引言

ld(激光二極管)由于其波長范圍寬、制作簡單、成本低、易于大量生產(chǎn)，而且體積小、重量輕、壽命長，因而品種發(fā)展快，目前已超過300種，應(yīng)用范圍覆蓋了整個(gè)光電子學(xué)領(lǐng)域，成為當(dāng)今光電子科學(xué)的核心技術(shù)，廣泛應(yīng)用于激光測距、激光雷達(dá)、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導(dǎo)跟蹤、引燃引爆、自動控制、檢測儀器等領(lǐng)域，并形成了廣闊的市場。

ld缺點(diǎn)是輸出特性受溫度影響很大，見圖1。

隨著溫度的升高，需要有更多的載流子注入來維持所需的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，ld的閾值電流升高，這會導(dǎo)致ld的能量轉(zhuǎn)化效率降低，將電能轉(zhuǎn)換為熱能，發(fā)射波長也隨著溫度的變化發(fā)生漂移。如果ld不能快速有效地制冷，則不儀會影響其輸出特性，甚至?xí)䲟p壞ld。

為了保證ld有較長的工作壽命，必須采取atc(自動溫度控制)措施，通過控制ld管芯溫度來維持ld正常工作的溫度。

一般atc是采用半導(dǎo)體tec(熱電制冷器)。tec是一種沒有運(yùn)動部分的小型熱泵，常被運(yùn)用于空間有限和高可靠性的場合。tec的功能實(shí)現(xiàn)取決于供電電流的方向，通過改變電流方向?qū)崿F(xiàn)制熱或者制冷。本文介紹的芯片max1968，是用來控制tec實(shí)現(xiàn)ld的atc。

1 ld熱電溫度控制原理

ld溫度控制的基本原理是：溫度傳感器實(shí)時(shí)地測量安放在tec冷端的激光管溫度，期望的工作溫度由設(shè)定點(diǎn)的電壓來表示，它與溫度傳感器產(chǎn)生的表示ld實(shí)際溫度的電壓通過運(yùn)放進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個(gè)偏差電壓，此信號經(jīng)過相應(yīng)的硬件和控制算法處理后，輸出一定的電壓經(jīng)過驅(qū)動電路送給tec模塊，tec根據(jù)流過電流的方向，對ld進(jìn)行制冷或加熱，使得ld穩(wěn)定在所要求的溫度值。ld的溫度控制系統(tǒng)必須滿足精度高，響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好的要求，而且要能實(shí)現(xiàn)雙向控制，以適應(yīng)外界溫度變化和ld本身工作條件的不確定性。同時(shí)，還要考慮到ld的保護(hù)問題。

tec控制器按輸出的工作模式可分成線性模式和開關(guān)模式。傳統(tǒng)ld的熱電溫度控制大多采用線性模式的tec控制器，一個(gè)簡單的線性驅(qū)動tec電路由兩個(gè)推挽功率三極管構(gòu)成，雖然具有電流紋波小且容易設(shè)計(jì)和制造的優(yōu)點(diǎn)，但功率效率低、控制精度不高，電路集成度較低，而且存在溫度控制“死區(qū)”問題。

本文介紹的max1968是高度集成、高性價(jià)比、高效率的開關(guān)型tec模塊驅(qū)動器，采用直接的電流控制。

2 max1968功能及其特點(diǎn)

max1968是一款適用于peltier tec模塊的開關(guān)型驅(qū)動芯片，工作于單電源，能夠提供±3 a雙極性輸出，其功能框圖如圖2所示。

max1968主要由兩個(gè)開關(guān)型同步降壓穩(wěn)壓器組成，100％的占窄比實(shí)現(xiàn)了低壓差操作。在兩個(gè)同步降壓穩(wěn)壓器輸出端配有高效mosfet，由lx1、lx2引出，經(jīng)過lc濾波驅(qū)動tec。兩個(gè)穩(wěn)壓器同時(shí)工作產(chǎn)生一個(gè)差動電壓，直接控制tec電流，實(shí)現(xiàn)tec電流的雙向控制，雙極性工作避免了線性驅(qū)動所存在的“死區(qū)”問題，以及輕載電流時(shí)的非線性問題，能夠?qū)崿F(xiàn)無“死區(qū)”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(shè)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(yīng)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(shè)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(gè)引腳的電壓關(guān)系為：vos2>vos1>vcs，反之則制冷。

開關(guān)穩(wěn)壓器是按周期運(yùn)作的，以把功率傳輸?shù)揭粋�(gè)輸出端，這種轉(zhuǎn)換方法會在基頻及諧波上產(chǎn)生很大的噪聲分量，但是在max1968中是相位轉(zhuǎn)換并提供互補(bǔ)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(jìn)入tec模塊，進(jìn)而影響ld工作性能。freq用來設(shè)置內(nèi)部振蕩器的開關(guān)頻率，當(dāng)freq接地頻率為500 khz，freq接電源頻率為1 mhz。

max1968片內(nèi)帶有的mosfet驅(qū)動器，減少了外部元件，芯片工作在較高的開關(guān)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(huán)的穩(wěn)定，在comp端接一補(bǔ)償電容，此電容的值可由下式確定：

式中:f為電流控制環(huán)的頻率，一般不大于lx1端的濾波諧振頻率；gm為環(huán)的跨導(dǎo)，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(hù)和監(jiān)測功能：

a) 限制流過tec最大的正向和反向電流，而且是獨(dú)立控制的。可根據(jù)使用的tec在ref和gnd之間通過分壓電阻，在引腳maxip和maxin端設(shè)置。