基于MAX1968的LD自动温度控制系统设计(TEC驱动芯片

MAX1968主要由两个开关型同步降压稳压器组成，100％的占窄比实现了低压差操作。在两个同步降压稳压器输出端配有高效MOSFET，由LX1、LX2引出，经过LC滤波驱动TEC。两个稳压器同时工作产生一个差动电压，直接控制TEC电流，实现TEC电流的双向控制，双极性工作避免了线性驱动所存在的“死区”问题，以及轻载电流时的非线性问题，能够实现无“死区”温度控制。外部控制电路的输出电压加在TEC电流控制输入端CTL1，直接设置TEC电流。一般TEC+接OS2，TEC-接OS1，OS1和OS2不是功率输出，而是用来感测通过TEC的电流，流过TEC的电流由下式确定：

式中：RSENSE为TEC电流的感应电阻；VCTL1为外部控制电路的输出电压；VREF为参考电压(1.5 V)。

假设正向电流为加热，则VCTL1>1.5 V为加热，电流的流向从OS2到OS1，OS1、OS2、CS这3个引脚的电压关系为：VOS2>VOS1>VCS，反之则制冷。

开关稳压器是按周期运作的，以把功率传输到一个输出端，这种转换方法会在基频及谐波上产生很大的噪声分量，但是在MAX1968中是相位转换并提供互补同相工作周期，所以纹波波形大大减小，抑制了纹波电流和电气噪声进入TEC模块，进而影响LD工作性能。FREQ用来设置内部振荡器的开关频率，当FREQ接地频率为500 kHz，FREQ接电源频率为1 MHz。

MAX1968片内带有的MOSFET驱动器，减少了外部元件，芯片工作在较高的开关频率下，可以用更小的电感和电容，从而减少PCB(印制电路板)的面积、降低成本。

为了确保电流控制环的稳定，在COMP端接一补偿电容，此电容的值可由下式确定：

式中:f为电流控制环的频率，一般不大于LX1端的滤波谐振频率；gm为环的跨导，典型值为100μA／V；RTEC为TEC阻抗。

将SHDN引脚置低，MAX1968还可以工作在省电模式。

芯片还提供了一系列的保护和监测功能：

a) 限制流过TEC最大的正向和反向电流，而且是独立控制的。可根据使用的TEC在REF和GND之间通过分压电阻，在引脚MAXIP和MAXIN端设置。

b) ITEC为状态输出，用以监测TEC的电流，是通过CS与OS1之间的电流感应电阻取样，此输出电压与流过TEC的电流成正比。

c) TEC电压限制功能，MAX1968为TEC提供了最大压差控制，在REF和GND之间通过分压电阻设置VMAx，VMAx在0～1.5 V内变化，而通过TEC的电压为VMAX的4倍。

d) 模拟控制信号直接精确地设置TEC电流，消除了TEC中的浪涌电流。

3 MAX1968应用电路设计方案

要保证LD正常工作，首先要确定LD的正常工作温度。LD现在一般都做成内带背光检测光敏二极管，TEC和温度传感器的LD组件其半导体制冷器和温度传感器都紧贴在LD的管芯上，这样制冷效果很好，而且温度传感器检测到的温度能正确地反应LD的工作温度。MAX1968是一个TEC控制器，用于设定和稳定TEC的温度。每个加载在MAX1968电流控制输入端的电压对应一个目标温度设定点。适当的电流通过TEC将驱动TEC对LD供热或是制冷。LD的温度由温度传感器来测量并反馈给MAX1968，用于调整系统回路和驱动TEC工作。TEC控制器为了完成此工作，需要一个精密的输入放大器，用以准确测量目标温度和LD实际温度之间的差别；需要一个补偿放大器，用以优化TEC对温度间隔的反应。MAX1968能高效率工作以减小热量，而且体积小，系统外部元件少，所以可广泛应用于激光器、各种光电仪器和光通信、自动测试设备和生物技术实验室没备等ATC系统。图3为利用MAX1968设计LD的温度控制系统。

系统中主控回路采用负反馈，将温度传感器输出的电压与给定电压比较，所得误差值经放大和一定的控制电路或控制算法后，送入MAX1968，以控制TEC上的电压、电流的大小和方向，进而实现制冷或制热。

下面简单介绍LD温度控制系统中有关温度传感器、给定温度值等部分的选择方案。