基于MAX1968的LD自動溫度控制系統設計(TEC驅動芯片

MAX1968主要由兩個開關型同步降壓穩壓器組成，100％的占窄比實現了低壓差操作。在兩個同步降壓穩壓器輸出端配有高效MOSFET，由LX1、LX2引出，經過LC濾波驅動TEC。兩個穩壓器同時工作產生一個差動電壓，直接控制TEC電流，實現TEC電流的雙向控制，雙極性工作避免了線性驅動所存在的“死區”問題，以及輕載電流時的非線性問題，能夠實現無“死區”溫度控制。外部控制電路的輸出電壓加在TEC電流控制輸入端CTL1，直接設置TEC電流。一般TEC+接OS2，TEC-接OS1，OS1和OS2不是功率輸出，而是用來感測通過TEC的電流，流過TEC的電流由下式確定：

式中：RSENSE為TEC電流的感應電阻；VCTL1為外部控制電路的輸出電壓；VREF為參考電壓(1.5 V)。

假設正向電流為加熱，則VCTL1>1.5 V為加熱，電流的流向從OS2到OS1，OS1、OS2、CS這3個引腳的電壓關系為：VOS2>VOS1>VCS，反之則制冷。

開關穩壓器是按周期運作的，以把功率傳輸到一個輸出端，這種轉換方法會在基頻及諧波上產生很大的噪聲分量，但是在MAX1968中是相位轉換并提供互補同相工作周期，所以紋波波形大大減小，抑制了紋波電流和電氣噪聲進入TEC模塊，進而影響LD工作性能。FREQ用來設置內部振蕩器的開關頻率，當FREQ接地頻率為500 kHz，FREQ接電源頻率為1 MHz。

MAX1968片內帶有的MOSFET驅動器，減少了外部元件，芯片工作在較高的開關頻率下，可以用更小的電感和電容，從而減少PCB(印制電路板)的面積、降低成本。

為了確保電流控制環的穩定，在COMP端接一補償電容，此電容的值可由下式確定：

式中:f為電流控制環的頻率，一般不大于LX1端的濾波諧振頻率；gm為環的跨導，典型值為100μA／V；RTEC為TEC阻抗。

將SHDN引腳置低，MAX1968還可以工作在省電模式。

芯片還提供了一系列的保護和監測功能：

a) 限制流過TEC最大的正向和反向電流，而且是獨立控制的。可根據使用的TEC在REF和GND之間通過分壓電阻，在引腳MAXIP和MAXIN端設置。

b) ITEC為狀態輸出，用以監測TEC的電流，是通過CS與OS1之間的電流感應電阻取樣，此輸出電壓與流過TEC的電流成正比。

c) TEC電壓限制功能，MAX1968為TEC提供了最大壓差控制，在REF和GND之間通過分壓電阻設置VMAx，VMAx在0～1.5 V內變化，而通過TEC的電壓為VMAX的4倍。

d) 模擬控制信號直接精確地設置TEC電流，消除了TEC中的浪涌電流。

3 MAX1968應用電路設計方案

要保證LD正常工作，首先要確定LD的正常工作溫度。LD現在一般都做成內帶背光檢測光敏二極管，TEC和溫度傳感器的LD組件其半導體制冷器和溫度傳感器都緊貼在LD的管芯上，這樣制冷效果很好，而且溫度傳感器檢測到的溫度能正確地反應LD的工作溫度。MAX1968是一個TEC控制器，用于設定和穩定TEC的溫度。每個加載在MAX1968電流控制輸入端的電壓對應一個目標溫度設定點。適當的電流通過TEC將驅動TEC對LD供熱或是制冷。LD的溫度由溫度傳感器來測量并反饋給MAX1968，用于調整系統回路和驅動TEC工作。TEC控制器為了完成此工作，需要一個精密的輸入放大器，用以準確測量目標溫度和LD實際溫度之間的差別；需要一個補償放大器，用以優化TEC對溫度間隔的反應。MAX1968能高效率工作以減小熱量，而且體積小，系統外部元件少，所以可廣泛應用于激光器、各種光電儀器和光通信、自動測試設備和生物技術實驗室沒備等ATC系統。圖3為利用MAX1968設計LD的溫度控制系統。

系統中主控回路采用負反饋，將溫度傳感器輸出的電壓與給定電壓比較，所得誤差值經放大和一定的控制電路或控制算法后，送入MAX1968，以控制TEC上的電壓、電流的大小和方向，進而實現制冷或制熱。

下面簡單介紹LD溫度控制系統中有關溫度傳感器、給定溫度值等部分的選擇方案。