本发明涉及半导体制冷器控制，具体为一种泵浦激光器温控用tec控制电路及控制方法。
背景技术：
1、随着科技的不断进步，激光通信技术的应用也越来越广泛。光放大器作为激光通信中的关键器件之一，其核心部件就包括了泵浦激光器。泵浦激光器在工作过程中会产生较多的热量，热量带来的温度变化会使激光器的输出波长发生偏离，同时还会使得信号光功率输出不稳定，最终会导致通信质量严重下降。为解决上述问题，现有技术中采用在泵浦激光器中集成半导体制冷器的方式，半导体制冷器即tec(thermoelectric cooler)。tec可以利用半导体热电效应，在相应控制下对泵浦激光器进行加热或制冷，从而达到控制激光器温度变化的效果。然而，目前对tec进行控制的几种常用方式，在实际应用中均存在着局限性，具体地：
2、采用硬件电路和软件的控制方式中：主要使用单片机内部的程序逻辑来对tec的工作模式进行控制；例如公开号为cn113625802a的中国专利提供了一种智能tec温度控制电路，包括与tec连接的单片机主控电路、温度采集电路等。但是，该方式所应用的软件运算比较容易受到外部中断信号的影响，并且环路控制时间较长以及存在一定的不确定性，由此会大大影响控制稳定性；另外控制方式中即含有运算软件又包括硬件电路，使得结构较为复杂，进而会导致成本较高且不便维护。
3、采用tec专用芯片的控制方式中：直接使用tec驱动芯片来控制tec加热或制冷；例如公开号为cn103076827a的中国专利提供了一种小范围内高精度温度控制装置，其中使用tec驱动芯片输出温度控制信号给tec制冷片，tec制冷片对控温对象进行加热或者制冷。但是，该方式所应用的tec驱动芯片一般成本比较高，而且外围电路的搭建也比较复杂。
4、采用分立元器件搭建tec控制电路的控制方式中：所使用的电路中容易存在设计缺陷，进而可能会导致温度控制精度较低，有的还会导致光模块出现间歇性浪涌电流等问题，从而使得泵浦激光器无法稳定工作；另外还具备功率低、功耗高的缺点。
5、综上所述，本发明提供一种泵浦激光器温控用tec控制电路及控制方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种泵浦激光器温控用tec控制电路及控制方法，以解决上述背景技术中所提到的，由于目前对tec进行控制的几种常用方式在实际应用中均存在着局限性，所以会导致无法在节省成本的同时对泵浦激光器进行高效、稳定、可靠、精准的温度变化控制的问题。
2、本发明是采用以下技术方案实现的：
3、一种泵浦激光器温控用tec控制电路，包括温度采集电路、差分放大电路、pid控制电路、tec控制信号发生电路和tec驱动电路，所述温度采集电路、差分放大电路、pid控制电路、tec控制信号发生电路和tec驱动电路依次电连接，所述温度采集电路和tec驱动电路还分别与泵浦激光器电连接；所述温度采集电路用于采集泵浦激光器的温度值；所述差分放大电路用于获取该温度值与设定温度值之间的差值并进行差分放大；所述pid控制电路用于对该差值进行比例积分微分运算；所述tec控制信号发生电路用于自动生成控制tec加热或制冷的pwm控制信号；所述tec驱动电路用于根据该pwm控制信号对tec进行相应驱动。
4、本发明所提供的tec控制电路，采用分立器件搭建，具备电路简单、成本低的优点，在此基础上：通过设置差分放大电路，能够抑制线路中差分信号的共模成分，提高控制电路整体的抗干扰能力，使得温度控制精度更高；通过设置pid控制电路，可以通过比例、积分、微分的同时作用，来提升控制电路整体的响应速度、减少电路振荡，同时能够抑制浪涌电流的产生，使得对tec的整个控温过程更加平滑；通过设置tec控制信号发生电路，可以生成控制tec的pwm控制信号，不需要使用专门的pwm集成芯片，能够有效降低成本。
5、进一步地，所述tec驱动电路采用h桥电路，所述h桥电路包括四个三极管、四个基极偏置电阻和四个二极管；所述四个基极偏置电阻分别连接四个三极管的基极，所述四个三极管包括两个被动触发三极管和两个联动触发三极管，所述两个二极管连接在两个被动触发三极管和两个联动触发三极管之间。
6、进一步地，其中一个被动触发三极管的基极的输入信号为pwm控制信号中的加热温控信号tec_ctrl+，另一个被动触发三极管的基极的输入信号为pwm控制信号中的制冷温控信号tec_ctrl-。
7、本tec控制电路中的tec驱动电路采用经过优化的h桥电路，具体地：传统的h桥电路通常主要由四个mos管组成，通过四个控制信号来实现其中两只mos管的开通与关断，进而控制tec的电流方向；这种方式由于控制信号的数量较多，所以容易出现控制信号时序异常，进而会导致电源短路、电流迅速增大，并使得mos管温度剧增而烧坏的问题。本发明中，通过设置两个基极偏置电阻给两个联动触发三极管提供了偏置电流，所以这两个联动触发三极管无需额外的控制信号；当某个被动触发三极管导通后，与其相对应的某个联动触发三极管会由于基极电压降低而变为截止状态，进而可以控制电流流过tec的流向，从而控制tec的工作模式；两个二极管起到反向截止的作用。因此，本h桥电路只需要使用两个控制信号便可以实现对tec工作模式的控制，相比于传统的h桥电路来说，所需的硬件资源更少，并且降低了故障风险，提高了电路的安全性和稳定性。
8、进一步地，所述温度采集电路包括电阻温度检测器rt，所述电阻温度检测器rt的一端连接泵浦激光器内部的热敏电阻ntc的一端，电阻温度检测器rt的另一端连接差分放大电路。
9、进一步地，所述差分放大电路包括电桥电路、两个输入电阻、偏置电阻r12、第一运算放大器u1a和反馈电阻r13；所述电桥电路通过其中一个输入电阻连接第一运算放大器u1a的同相输入端，所述电阻温度检测器rt通过另一个输入电阻连接第一运算放大器u1a的反相输入端，所述第一运算放大器u1a的输出端连接pid控制电路。
10、进一步地，所述pid控制电路包括同相输入电阻r14和比例积分微分控制器，所述比例积分微分控制器包括第二运算放大器u1b、两个电阻和三个电容，所述比例积分微分控制器的输出端连接tec控制信号发生电路。
11、进一步地，所述tec控制信号发生电路包括第三运算放大器u1c和第四运算放大器u1d。
12、一种泵浦激光器温控用tec控制方法，应用以上所述的泵浦激光器温控用tec控制电路，包括如下步骤：
13、步骤1)、泵浦激光器上电后，温度采集电路实时采集泵浦激光器的温度值，并将采集到的温度值以电压信号的形式输出至差分放大电路；
14、步骤2)、差分放大电路基于设定温度值，对该采集到的温度值进行差分放大后输出至pid控制电路；
15、步骤3)、pid控制电路进行比例积分微分运算，并将运算后的数值输出至tec控制信号发生电路；
16、步骤4)、tec控制信号发生电路基于该运算后的数值，自动生成控制tec加热或制冷的pwm控制信号，并将该pwm控制信号输出至tec驱动电路；
17、步骤5)、tec驱动电路用于根据该pwm控制信号对tec进行驱动，使tec执行加热或制冷。
18、进一步地，所述步骤1)中，泵浦激光器上电后其内部热敏电阻ntc的电阻值反馈至温度采集电路中的电阻温度检测器rt，以联动电阻温度检测器rt的电压值；所述步骤2)中，电阻温度检测器rt的电压值被输入到差分放大电路中第一运算放大器u1a的反相输入端，设定温度值被输入到第一运算放大器u1a的同相输入端。
19、进一步地，所述步骤4)中，pwm控制信号包括加热温控信号tec_ctrl+和制冷温控信号tec_ctrl-；所述步骤5)中，当被输入至tec驱动电路的为加热温控信号tec_ctrl+，则其中一个被动触发三极管导通，另一个被动触发三极管截止，tec执行制冷；反之当被输入至tec驱动电路的为制冷温控信号tec_ctrl-，tec执行加热。
20、本发明实现的有益效果是：
21、提供一种泵浦激光器温控用tec控制电路及控制方法，通过设置温度采集电路、差分放大电路、pid控制电路、tec控制信号发生电路和tec驱动电路，使得在环境温度或泵浦激光器温度发生改变时能够及时捕捉，并且进行快速、精准、可靠地调节，进而使得泵浦激光器能在设定温度下工作，基于此在保证光学性能的同时，也能够延长器件的使用寿命，从而有利于保障整个光放大器运行的稳定可靠。与现有的tec控制方式相比，本发明不仅成本更低，而且还具备精度更高、运行更加稳定可靠的优点。
1.一种泵浦激光器温控用tec控制电路，其特征在于：包括温度采集电路、差分放大电路、pid控制电路、tec控制信号发生电路和tec驱动电路，所述温度采集电路、差分放大电路、pid控制电路、tec控制信号发生电路和tec驱动电路依次电连接，所述温度采集电路和tec驱动电路还分别与泵浦激光器电连接；所述温度采集电路用于采集泵浦激光器的温度值；所述差分放大电路用于获取该温度值与设定温度值之间的差值并进行差分放大；所述pid控制电路用于对该差值进行比例积分微分运算；所述tec控制信号发生电路用于自动生成控制tec加热或制冷的pwm控制信号；所述tec驱动电路用于根据该pwm控制信号对tec进行相应驱动。
2.根据权利要求1所述的泵浦激光器温控用tec控制电路，其特征在于：所述tec驱动电路采用h桥电路，所述h桥电路包括四个三极管、四个基极偏置电阻和四个二极管；所述四个基极偏置电阻分别连接四个三极管的基极，所述四个三极管包括两个被动触发三极管和两个联动触发三极管，所述两个二极管连接在两个被动触发三极管和两个联动触发三极管之间。
3.根据权利要求2所述的泵浦激光器温控用tec控制电路，其特征在于：其中一个被动触发三极管的基极的输入信号为pwm控制信号中的加热温控信号tec_ctrl+，另一个被动触发三极管的基极的输入信号为pwm控制信号中的制冷温控信号tec_ctrl-。
4.根据权利要求1所述的泵浦激光器温控用tec控制电路，其特征在于：所述温度采集电路包括电阻温度检测器rt，所述电阻温度检测器rt的一端连接泵浦激光器内部的热敏电阻ntc的一端，电阻温度检测器rt的另一端连接差分放大电路。
5.根据权利要求4所述的泵浦激光器温控用tec控制电路，其特征在于：所述差分放大电路包括电桥电路、两个输入电阻、偏置电阻r12、第一运算放大器u1a和反馈电阻r13；所述电桥电路通过其中一个输入电阻连接第一运算放大器u1a的同相输入端，所述电阻温度检测器rt通过另一个输入电阻连接第一运算放大器u1a的反相输入端，所述第一运算放大器u1a的输出端连接pid控制电路。
6.根据权利要求5所述的泵浦激光器温控用tec控制电路，其特征在于：所述pid控制电路包括同相输入电阻r14和比例积分微分控制器，所述比例积分微分控制器包括第二运算放大器u1b、两个电阻和三个电容，所述比例积分微分控制器的输出端连接tec控制信号发生电路。
7.根据权利要求6所述的泵浦激光器温控用tec控制电路，其特征在于：所述tec控制信号发生电路包括第三运算放大器u1c和第四运算放大器u1d。
8.一种泵浦激光器温控用tec控制方法，应用权利要求1-7任一所述的泵浦激光器温控用tec控制电路，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的泵浦激光器温控用tec控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，泵浦激光器上电后其内部热敏电阻ntc的电阻值反馈至温度采集电路中的电阻温度检测器rt，以联动电阻温度检测器rt的电压值；所述步骤2)中，电阻温度检测器rt的电压值被输入到差分放大电路中第一运算放大器u1a的反相输入端，设定温度值被输入到第一运算放大器u1a的同相输入端。
10.根据权利要求8所述的泵浦激光器温控用tec控制方法，其特征在于：所述步骤4)中，pwm控制信号包括加热温控信号tec_ctrl+和制冷温控信号tec_ctrl-；所述步骤5)中，当被输入至tec驱动电路的为加热温控信号tec_ctrl+，则其中一个被动触发三极管导通，另一个被动触发三极管截止，tec执行制冷；反之当被输入至tec驱动电路的为制冷温控信号tec_ctrl-，tec执行加热。
