基于熱電制冷器的溫度控制電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于熱電制冷器的溫度控制電路，包括：TEC元件、TEC控制單元、MCU、差動(dòng)比例電路以及設(shè)置于TEC元件表面并與差動(dòng)比例電路相連的熱敏電阻；其中，TEC控制單元將來(lái)自MCU的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電流流向的電壓信號(hào)；TEC元件根據(jù)來(lái)自TEC控制單元的電壓信號(hào)，進(jìn)行吸熱或放熱；差動(dòng)比例電路將采集的熱敏電阻電壓和預(yù)設(shè)參考電壓之間的差值進(jìn)行差分放大，得到差分電壓；MCU根據(jù)來(lái)自差動(dòng)比例電路的差分電壓，獲取當(dāng)前熱敏電阻的采樣溫度，根據(jù)熱敏電阻的采樣溫度與預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)溫度之間的比較結(jié)果，產(chǎn)生TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)。應(yīng)用本實(shí)用新型，可以降低溫度控制電路成本、提升ADC的利用率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于熱電制冷器的溫度控制電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于熱電制冷器的溫度控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對(duì)高帶寬的需求不斷增加，在光通信領(lǐng)域，要求光模塊的傳輸速率越來(lái)越高，體積卻越來(lái)越小。光模塊中的EML (Electro-absorption Modulated Laser,電吸收外調(diào)制激光器)具有較好的光譜特性、響應(yīng)速度快、功耗低等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于光通信中。
[0003]由于EML激光器的中心波長(zhǎng)、輸出功率等都受到激光器溫度的影響，因此要保持EML激光器的中心波長(zhǎng)、輸出功率的穩(wěn)定，需要對(duì)EML激光器的溫度進(jìn)行控制。特別是針對(duì)DffDM (Dense Wavelength Division Multiplexing,密集型光波復(fù)用)應(yīng)用的場(chǎng)景,在應(yīng)用最多的100G和50G信道間隔，要求其標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)間隔分別為0.8nm和0.4nm。為了保證信道間隔，系統(tǒng)廠家提出100G和50G的中心波長(zhǎng)穩(wěn)定度要求一般為正負(fù)20pm和正負(fù)10pm。這個(gè)穩(wěn)定度要求是非常嚴(yán)格的，因此，需要嚴(yán)格控制EML激光器的溫度。
[0004]實(shí)際應(yīng)用中，一般用TEC (Thermoelectric cooler,熱電制冷器又稱(chēng)半導(dǎo)體制冷器)溫度控制電路來(lái)保證EML激光器工作溫度的恒定?，F(xiàn)有的TEC溫度控制方法，一般由MCU (Micro Control Unit,微控制單兀)中的 ADC (Analog-Digital Converter,模數(shù)轉(zhuǎn)換器)構(gòu)建采樣電路，采樣電路由預(yù)先設(shè)置的參考電壓供電，ADC按照預(yù)先設(shè)置的采樣周期采樣設(shè)置在EML激光器中的熱敏電阻的電壓值，結(jié)合預(yù)先存儲(chǔ)的熱敏電阻阻值與熱敏電阻電壓值的映射關(guān)系，獲取熱敏電阻的當(dāng)前電阻值，再根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的該熱敏電阻的溫度-電阻特性關(guān)系，獲取當(dāng)前電阻值對(duì)應(yīng)的熱敏電阻溫度，將獲取的熱敏電阻溫度與MCU中預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)溫度進(jìn)行比較，根據(jù)獲取的熱敏電阻溫度與目標(biāo)溫度的差值，生成溫度閉環(huán)控制信號(hào):當(dāng)獲取的熱敏電阻溫度高于目標(biāo)溫度，向TEC元件發(fā)送包含EML激光器降溫的溫度閉環(huán)控制信號(hào)，使TEC元件吸熱，從而降低EML激光器以及熱敏電阻的溫度；當(dāng)獲取的熱敏電阻溫度低于目標(biāo)溫度，向TEC兀件發(fā)送包含EML激光器升溫的溫度閉環(huán)控制信號(hào),使TEC元件放熱，從而升高EML激光器以及熱敏電阻的溫度；當(dāng)獲取的熱敏電阻溫度等于目標(biāo)溫度，維持TEC元件當(dāng)前狀態(tài)不變。這樣，通過(guò)閉環(huán)控制TEC元件給EML激光器升溫或降溫，可以保障EML激光器溫度的穩(wěn)定性，進(jìn)而保證EML激光器的中心波長(zhǎng)、輸出功率等的穩(wěn)定。
[0005]在采樣電路的參考電壓確定的情況下，理論上，ADC采樣的熱敏電阻電壓范圍為OV到參考電壓之間。但是，實(shí)際工程應(yīng)用中，由于EML激光器工作時(shí)的溫度一般處于一個(gè)范圍區(qū)間，常規(guī)應(yīng)用在20°C到70°C之間，根據(jù)熱敏電阻的溫度-電阻特性關(guān)系，當(dāng)熱敏電阻的溫度為20°C時(shí)，對(duì)應(yīng)的熱敏電阻電阻值約為幾千(K)歐姆，而當(dāng)熱敏電阻的溫度為70°C時(shí)，對(duì)應(yīng)的熱敏電阻電阻值可達(dá)到十幾K。因而，在常規(guī)應(yīng)用環(huán)境中，由于熱敏電阻電阻值最小也是K級(jí)，這樣，導(dǎo)致ADC采樣到的最小熱敏電阻電壓會(huì)遠(yuǎn)大于0V，S卩，在常規(guī)應(yīng)用環(huán)境中，ADC采樣到的熱敏電阻電壓范圍只是ADC理論上采樣的熱敏電阻電壓范圍的一部分，使得ADC理論上采樣的熱敏電阻電壓范圍并沒(méi)有被100%利用。這樣，由于需要以更小的電壓范圍表征常規(guī)應(yīng)用環(huán)境對(duì)應(yīng)的溫度，降低了 ADC的實(shí)際采樣精度，從而使得激光器溫度的穩(wěn)定精度較差。
[0006]現(xiàn)有為了提高激光器溫度的穩(wěn)定精度，往往需要提升ADC的模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)，這樣，將造成硬件設(shè)計(jì)及生產(chǎn)成本的增加；同時(shí)，通過(guò)提升ADC的模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)提高激光器溫度的穩(wěn)定精度，同樣存在ADC理論上采樣的熱敏電阻電壓范圍并沒(méi)有被100%利用的情形，使得ADC的利用率較低。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種基于熱電制冷器的溫度控制電路，降低溫度控制電路成本、提升ADC的利用率。
[0008]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于熱電制冷器的溫度控制電路，包括:熱電制冷器TEC元件、熱敏電阻以及TEC控制單元，其特征在于，還包括:微控制單元MCU以及差動(dòng)比例電路，其中，
[0009]所述熱敏電阻設(shè)置于所述TEC元件的表面；
[0010]所述差動(dòng)比例電路的輸入端與所述熱敏電阻相連，用于采集所述熱敏電阻的電壓，將采集的熱敏電阻電壓和預(yù)設(shè)參考電壓之間的差值進(jìn)行差分放大，得到差分電壓；
[0011]所述MCU的輸入端與所述差動(dòng)比例電路的輸出端相連，用于接收來(lái)自所述差動(dòng)比例電路的差分電壓，并根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的熱敏電阻電壓與差分電壓的映射關(guān)系，得到與接收的差分電壓相應(yīng)的熱敏電阻電壓；根據(jù)得到的熱敏電阻電壓，結(jié)合預(yù)先存儲(chǔ)的熱敏電阻阻值與熱敏電阻電壓的映射關(guān)系，獲取與得到的熱敏電阻電壓相應(yīng)的熱敏電阻電阻值；再根據(jù)熱敏電阻的溫度-電阻特性，得到與獲取的熱敏電阻電阻值對(duì)應(yīng)的當(dāng)前熱敏電阻的采樣溫度；將熱敏電阻的采樣溫度與預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)溫度進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)，向TEC控制單元輸出；
[0012]所述TEC控制單元的輸入端與所述MCU的輸出端相連，用于將自所述MCU接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電流流向的電壓信號(hào)；
[0013]所述TEC元件與所述TEC控制單元的輸出端相連，用于根據(jù)來(lái)自所述TEC控制單元的電壓信號(hào)，進(jìn)行吸熱或放熱。
[0014]較佳地，所述差動(dòng)比例電路包括:運(yùn)算放大器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第一電容、第二電容；其中，
[0015]所述運(yùn)算放大器的同相輸入端分別與所述第四電阻的一端、所述第五電阻的一端相連，所述第五電阻的另一端接地，所述第四電阻的另一端分別與所述第一電阻的一端、所述第一電容的一端以及所述熱敏電阻的一端相連；
[0016]在所述第一電阻的另一端及所述第二電阻的一端同時(shí)施加恒定電壓；所述第一電容的另一端及所述熱敏電阻的另一端均接地；
[0017]所述運(yùn)算放大器的反相輸入端分別與所述第六電阻的一端、所述第七電阻的一端相連，其中，所述第七電阻的另一端與所述運(yùn)算放大器的輸出端相連，所述第六電阻的另一端與所述第二電阻的另一端、所述第三電阻的一端相連，所述第三電阻的另一端接地；
[0018]在所述第一電阻的另一端及所述第二電阻的另一端同時(shí)施加恒定電壓；所述第一電容的另一端及所述第三電阻的另一端均接地；
[0019]所述運(yùn)算放大器的輸出端與所述MCU的輸入端相連；
[0020]較佳地,所述差動(dòng)比例電路,進(jìn)一步包括:
[0021]第二電容，第二電容的一端與所述運(yùn)算放大器的輸出端相連，另一端接地。
[0022]較佳地，所述第四電阻與所述第五電阻的比值等于所述第六電阻與所述第七電阻的比值。
[0023]較佳地，所述第四電阻的阻值與第六電阻的阻值相等，所述第五電阻的阻值與第七電阻的阻值相等。
[0024]較佳地，所述恒定電壓通過(guò)所述第二電阻、所述第三電阻進(jìn)行分壓，在所述第二電阻與所述第三電阻之間的第三結(jié)點(diǎn)處形成所述預(yù)設(shè)參考電壓。
[0025]較佳地，所述第二電容用于破壞所述電壓反饋網(wǎng)絡(luò)的自激振蕩條件，保持所述差動(dòng)比例電路的穩(wěn)定工作。
[0026]較佳地，所述根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)具體為:
[0027]當(dāng)所述熱敏電阻的采樣溫度高于目標(biāo)溫度，所述MCU產(chǎn)生使TEC元件吸熱的以正電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)；
[0028]當(dāng)所述熱敏電阻的采樣溫度低于目標(biāo)溫度，所述MCU產(chǎn)生使TEC元件放熱的以負(fù)電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)；
[0029]當(dāng)所述熱敏電阻的采樣溫度等于目標(biāo)溫度，所述MCU產(chǎn)生使TEC元件維持當(dāng)前狀態(tài)的以零電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)。
[0030]較佳地，所述將自所述MCU接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電流流向的電壓信號(hào)，具體為:
[0031]當(dāng)接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)以正電平表示，所述TEC控制單元向所述TEC元件輸出控制TEC元件的電流流向?yàn)檎虻恼蚱秒妷盒盘?hào)；
[0032]當(dāng)接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)以負(fù)電平表示，所述TEC控制單元向所述TEC元件輸出控制TEC元件的電流流向?yàn)樨?fù)向的負(fù)向偏置電壓信號(hào)；
[0033]當(dāng)接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)以零電平表示，所述TEC控制單元向所述TEC元件輸出維持TEC元件的當(dāng)前電流流向的維穩(wěn)電壓信號(hào)。
[0034]較佳地，所述根據(jù)來(lái)自所述TEC控制單元的電壓信號(hào)，進(jìn)行吸熱或放熱，具體為:
[0035]當(dāng)來(lái)自所述TEC控制單元的電壓信號(hào)為正向偏置電壓信號(hào)，所述TEC元件的電流流向?yàn)檎颍M(jìn)行吸熱，對(duì)所述熱敏電阻進(jìn)行制冷，降低所述熱敏電阻的溫度；
[0036]當(dāng)來(lái)自所述TEC控制單元的電壓信號(hào)為反向偏置電壓信號(hào)，所述TEC元件的電流流向?yàn)榉聪?，進(jìn)行放熱，對(duì)所述熱敏電阻進(jìn)行制熱，升高所述熱敏電阻的溫度；
[0037]當(dāng)來(lái)自所述TEC控制單元的電壓信號(hào)為維穩(wěn)電壓信號(hào)，所述TEC元件維持當(dāng)前電流流向。
[0038]由上述技術(shù)方案可見(jiàn)，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于熱電制冷器的溫度控制電路，考慮到常規(guī)應(yīng)用環(huán)境中EML激光器工作時(shí)的下限溫度，預(yù)先獲取該下限溫度下，ADC采集的熱敏電阻電壓，通過(guò)增加一個(gè)差動(dòng)比例電路，將差動(dòng)比例電路采集的熱敏電阻電壓值與預(yù)設(shè)參考電壓進(jìn)行差分處理，使得差分處理的熱敏電阻電壓變化范圍能夠放大到ADC整個(gè)電壓采樣區(qū)間，使ADC電壓采樣區(qū)間100%被利用起來(lái)，從而提高ADC的采樣精度，提升ADC的利用率。同時(shí)，增加的差動(dòng)比例電路相對(duì)于提升ADC的模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變化，設(shè)計(jì)及生產(chǎn)成本相對(duì)來(lái)說(shuō)可以忽略，從而有效降低了溫度控制電路成本。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0039]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。顯而易見(jiàn)地，以下描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，還可以根據(jù)這些附圖所示實(shí)施例得到其它的實(shí)施例及其附圖。
[0040]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例基于熱電制冷器的溫度控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例差動(dòng)比例電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型各實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所得到的所有其它實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型所保護(hù)的范圍。
[0043]現(xiàn)有的TEC溫度控制方法，不能100%利用ADC理論上采樣的熱敏電阻電壓范圍，這樣，降低了 ADC的實(shí)際采樣精度，使得激光器溫度的穩(wěn)定精度較差。為了提高激光器溫度的穩(wěn)定精度，往往需要提升ADC的模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)來(lái)提高采樣精度，但會(huì)造成設(shè)計(jì)成本的增加與浪費(fèi)。
[0044]本實(shí)用新型基于現(xiàn)有TEC溫度控制方法的不足，考慮到常規(guī)應(yīng)用環(huán)境中EML激光器工作時(shí)的下限溫度，預(yù)先獲取該下限溫度下，ADC采集的熱敏電阻電壓，通過(guò)增加一個(gè)差動(dòng)比例電路，將差動(dòng)比例電路采集的熱敏電阻電壓值與預(yù)設(shè)參考電壓進(jìn)行差分處理，使得差分處理的熱敏電阻電壓變化范圍能夠放大到ADC整個(gè)電壓采樣區(qū)間，使ADC電壓采樣區(qū)間100%被利用起來(lái)，從而提高ADC的采樣精度，提升ADC的利用率。同時(shí)，增加的差動(dòng)比例電路相對(duì)于提升ADC的模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變化，設(shè)計(jì)及生產(chǎn)成本相對(duì)來(lái)說(shuō)可以忽略，從而有效降低了溫度控制電路成本。
[0045]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例基于熱電制冷器的溫度控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。熱電制冷器溫度控制電路包括:熱電制冷器TEC元件10、熱敏電阻20、微控制單元MCU30、TEC控制單元40以及差動(dòng)比例電路50 ;其中，
[0046]TEC元件10、熱敏電阻20與EML激光器組成激光器組件，且熱敏電阻20與EML激光器均設(shè)置于TEC元件10表面；MCU30的輸入端與差動(dòng)比例電路50的輸出端相連，輸出端與TEC控制單元40的輸入端相連；TEC控制單元40的輸出端與TEC元件10相連；差動(dòng)比例電路50的輸入端與熱敏電阻20相連。
[0047]差動(dòng)比例電路50，用于采集熱敏電阻20的電壓，并將采集的熱敏電阻電壓和預(yù)設(shè)參考電壓之間的差值進(jìn)行差分放大，得到差分電壓；
[0048]本實(shí)用新型實(shí)施例中，預(yù)設(shè)參考電壓可以是常規(guī)應(yīng)用環(huán)境中，在與溫度控制參數(shù)相同的條件下，EML激光器工作時(shí)的下限溫度對(duì)應(yīng)采集的熱敏電阻上的電壓值。當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用中，預(yù)設(shè)參考電壓也可以是常規(guī)應(yīng)用環(huán)境中，在與溫度控制參數(shù)相同的條件下，EML激光器工作時(shí)的上限溫度對(duì)應(yīng)采集的熱敏電阻上的電壓值。這樣，經(jīng)過(guò)差分放大得到的差分電壓可以趨于零，從而可以覆蓋整個(gè)電壓采樣區(qū)間，使電壓采樣區(qū)間可以被100%利用。
[0049]MCU30，用于接收來(lái)自差動(dòng)比例電路50的差分電壓，并根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的熱敏電阻電壓與差分電壓的映射關(guān)系，得到與接收的差分電壓相應(yīng)的熱敏電阻電壓；根據(jù)得到的熱敏電阻電壓，結(jié)合預(yù)先存儲(chǔ)的熱敏電阻阻值與熱敏電阻電壓的映射關(guān)系，獲取與得到的熱敏電阻電壓相應(yīng)的熱敏電阻電阻值；再根據(jù)熱敏電阻的溫度-電阻特性，得到與獲取的熱敏電阻電阻值對(duì)應(yīng)的當(dāng)前熱敏電阻的采樣溫度；將熱敏電阻的采樣溫度與預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)溫度進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)，通過(guò)DAC (Digital-AnalogConverter,數(shù)模轉(zhuǎn)換器)通道向TEC控制單元40輸出；
[0050]TEC控制單元40，用于將自MCU30接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電流流向的電壓信號(hào)，向TEC元件10輸出；
[0051 ] 本實(shí)用新型實(shí)施例中，如果TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)以正電平表示，則表示需要控制TEC元件10的電流流向?yàn)檎?，以使TEC元件10產(chǎn)生吸熱，對(duì)EML激光器進(jìn)行制冷；如果TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)以負(fù)電平表示，則表示需要控制TEC元件10的電流流向?yàn)榉聪颍允筎EC元件10產(chǎn)生放熱，對(duì)EML激光器進(jìn)行制熱；如果TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)以零電平表示，則表示需要維持TEC元件10當(dāng)前的電流流向不變。
[0052]TEC元件10，用于根據(jù)來(lái)自TEC控制單元40的電壓信號(hào)，進(jìn)行吸熱或放熱，這樣，可以對(duì)設(shè)置于TEC元件10表面的EML激光器及熱敏電阻20進(jìn)行制冷或制熱。在TEC元件10進(jìn)行吸熱時(shí)，使EML激光器及熱敏電阻20溫度降低；在TEC元件10進(jìn)行放熱時(shí)，使EML激光器及熱敏電阻20溫度升高。
[0053]本實(shí)用新型實(shí)施例中，MCU30可以是單片機(jī)、微處理器、CPU、FPGA等。
[0054]本實(shí)用新型實(shí)施例中，TEC元件以及TEC控制單元均采用現(xiàn)有TEC溫度控制電路常用的結(jié)構(gòu)即可，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的電路，此處不再贅述。
[0055]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例差動(dòng)比例電路原理圖。如圖2所示，差動(dòng)比例電路50包括:運(yùn)算放大器Q1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第一電容C1、第二電容C2。
[0056]運(yùn)算放大器Q1的同相輸入端“ + ”分別與第四電阻R4的一端、第五電阻R5的一端相連，其中，第五電阻R5的另一端接地，第四電阻R4的另一端分別與第一電阻R1的一端、第一電容C1的一端以及熱敏電阻20的一端相連。
[0057]運(yùn)算放大器Q1的反相輸入端“一”分別與第六電阻R6的一端、第七電阻R7的一端相連，其中，第七電阻R7的另一端與運(yùn)算放大器Q1的輸出端“OUT”相連，第六電阻R6的另一端分別與第二電阻R2的一端、第三電阻R3的一端相連，第三電阻R3的另一端接地。
[0058]在第一電阻R1的另一端及第二電阻R2的另一端同時(shí)施加恒定電壓Vkef ;第一電容C1的另一端及熱敏電阻20的另一端均接地；
[0059]運(yùn)算放大器Q1的輸出端“OUT”分別與第二電容C2的一端、MCU30的輸入端相連；
第二電容C2的另一端接地。
[0060]本實(shí)用新型實(shí)施例中，差動(dòng)比例電路50，通過(guò)第一電阻R1、第一電容C1以及恒定電壓Vkef，在第一電阻R1與第一電容之間的第一結(jié)點(diǎn)處，實(shí)時(shí)獲取激光器組件中的熱敏電阻20的米樣電壓Vi ;[0061]在熱敏電阻采樣電壓Vi通過(guò)第四電阻R4及第五電阻R5進(jìn)行分壓后，將第四電阻與第五電阻之間的第二結(jié)點(diǎn)處的電壓輸入到運(yùn)算放大器Q1的同相輸入端“+”；
[0062]恒定電壓Vkef通過(guò)第二電阻R1、第三電阻R2進(jìn)行分壓后，在第二電阻與第三電阻之間的第三結(jié)點(diǎn)處形成預(yù)設(shè)參考電壓Vttos Mf，其中，預(yù)設(shè)參考電壓Vttas 可表示為:VthOTS
ref-^/ (?+?) XVref ;
[0063]在預(yù)設(shè)參考電壓Vttos—Mf經(jīng)由第六電阻R6及第七電阻R7構(gòu)成的電壓反饋網(wǎng)絡(luò)后，將第六電阻與第七電阻之間的第四結(jié)點(diǎn)處的電壓輸入到運(yùn)算放大器Q1的反相輸入端“一”。
[0064]電路供電電壓\c為運(yùn)算放大器Q1提供電路電壓；第二電容C2用于破壞由第六電阻R6及第七電阻R7構(gòu)成的電壓反饋網(wǎng)絡(luò)的自激振蕩條件，保持差動(dòng)比例電路的穩(wěn)定工作。
[0065]可替換地，本實(shí)用新型的實(shí)施例也可以不包括第二電容C2。在這種情況下，運(yùn)算放大器Q1的輸出端與MCU30的輸入端相連。
[0066]本實(shí)用新型實(shí)施例中，關(guān)于如何利用第二電容C2實(shí)現(xiàn)破壞電壓反饋網(wǎng)絡(luò)的自激振蕩條件為現(xiàn)有公知技術(shù)，在此不再贅述。
[0067]本實(shí)用新型實(shí)施例中，熱敏電阻采樣電壓Vi及預(yù)設(shè)參考電壓Vttas %經(jīng)運(yùn)算放大器Q1差分處理，得到差分電壓Vtemp ;根據(jù)差動(dòng)比例電路的原理，差分電壓Vtemp可表示為:Vtemp=ViX (R5/(R4+R5) X ((r6+r7)/r6) — Vthers ref Xr7/r6,由運(yùn)算放大器 Q1 的“OUT”輸出端輸出；
[0068]本實(shí)用新型實(shí)施例中，第四電阻與第五電阻的比值等于第六電阻與第七電阻的比值，gp:r4/r5=r6/r7,為了便于計(jì)算，實(shí)際應(yīng)用中，令第四電阻R4的阻值與第六電阻R6的阻值相等，第五電阻R5的阻值與第七電阻R7的阻值相等，這樣，差分電壓VtMP=R7/R6X (Vi —
Vthers—ref ) °
[0069]本實(shí)用新型實(shí)施例中，MCU30的ADC采樣通道，從差動(dòng)比例電路50的運(yùn)算放大器Q1的“OUT”輸出端接收差分電壓，并根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的熱敏電阻電壓與差分電壓的映射關(guān)系:Vtemp=ViX (R5/(R4+R5) X ((R6+R7)/R6) — Vthers refXR7/R6，得到與差分電壓相應(yīng)的熱敏電阻采樣電壓Vi ;根據(jù)得到的熱敏電阻采樣電壓Vi,結(jié)合預(yù)先存儲(chǔ)的熱敏電阻阻值與熱敏電阻電壓的映射關(guān)系，獲取與得到的熱敏電阻采樣電壓Vi對(duì)應(yīng)的熱敏電阻當(dāng)前電阻值；再根據(jù)熱敏電阻的溫度-電阻特性，得到與獲取的熱敏電阻當(dāng)前電阻值對(duì)應(yīng)的熱敏電阻溫度值，即熱敏電阻的采樣溫度；將得到的熱敏電阻的采樣溫度與預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)溫度進(jìn)行比較，根據(jù)得到的熱敏電阻采樣溫度與目標(biāo)溫度之間的差值，生成TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)；
[0070]本實(shí)用新型實(shí)施例中，當(dāng)?shù)玫降臒崦綦娮璧牟蓸訙囟雀哂谀繕?biāo)溫度，MCU30產(chǎn)生使TEC元件10吸熱的以正電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)；當(dāng)?shù)玫降臒崦綦娮璧牟蓸訙囟鹊陀谀繕?biāo)溫度，MCU30產(chǎn)生使TEC元件10放熱的以負(fù)電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)；當(dāng)?shù)玫降臒崦綦娮璧牟蓸訙囟鹊扔谀繕?biāo)溫度，MCU30產(chǎn)生使TEC元件10維持當(dāng)前狀態(tài)的以零電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)為O變。
[0071]TEC控制單元40將自MCU30接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電流流向的電壓
信號(hào);
[0072]本實(shí)用新型實(shí)施例中，當(dāng)接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)以正電平表示，則TEC控制單元40向TEC元件10輸出控制TEC元件10的電流流向?yàn)檎虻恼蚱秒妷盒盘?hào)；iTEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)以負(fù)電平表示，則TEC控制單元40向TEC元件10輸出控制TEC元件10的電流流向?yàn)樨?fù)向的反向偏置電壓信號(hào)；當(dāng)TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)以零電平表示，則TEC控制單元40向TEC元件10輸出維持TEC元件的當(dāng)前電流流向的維穩(wěn)電壓信號(hào)。
[0073]TEC元件10，根據(jù)來(lái)自TEC控制單元40的電壓信號(hào)，進(jìn)行吸熱或放熱，實(shí)現(xiàn)對(duì)EML激光器以及熱敏電阻20的制冷或制熱。
[0074]本實(shí)用新型實(shí)施例中，當(dāng)接收的電壓信號(hào)為正向偏置電壓信號(hào)，TEC元件10的電流流向?yàn)檎?，進(jìn)行吸熱，對(duì)EML激光器及熱敏電阻20進(jìn)行制冷，降低EML激光器及熱敏電阻20的溫度；當(dāng)接收的電壓信號(hào)為反向偏置電壓，TEC元件10的電流流向?yàn)榉聪?，進(jìn)行放熱，對(duì)EML激光器及熱敏電阻20進(jìn)行制熱，升高EML激光器及熱敏電阻20的溫度；當(dāng)接收到電壓信號(hào)為維穩(wěn)電壓信號(hào)，TEC元件10維持當(dāng)前電流流向。
[0075]實(shí)際應(yīng)用中，定義差動(dòng)比例電路50中的運(yùn)算放大器Q1設(shè)定的放大倍數(shù)為A=R7/R6，貝嗟動(dòng)比例電路50輸出的差分電壓Vtemp可表示為:Vtemp=AX (Vi — Vthers ref)0實(shí)際常規(guī)應(yīng)用中，EML激光器一般工作在20°C到70°C之間。根據(jù)熱敏電阻的溫度_電阻特性，熱敏電阻20 —般工作在幾K到十幾K的范圍，這樣，假設(shè)熱敏電阻第一采樣電壓V1與EML激光器工作在下限溫度時(shí)，熱敏電阻的下限電阻值對(duì)應(yīng)，熱敏電阻第二采樣電壓V2與EML激光器工作在上限溫度時(shí)，熱敏電阻的上限電阻值對(duì)應(yīng)，則熱敏電阻采樣電壓Vi取值范圍為V1到V2之間，這樣，差動(dòng)比例電路50輸出的差分電壓Vtemp取值范圍為Vtempl=AX (V1 — Vthers ref)到 Vtemp2=AX (V2 — V


)之間。
[0076]實(shí)際應(yīng)用中，在MCU30中的ADC采樣通道的參考電壓確定的情況下，ADC整個(gè)采樣區(qū)間的電壓采樣范圍為OV到參考電壓。因此，將差動(dòng)比例電路中的預(yù)設(shè)參考電壓Vttosref (Vthws M=R3/(R2+R3) XVKEF)，設(shè)置的比與熱敏電阻的下電阻值對(duì)應(yīng)的熱敏電阻第一采樣電壓V1稍小，保證Vtempl接近0V，Vtemp2接近MCU30中的ADC采樣通道的參考電壓，這樣，可以使得ADC采樣的經(jīng)差分處理的熱敏電阻電壓變化范圍能夠放大到ADC整個(gè)采樣區(qū)間，讓ADC通道100%被利用起來(lái)，從而提升ADC通道的利用率，提高單位ADC的采樣精度，繼而提高EML激光器溫度的穩(wěn)定精度。同時(shí)，增加的差動(dòng)比例電路相對(duì)于提升ADC的模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變化，設(shè)計(jì)及生產(chǎn)成本相對(duì)來(lái)說(shuō)可以忽略，從而有效降低了溫度控制電路成本。
[0077]顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于熱電制冷器的溫度控制電路，包括:熱電制冷器TEC元件、熱敏電阻以及TEC控制單元，其特征在于，還包括:微控制單元MCU以及差動(dòng)比例電路；其中， 所述熱敏電阻設(shè)置于所述TEC元件的表面； 所述差動(dòng)比例電路的輸入端與所述熱敏電阻相連，用于采集所述熱敏電阻的電壓，將采集的熱敏電阻電壓和預(yù)設(shè)參考電壓之間的差值進(jìn)行差分放大，得到差分電壓； 所述MCU的輸入端與所述差動(dòng)比例電路的輸出端相連，用于接收來(lái)自所述差動(dòng)比例電路的差分電壓，并根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的熱敏電阻電壓與差分電壓的映射關(guān)系，得到與接收的差分電壓相應(yīng)的熱敏電阻電壓；根據(jù)得到的熱敏電阻電壓，結(jié)合預(yù)先存儲(chǔ)的熱敏電阻阻值與熱敏電阻電壓的映射關(guān)系，獲取與得到的熱敏電阻電壓相應(yīng)的熱敏電阻電阻值；再根據(jù)熱敏電阻的溫度-電阻特性，得到與獲取的熱敏電阻電阻值對(duì)應(yīng)的當(dāng)前熱敏電阻的采樣溫度；將熱敏電阻的采樣溫度與預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)溫度進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)； 所述TEC控制單元的輸入端與所述MCU的輸出端相連，用于將自所述MCU接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電流流向的電壓信號(hào)； 所述TEC元件與所述TEC控制單元的輸出端相連，用于根據(jù)來(lái)自所述TEC控制單元的電壓信號(hào)，進(jìn)行吸熱或放熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述差動(dòng)比例電路包括:運(yùn)算放大器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第一電容、第二電容；其中， 所述運(yùn)算放大器的同相輸入端分別與所述第四電阻的一端、所述第五電阻的一端相連，所述第五電阻的另一端接地，所述第四電阻的另一端分別與所述第一電阻的一端、所述第一電容的一端以及所述熱敏電阻的一端相連； 在所述第一電阻的另一端及所述第二電阻的一端同時(shí)施加恒定電壓；所述第一電容的另一端及所述熱敏電阻的另一端均接地； 所述運(yùn)算放大器的反相輸入端分別與所述第六電阻的一端、所述第七電阻的一端相連，其中，所述第七電阻的另一端與所述運(yùn)算放大器的輸出端相連，所述第六電阻的另一端與所述第二電阻的另一端、所述第三電阻的一端相連，所述第三電阻的另一端接地； 所述運(yùn)算放大器的輸出端與所述MCU的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述差動(dòng)比例電路進(jìn)一步包括: 第二電容，第二電容的一端與所述運(yùn)算放大器的輸出端相連，另一端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述第四電阻與所述第五電阻的比值等于所述第六電阻與所述第七電阻的比值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述第四電阻的阻值與第六電阻的阻值相等，所述第五電阻的阻值與第七電阻的阻值相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于， 所述恒定電壓通過(guò)所述第二電阻、所述第三電阻進(jìn)行分壓，在所述第二電阻與所述第三電阻之間的第三結(jié)點(diǎn)處形成所述預(yù)設(shè)參考電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述第二電容用于破壞所述電壓反饋網(wǎng)絡(luò)的自激振蕩條件，保持所述差動(dòng)比例電路的穩(wěn)定工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)具體為: 當(dāng)所述熱敏電阻的采樣溫度高于目標(biāo)溫度，所述MCU產(chǎn)生使TEC元件吸熱的以正電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)； 當(dāng)所述熱敏電阻的采樣溫度低于目標(biāo)溫度，所述MCU產(chǎn)生使TEC元件放熱的以負(fù)電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)； 當(dāng)所述熱敏電阻的采樣溫度等于目標(biāo)溫度，所述MCU產(chǎn)生使TEC元件維持當(dāng)前狀態(tài)的以零電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述將自所述MCU接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制電流流向的電壓信號(hào)，具體為: 當(dāng)接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)以正電平表示，所述TEC控制單元向所述TEC元件輸出控制TEC元件的電流流向?yàn)檎虻恼蚱秒妷盒盘?hào)； 當(dāng)接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)以負(fù)電平表示，所述TEC控制單元向所述TEC元件輸出控制TEC元件的電流流向?yàn)樨?fù)向的負(fù)向偏置電壓信號(hào)； 當(dāng)接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號(hào)以零電平表示，所述TEC控制單元向所述TEC元件輸出維持TEC元件的當(dāng)前電流流向的維穩(wěn)電壓信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述根據(jù)來(lái)自所述TEC控制單元的電壓信號(hào)，進(jìn)行吸熱或放熱，具體為: 當(dāng)來(lái)自所述TEC控制單元的電壓信號(hào)為正向偏置電壓信號(hào)，所述TEC元件的電流流向?yàn)檎?，進(jìn)行吸熱，對(duì)所述熱敏電阻進(jìn)行制冷，降低所述熱敏電阻的溫度； 當(dāng)來(lái)自所述TEC控制單元的電壓信號(hào)為反向偏置電壓信號(hào)，所述TEC元件的電流流向?yàn)榉聪颍M(jìn)行放熱，對(duì)所述熱敏電阻進(jìn)行制熱，升高所述熱敏電阻的溫度； 當(dāng)來(lái)自所述TEC控制 單元的電壓信號(hào)為維穩(wěn)電壓信號(hào)，所述TEC元件維持當(dāng)前電流流向。
【文檔編號(hào)】H01S3/04GK203521883SQ201320580694
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】趙平, 張華 , 吳錫貴, 王三 申請(qǐng)人:青島海信寬帶多媒體技術(shù)有限公司