一、背景概述

在光模塊中，激光器是產(chǎn)生光信號的關(guān)鍵元件；激光器的輸出功率和波長都會受到溫度的影響，因此需要控制激光器的溫度來保持其輸出性能的穩(wěn)定。TEC(Thermo Electric Cooler) 熱電制冷器是一種控制激光器溫度的裝置；在光模塊中，TEC通常被放置在激光器或光電元件的背面與其直接接觸。TEC與元件之間使用導(dǎo)熱材料來提高熱傳遞效率，通過控制TEC使其保持在一個恒定的溫度范圍內(nèi)。

二、TEC工作原理及驅(qū)動方式

TEC利用半導(dǎo)體材料的珀爾帖（Peltier）效應(yīng)制成。所謂珀爾帖效應(yīng)，是指當(dāng)直流電流通過兩種半導(dǎo)體材料組成的電偶時，一端吸熱、一端放熱的現(xiàn)象。TEC采用重?fù)诫s的 N 型和 P 型導(dǎo)體材料，多對PN結(jié)通過電極連在一起，并且夾在兩個陶瓷電極之間，并行發(fā)熱或制冷。

由于珀爾帖效應(yīng)可以通過電流線性控制，TEC需要一個電平可以翻轉(zhuǎn)的電源以提供差分驅(qū)動電壓。脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制差分輸出電壓，使流經(jīng) TEC 的電流改變大小和方向。通過電流的反饋調(diào)節(jié)，TEC 可以高精度控制各種分立器件的溫度，如光纖激光驅(qū)動器，精密電壓基準(zhǔn)，或其它的溫度敏感型器件。

為了控制溫度，需要一個由熱敏電阻、TEC和TEC控制器組成的環(huán)路；TEC控制器將熱敏電阻反饋電壓與代表目標(biāo)溫度的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，然后控制流經(jīng)TEC的電流，從而調(diào)整TEC傳輸?shù)臒崃?；微控制器用于監(jiān)測和控制熱環(huán)路。TEC控制器是實現(xiàn)TEC制冷控制的重要組成部分，其性能指標(biāo)和功能特性對于整個系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性有著重要的影響；本文介紹的SGM41299 TEC控制器能助力客戶光模塊熱設(shè)計。

三、SGM41299技術(shù)特點及應(yīng)用電路

1. SGM41299技術(shù)特點

SGM41299是一款集成式TEC控制器，它包括差分驅(qū)動、脈沖寬度調(diào)制和兩個零偏、軌到軌斬波放大器等。

• 高效率單電感架構(gòu)
• 集成低內(nèi)阻MOSFET
• TEC電壓和電流工作監(jiān)測
• 獨立的TEC加熱和冷卻限流設(shè)置和可編程最大TEC電壓
• 兼容NTC 或RTD熱傳感器
• 溫度鎖定指示器

2. SGM41299工作原理

1) 功能框圖

SGM41299主要包括溫度檢測電路、誤差放大器和補償器、TEC電壓/電流檢測和限值電路、差分電壓驅(qū)動器。PWM在H橋配置下控制內(nèi)部功率MOSFET，通過測量熱敏電阻反饋電壓，并使用集成運算放大器作為比例-積分-微分(PID)補償器來調(diào)理信號，將模塊溫度建立至可編程的目標(biāo)溫度。

2）差分電壓驅(qū)動器

電壓驅(qū)動器可以是線性模式、開關(guān)模式或混合電橋。線性模式驅(qū)動器更簡單且更小，但效率不佳。開關(guān)模式驅(qū)動器具有良好的效率，但輸出端需要額外的濾波電感和電容。SGM41299使用混合配置，含有一個線性驅(qū)動器和一個開關(guān)模式驅(qū)動器，體積較大濾波元件數(shù)量減半，同時能夠保持高效率性能。

3）誤差放大器和比較器

模擬熱反饋環(huán)路包括兩級，由兩個放大器構(gòu)成。第一個放大器接受熱敏電阻反饋電壓(V_FB)，將該輸入轉(zhuǎn)換為線性電壓輸出。此電壓代表對象溫度，饋入補償放大器中，與溫度設(shè)定電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生一個與二者之差成比例的誤差電壓。第二個放大器通常用來構(gòu)建PID補償器。

3. SGM41299典型應(yīng)用電路

四、SGM41299典型應(yīng)用場景

• TEC溫度控制
• 光學(xué)模塊
• 光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
• 需要TEC溫度控制的儀器儀表

圣邦微介紹

SGMC

網(wǎng)址：www.sg-micro.com

國家：中國

圣邦微電子（北京）股份有限公司（股票代碼300661）專注于高性能、高品質(zhì)模擬集成電路的研發(fā)和銷售。 公司產(chǎn)品覆蓋信號鏈和電源管理兩大領(lǐng)域，擁有25大類4000余款可銷售型號，包括各類運算放大器及比較器、音頻功率放大器、視頻緩沖器、線路驅(qū)動器、模擬開關(guān)、溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）、電平轉(zhuǎn)換芯片、接口電路、電壓基準(zhǔn)芯片、小邏輯芯片、LDO、微處理器電源監(jiān)控電路、DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器、DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器、DC/DC升降壓轉(zhuǎn)換器、背光及閃光燈LED驅(qū)動器、AMOLED電源芯片、PMU、OVP及負(fù)載開關(guān)、電池充放電管理芯片、電池保護(hù)芯片、馬達(dá)驅(qū)動芯片、MOSFET驅(qū)動芯片等。

產(chǎn)品線詳細(xì)信息

中文名稱：圣邦微

產(chǎn)品分類：模擬器件

經(jīng)營模式：代理

應(yīng)用領(lǐng)域及市場

通信設(shè)備，工業(yè)控制，汽車電子，消費電子，安防監(jiān)控，醫(yī)療電子，智能家居，儀器儀表等。

主要產(chǎn)品

運放，比較器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，音頻/視頻驅(qū)動，模擬開關(guān)，邏輯芯片，電源管理芯片，MOSFET驅(qū)動，電機驅(qū)動等。

豐寶介紹

上海豐寶電子信息科技有限公司創(chuàng)辦于1998年5月，本土知名的元器件代理商?？偛课挥谏虾?，在北京、深圳、蘇州、香港、臺灣設(shè)有分公司，并在廣州、東莞、廈門、南京、杭州、 武漢、西安等15個城市設(shè)有辦事處。公司主營電子元器件世界品牌在中國大陸的代理銷售，并致力于代理芯片產(chǎn)品的應(yīng)用設(shè)計開發(fā)，整體解決方案在通訊、家電、工業(yè)控制得到廣泛應(yīng)用。公司的主要代理品牌有Bourns、Winbond、Omron、Knowles、U-blox 、Nuvoton、Digi和Torex等。

豐寶電子系上海市高新技術(shù)企業(yè)，2003至2014年連續(xù)十二年被《國際電子商情》評選為“讀者最滿意的十家大陸電子元器件分銷商”。在2008至2011年三次獲得“Omron優(yōu)秀代理商銷售獎”，2009至2012年三次獲得“SGMC杰出成長獎”，2010年榮獲“Bourns杰出業(yè)績獎”，2011年榮獲“NXP年度增長最快ID獎”，2012年榮獲“NXP最佳FAE支持團(tuán)隊獎”，2013榮獲 Torex合作伙伴獎。豐寶電子視誠信經(jīng)營為企業(yè)至高榮譽，一直致力于上海市“誠信創(chuàng)建企業(yè)”工作認(rèn)定，截止到2017年已榮升為五星級企業(yè)。