[發明專利]一種基于TEC的半導體激光器溫度控制系統

在審

• 申請號: 201610329519.3
• 申請日: 2016-05-18
• 公開（公告）號: CN105786047A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 劉新福;伏娜;孫晶;葛帥
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟群;付長杰

技術領域

本發明涉及溫度控制的技術領域，具體涉及一種基于TEC的半導體激光器溫度控制系 統。

背景技術

迄今為止，半導體激光器已經發展了50多年，這短短幾十年，半導體激光器各個方面 的性能均得到了顯著的提高。半導體激光器作為一種新型的光源,因其具有體積小、重量 輕、高效率、低功率驅動、可直接調制等一系列優點,已經越來越廣泛地應用于通信、軍 事、醫療等領域。但是半導體激光器由于它的輸出波長、閾值電流、使用壽命、輸出功率 等都受溫度的影響，限制了激光器的使用，因此半導體激光器溫度控制對激光器的應用起 到了很重要的作用。

目前，市面上的溫控系統主要有兩大形式：開關控制和大型的工業溫度控制模塊。利 用開關控制溫度簡單方便、容易操作，但控制的溫度波動大，不穩定；而大型的工業溫度 控制精度高，穩定性好，但價格昂貴、且其龐大的體積不適合應用到半導體激光器等小型 器件上。雖然成品化的半導體激光器溫度控制系統在售，但價格都比較貴,，基于這樣的情 況，一種低價、高穩定度的半導體激光器溫度控制系統的研制具有一定的經濟價值和現實 意義。

CN104331102A公開了一種“基于TEC的激光器溫度控制電路”，該控制電路使用了 NTC熱敏電阻作為溫度傳感器來測量溫度信號，使用MAXIM公司的MAX1978專用溫度 控制芯片，但該芯片價格昂貴，且NTC的設計電路復雜，測量結果溫度誤差較大，此外， 該專利沒有對TEC的熱端及時散熱，使得溫控效果較差。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種基于TEC的半導體激光 器溫度控制系統。該溫控系統采用PWM功率驅動電路驅動TEC，利用場效應管的開關特 性，通過調整PWM脈寬信號的占空比，可以調整TEC輸出電流的大小。同時能夠及時將 熱端的熱量散出，以達到對半導體激光器的溫度控制，該溫控系統電路結構簡單，低價且 穩定，控制精度較高，尤其適用于半導體激光器等小型器件的溫控中。

本發明解決所述技術問題采用的技術方案是：提供一種基于TEC的半導體激光器溫度 控制系統，其特征在于該溫控系統包括溫度傳感器、單片機、TEC數字PWM功率驅動電 路和TEC散熱組件，所述TEC散熱組件包括TEC、制冷塊、散熱鋁板和排風扇，TEC的 冷面和熱面都均勻涂有導熱硅脂，TEC的冷面緊貼制冷塊，TEC的熱面緊貼散熱鋁板，散 熱鋁板正下方設有是排風扇；

所述溫度傳感器一端與半導體激光器接觸，另一端與單片機的輸入輸出引腳連接，所 述單片機內存有PID算法，單片機的輸出端與TEC數字PWM功率驅動電路的一端連接， TEC數字PWM功率驅動電路的另一端與TEC散熱組件的TEC接線端子連接；

所述TEC數字PWM功率驅動電路的電路構成是：三極管Q1的基極與單片機的輸出端 連接，單片機的該輸出端同時通過電阻R2與電源端子VCC連接，三極管Q1的集電極分別 與電阻R3的一端、電阻R4的一端連接，電阻R3的另一端連接電源端子VCC，三極管Q1 的發射極接到數字地GND；電阻R4的另一端同時與三極管Q2和三極管Q3的基極連接， 三極管Q2的集電極通過電阻R5接到電源端子VCC，三極管Q2的發射極與三極管Q3的 發射極相連，三極管Q3的集電極接到數字地GND；三極管Q2和三極管Q3的發射極共同 連到MOS管Q4的源極，MOS管Q4的柵極連接極性電容C4的負極和TEC接線端子的負 極，極性電容C4的正極分別與電源端子VCC和TEC接線端子的正極連接；MOS管Q4的 漏極接到數字地GND。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1)傳統激光器大多采用線性模式的TEC控制器，但功率效率低、控制精度不高，電路 集成度較低，而且存在溫度控制的“死區”問題。本發明采用TEC數字PWM功率驅動電 路來驅動TEC，為控溫執行器件TEC提供大小精密可調的驅動電流，相對于線性驅動模 式，功耗小、散熱少、大大提高了電源效率。而且相對于采用集成溫控芯片MAX1978相 比，大大減少了成本。