一种TEC控制电路的制作方法

一种tec控制电路
技术领域
1.本实用新型属于eml激光器技术领域，尤其涉及一种tec控制电路。


背景技术：

2.随着对工业级光模块传输距离的要求越来越远，一般传输距离大于或等于40km时，需要加tec(thermo electric cooler，半导体制冷器)电路，以保证光模块正常工作。因为光模块处于过高或过低温度时，性能会下降，不能满足传输要求，而tec电路可以维持光模块温度在目标温度范围内稳定，所以能够保证光模块正常工作。
3.国内很多光模块厂商，都用tec芯片方案解决上述问题，但芯片成本高，造成光模块价格没有竞争优势。也有少量厂商用外围分立元器件搭建tec控制电路，但电路存在缺陷，导致光模块会出现浪涌电流，不能稳定工作。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种tec控制电路，以解决上述技术问题。
5.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种tec控制电路，包括控制器、热敏电阻、直流电源、tec模块、第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件；
7.所述控制器分别连接所述直流电源、所述热敏电阻、所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件和所述第四开关器件；
8.所述直流电源的输出端分别连接所述第一开关器件的第一端和所述第二开关器件的第一端；
9.所述第一开关器件的第二端连接所述第三开关器件的第一端，所述第二开关器件的第二端连接所述第四开关器件的第一端；
10.所述第三开关器件的第二端和所述第四开关器件的第二端分别接地；
11.所述tec模块和所述热敏电阻串联，并串联在所述第一开关器件的第二端和所述第二开关器件的第二端之间；
12.其中，所述控制器用于控制所述直流电源、所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件和所述第四开关器件的通断，还用于采集所述热敏电阻的电压，并根据所述热敏电阻的电压，调节所述直流电源的输出电压。
13.可选地，所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件和所述第四开关器件均为nmos管，开关器件的第一端对应为漏极、第二端对应为源极。
14.可选地，所述控制器为微控制单元mcu，包括用于调节所述直流电源的输出电压的dac模块和用于采集所述热敏电阻的电压的adc模块。
15.可选地，所述控制器还包括用于控制所述第一开关器件和所述第四开关器件通断的第一控制输出端、用于控制所述第二开关器件和所述第三开关器件通断的第二控制输出端和用于控制所述直流电源通断的第三控制输出端。
16.可选地，所述控制器通过pid算法调节所述直流电源的输出电压。
17.与现有技术相比，本实用新型实施例具有以下有益效果：
18.本实用新型实施例提供的一种tec控制电路，可以通过采集热敏电阻的电压，计算出相应的温度值，然后控制器根据温度值，决定是控制第一开关器件和第四开关器件导通，还是控制第二开关器件和第三开关器件导通，以实现制冷还是制热，并且通过调节直流电源的输出电压，以保证tec模块处于目标温度范围内。
19.本实用新型实施例提供的一种tec控制电路，能够实现降成本，并快速稳定光模块温度，在光模块启动和工作过程中，不会产生浪涌电流，确保光模块可以稳定工作。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
21.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
22.图1为本实用新型实施例提供的一种tec控制电路的结构图。
具体实施方式
23.为使得本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
24.请参阅图1所示。
25.本实施例提供了一种tec控制电路，包括微控制单元mcu、热敏电阻r、直流电源dc-dc、tec模块、第一开关器件q1、第二开关器件q2、第三开关器件q3和第四开关器件q4。作为一种可选方式，q1～q4均为nmos管。
26.因此，mcu分别连接直流电源dc-dc、热敏电阻r、第一开关器件q1、第二开关器件q2、第三开关器件q3和第四开关器件q4。
27.直流电源dc-dc的输出端分别连接第一开关器件q1的漏极和第二开关器件q2的漏极。
28.第一开关器件q1的源极连接第三开关器件q3的漏极，第二开关器件 q2的源极连接第四开关器件q4的漏极。
29.第三开关器件q3的源极和第四开关器件q4的源极分别接地。
30.tec模块和热敏电阻r串联，并串联在第一开关器件q1的源极和第二开关器件q2的
源极之间。
31.具体地，mcu还包括第一控制输出端gpio1、第二控制输出端gpio0 和第三控制输出端gpio2。
32.其中，mcu通过第一控制输出端gpio1控制第一开关器件q1和第四开关器件q4的通断，通过第二控制输出端gpio0控制第二开关器件q2和第三开关器件q3的通断，通过第三控制输出端gpio2控制直流电源dc-dc的通断。
33.进一步地，mcu还包括dac模块和adc模块。
34.adc模块可以用于采集热敏电阻r的电压。dac模块可以用于调节直流电源dc-dc的输出电压。
35.具体地，控制第一开关器件q1和第四开关器件q4导通，而第二开关器件q2和第三开关器件q3断开，tec模块可以实现制热；相反，控制第一开关器件q1和第四开关器件q4断开，而第二开关器件q2和第三开关器件q3 导通，tec模块实现制冷。
36.不管是制冷还是制热，其电路回路中的总电阻等于热敏电阻r与一个固定电阻之和。因此，当采集到热敏电阻r的电压时，将直流电源dc-dc的输出电压减去热敏电阻r的电压，等于固定电阻的电压，从而可以计算出流过固定电阻的电流，该电流也是流过热敏电阻r的电流，进而可以计算出热敏电阻r当前的实时电阻值。然后根据热敏电阻的固有特性，在已知实时电阻值的情况下，可以计算得到热敏电阻r的实时温度，进而计算出tec模块的实时温度。
37.为了使得tec模块处于目标温度范围内，可以通过计算tec模块的实时温度与目标温度范围的差值，以判断需要制冷、制热还是均不需要。
38.进一步地，通过差值，mcu可以利用pid算法，通过dac模块调节直流电源dc-dc的输出电压，使tec模块始终处于目标温度范围，确保光模块稳定地工作。
39.因此，本实施例的工作流程为：
40.1)光模块上电，mcu开始工作后，会让4个nmos管q1、q2、q3、 q4不工作，直流电源dc-dc不工作，dac模块输出2.4v电压，此时直流电源dc-dc无电压输出。
41.2)mcu工作稳定后，会把gpio2拉高，端口输出高电平3.3v，此时直流电源dc-dc开始工作，直流电源dc-dc输出电压大小受dac模块控制，与dac模块输出电压成反比。
42.3)通过adc模块采样电压，计算出热敏电阻r的阻值，根据热敏电阻 r的阻值，计算出当前温度，如果当前温度与目标温度差值的绝对值，小于阈值，mcu对tec模块不做处理，目标温度根据器件特点设置，一般设置典型温度45度，阈值根据模块特性设置，可以设置为0.05度、0.1度、0.2度或0.3度等，本实施例中设置经典值0.1度。
43.4)如果当前温度与目标温度差值的绝对值，大于阈值，再次进行判断，如果热敏电阻r的温度大于目标温度，使能nmos管q2和q3，启动制冷工作状态，否则使能nmos管q1和q4，启动制热工作状态。
44.5)制冷和制热的调节速度、幅度和能力，通过pid算法控制，pid算法动态调整dac模块输出电压大小，从而控制输出电流大小。
45.上述工作流程，可以每隔10ms轮询一次，如此循环，防止频繁调整引起模块工作不稳定或者产生浪涌电流。
46.综上所述，本实施例通过mcu的dac模块控制直流电源dc-dc输出电压大小并配合4
个nmos的切换来实现tec模块功能，非常经济有效。tec 模块是半导体制冷器，既可以控制它加热，也可以控制它制冷。利用本实施例，能够让光模块即使处于工业级温度、且传输距离为40km以上时，都能稳定正常工作，可广泛应用于sfp/sfp er/zr光模块。
47.以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。