CN112612311A - Mcu和tec控制器双向选择实现tec控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MCU和TEC控制器双向选择实现TEC控制的方法，包括可选择性的与TEC连接TEC控制芯片和MCU，所述MCU连接有相配合的热敏电阻；其中，在带TEC功能的长距离光模块中，通过MCU和/或TEC控制器，双向选择地与TEC进行连接，控制TEC的加热或者致冷，进而使激光器工作在稳定温度下。本发明提供一种MCU和TEC控制器双向选择实现TEC控制的方法，采用复合控制方法实现TEC温度锁定，即通过MCU和TEC控制器双向选择实现TEC的温度控制，使得光模块的控制板可以兼容了MCU和TEC控制器配合使用，及MCU独立使用，控制TEC温度的方式，能够灵活选择适用于工业级或者商业级模块应用的配置，具有更私广泛的适应性，物料管控更方便，成本可控。

Description

MCU和TEC控制器双向选择实现TEC控制的方法

技术领域

本发明涉及一种光模块应用领域。更具体地说，本发明涉及一种在带TEC功能的长距离光模块中实现MCU和TEC控制器双向选择实现TEC控制的方法。

背景技术

在高速长距离特别是密集波分光模块的应用中，激光器对温度稳定性要求高，通常需要TEC(Thermoelectric Cooler，半导体制冷器)控制激光器温度。现有方案通常采用单一的TEC控制电路来锁定目标温度。这种方式无法同时兼容工业级和商业级模块的驱动能力和经济成本。

而在带TEC功能的长距离光模块实际应用中，通常需要在带TEC的模块中增加控制电路对TEC温度进行锁定，使激光器的性能保持稳定。但是在实际操作中只有对控制电路的驱动能力、控制精度、锁定时间、成本经济等合理配置，其控制效率才能达到最佳，故而现有电路受元器件自身的限制，以及工作环境的局限性，其控制电路并不能精确的对激光器的工作目标温度进行精度控制，同时只采用单一的TEC控制方法来设置激光器温度，会存在在驱动能力、控制精度、锁定时间和成本经济上无法涵盖更广泛模块应用的场景。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种MCU和TEC控制器双向选择实现TEC控制的方法，包括可选择性的与TEC连接TEC控制芯片和MCU，所述MCU连接有相配合的热敏电阻；

其中，在带TEC功能的长距离光模块中，通过MCU和/或TEC控制器，双向选择地与TEC进行连接，控制TEC的加热或者致冷，进而使激光器工作在稳定温度下。

优选的是，在工业级光模块的应用场景下，MCU基于与TEC连接的TEC控制器，设置TEC的最大电流和最大电压，进而得到1.5A左右的加热或致冷电流；

其中，MCU采集热敏电阻的阻值，并基于热敏电阻的采样值、TEC控制芯片反馈网络，并公式一计算得到的结果T1来设置激光器温度，以使其达到目标温度：

R_th是热敏电阻值通过MCU采样电压值得出，R_{th_25}是25℃时的热敏电阻值即10Kohm，T₂为25℃，B为系数。

优选的是，在商业级光模块的应用场景下，通过具有TEC控制功能的MCU与TEC进行连接采集热敏电阻的阻值，并MCU内部实现反馈网络和PID控制；

其中，所述MCU基于热敏电阻采样值，采用如下的公式二计算得到的结果T1来设置激光器温度，进而使激光器工作在稳定温度下：

本发明至少包括以下有益效果：本发明采用复合控制方法实现TEC温度锁定，即通过MCU和TEC控制器双向选择实现TEC的温度控制，使得光模块的控制板可以兼容了MCU和TEC控制器配合使用，及MCU独立使用，控制TEC温度的方式，能够灵活选择适用于工业级或者商业级模块应用的配置，具有更私广泛的适应性，成本可控。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明实现MCU和TEC控制器双向选择实现TEC控制的原理框图；

图2为本发明的TEC控制芯片的引脚连接示意图；

图3为本发明的MCU的引脚连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1示出了实现MCU和TEC控制器双向选择实现TEC控制的原理框图，其应用于光模块中，类似于一个控制板，在光模块的生产制造时，可以根据光模块的型号或应用场景，选择性将MCU、TEC控制芯片与TEC进行连接，以使得其具有更好的兼容性，成本可控性好，适应性好。

在工业级模块应用方式是由于工业级模块要求温度范围更严苛，TEC锁定温度跨度更大，需要比较高的驱动能力，才能产生更大的加热或者致冷电流。因此我们采用专用的TEC控制芯片，通过采集热敏电阻的电压值，反馈组网和PID算法控制，例如增量式PID控制算法u(k)＝Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]+u(k-1)，可以产生接近1.5A的加热或致冷电流，以便快速锁定和达到控制精度。

当工业级应用时，需要MCU和TEC控制器配合使用。具体来说，通过MCU控制TEC控制芯片，可得到接近1.5A的TEC加热或致冷电流。根据热敏电阻值随温度变化的关系R_th＝R_{th_25}exp{B(1/(273.15+T₁)-1/(273.15+T₂))}，(R_th是热敏电阻值通过MCU采样值得出，R_{th_25}是25℃时的热敏电阻值即10Kohm，T₂为25℃，B为系数)，TEC控制芯片的反馈网络和PID控制算法，PID控制算法也可由MCU实现，来设置激光器温度T₁，即通过公式

使其达到目标温度。此种方式，我们可以快速锁定，控制精度也不错，匹配工业级模块的应用，相应的成本较高。

在商业级模块应用方式是由于商业级模块要求温度范围没有工业级的宽，所以TEC锁定温度跨度更小，要求的控制电路驱动能力不需要太高，就能产生足够的加热或者致冷电流。因此我们采用具有TEC控制功能的MCU，不需要专门的TEC控制芯片，便能达到锁定目标温度。

当商业级应用时，我们只需带有TEC控制功能的MCU即可。具体来说MCU是通过热敏电阻采样值和

来设置激光器温度，以使其工作额定的工作温度下，而反馈网络和PID控制是MCU内部是实现的。此种方式，可以满足商业级模块的应用，相应的成本也经济。

本发明的方法兼容了MCU和TEC控制芯片配合使用，及MCU独立使用，控制TEC温度的方式，够灵活选择适用于工业级或者商业级模块应用的配置，可以在满足需求的情况下双向选择，很好地解决了工业级和商业级长距离尤其是密集波分模块的应用，在性能和成本上更好好的匹配，而在具体的应用中，本专利所描述的MCU和TEC控制器双向选择实现TEC控制的方法，可以拆分使用，但是这种无法兼容的模式，会造成成本的增加。

TEC控制器可以是集成功能芯片，也可以是H桥电路，这不同方式会造成成本、方案实现、控制精度等的不同。

以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种MCU和TEC控制器双向选择实现TEC控制的方法，其特征在于，包括可选择性的与TEC连接TEC控制芯片和MCU，所述MCU连接有相配合的热敏电阻；

其中，在带TEC功能的长距离光模块中，通过MCU和/或TEC控制器，双向选择地与TEC进行连接，控制TEC的加热或者致冷，进而使激光器工作在稳定温度下。

2.如权利要求1所述的MCU和TEC控制器双向选择实现TEC控制的方法，其特征在于，在工业级光模块的应用场景下，MCU基于与TEC连接的TEC控制器，设置TEC的最大电流和最大电压，进而得到1.5A左右的加热或致冷电流；

其中，MCU采集热敏电阻的阻值，并基于热敏电阻的采样值、TEC控制芯片反馈网络，并采用公式一计算得到的结果T1来设置激光器温度，以使其达到目标温度：

其中，R_th是热敏电阻值通过MCU采样电压值得出，R_{th_25}是25℃时的热敏电阻值即10Kohm，T₂为25℃，B为系数。

3.如权利要求1所述的MCU和TEC控制器双向选择实现TEC控制的方法，其特征在于，在商业级光模块的应用场景下，通过具有TEC控制功能的MCU与TEC进行连接采集热敏电阻的阻值，并MCU内部实现反馈网络和PID控制；

其中，所述MCU基于热敏电阻采样值，采用如下的公式二计算得到的结果T1来设置激光器温度，进而使激光器工作在稳定温度下：

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