基于熱電制冷器的溫度控制電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于熱電制冷器的溫度控制電路，包括：TEC元件、熱敏電阻、TEC控制單元、MCU以及差動比例電路；其中，熱敏電阻設置于TEC元件的表面，與差動比例電路相連；TEC控制單元將來自MCU的TEC溫度調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換為控制電流流向的電壓信號；TEC元件根據(jù)來自TEC控制單元的電壓信號，進行吸熱或放熱；差動比例電路將采集的熱敏電阻電壓和預設參考電壓之間的差值進行差分放大，得到差分電壓；MCU根據(jù)來自差動比例電路的差分電壓，獲取當前熱敏電阻的采樣溫度，根據(jù)熱敏電阻的采樣溫度與預先設定的目標溫度之間的比較結(jié)果，產(chǎn)生TEC溫度調(diào)節(jié)信號。應用本發(fā)明，可以降低溫度控制電路成本、提升ADC的利用率。
【專利說明】基于熱電制冷器的溫度控制電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于熱電制冷器的溫度控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對高帶寬的需求不斷增加，在光通信領(lǐng)域，要求光模塊的傳輸速率越來越高，體積卻越來越小。光模塊中的EML (Electro-absorption Modulated Laser,電吸收外調(diào)制激光器)具有較好的光譜特性、響應速度快、功耗低等特點，因此廣泛應用于光通信中。
[0003]由于EML激光器的中心波長、輸出功率等都受到激光器溫度的影響，因此要保持EML激光器的中心波長、輸出功率的穩(wěn)定，需要對EML激光器的溫度進行控制。特別是針對DffDM (Dense Wavelength Division Multiplexing,密集型光波復用)應用的場景,在應用最多的100G和50G信道間隔，要求其標準波長間隔分別為0.8nm和0.4nm。為了保證信道間隔，系統(tǒng)廠家提出100G和50G的中心波長穩(wěn)定度要求一般為正負20pm和正負10pm。這個穩(wěn)定度要求是非常嚴格的，因此，需要嚴格控制EML激光器的溫度。
[0004]實際應用中，一般用TEC (Thermoelectric cooler,熱電制冷器又稱半導體制冷器)溫度控制電路來保證EML激光器工作溫度的恒定?，F(xiàn)有的TEC溫度控制方法，一般由MCU (Micro Control Unit,微控制單兀)中的 ADC (Analog-Digital Converter,模數(shù)轉(zhuǎn)換器)構(gòu)建采樣電路，采樣電路由預先設置的參考電壓供電，ADC按照預先設置的采樣周期采樣設置在EML激光器中的熱敏電阻的電壓值，結(jié)合預先存儲的熱敏電阻阻值與熱敏電阻電壓值的映射關(guān)系，獲取熱敏電阻的當前電阻值，再根據(jù)預先存儲的該熱敏電阻的溫度-電阻特性關(guān)系，獲取當前電阻值對應的熱敏電阻溫度，將獲取的熱敏電阻溫度與MCU中預先設定的目標溫度進行比較，根據(jù)獲取的熱敏電阻溫度與目標溫度的差值，生成溫度閉環(huán)控制信號:當獲取的熱敏電阻溫度高于目標溫度，向TEC元件發(fā)送包含EML激光器降溫的溫度閉環(huán)控制信號，使TEC元件吸熱，從而降低EML激光器以及熱敏電阻的溫度；當獲取的熱敏電阻溫度低于目標溫度，向TEC兀件發(fā)送包含EML激光器升溫的溫度閉環(huán)控制信號,使TEC元件放熱，從而升高EML激光器以及熱敏電阻的溫度；當獲取的熱敏電阻溫度等于目標溫度，維持TEC元件當前狀態(tài)不變。這樣，通過閉環(huán)控制TEC元件給EML激光器升溫或降溫，可以保障EML激光器溫度的穩(wěn)定性，進而保證EML激光器的中心波長、輸出功率等的穩(wěn)定。
[0005]在采樣電路的參考電壓確定的情況下，理論上，ADC采樣的熱敏電阻電壓范圍為OV到參考電壓之間。但是，實際工程應用中，由于EML激光器工作時的溫度一般處于一個范圍區(qū)間，常規(guī)應用在20°C到70°C之間，根據(jù)熱敏電阻的溫度-電阻特性關(guān)系，當熱敏電阻的溫度為20°C時，對應的熱敏電阻電阻值約為幾千(K)歐姆，而當熱敏電阻的溫度為70°C時，對應的熱敏電阻電阻值可達到十幾K。因而，在常規(guī)應用環(huán)境中，由于熱敏電阻電阻值最小也是K級，這樣，導致ADC采樣到的最小熱敏電阻電壓會遠大于0V，S卩，在常規(guī)應用環(huán)境中，ADC采樣到的熱敏電阻電壓范圍只是ADC理論上采樣的熱敏電阻電壓范圍的一部分，使得ADC理論上采樣的熱敏電阻電壓范圍并沒有被100%利用。這樣，由于需要以更小的電壓范圍表征常規(guī)應用環(huán)境對應的溫度，降低了 ADC的實際采樣精度，從而使得激光器溫度的穩(wěn)定精度較差。
[0006]現(xiàn)有為了提高激光器溫度的穩(wěn)定精度，往往需要提升ADC的模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)，這樣，將造成硬件設計及生產(chǎn)成本的增加；同時，通過提升ADC的模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)提高激光器溫度的穩(wěn)定精度，同樣存在ADC理論上采樣的熱敏電阻電壓范圍并沒有被100%利用的情形，使得ADC的利用率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的實施例提供一種基于熱電制冷器的溫度控制電路，降低溫度控制電路成本、提升ADC的利用率。
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明實施例提供的一種基于熱電制冷器的溫度控制電路，包括:熱電制冷器TEC元件、熱敏電阻以及TEC控制單元，其特征在于，還包括:微控制單元MCU以及差動比例電路，其中，
[0009]所述熱敏電阻設置于所述TEC元件的表面，與所述差動比例電路相連；
[0010]所述差動比例電路，用于采集所述熱敏電阻的電壓，將采集的熱敏電阻電壓和預設參考電壓之間的差值進行差分放大，得到差分電壓；
[0011]所述MCU，用于接收來自所述差動比例電路的差分電壓，并根據(jù)預先存儲的熱敏電阻電壓與差分電壓的映射關(guān)系，得到與接收的差分電壓相應的熱敏電阻電壓；根據(jù)得到的熱敏電阻電壓，結(jié)合預先存儲的熱敏電阻阻值與熱敏電阻電壓的映射關(guān)系，獲取與得到的熱敏電阻電壓相應的熱敏電阻電阻值；再根據(jù)熱敏電阻的溫度-電阻特性，得到與獲取的熱敏電阻電阻值對應的當前熱敏電阻的采樣溫度；將熱敏電阻的采樣溫度與預先設定的目標溫度進行比較，根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生TEC溫度調(diào)節(jié)信號，向TEC控制單元輸出；
[0012]所述TEC控制單元，用于將自所述MCU接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換為控制電流流向的電壓信號；
[0013]所述TEC元件，用于根據(jù)來自所述TEC控制單元的電壓信號，進行吸熱或放熱。
[0014]較佳地，所述差動比例電路包括:運算放大器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第一電容、第二電容；其中，
[0015]所述運算放大器的同相輸入端分別與所述第四電阻的一端、所述第五電阻的一端相連，所述第五電阻的另一端接地，所述第四電阻的另一端分別與所述第一電阻的一端、所述第一電容的一端以及所述熱敏電阻的一端相連；
[0016]在所述第一電阻的另一端及所述第二電阻的一端同時施加恒定電壓；所述第一電容的另一端及所述熱敏電阻的另一端均接地；
[0017]所述運算放大器的反相輸入端分別與所述第六電阻的一端、所述第七電阻的一端相連，其中，所述第七電阻的另一端與所述運算放大器的輸出端相連，所述第六電阻的另一端與所述第二電阻的另一端、所述第三電阻的一端相連，所述第三電阻的另一端接地；
[0018]在所述第一電阻的另一端及所述第二電阻的另一端同時施加恒定電壓；所述第一電容的另一端及所述第三電阻的另一端均接地；
[0019]所述運算放大器的輸出端與所述MCU的輸入端相連；
[0020]較佳地,所述差動比例電路,進一步包括:[0021]第二電容，第二電容的一端與所述運算放大器的輸出端相連，另一端接地。
[0022]較佳地，所述第四電阻與所述第五電阻的比值等于所述第六電阻與所述第七電阻的比值。
[0023]較佳地，所述第四電阻的阻值與第六電阻的阻值相等，所述第五電阻的阻值與第七電阻的阻值相等。
[0024]較佳地，所述恒定電壓通過所述第二電阻、所述第三電阻進行分壓，在所述第二電阻與所述第三電阻之間的第三結(jié)點處形成所述預設參考電壓。
[0025]較佳地，所述第二電容用于破壞所述電壓反饋網(wǎng)絡的自激振蕩條件，保持所述差動比例電路的穩(wěn)定工作。
[0026]較佳地，所述根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生TEC溫度調(diào)節(jié)信號具體為:
[0027]當所述熱敏電阻的采樣溫度高于目標溫度，所述MCU產(chǎn)生使TEC元件吸熱的以正電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號；
[0028]當所述熱敏電阻的采樣溫度低于目標溫度，所述MCU產(chǎn)生使TEC元件放熱的以負電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號；
[0029]當所述熱敏電阻的采樣溫度等于目標溫度，所述MCU產(chǎn)生使TEC元件維持當前狀態(tài)的以零電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號。
[0030]較佳地，所述將自所述MCU接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換為控制電流流向的電壓信號，具體為:
[0031]當接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號以正電平表示，所述TEC控制單元向所述TEC元件輸出控制TEC元件的電流流向為正向的正向偏置電壓信號；
[0032]當接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號以負電平表示，所述TEC控制單元向所述TEC元件輸出控制TEC元件的電流流向為負向的負向偏置電壓信號；
[0033]當接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號以零電平表示，所述TEC控制單元向所述TEC元件輸出維持TEC元件的當前電流流向的維穩(wěn)電壓信號。
[0034]較佳地，所述根據(jù)來自所述TEC控制單元的電壓信號，進行吸熱或放熱，具體為:
[0035]當來自所述TEC控制單元的電壓信號為正向偏置電壓信號，所述TEC元件的電流流向為正向，進行吸熱，對所述熱敏電阻進行制冷，降低所述熱敏電阻的溫度；
[0036]當來自所述TEC控制單元的電壓信號為反向偏置電壓信號，所述TEC元件的電流流向為反向，進行放熱，對所述熱敏電阻進行制熱，升高所述熱敏電阻的溫度；
[0037]當來自所述TEC控制單元的電壓信號為維穩(wěn)電壓信號，所述TEC元件維持當前電流流向。
[0038]由上述技術(shù)方案可見，本發(fā)明實施例提供的一種基于熱電制冷器的溫度控制電路，考慮到常規(guī)應用環(huán)境中EML激光器工作時的下限溫度，預先獲取該下限溫度下，ADC采集的熱敏電阻電壓，通過增加一個差動比例電路，將差動比例電路采集的熱敏電阻電壓值與預設參考電壓進行差分處理，使得差分處理的熱敏電阻電壓變化范圍能夠放大到ADC整個電壓采樣區(qū)間，使ADC電壓采樣區(qū)間100%被利用起來，從而提高ADC的采樣精度，提升ADC的利用率。同時，增加的差動比例電路相對于提升ADC的模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)導致的結(jié)構(gòu)變化，設計及生產(chǎn)成本相對來說可以忽略，從而有效降低了溫度控制電路成本。【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，以下描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，還可以根據(jù)這些附圖所示實施例得到其它的實施例及其附圖。
[0040]圖1為本發(fā)明實施例基于熱電制冷器的溫度控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖2為本發(fā)明實施例差動比例電路原理圖。
【具體實施方式】
[0042]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明各實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明所保護的范圍。
[0043]現(xiàn)有的TEC溫度控制方法，不能100%利用ADC理論上采樣的熱敏電阻電壓范圍，這樣，降低了 ADC的實際采樣精度，使得激光器溫度的穩(wěn)定精度較差。為了提高激光器溫度的穩(wěn)定精度，往往需要提升ADC的模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)來提高采樣精度，但會造成設計成本的增加與浪費。
[0044]本發(fā)明基于現(xiàn)有TEC溫度控制方法的不足，考慮到常規(guī)應用環(huán)境中EML激光器工作時的下限溫度，預先獲取該下限溫度下，ADC采集的熱敏電阻電壓，通過增加一個差動比例電路，將差動比例電路采集的熱敏電阻電壓值與預設參考電壓進行差分處理，使得差分處理的熱敏電阻電壓變化范圍能夠放大到ADC整個電壓采樣區(qū)間，使ADC電壓采樣區(qū)間100%被利用起來，從而提高ADC的采樣精度，提升ADC的利用率。同時，增加的差動比例電路相對于提升ADC的模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)導致的結(jié)構(gòu)變化，設計及生產(chǎn)成本相對來說可以忽略，從而有效降低了溫度控制電路成本。
[0045]圖1為本發(fā)明實施例基于熱電制冷器的溫度控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。熱電制冷器溫度控制電路包括:熱電制冷器TEC元件10、熱敏電阻20、微控制單元MCU30、TEC控制單元40以及差動比例電路50 ;其中，
[0046]TEC元件10、熱敏電阻20與EML激光器組成激光器組件，且熱敏電阻20與EML激光器均設置于TEC元件10表面；MCU30的輸入端與差動比例電路50的輸出端相連，輸出端與TEC控制單元40的輸入端相連；TEC控制單元40的輸出端與TEC元件10相連；差動比例電路50的輸入端與熱敏電阻20相連。
[0047]差動比例電路50，用于采集熱敏電阻20的電壓，并將采集的熱敏電阻電壓和預設參考電壓之間的差值進行差分放大，得到差分電壓；
[0048]本發(fā)明實施例中，預設參考電壓可以是常規(guī)應用環(huán)境中，在與溫度控制參數(shù)相同的條件下，EML激光器工作時的下限溫度對應采集的熱敏電阻上的電壓值。當然，實際應用中，預設參考電壓也可以是常規(guī)應用環(huán)境中，在與溫度控制參數(shù)相同的條件下，EML激光器工作時的上限溫度對應采集的熱敏電阻上的電壓值。這樣，經(jīng)過差分放大得到的差分電壓可以趨于零，從而可以覆蓋整個電壓采樣區(qū)間，使電壓采樣區(qū)間可以被100%利用。
[0049]MCU30，用于接收來自差動比例電路50的差分電壓，并根據(jù)預先存儲的熱敏電阻電壓與差分電壓的映射關(guān)系，得到與接收的差分電壓相應的熱敏電阻電壓；根據(jù)得到的熱敏電阻電壓，結(jié)合預先存儲的熱敏電阻阻值與熱敏電阻電壓的映射關(guān)系，獲取與得到的熱敏電阻電壓相應的熱敏電阻電阻值；再根據(jù)熱敏電阻的溫度-電阻特性，得到與獲取的熱敏電阻電阻值對應的當前熱敏電阻的采樣溫度；將熱敏電阻的采樣溫度與預先設定的目標溫度進行比較，根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生TEC溫度調(diào)節(jié)信號，通過DAC (Digital-AnalogConverter,數(shù)模轉(zhuǎn)換器)通道向TEC控制單元40輸出；
[0050]TEC控制單元40，用于將自MCU30接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換為控制電流流向的電壓信號，向TEC元件10輸出；
[0051 ] 本發(fā)明實施例中，如果TEC溫度調(diào)節(jié)信號以正電平表示，則表示需要控制TEC元件10的電流流向為正向，以使TEC元件10產(chǎn)生吸熱，對EML激光器進行制冷；如果TEC溫度調(diào)節(jié)信號以負電平表示，則表示需要控制TEC元件10的電流流向為反向，以使TEC元件10產(chǎn)生放熱，對EML激光器進行制熱；如果TEC溫度調(diào)節(jié)信號以零電平表示，則表示需要維持TEC元件10當前的電流流向不變。
[0052]TEC元件10，用于根據(jù)來自TEC控制單元40的電壓信號，進行吸熱或放熱，這樣，可以對設置于TEC元件10表面的EML激光器及熱敏電阻20進行制冷或制熱。在TEC元件10進行吸熱時，使EML激光器及熱敏電阻20溫度降低；在TEC元件10進行放熱時，使EML激光器及熱敏電阻20溫度升高。
[0053]本發(fā)明實施例中，MCU30可以是單片機、微處理器、CPU、FPGA等。
[0054]本發(fā)明實施例中，TEC元件以及TEC控制單元均采用現(xiàn)有TEC溫度控制電路常用的結(jié)構(gòu)即可，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的電路，此處不再贅述。
[0055]圖2為本發(fā)明實施例差動比例電路原理圖。如圖2所示,差動比例電路50包括:運算放大器Q1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第一電容C1、第二電容C2。
[0056]運算放大器Q1的同相輸入端“ + ”分別與第四電阻R4的一端、第五電阻R5的一端相連，其中，第五電阻R5的另一端接地，第四電阻R4的另一端分別與第一電阻R1的一端、第一電容C1的一端以及熱敏電阻20的一端相連。
[0057]運算放大器Q1的反相輸入端“一”分別與第六電阻R6的一端、第七電阻R7的一端相連，其中，第七電阻R7的另一端與運算放大器Q1的輸出端“OUT”相連，第六電阻R6的另一端分別與第二電阻R2的一端、第三電阻R3的一端相連，第三電阻R3的另一端接地。
[0058]在第一電阻R1的另一端及第二電阻R2的另一端同時施加恒定電壓Vkef ;第一電容C1的另一端及熱敏電阻20的另一端均接地；
[0059]運算放大器Q1的輸出端“OUT”分別與第二電容C2的一端、MCU30的輸入端相連；
第二電容C2的另一端接地。
[0060]本發(fā)明實施例中，差動比例電路50，通過第一電阻R1、第一電容C1以及恒定電壓Vkef，在第一電阻R1與第一電容之間的第一結(jié)點處，實時獲取激光器組件中的熱敏電阻20的米樣電壓Vi ;
[0061]在熱敏電阻采樣電壓Vi通過第四電阻R4及第五電阻R5進行分壓后，將第四電阻與第五電阻之間的第二結(jié)點處的電壓輸入到運算放大器Q1的同相輸入端“+”；
[0062]恒定電壓Vkef通過第二電阻R1、第三電阻R2進行分壓后，在第二電阻與第三電阻之間的第三結(jié)點處形成預設參考電壓Vttos Mf，其中，預設參考電壓Vttas 可表示為:VthOTS
ref-^/ (?+?) XVref ;
[0063]在預設參考電壓Vttos—Mf經(jīng)由第六電阻R6及第七電阻R7構(gòu)成的電壓反饋網(wǎng)絡后，將第六電阻與第七電阻之間的第四結(jié)點處的電壓輸入到運算放大器Q1的反相輸入端“一”。
[0064]電路供電電壓\c為運算放大器Q1提供電路電壓；第二電容C2用于破壞由第六電阻R6及第七電阻R7構(gòu)成的電壓反饋網(wǎng)絡的自激振蕩條件，保持差動比例電路的穩(wěn)定工作。
[0065]可替換地，本發(fā)明的實施例也可以不包括第二電容C2。在這種情況下，運算放大器Q1的輸出端與MCU30的輸入端相連。
[0066]本發(fā)明實施例中，關(guān)于如何利用第二電容C2實現(xiàn)破壞電壓反饋網(wǎng)絡的自激振蕩條件為現(xiàn)有公知技術(shù)，在此不再贅述。
[0067]本發(fā)明實施例中，熱敏電阻采樣電壓Vi及預設參考電壓Vthws μ經(jīng)運算放大器Q1差分處理，得到差分電壓Vtemp ;根據(jù)差動比例電路的原理，差分電壓Vtemp可表示為:Vtemp=ViX (R5/(R4+R5) X ((r6+r7)/r6) — Vthers ref Xr7/r6,由運算放大器 Q1 的“OUT”輸出端輸出；
[0068]本發(fā)明實施例中，第四電阻與第五電阻的比值等于第六電阻與第七電阻的比值，即:r4/r5=r6/r7，為了便于計算，實際應用中，令第四電阻R4的阻值與第六電阻R6的阻值相等，第五電阻R5的阻值與第七電阻R7的阻值相等，這樣，差分電壓Vtemp=R7/R6X (V1- Vttos
ref)。
[0069]本發(fā)明實施例中，M CU30的ADC采樣通道，從差動比例電路50的運算放大器Q1的“OUT”輸出端接收差分電壓，并根據(jù)預先存儲的熱敏電阻電壓與差分電壓的映射關(guān)系:Vtemp=ViX (R5/(R4+R5) X ((R6+R7)/R6) — Vthers refXR7/R6，得到與差分電壓相應的熱敏電阻采樣電壓Vi ;根據(jù)得到的熱敏電阻采樣電壓Vi,結(jié)合預先存儲的熱敏電阻阻值與熱敏電阻電壓的映射關(guān)系，獲取與得到的熱敏電阻采樣電壓Vi對應的熱敏電阻當前電阻值；再根據(jù)熱敏電阻的溫度-電阻特性，得到與獲取的熱敏電阻當前電阻值對應的熱敏電阻溫度值，即熱敏電阻的采樣溫度；將得到的熱敏電阻的采樣溫度與預先設定的目標溫度進行比較，根據(jù)得到的熱敏電阻采樣溫度與目標溫度之間的差值，生成TEC溫度調(diào)節(jié)信號；
[0070]本發(fā)明實施例中，當?shù)玫降臒崦綦娮璧牟蓸訙囟雀哂谀繕藴囟龋琈CU30產(chǎn)生使TEC元件10吸熱的以正電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號；當?shù)玫降臒崦綦娮璧牟蓸訙囟鹊陀谀繕藴囟龋琈CU30產(chǎn)生使TEC元件10放熱的以負電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號；當?shù)玫降臒崦綦娮璧牟蓸訙囟鹊扔谀繕藴囟?，MCU30產(chǎn)生使TEC元件10維持當前狀態(tài)的以零電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號為O變。
[0071]TEC控制單元40將自MCU30接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換為控制電流流向的電壓
信號;
[0072]本發(fā)明實施例中，當接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號以正電平表示，則TEC控制單元40向TEC元件10輸出控制TEC元件10的電流流向為正向的正向偏置電壓信號；當TEC溫度調(diào)節(jié)信號以負電平表示，則TEC控制單元40向TEC元件10輸出控制TEC元件10的電流流向為負向的反向偏置電壓信號；當TEC溫度調(diào)節(jié)信號以零電平表示，則TEC控制單元40向TEC元件10輸出維持TEC元件的當前電流流向的維穩(wěn)電壓信號。
[0073]TEC元件10，根據(jù)來自TEC控制單元40的電壓信號，進行吸熱或放熱，實現(xiàn)對EML激光器以及熱敏電阻20的制冷或制熱。
[0074]本發(fā)明實施例中，當接收的電壓信號為正向偏置電壓信號，TEC元件10的電流流向為正向，進行吸熱，對EML激光器及熱敏電阻20進行制冷，降低EML激光器及熱敏電阻20的溫度；當接收的電壓信號為反向偏置電壓，TEC元件10的電流流向為反向，進行放熱，對EML激光器及熱敏電阻20進行制熱，升高EML激光器及熱敏電阻20的溫度；當接收到電壓信號為維穩(wěn)電壓信號，TEC元件10維持當前電流流向。
[0075]實際應用中，定義差動比例電路50中的運算放大器Q1設定的放大倍數(shù)為A=R7/R6，貝嗟動比例電路50輸出的差分電壓Vtemp可表示為:Vtemp=AX (Vi — Vthers ref)0實際常規(guī)應用中，EML激光器一般工作在20°C到70°C之間。根據(jù)熱敏電阻的溫度_電阻特性，熱敏電阻20 —般工作在幾K到十幾K的范圍，這樣，假設熱敏電阻第一采樣電壓V1與EML激光器工作在下限溫度時，熱敏電阻的下限電阻值對應，熱敏電阻第二采樣電壓V2與EML激光器工作在上限溫度時，熱敏電阻的上限電阻值對應，則熱敏電阻采樣電壓Vi取值范圍為V1到V2之間，這樣，差動比例電路50輸出的差分電壓Vtemp取值范圍為Vtempl=AX (V1 — Vthers ref)到
[0076]實際應用中，在MCU30中的ADC采樣通道的參考電壓確定的情況下，ADC整個采樣區(qū)間的電壓采樣范圍為OV到參考電壓。因此，將差動比例電路中的預設參考電壓Vttas M(vthCTS—m=R3/(R2+R3)xvref)，設置的比與熱敏電阻的下電阻值對應的熱敏電阻第一采樣電壓Vl稍小，保證Vtempl接近0V，Vtemp2接近MCU30中的ADC采樣通道的參考電壓，這樣，可以使得ADC采樣的經(jīng)差分處理的熱敏電阻電壓變化范圍能夠放大到ADC整個采樣區(qū)間，讓ADC通道100%被利用起來，從而提升ADC通道的利用率，提高單位ADC的采樣精度，繼而提高EML激光器溫度的穩(wěn)定精度。同時，增加的差動比例電路相對于提升ADC的模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)導致的結(jié)構(gòu)變化，設計及生產(chǎn)成本相對來說可以忽略，從而有效降低了溫度控制電路成本。
[0077]顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于熱電制冷器的溫度控制電路，包括:熱電制冷器TEC元件、熱敏電阻以及TEC控制單元，其特征在于，還包括:微控制單元MCU以及差動比例電路；其中， 所述熱敏電阻設置于所述TEC元件的表面，與所述差動比例電路相連； 所述差動比例電路，用于采集所述熱敏電阻的電壓，將采集的熱敏電阻電壓和預設參考電壓之間的差值進行差分放大，得到差分電壓； 所述MCU，用于接收來自所述差動比例電路的差分電壓，并根據(jù)預先存儲的熱敏電阻電壓與差分電壓的映射關(guān)系，得到與接收的差分電壓相應的熱敏電阻電壓；根據(jù)得到的熱敏電阻電壓，結(jié)合預先存儲的熱敏電阻阻值與熱敏電阻電壓的映射關(guān)系，獲取與得到的熱敏電阻電壓相應的熱敏電阻電阻值；再根據(jù)熱敏電阻的溫度-電阻特性，得到與獲取的熱敏電阻電阻值對應的當前熱敏電阻的采樣溫度；將熱敏電阻的采樣溫度與預先設定的目標溫度進行比較，根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生TEC溫度調(diào)節(jié)信號； 所述TEC控制單元，用于將自所述MCU接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換為控制電流流向的電壓信號； 所述TEC元件，用于根據(jù)來自所述TEC控制單元的電壓信號，進行吸熱或放熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述差動比例電路包括:運算放大器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第一電容、第二電容；其中， 所述運算放大器的同相輸入端分別與所述第四電阻的一端、所述第五電阻的一端相連，所述第五電阻的另一端接地，所述第四電阻的另一端分別與所述第一電阻的一端、所述第一電容的一端以及所述熱敏電阻的一端相連； 在所述第一電阻的另一端及所述第二電阻的一端同時施加恒定電壓；所述第一電容的另一端及所述熱敏電阻的另一端均接地； 所述運算放大器的反相輸入端分別與所述第六電阻的一端、所述第七電阻的一端相連，其中，所述第七電阻的另一端與所述運算放大器的輸出端相連，所述第六電阻的另一端與所述第二電阻的另一端、所述第三電阻的一端相連，所述第三電阻的另一端接地； 所述運算放大器的輸出端與所述MCU的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述差動比例電路進一步包括: 第二電容，第二電容的一端與所述運算放大器的輸出端相連，另一端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述第四電阻與所述第五電阻的比值等于所述第六電阻與所述第七電阻的比值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述第四電阻的阻值與第六電阻的阻值相等，所述第五電阻的阻值與第七電阻的阻值相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于， 所述恒定電壓通過所述第二電阻、所述第三電阻進行分壓，在所述第二電阻與所述第三電阻之間的第三結(jié)點處形成所述預設參考電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述第二電容用于破壞所述電壓反饋網(wǎng)絡的自激振蕩條件，保持所述差動比例電路的穩(wěn)定工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生TEC溫度調(diào)節(jié)信號具體為: 當所述熱敏電阻的采樣溫度高于目標溫度，所述MCU產(chǎn)生使TEC元件吸熱的以正電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號； 當所述熱敏電阻的采樣溫度低于目標溫度，所述MCU產(chǎn)生使TEC元件放熱的以負電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號； 當所述熱敏電阻的采樣溫度等于目標溫度，所述MCU產(chǎn)生使TEC元件維持當前狀態(tài)的以零電平表示的TEC溫度調(diào)節(jié)信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述將自所述MCU接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)換為控制電流流向的電壓信號，具體為: 當接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號以正電平表示，所述TEC控制單元向所述TEC元件輸出控制TEC元件的電流流向為正向的正向偏置電壓信號； 當接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號以負電平表示，所述TEC控制單元向所述TEC元件輸出控制TEC元件的電流流向為負向的負向偏置電壓信號； 當接收的TEC溫度調(diào)節(jié)信號以零電平表示，所述TEC控制單元向所述TEC元件輸出維持TEC元件的當前電流流向的維穩(wěn)電壓信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于熱電制冷器的溫度控制電路，其特征在于，所述根據(jù)來自所述TEC控制單元的電壓信號，進行吸熱或放熱，具體為: 當來自所述TEC控制單元的電壓信號為正向偏置電壓信號，所述TEC元件的電流流向為正向，進行吸熱，對所 述熱敏電阻進行制冷，降低所述熱敏電阻的溫度； 當來自所述TEC控制單元的電壓信號為反向偏置電壓信號，所述TEC元件的電流流向為反向，進行放熱，對所述熱敏電阻進行制熱，升高所述熱敏電阻的溫度； 當來自所述TEC控制單元的電壓信號為維穩(wěn)電壓信號，所述TEC元件維持當前電流流向。
【文檔編號】H01S3/04GK103490269SQ201310434874
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】趙平, 張華 , 吳錫貴, 王三 申請人:青島海信寬帶多媒體技術(shù)有限公司