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圣邦微SGM41299在TEC热电制冷器中应用
- 网页编辑： 吴丽英 Ameko Wu
- 原创作者：黄修铜 Tanner Huang
一、背景概述
在光模块中，激光器是产生光信号的关键元件；激光器的输出功率和波长都会受到温度的影响，因此需要控制激光器的温度来保持其输出性能的稳定。TEC(Thermo Electric Cooler) 热电制冷器是一种控制激光器温度的装置；在光模块中，TEC通常被放置在激光器或光电元件的背面与其直接接触。TEC与元件之间使用导热材料来提高热传递效率，通过控制TEC使其保持在一个恒定的温度范围内。
二、TEC工作原理及驱动方式
TEC利用半导体材料的珀尔帖（Peltier）效应制成。所谓珀尔帖效应，是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，一端吸热、一端放热的现象。TEC采用重掺杂的 N 型和 P 型导体材料，多对PN结通过电极连在一起，并且夹在两个陶瓷电极之间，并行发热或制冷。
由于珀尔帖效应可以通过电流线性控制，TEC需要一个电平可以翻转的电源以提供差分驱动电压。脉冲宽度调制（PWM）控制差分输出电压，使流经 TEC 的电流改变大小和方向。通过电流的反馈调节，TEC 可以高精度控制各种分立器件的温度，如光纤激光驱动器，精密电压基准，或其它的温度敏感型器件。
为了控制温度，需要一个由热敏电阻、TEC和TEC控制器组成的环路；TEC控制器将热敏电阻反馈电压与代表目标温度的基准电压进行比较，然后控制流经TEC的电流，从而调整TEC传输的热量；微控制器用于监测和控制热环路。TEC控制器是实现TEC制冷控制的重要组成部分，其性能指标和功能特性对于整个系统的性能和稳定性有着重要的影响；本文介绍的SGM41299 TEC控制器能助力客户光模块热设计。
三、SGM41299技术特点及应用电路
1. SGM41299技术特点
SGM41299是一款集成式TEC控制器，它包括差分驱动、脉冲宽度调制和两个零偏、轨到轨斩波放大器等。
- 高效率单电感架构
- 集成低内阻MOSFET
- TEC电压和电流工作监测
- 独立的TEC加热和冷却限流设置和可编程最大TEC电压
- 兼容NTC 或RTD热传感器
- 温度锁定指示器
2. SGM41299工作原理
1) 功能框图
SGM41299主要包括温度检测电路、误差放大器和补偿器、TEC电压/电流检测和限值电路、差分电压驱动器。PWM在H桥配置下控制内部功率MOSFET，通过测量热敏电阻反馈电压，并使用集成运算放大器作为比例-积分-微分(PID)补偿器来调理信号，将模块温度建立至可编程的目标温度。
2）差分电压驱动器
电压驱动器可以是线性模式、开关模式或混合电桥。线性模式驱动器更简单且更小，但效率不佳。开关模式驱动器具有良好的效率，但输出端需要额外的滤波电感和电容。SGM41299使用混合配置，含有一个线性驱动器和一个开关模式驱动器，体积较大滤波元件数量减半，同时能够保持高效率性能。
3）误差放大器和比较器
模拟热反馈环路包括两级，由两个放大器构成。第一个放大器接受热敏电阻反馈电压(VFB)，将该输入转换为线性电压输出。此电压代表对象温度，馈入补偿放大器中，与温度设定电压进行比较，产生一个与二者之差成比例的误差电压。第二个放大器通常用来构建PID补偿器。
3. SGM41299典型应用电路
四、SGM41299典型应用场景
- TEC温度控制
- 光学模块
- 光纤网络系统
- 需要TEC温度控制的仪器仪表
圣邦微介绍
SGMC
网址：
国家：中国
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