体涉及一种激光器自动温度控制。
技术介绍
在光纤通信系统中，光发送模块是非常重要的部件。光发送模块的工作波长在一定环境温度范围内和模块寿命终了时是否满足系统应用的要求取决于选用的激光器的性能，例如激光器管芯温度的设定值范围的大小，以及激光器制冷器TEC的工作效率和激光器内部散热设计等。为保证其正常工作，需要使用自动温度控制(ATC)电路来保证其温度稳定性。通常在激光器温度控制电路中，制冷器采用半导体致冷器，温度传感器采用热敏电阻。它们被封装在激光器内部。热敏电阻检测到激光器管芯温度后，反馈回来与温度设置点比较得到误差信号。误差信号通过一定的控制算法，得到温度控制信号。功率驱动电路用于得到制冷器所需的较大的制冷电流。温度控制可以采用专用温度控制芯片来实现，也可以用分离元件搭建。ATC电路与激光器内部集成的负温度系数热敏电阻RT和TEC半导体制冷器形成一个反馈控制环路，用来实现高精度控制激光器管芯温度的功能。传统ATC电路的结构框图如图1所示通常情况下该电路由温度误差检测电路、误差放大电路、PID(比例、积分、微分控制)控制电路或温度控制器、TEC控制器和激光器内部TEC组件组成。激光器热敏电阻RT用来测量激光器的管芯温度，它是温度误差检测电路的组成部分，误差检测电路将激光器热敏电阻检测到的管芯温度与设定值比较，将误差提供给下一级精密运算放大电路。这个电压通过一个高增益的放大器放大，同时再经过PID电路对ATC环路的频率特性进行补偿，该电路具有Z1和Z2两套补偿参数，通过对Z1和Z2的调整来增加控制电路的稳定性，并提高该控制环路的各项指标达到系统的要求。PID电路的输出再驱动TEC控制器输出，TEC控制器则控制激光器的TEC组件的电流大小和方向，从而改变激光器管芯的温度，使该值接近设定值。当激光器的管芯温度低于设定点温度时，TEC控制器增加TEC制热电流来加热激光器的管芯；当管芯温度高于设定点温度时，TEC控制器会增加TEC制冷电流来冷却激光器的管芯。激光器管芯温度的高低通过激光器热敏电阻RT反馈给温度误差检测电路，通过上述反馈控制过程，激光器的管芯温度将最终稳定在设定值，从而实现激光器管芯温度的自动控制。目前使用的专用TEC控制器与用分离元件相比，采用专用芯片性能可靠，占用体积小；缺点是价格较高。然而，在实际应用中，由于温度闭环的最优控制与制冷器效率，受控对象的散热设计以及应用环境等很多因素有关。而不同的受控对象的差异性很大，导致温度控制方法中的最优参数往往需要根据控制回路中其他参数进行调整。通过硬件实现的温度控制的方法，无论是采用专用温度控制芯片还是用分离元件，其参数调整都不够灵活，不易实现对控制回路的最优控制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服了现有技术中温度控制控制参数调整不灵活、难以实现最优控制的缺点，提出了一种新的控制的方法来实现自动温度控制。本专利技术所述的ATC电路与传统ATC电路相比，本专利技术的电路包括误差检测放大电路、PID控制电路、TEC控制器和激光器内部TEC组件。主要差别在于1、误差检测电路之前，温度设定改为通过MCU软件设置；2、PID控制改由MCU实现。本专利技术技术方案包括以下步骤在包括误差检测放大电路、温度控制器(MCU)、TEC控制器和激光器内部TEC组件的控制电路中，通过温度控制器(MCU)设置初始温度点，通误差检测电路检测实际温度与设置的初始温度的差值，并通过温度控制器(MCU)来控制TEC控制器来实现温度控制。上述方案可以具体化为1、系统上电之后，温度控制器(MCU)通过数模转让器(DAC)设置初始温度点VTS；通过热敏电阻(RT)检测，得到实际温度对应的电压值VT，然后与设定温度点VTS进行比较，得到用模拟电压值表示的温度误差；通过放大后再通过模数转换器(ADC)采样该温度误差，得到对应数字值VTE；温度控制器(MCU)使用二阶滤波方法对温度误差的数字值VTE进行处理，运算结果通过数模转换器(DAC)输出，经过功率驱动后控制TEC。或2、系统上电之后，温度控制器(MCU)通过数模转让器(DAC)设置初始温度点VTS；通过热敏电阻(RT)检测，得到实际温度对应的电压值VT，再通过模数转换器(ADC)采样后由温度控制器(MCU)将其与设定的温度值进行比较放大，得到对应温度误差的数字值VTE；温度控制器(MCU)再使用二阶滤波方法对温度误差进行处理，运算结果通过数模转换器(DAC)输出，经过功率驱动后控制TEC。上述方案中，温度控制器(MCU)使用对温度误差的数字值VTE进行处理的方法为首先温度控制器(MCU)根据得到的误差信号，判断温度误差是否小于设定范围，并将该状态输出；然后根据公式VI(n)＝K1*VTE+VI(n-1)进行积分计算得到VI(n)积分运算后的数值；在得到VI(n)之后，利用公式VDAC＝K2*VTE+VI(n)进行比例运算，得到VDAC，送到数模转换器(DAC)。采用本专利技术所提供的方法，与现有技术相比，由于采取了软件控制算法，可以更灵活的调整环路参数，更容易实现对激光器或其它受控对象温度的最优控制。附图说明图1是传统的温度控制电路结构框图；图2是本专利技术中的自动温度控制示意图；图3是本专利技术具体温度控制电路实施例一结构框图；图4是本专利技术具体温度控制电路实施例二结构框图； 图5是本专利技术中温度控制流程的主要步骤图。具体实施例方式如图2所示是本专利技术的自动温度控制示意图，包括误差检测放大电路、PID控制电路(即温度控制器MCU)、TEC控制器和激光器内部TEC组件。通过温度控制器(MCU)设置初始温度点，通误差检测放大电路检测实际温度与设置的初始温度的差值，并通过温度控制器(MCU)来控制TEC控制器来实现温度控制。图3和图4两种实施方式略有差异，如图3所示，热敏电阻用来检测激光器实际温度，该值与设定温度之间的误差通过误差放大器放大后送入MCU(图中表示为温度控制器)。与此不同的是，在图4中，误差放大的功能在MCU内部通过软件实现，热敏电阻得到的温度电压值VT直接通过AD采集进入MCU。本专利技术的温度控制流程主要如图5所示。首先，设置初始温度值，系统上电后先输出该设置值；然后温度误差检测放大电路检测并处理得到温度误差；MCU将根据得到的误差信号，判定温度是否锁定(即温度设定值与实际温度值之间的误差小于给定范围)，并将该状态输出；然后根据公式VI(n)＝K1*VTE+VI(n-1)进行积分计算得到VI(n)；在得到VI(n)之后，利用公式VDAC＝K2*VTE+VI(n)进行比例运算，得到VDAC。其中，K1、K2是比例积分系数。将得到的VDAC送往数模转换器DAC。最后，结果通过DA输出，经过放大驱动后驱动TEC，从而完成整个控制环路。权利要求1.，在包括误差检测和放大电路、温度控制器(MCU)、TEC控制器和激光器内部TEC组件的控制电路中，通过温度控制器(MCU)设置初始温度点，通误差检测电路检测实际温度与设置的初始温度的差值，并通过温度控制器(MCU)来控制TEC控制器来实现温度控制。2.权利要求1所述的激光器自动温度控制方法，其特征在于，2.1系统上电之后，温度控制器(MCU)通过数模转让器(DA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光器自动温度控制方法，在包括误差检测和放大电路、温度控制器（ＭＣＵ）、ＴＥＣ控制器和激光器内部ＴＥＣ组件的控制电路中，通过温度控制器（ＭＣＵ）设置初始温度点，通误差检测电路检测实际温度与设置的初始温度的差值，并通过温度控制器（ＭＣＵ）来控制ＴＥＣ控制器来实现温度控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄典刚，常建新，王向前，王加莹，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]