一种基于PWM的TEC驱动电路及提高其驱动能力的方法

摘要

本发明提供了一种基于PWM的TEC驱动电路，包括激光器，所述激光器包括NTC电阻和TEC，其特征在于：还包括：误差放大电路，所述误差放大电路与所述NTC电阻电控连接，用于将所述NTC电阻的电阻值由于温度变化而产生阻值的变化转换为电压信号的变化、并进行放大；PWM驱动电路，所述PWM驱动电路分别与所述误差放大电路和所述TEC电控连接，所述PWM驱动电路接收所述误差放大电路的电压信号来控制所述TEC进行温度调节，同时还提供了一种提高基于PWM的TEC驱动电路驱动能力的方法。

说明书

技术领域

本发明属于温度控制的技术领域，具体涉及一种基于PWM的TEC驱动电路及提高其驱动能力的方法。

背景技术

现有技术中，激光器的半导体制冷器（TEC）的驱动电路主要分为2种方式：一种为线性驱动方式。此方式效率低且发热量大，导致无法适应日益严格的能耗标准和小体积场合的应用。另一种为PWM驱动方式的专用TEC驱动芯片，如MAX1968、MAX1978等，如公告号为CN102455717A的中国实用新型专利中提到基于MAX1968的LD自动温度控制装置以及公告号为CN204215291的中国实用新型专利中提到一种基于TEC的激光器温度控制电路，此类芯片集成度高，效率高，体积小，但由于属于专用芯片，市场量小，普遍存在价格昂贵，供货周期长，导致产品的市场竞争力低下。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于PWM的TEC驱动电路，其使用分立元件搭建，灵活度大大提高，硬件成本低、控制效率高，使得激光器可以高效可靠的工作，使得激光器产品的市场竞争力好，同时还提供了一种提高基于PWM的TEC驱动电路驱动能力的方法。

本发明的具体技术方案如下：一种基于PWM的TEC驱动电路，包括激光器，所述激光器包括NTC电阻和TEC，其特征在于：还包括：

误差放大电路，所述误差放大电路与所述NTC电阻电控连接，用于将所述NTC电阻的电阻值由于温度变化而产生阻值的变化转换为电压信号的变化、并进行放大；

PWM驱动电路，所述PWM驱动电路分别与所述误差放大电路和所述TEC电控连接，所述PWM驱动电路接收所述误差放大电路的电压信号来控制所述TEC进行温度调节。

进一步的，所述误差放大电路包括相连接的差分放大电器和TypeⅡ补偿器。

进一步的，所述PWM驱动电路包括：同步降压控制器和与所述同步降压控制器相连接的两个同步降压电路，所述同步降压电路包括相连接的相连接的同步降压MOSFET驱动器和N沟道MOSFET，所述同步降压控制器用于输出2个同频率、同相位且占空比相反的PWM信号；所述同步降压MOSFET驱动器根据来自所述同步降压控制器的PWM信号输出驱动电压。

进一步的，所述同步降压控制器的高端输出口与其中一个所述同步降压MOSFET驱动器的PWM端口相连接，所述同步降压控制器的低端输出口与另一个所述同步降压MOSFET驱动器的PWM端口相连接，两个所述同步降压MOSFET驱动器的高端输出口和低端输出口均分别连接所述N沟道MOSFET。

进一步的，所述差分放大电路包括运算放大器U4B与电阻R2、R3、R4、R5，预设电压V1从所述运算放大器U4B的正向输入端输入，输入电压V2经所述NTC和电阻R1分压后的分压电压V3连接电阻R2后从所述运算放大器U4B的负向输入端输入，所述运算放大器U4B的负向输入端输入与所述运算放大器U4B的输出端之间连接TypeⅡ补偿器，所述TypeⅡ补偿器包括电阻R6、电容C5、电容C6。

进一步的，同步降压控制器U1的反馈输入口COMP连接所述运算放大器U4B的输出端，所述同步降压控制芯片U1的高端输出口HDRV和低端输出口LDRV分别连接至同步降压MOSFET驱动器U2、U3的PWM输入口，所述同步降压控制芯片U1的BOOT端连接VCC，所述同步降压控制芯片U1的SW端接地；同步降压MOSFET驱动器U2使能端口OD连接VCC，同步降压MOSFET驱动器U2的高端输出口HDRV和同步降压MOSFET驱动器U2的低端输出口LDRV分别连接N沟道MOSFETQ1和N沟道MOSFETQ2的栅极，同步降压MOSFET驱动器U2的SW端分别与N沟道MOSFETQ1的源极、N沟道MOSFETQ2的漏极、功率电感L1的一端相连接，同步降压MOSFET驱动器U2的SW端串联自举电容C3后与同步降压MOSFET驱动器U2的BOOT端相连接，N沟道MOSFETQ1的漏极连接VCC，N沟道MOSFETQ2的源极接地，功率电感L1的另一端连接输出滤波电容C1的正极和TEC的+端，滤波电容C1的负极接地；同步降压MOSFET驱动器U3使能端口OD连接VCC，同步降压MOSFET驱动器U3的高端输出口HDRV和同步降压MOSFET驱动器U3的低端输出口LDRV分别连接N沟道MOSFETQ3和N沟道MOSFETQ4的栅极，同步降压MOSFET驱动器U3的SW端分别与N沟道MOSFETQ3的源极、N沟道MOSFETQ4的漏极、功率电感L2的一端相连接，同步降压MOSFET驱动器U3的SW端串联自举电容C4后与同步降压MOSFET驱动器U3的BOOT端相连接，N沟道MOSFETQ3的漏极连接VCC，N沟道MOSFETQ4的源极接地，功率电感L2的另一端连接输出滤波电容C2的正极和TEC的-端，滤波电容C2的负极接地。

一种提高基于PWM的TEC驱动电路驱动能力的方法，其特征在于：采用上述基于PWM的TEC驱动电路，提高同步降压MOSFET驱动器U2、U3的OD端连接的VCC的电压值。

本发明的基于PWM的TEC驱动电路，其使用分立元件搭建，灵活度大大提高，通过设置误差放大电路，将激光器内置NTC电阻的阻值由于温度变化而产生阻值的变化转换为电压的微小变化，再经过放大后送至PWM驱动电路的反馈输入口，进而相应的调整PWM输出电压来控制TEC半导体制冷芯片的制冷或者加热；整个电路构成闭合的温度控制环路，且具有较高的环路增益，控制反应迅速，控制效率高，保证了激光器内部的实际温度与设置温度的一致性，从而保证激光器高效可靠的工作；同时本发明的基于PWM的TEC驱动电路的中的同步降压控制芯片和同步降压MOSFET驱动器均为成熟产品，市场保有量大且价格便宜，供货周期短，其硬件成本低，使得激光器产品的市场竞争力好，本发明的提高基于PWM的TEC驱动电路驱动能力的方法，通过提高同步降压MOSFET驱动器的VCC电压，来保证温度的稳定性，改善基于PWM的TEC驱动电路的驱动能力，由于使用分立元件搭建，灵活度大大提高，解决了专用驱动芯片产品单一，电流小的缺点。

附图说明

图1为本发明的基于PWM的TEC驱动电路的电路构成示意图；

图2为本发明的基于PWM的TEC驱动电路的具体电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普调技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有实施例，都属于本发明保护的范围。

见图1、图2，本发明的一种基于PWM的TEC驱动电路，包括激光器，激光器包括NTC电阻和TEC，还包括：

误差放大电路1，误差放大电路1与NTC电阻电控连接，用于将NTC电阻的电阻值由于温度变化而产生阻值的变化转换为电压信号的变化、并进行放大；

PWM驱动电路2，PWM驱动电路2分别与误差放大电路1和TEC电控连接，PWM驱动电路接收误差放大电路的电压信号来控制TEC进行温度调节。

误差放大电路包括相连接的差分放大电器和TypeⅡ补偿器，TypeⅡ补偿器用于补偿控制环路，差分放大电路包括运算放大器U4B与电阻R2、R3、R4、R5，预设电压V1从运算放大器U4B的正向输入端输入，输入电压V2经NTC和电阻R1分压后的分压电压V3连接电阻R2后从运算放大器U4B的负向输入端输入，运算放大器U4B的负向输入端输入与运算放大器U4B的输出端之间连接TypeⅡ补偿器，TypeⅡ补偿器包括电阻R6、电容C5、电容C6。

PWM驱动电路包括：同步降压控制器和与同步降压控制器相连接的两个同步降压电路，同步降压电路包括相连接的相连接的同步降压MOSFET驱动器和N沟道MOSFET，同步降压控制器用于输出2个同频率、同相位且占空比相反的PWM信号；同步降压MOSFET驱动器根据来自同步降压控制器的PWM信号输出驱动电压。

同步降压控制器的高端输出口与其中一个同步降压MOSFET驱动器的PWM端口相连接，同步降压控制器的低端输出口与另一个同步降压MOSFET驱动器的PWM端口相连接，两个同步降压MOSFET驱动器的高端输出口和低端输出口均分别连接N沟道MOSFET。

具体的，同步降压控制器U1的反馈输入口COMP连接运算放大器U4B的输出端，同步降压控制芯片U1的高端输出口HDRV和低端输出口LDRV分别连接至同步降压MOSFET驱动器U2、U3的PWM输入口，同步降压控制芯片U1的BOOT端连接VCC，同步降压控制芯片U1的SW端接地；同步降压MOSFET驱动器U2使能端口OD连接VCC，同步降压MOSFET驱动器U2的高端输出口HDRV和同步降压MOSFET驱动器U2的低端输出口LDRV分别连接N沟道MOSFETQ1和N沟道MOSFETQ2的栅极，同步降压MOSFET驱动器U2的SW端分别与N沟道MOSFETQ1的源极、N沟道MOSFETQ2的漏极、功率电感L1的一端相连接，同步降压MOSFET驱动器U2的SW端串联自举电容C3后与同步降压MOSFET驱动器U2的BOOT端相连接，N沟道MOSFETQ1的漏极连接VCC，N沟道MOSFETQ2的源极接地，功率电感L1的另一端连接输出滤波电容C1的正极和TEC的+端，滤波电容C1的负极接地；同步降压MOSFET驱动器U3使能端口OD连接VCC，同步降压MOSFET驱动器U3的高端输出口HDRV和同步降压MOSFET驱动器U3的低端输出口LDRV分别连接N沟道MOSFETQ3和N沟道MOSFETQ4的栅极，同步降压MOSFET驱动器U3的SW端分别与N沟道MOSFETQ3的源极、N沟道MOSFETQ4的漏极、功率电感L2的一端相连接，同步降压MOSFET驱动器U3的SW端串联自举电容C4后与同步降压MOSFET驱动器U3的BOOT端相连接，N沟道MOSFETQ3的漏极连接VCC，N沟道MOSFETQ4的源极接地，功率电感L2的另一端连接输出滤波电容C2的正极和TEC的-端，滤波电容C2的负极接地。

以下具体描述本发明的基于PWM的TEC驱动电路的工作过程：当激光器内部的温度高于预设值，NTC电阻的阻值变化，使得运算放大器U4B的正向输入端输入的预设电压值V1和负向输入端输入的分压电压V3不同，电压的微小变化经误差放大电路放大后传输给同步降压控制器U1，同步降压控制器U1的高端输出口HDRV输出一个大于0.5的占空比，低端输出口LDRV输出一个互补的小于0.5的占空比，使U2控制的同步降压电路输出一个大于1/2VCC的电压，U3控制的同步降压电路输出一个小于1/2VCC的电压，使得TEC+端的电位高于TEC-端的电位，电流从TEC+端流向TEC-端，TEC制冷，将内部的温度降至预设值；反之，则TEC加热，将内部的温度升至预设值。

此外本发明还提供了一种提高基于PWM的TEC驱动电路驱动能力的方法，当驱动电路的驱动能力不足或者使用大功率的TEC时，大功率的TEC是指采用超过20w的TEC，采用本发明的基于PWM的TEC驱动电路，提高同步降压MOSFET驱动器的VCC电压，来保证温度的稳定性，改善基于PWM的TEC驱动电路驱动能力，由于使用分立元件搭建，灵活度大大提高，解决了专用驱动芯片产品单一，电流小的缺点。

本发明的基于PWM的TEC驱动电路，其使用分立元件搭建，灵活度大大提高，通过设置误差放大电路，将激光器内置NTC电阻的阻值由于温度变化而产生阻值的变化转换为电压的微小变化，再经过放大后送至PWM驱动电路的反馈输入口，进而相应的调整PWM输出电压来控制TEC半导体制冷芯片的制冷或者加热；整个电路构成闭合的温度控制环路，且具有较高的环路增益，控制反应迅速，控制效率高，保证了激光器内部的实际温度与设置温度的一致性，从而保证激光器高效可靠的工作；同时本发明的基于PWM的TEC驱动电路的中的同步降压控制芯片和同步降压MOSFET驱动器均为成熟产品，市场保有量大且价格便宜，供货周期短，其硬件成本低，使得激光器产品的市场竞争力好。