CN206639063U - 一种基于tec的激光器温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于TEC的激光器温度控制系统，属于温度控制的技术领域，其其包括激光器、单片机和驱动电路，所述的激光器包括热敏电阻和TEC制冷器，热敏电阻放置在TEC制冷器旁边，所述的单机片包括输入模块、输出模块和用于获得参数的通讯模块，输入模块与热敏电阻通讯连接，通讯模块与外部的输入设备通讯连接，输出模块与驱动电路的输入端通讯连接，驱动电路的输出端与TEC制冷器的正负极通讯连接，本控制系统结构简单，工作可靠，可通过与单机片通讯修改设定温度，提高了温度控制的灵活度。

Description

一种基于TEC的激光器温度控制系统

技术领域

本实用新型属于温度控制的技术领域，具体地说，涉及一种基于TEC的激光器温度控制系统。

背景技术

现在市面的温控系统主要形式有开关控制和大型的工业温度控制模块。其中利用开关控制温度具有简单方便，容易操作的特点，但也存在一定的局限性即温度存在波动大，不能稳定在设定值上的现象。而大型的工业温度控制模块精度高，稳定性好，但价格贵，体积庞大不适合应用在激光器等小型器件上。

基于这样的情况，一种低价、高稳定度的半导体激光器温度控制系统的研制具有一定的经济价值和现实意义。现有的TEC温度控制电路，一般采用可调电阻生成比较电压，从而设定温度，并使用运放构成误差放大电路。这种电路的一个缺点是不方便修改设定温度；第二个缺点是在电路中已经存在MCU的情况下，使用运放增加了电路的复杂性和硬件成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述问题，提供了一种基于TEC的激光器温度控制系统，其使用单片机和驱动电路实现TEC制冷器加热和制冷，结构简单，工作可靠。并可通过与单片机通讯修改设定温度，提高了灵活度。

为了达到目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型涉及的一种基于TEC的激光器温度控制系统，其特征在于：其包括激光器、单片机和驱动电路，所述的激光器包括热敏电阻和TEC制冷器，热敏电阻放置在TEC制冷器旁边，所述的单片机包括输入模块、输出模块和用于获得参数的通讯模块，输入模块与热敏电阻通讯连接，通讯模块与外部的输入设备通讯连接，输出模块与驱动电路的输入端通讯连接，驱动电路的输出端与 TEC制冷器的正负极通讯连接；

优选地，所述的输出模块包括两个信号输出端口PWM1、PWM2，PWM1、 PWM2均与驱动电路通讯连接。

优选地，所述的驱动电路包括两个半桥驱动芯片U1、U2、四个N沟道MOS 管Q1、Q2、Q3、Q4、两个功率电感L1、L2、两个自举电容C1、C3、两个滤波电容C2、C4和两个二极管D1、D2；所述的半桥驱动芯片U1的VCC端和 SD端均与外接电源连接，COM端接地，VCC端和SD端还与二极管D1的正极电连接，二极管D1的负极分别与半桥驱动芯片U1的VB端、以及自举电容C1的一端连接，自举电容C1的另一端与半桥驱动芯片U1的VS端连接，半桥驱动芯片U1的高端输出口HO和低端输出口LO分别与N沟道MOS管Q1、Q2 的栅极电连接，N沟道MOS管Q1的漏极与外接电源连接，源极与N沟道MOS 管Q2的漏极连接，N沟道MOS管Q2的源极接地，半桥驱动芯片U1的VS端还分别与N沟道MOS管Q1的源极、N沟道MOS管Q2的栅极、以及功率电感 L1的一端连接，功率电感L1的另一端与滤波电容C2的正极和制冷器的正极电连接，滤波电容C2的负极接地；所述的半桥驱动芯片U2的VCC端和SD端均与外接电源连接，COM端接地，VCC端和SD端还与二极管D2的正极电连接，二极管D2的负极分别与半桥驱动芯片U2的VB端、以及自举电容C3的一端连接，自举电容C3的另一端与半桥驱动芯片U2的VS端连接，半桥驱动芯片U2的高端输出口HO和低端输出口LO分别与N沟道MOS管Q3、Q4的栅极电连接，N沟道MOS管Q3的漏极与外接电源连接，源极与N沟道MOS管Q4的漏极连接，N沟道MOS管Q4的源极接地，半桥驱动芯片U2的VS端还分别与N 沟道MOS管Q3的源极、N沟道MOS管Q4的栅极、以及功率电感L2的一端连接，功率电感L2的另一端与滤波电容C4的正极和制冷器的负极电连接，滤波电容C2的负极接地。

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型涉及的基于TEC的激光器温度控制系统使用单片机和驱动电路实现TEC制冷器加热和制冷，结构简单，工作可靠；可通过与单片机通讯修改设定温度，提高了本电路的灵活度。

附图说明

图1是本实用新型基于TEC的激光器温度控制系统结构示意图；

图2是本实用新型驱动电路结构示意图。

图示说明：1激光器，11 TEC制冷器，12热敏电阻，2单片机MUC，21输入模块，22输出模块，23通讯模块，3驱动电路。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合实施例对本实用新型作详细描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

结合附图1所示，本实用新型涉及的基于TEC的激光器温度控制系统包括激光器1、单片机MUC 2和驱动电路3，所述的激光器包括NTC热敏电阻12 和TEC制冷器11，所述的单片机MUC包括输入模块21、输出模块22和用于获得参数的通讯模块23，输入模块22与热敏电阻12电连接，输出模块22包括两个PWM输出引脚，分别命名为PWM1和PWM2，PWM1和PWM2分别与驱动电路的输入端电连接，驱动电路的输出端与TEC制冷器电连接，所述的通讯模块可以获得设定温度、温度允许误差、比例系数P、积分系数I、微分系数D 等参数，单片机MCU的程序中含有PID算法，所述算法根据从输入模块获得的激光器温度，以及通讯模块获得的设定温度、温度允许误差、比例系数P、积分系数I、微分系数D等参数计算出输出PWM占空比，并通过输出模块输出PWM1、 PWM2信号给所述驱动电路。

结合附图2所示，驱动电路包括两个半桥驱动芯片U1、U2、四个N沟道 MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、两个功率电感L1、L2、两个自举电容C1、C3、两个滤波电容C2、C4和两个二极管D1、D2，所述的输出模块包括两个与驱动芯片U1、U2对应的信号输出端口PWM1、PWM2，PWM1、PWM2分别与U1、 U2的输入端连接；所述的半桥驱动芯片U1的VB端与VS端分别与自举电容 C1两端电连接，二极管D1的正极与VCC端电连接，负极与VB、VS端电连接，半桥驱动芯片U1的高端输出口HO和低端输出口LO分别连接N沟道MOS管 Q1、Q2的栅极，VS端分别与N沟道MOS管Q1的源极、N沟道MOS管Q2 的漏极、功率电感L1的一端相电连接，功率电感L1的另一端与滤波电容C2的正极和制冷器的正极电连接，滤波电容C2的负极接地，N沟道MOS管Q1的漏极与驱动芯片U1的VCC端电连接，N沟道MOS管Q2的源极接地；所述的半桥驱动芯片U2的VB端与VS端分别与自举电容C3两端电连接，二极管D2的正极与VCC端电连接，负极与VB端电连接，半桥驱动芯片U2的高端输出口 HO和低端输出口LO分别连接N沟道MOS管Q3、Q4的栅极，VB端分别与N沟道MOS管Q3的源极、N沟道MOS管Q4的漏极、功率电感L2的一端相电连接，功率电感L2的另一端与滤波电容C4的负极和制冷器的负极电连接，滤波电容C4的负极接地，N沟道MOS管Q3的漏极与驱动芯片U2的VCC端电连接，N沟道MOS管Q2的源极接地。

当激光器内部的温度高于设定值，NTC热敏电阻的阻值变小，使得输入到单片机MCU的驱动电路输入模块的电压值减小，单片机MCU经过计算，得到一个大于0的占空比值a，驱动输出模块产生占空比值为a的PWM1信号，以及恒为0的PWM2信号。PWM1信号使U1控制的Q1以占空比a导通，Q2截止，从而产生a*Vtec的电压加在TEC制冷器的正极，PWM2恒为0，使得U2控制的Q3、Q4截止，从而加在TEC制冷器负极的电位为0，电流从TEC制冷器正极流向TEC制冷器负极，TEC制冷器处于制冷模式，将激光器温度降至设定值；反之，则TEC制冷器处于加热状态，将激光器的温度升至设定值。

自举电容C1和二极管D1的作用在于：刚上电时，+12V电源通过二极管 D1给电容C1充电，使C1两端电压约为12V。PWM1变高时，Q1导通，U1的 VS端电压升高，由于电容C1两端电压保持不变，并且二极管D1具有单向导电性，所以U1的VB端电压也被抬高，从而U1的VB端在PWM1为高时始终比 U1的VS端高约12V，保证Q1在PWM1为高时一直导通。滤波电容C2、功率电感L1构成LC滤波电路，减小输出直流电压TEC+的纹波。

自举电容C3和二极管D2的作用在于：刚上电时，+12V电源通过二极管 D2给电容C3充电，使C3两端电压约为12V。PWM2变高时，Q3导通，U2的 VS端电压升高，由于电容C3两端电压保持不变，并且二极管D2具有单向导电性，所以U2的VB端电压也被抬高，从而U2的VB端在PWM2为高时始终比 U2的VS端高约12V，保证Q3在PWM2为高时一直导通。滤波电容C4、功率电感L2构成LC滤波电路，减小输出直流电压TEC-的纹波。

以上结合实施例对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.一种基于TEC的激光器温度控制系统，其特征在于：其包括激光器、单片机和驱动电路，所述的激光器包括热敏电阻和TEC制冷器，热敏电阻放置在TEC制冷器旁边，所述的单片机包括输入模块、输出模块和用于获得参数的通讯模块，输入模块与热敏电阻通讯连接，通讯模块与外部的输入设备通讯连接，输出模块与驱动电路的输入端通讯连接，驱动电路的输出端与TEC制冷器的正负极通讯连接。

2.根据权利要求1所述的基于TEC的激光器温度控制系统，其特征在于：所述的输出模块包括两个信号输出端口PWM1、PWM2，PWM1、PWM2均与驱动电路通讯连接。

3.根据权利要求1所述的基于TEC的激光器温度控制系统，其特征在于：所述的驱动电路包括两个半桥驱动芯片U1、U2、四个N沟道MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、两个功率电感L1、L2、两个自举电容C1、C3、两个滤波电容C2、C4和两个二极管D1、D2；所述的半桥驱动芯片U1的VCC端和SD端均与外接电源连接，COM端接地，VCC端和SD端还与二极管D1的正极电连接，二极管D1的负极分别与半桥驱动芯片U1的VB端、以及自举电容C1的一端连接，自举电容C1的另一端与半桥驱动芯片U1的VS端连接，半桥驱动芯片U1的高端输出口HO和低端输出口LO分别与N沟道MOS管Q1、Q2的栅极电连接，N沟道MOS管Q1的漏极与外接电源连接，源极与N沟道MOS管Q2的漏极连接，N沟道MOS管Q2的源极接地，半桥驱动芯片U1的VS端还分别与N沟道MOS管Q1的源极、N沟道MOS管Q2的栅极、以及功率电感L1的一端连接，功率电感L1的另一端与滤波电容C2的正极和TEC制冷器的正极电连接，滤波电容C2的负极接地；所述的半桥驱动芯片U2的VCC端和SD端均与外接电源连接，COM端接地，VCC端和SD端还与二极管D2的正极电连接，二极管D2的负极分别与半桥驱动芯片U2的VB端、以及自举电容C3的一端连接，自举电容C3的另一端与半桥驱动芯片U2的VS端连接，半桥驱动芯片U2的高端输出口HO和低端输出口LO分别与N沟道MOS管Q3、Q4的栅极电连接，N沟道MOS管Q3的漏极与外接电源连接，源极与N沟道MOS管Q4的漏极连接，N沟道MOS管Q4的源极接地，半桥驱动芯片U2的VS端还分别与N沟道MOS管Q3的源极、N沟道MOS管Q4的栅极、以及功率电感L2的一端连接，功率电感L2的另一端与滤波电容C4的正极和TEC制冷器的负极电连接，滤波电容C2的负极接地。