[发明专利]一种基于TEC的半导体激光器温度控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及温度控制的技术领域，具体涉及一种基于TEC的半导体激光器温度控制系 统。

背景技术

迄今为止，半导体激光器已经发展了50多年，这短短几十年，半导体激光器各个方面 的性能均得到了显著的提高。半导体激光器作为一种新型的光源,因其具有体积小、重量 轻、高效率、低功率驱动、可直接调制等一系列优点,已经越来越广泛地应用于通信、军 事、医疗等领域。但是半导体激光器由于它的输出波长、阈值电流、使用寿命、输出功率 等都受温度的影响，限制了激光器的使用，因此半导体激光器温度控制对激光器的应用起 到了很重要的作用。

目前，市面上的温控系统主要有两大形式：开关控制和大型的工业温度控制模块。利 用开关控制温度简单方便、容易操作，但控制的温度波动大，不稳定；而大型的工业温度 控制精度高，稳定性好，但价格昂贵、且其庞大的体积不适合应用到半导体激光器等小型 器件上。虽然成品化的半导体激光器温度控制系统在售，但价格都比较贵,，基于这样的情 况，一种低价、高稳定度的半导体激光器温度控制系统的研制具有一定的经济价值和现实 意义。

CN104331102A公开了一种“基于TEC的激光器温度控制电路”，该控制电路使用了 NTC热敏电阻作为温度传感器来测量温度信号，使用MAXIM公司的MAX1978专用温度 控制芯片，但该芯片价格昂贵，且NTC的设计电路复杂，测量结果温度误差较大，此外， 该专利没有对TEC的热端及时散热，使得温控效果较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于TEC的半导体激光 器温度控制系统。该温控系统采用PWM功率驱动电路驱动TEC，利用场效应管的开关特 性，通过调整PWM脉宽信号的占空比，可以调整TEC输出电流的大小。同时能够及时将 热端的热量散出，以达到对半导体激光器的温度控制，该温控系统电路结构简单，低价且 稳定，控制精度较高，尤其适用于半导体激光器等小型器件的温控中。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种基于TEC的半导体激光器温度 控制系统，其特征在于该温控系统包括温度传感器、单片机、TEC数字PWM功率驱动电 路和TEC散热组件，所述TEC散热组件包括TEC、制冷块、散热铝板和排风扇，TEC的 冷面和热面都均匀涂有导热硅脂，TEC的冷面紧贴制冷块，TEC的热面紧贴散热铝板，散 热铝板正下方设有是排风扇；

所述温度传感器一端与半导体激光器接触，另一端与单片机的输入输出引脚连接，所 述单片机内存有PID算法，单片机的输出端与TEC数字PWM功率驱动电路的一端连接， TEC数字PWM功率驱动电路的另一端与TEC散热组件的TEC接线端子连接；

所述TEC数字PWM功率驱动电路的电路构成是：三极管Q1的基极与单片机的输出端 连接，单片机的该输出端同时通过电阻R2与电源端子VCC连接，三极管Q1的集电极分别 与电阻R3的一端、电阻R4的一端连接，电阻R3的另一端连接电源端子VCC，三极管Q1 的发射极接到数字地GND；电阻R4的另一端同时与三极管Q2和三极管Q3的基极连接， 三极管Q2的集电极通过电阻R5接到电源端子VCC，三极管Q2的发射极与三极管Q3的 发射极相连，三极管Q3的集电极接到数字地GND；三极管Q2和三极管Q3的发射极共同 连到MOS管Q4的源极，MOS管Q4的栅极连接极性电容C4的负极和TEC接线端子的负 极，极性电容C4的正极分别与电源端子VCC和TEC接线端子的正极连接；MOS管Q4的 漏极接到数字地GND。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)传统激光器大多采用线性模式的TEC控制器，但功率效率低、控制精度不高，电路 集成度较低，而且存在温度控制的“死区”问题。本发明采用TEC数字PWM功率驱动电 路来驱动TEC，为控温执行器件TEC提供大小精密可调的驱动电流，相对于线性驱动模 式，功耗小、散热少、大大提高了电源效率。而且相对于采用集成温控芯片MAX1978相 比，大大减少了成本。