利用 SPICE 设计 TEC 温度环路 PID 控制

关键词：运算放大器、温度传感器、SPICE、PID、TEC、EDFA、TMP20、OPA569、OPA2314、德州仪器、TI

使用模拟比例积分微分 (PID) 控制器的温度控制是一种非常简单的电路，是确保热电冷却器 (TEC) 的设置点能够对温度或者激光进行调节的有效方法。比例积分项协同工作，精确地伺服TEC的电流，以维持控制器的温度设置点。与此同时，微分项对完成上述工作的速率进行调节，从而优化总体系统响应。如果可以对总体系统响应H (s) 进行描述，则为其设计 PID 控制器G (s) 的最为方便和有效的方法是利用 SPICE 进行仿真。

步骤1：确定SPICE模型的TEC/Temp传感器热阻抗。

要想把 SPICE 作为 PID 环路设计的一种有效工具，获取温度环路的热响应非常重要，目的是获得 PCBàTECà 激光二极管à 温度传感器接线的实际热敏电阻、电容和传输函数。记住，由于实际热特性会出现高达50%的变化，因此最好是向实际系统注入一个热步进输入，并对其进行测量，以获得最佳的 SPICE 仿真热模型。

如果对热连接线进行描述，请使用“外环路、内环路”程序来确定G (s) 模块中控制放大器的总体环路响应和稳定性。在所有情况下，都会使用一个非常大的电感来中断外环路和内环路，并通过一个大电容器和 AC 电源激励环路。

步骤 2：中断G(s)和H(s)之间的外环路

外环路定义为围绕G（s）和H（s）模块的一条通路。使用图 1 进行模拟的目标是中断外环路，获得H（s）、G（s）和总环路增益，以验证热环路稳定性。这种情况下，图 2 显示相位降至零度以下，而环路增益变为 0 dB，其表明整个环路不稳定。因此，改变 G（s）应加强 PID 控制，并增加温度环路的稳定性。

图 1 仿真电路获得环路增益和相位

图 2 图 1 的环路增益和相位曲线图