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关键字：MAX1968 LD 温度控制
引言
LD(激光二极管)由于其波长范围宽、制作简单、成本低、易于大量生产，而且体积小、重量轻、寿命长，因而品种发展快，目前已超过300种，应用范围覆盖了整个光电子学领域，成为当今光电子科学的核心技术，广泛应用于激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等领域，并形成了广阔的市场。
LD缺点是输出特性受温度影响很大，见图1。
随着温度的升高，需要有更多的载流子注入来维持所需的粒子数反转，LD的阈值电流升高，这会导致LD的能量转化效率降低，将电能转换为热能，发射波长也随着温度的变化发生漂移。如果LD不能快速有效地制冷，则不仪会影响其输出特性，甚至会损坏LD。
为了保证LD有较长的工作寿命，必须采取ATC(自动温度控制)措施，通过控制LD管芯温度来维持LD正常工作的温度。
一般ATC是采用半导体TEC(热电制冷器)。TEC是一种没有运动部分的小型热泵，常被运用于空间有限和高可靠性的场合。TEC的功能实现取决于供电电流的方向，通过改变电流方向实现制热或者制冷。本文介绍的芯片MAX1968，是用来控制T
EC实现LD的ATC。
1 LD热电温度控制原理
LD温度控制的基本原理是：温度传感器实时地测量安放在TEC冷端的激光管温度，期望的工作温度由设定点的电压来表示，它与温度传感器产生的表示LD实际温度的电压通过运放进行比较，产生一个偏差电压，此信号经过相应的硬件和控制算法处理后，输出一定的电压经过驱动电路送给TEC模块，TEC根据流过电流的方向，对LD进行制冷或加热，使得LD稳定在所要求的温度值。LD的温度控制系统必须满足精度高，响应速度快、稳定性好的要求，而且要能实现双向控制，以适应外界温度变化和LD本身工作条件的不确定性。同时，还要考虑到LD的保护问题。
TEC控制器按输出的工作模式可分成线性模式和开关模式。传统LD的热电温度控制大多采用线性模式的TEC控制器，一个简单的线性驱动TEC电路由两个推挽功率三极管构成，虽然具有电流纹波小且容易设计和制造的优点，但功率效率低、控制精度不高，电路集成度较低，而且存在温度控制“死区”问题。
本文介绍的MAX1968是高度集成、高性价比、高效率的开关型TEC模块驱动器，采用直接的电流控制。
2 MAX1968功能及其特点
MAX1968是一款适用于Peltier TEC模块的开关型驱动芯片，工作于单电源，能够提供±3 A双极性输出，其功能框图如图2所示。
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。
TEC模块安装到热沉中有不同的方法，对具体的TEC，制造商会推荐适当的安装方式，为实现优化温度控制，从待冷却(或加热)的器件到TEC表面的热通路应有高的热传导率和短的物理长度，温度传感器也尽可能靠近激光器以提高测量准确度。同时，还要尽量减小辐射和对流所带来的损失。
4 结束语
本文介绍TEC驱动芯片MAX1968的控制原理及其特点，并给出了该芯片的应用设计方案，同时讨论了构成系统的各部件选择方案或原则，对不同的LD和TEC只要恰当地选择外围器件，用MAX1968构建的温度控制系统可以快速稳定地达到所设定的温度值，稳定性可达到0.01℃。
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