采用ADN8831芯片的激光器温控电路的设计

采用ADN8831芯片的激光器温控电路的设计

引言

通过对半导体激光器特性的研究，可知温度对激光器的正常工作有着重要的影响。温度会直接影响到半导体激光器的工作参数包括：阈值电流、V-I 关系、输出波长、P-I 关系等。同时高温也会对激光器产生极大的影响，严重影响其使用寿命和效率。本文采用ADN8831 温度控制芯片为激光器提供恒定且可调的工作温度来保证激光器高效率工作。

1 温度控制芯片介绍

根据半导体激光器对温度的要求，选定ADN8831作为激光器的温度控制主芯片。ADN8831芯片是目前最优秀的单芯片高集成度、高输出效率和高性能的TEC驱动模块之一。ADN8831 的最大温漂电压低于250 mV,能够使设定温度误差控制在±0.01 ℃左右。在工作过程中，ADN8831 输入端的电压值对应一个设定好的目标温度。适当大小的电流流过TEC,使TEC加热或制冷，在这个过程中使激光器表面温度向设定温度值靠近。此芯片还有过流保护功能，可编程开关频率最高可达1 MHz.

2 TEC控制原理

TEC（Thermo Electric Cooler）实际上是用两种材料不同半导体（P型和N型）组成PN结，当PN结中有直流电流通过时，由于两种材料中的电子和空穴在跨越PN结移动过程中产生吸热或放热效应（帕尔帖效应），就会使PN结表现出制冷或制热的效果，改变电流方向即可实现TEC加热或制冷，调节电流大小即可控制加热或制冷量的输出。利用TEC稳定激光器温度方法的系统框图如图1所示。

图1中贴着激光器右侧的是温度传感器，这里使用具有负温度系数的热敏电阻。这个热敏电阻是用来测量安放在TEC表面上的激光器的温度。期望的激光器温度用一个固定的电压值来表示，与热敏电阻产生的电压值通过高精度运算放大器进行比较，比较后产生的误差电压通过高增益的放大器放大，同时补偿网络对因为激光器的冷热端引起的相位延迟进行补偿，补偿后驱动H桥输出，H桥不仅控制TEC电流的大小还能控制TEC电流的方向。