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簡(jiǎn)單的單芯片電路加熱/冷卻激光器的TEC
光學(xué)網(wǎng)絡(luò )系統中最關(guān)鍵的設備是激光二極管，因為它負責將電子數據轉換為光脈沖。必須仔細控制該二極管以穩定光輸出，溫度是確定光波長(cháng)的關(guān)鍵變量。熱電冷卻器（TEC）通常用作此穩定過(guò)程的一部分。由于TEC具有許多不同的功率級別，并且具有獨特的功率要求，因此需要使用特定類(lèi)型的電源來(lái)正確驅動(dòng)它們。
TEC將熱能從一個(gè)板傳遞到另一個(gè)板，以使第一個(gè)板變涼或變暖。TEC本身并不消耗能量。換句話(huà)說(shuō)，沒(méi)有能量損失，但是操作TEC需要能量。TEC被建模為一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻器，可以承受其兩端的一定電壓和通過(guò)它的電流。對于給定的TEC，該功率對應于兩個(gè)板之間的相對溫差。施加的功率越高，板之間的溫差越高。
1.顯示的是一個(gè)簡(jiǎn)單電路（TI參考設計PMP9759）的示例，該電路雙向驅動(dòng)流過(guò)TEC的電流。單芯片降壓-升壓轉換器需要最少的組件數量。
TEC的重要方面是其加熱和冷卻的能力。由于TEC是永久性安裝或連接到需要溫度調節的激光器或其他設備上的，因此只有一塊板可以控制激光器的溫度。另一塊板必須安裝到散熱器上，以釋放從第一塊板移出的能量。兩塊板都需要良好的熱連接，以實(shí)現系統性能。
一旦安裝到系統中，這些板就不能反轉。TEC必須支持給定方向的冷卻和加熱。TEC通過(guò)控制電流的方向來(lái)支持這種補充功能。沿一個(gè)方向流動(dòng)的電流會(huì )冷卻一個(gè)板并加熱另一個(gè)板，而沿相反方向流動(dòng)的電流會(huì )逆轉此動(dòng)作，從而加熱第一個(gè)板并冷卻第二個(gè)板。與僅在一個(gè)方向上流動(dòng)的電流相比，其結果是溫度控制范圍更廣。
由于TEC需要雙向電流才能達到所需的性能，因此其電源也必須支持這種雙模式。但是，許多電源只能提供電流。因此，需要設計專(zhuān)用電路來(lái)在需要冷卻與加熱時(shí)交換從電源到TEC的連接，這會(huì )使電源的實(shí)現復雜化。
2.該電路僅通過(guò)一個(gè)轉換器和幾個(gè)無(wú)源元件就可產(chǎn)生流經(jīng)TEC的雙向電流。
一種替代方法是設計一種電源，該電源可以在不連接TEC的情況下產(chǎn)生和吸收電流，從而滿(mǎn)足電流需求。但是，只有某些電源設計支持拉電流和灌電流。此外，電源必須支持接近零電流值的操作，這是一個(gè)常見(jiàn)的工作點(diǎn)。
圖1中的電源是可以為低功率TEC提供和吸收電流的電路。例如，使用降壓/升壓轉換器（例如TPS63020）對提供的輸入電壓進(jìn)行降壓或升壓，以生成所需的電流方向。降壓-升壓轉換器的拓撲支持較寬的輸出電壓范圍，在這種情況下為1.2至5.5V。
通過(guò)集成所有功率MOSFET并需要最少的外部組件，對于尺寸至關(guān)重要的低功率TEC（例如最小的光網(wǎng)絡(luò )模塊），該電路是更可取的方法。降壓-升壓轉換器由光網(wǎng)絡(luò )模塊中的公共3.3V電源供電。TEC與電源的連接（圖2）允許TEC上的電壓差為+ 2.1V至–2.2V。此外，在這種配置中，很容易支持接近零電流的普通工作點(diǎn)。
TEC方向對其加熱或冷卻至關(guān)重要。現代電子產(chǎn)品通?？雌饋?lái)有些溫暖，易于進(jìn)一步加熱。但是，通常很難將TEC冷卻到足以達到所需的激光波長(cháng)。因此，將TEC接線(xiàn)，以便在降壓-升壓轉換器提供電流時(shí)冷卻它。與許多源極和漏極轉換器一樣，TPS63020所能提供的電流要大于其所能吸收的電流。因此，在下沉時(shí)它可以提供較少的功率，因此應使用下沉電流來(lái)加熱TEC。
3.在完整的閉環(huán)TEC溫度調節電路中，MCU讀取溫度傳感器并生成輸出控制信號到降壓-升壓轉換器，以適當地調節TEC的溫度。
在整個(gè)系統（圖3）中，微控制器（MCU）監視TEC上的溫度傳感器。根據TEC的實(shí)際溫度與所需溫度（設定點(diǎn)），MCU調整控制信號（V CTRL），以將降壓-升壓轉換器移至新的工作點(diǎn)，以提供或吸收更多或更少的電流來(lái)調整溫度。