「 應(yīng)用筆記分享 」

SLM8834的TEC輸出電壓

和輸出限流的設(shè)定

APPLICATION NOTES

本應(yīng)用筆記主要闡述了為何 TEC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮輸出限壓和輸出限流，以及 SLM8834 如何在應(yīng)用電路中設(shè)定 TEC 最大電壓和最大電流輸出，同時(shí)介紹了 SLM8834 輸出限壓和輸出限流電路的工作原理。

01SLM8834工作原理

SLM8834是一款集成控制環(huán)路的 TEC 控制器，可設(shè)置和穩(wěn)定TEC溫度。包括一個(gè)線(xiàn)性功率模塊，一個(gè) PWM 開(kāi)關(guān)功率模塊和兩個(gè)零漂移，軌對(duì)軌的運(yùn)算放大器。SLM8834 控制一個(gè)內(nèi)部功率H橋，從而通過(guò) TEC 饋送的電流方向可以是正的（用于冷卻模式），以將熱量從連接到 TEC 的物體中抽走，也可以是負(fù)的（用于加熱模式），以將熱量抽入連接到 TEC 的物體中。溫度信息用附著在 TEC 上的熱傳感器測(cè)量，并將感測(cè)到的溫度信息（電壓）反饋到 SLM8834，以完成 TEC 的閉環(huán)熱控回路。為了獲得最佳的整體穩(wěn)定性，需將熱傳感器盡量靠近 TEC 耦合以獲得精確的溫度反饋。在大多數(shù)激光模塊應(yīng)用中，TEC 和 NTC 熱敏電阻已經(jīng)安裝在同一封裝中以調(diào)節(jié)激光二極管溫度。

SLM8834 的溫度控制回路是利用內(nèi)置的零漂移斬波放大器通過(guò) PID 補(bǔ)償來(lái)穩(wěn)定。內(nèi)部產(chǎn)生的 2.50V 參考電壓可提供 1% 的精準(zhǔn)參考電壓。

02為何TEC系統(tǒng)需要電壓和電流限值

為了穩(wěn)定 TEC 工作溫度，輸出到 TEC 的電壓和電流會(huì)根據(jù)控制器的輸出而進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，當(dāng)溫控系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，環(huán)境溫度和目標(biāo)控制溫度差距較大，TEC 的電壓和電流也會(huì)較大，此時(shí)需要控制器限制 TEC 的電壓和電流工作在 TEC 允許的最大范圍內(nèi)，以保護(hù) TEC 避免損壞。甚至在某些環(huán)路不匹配條件下，過(guò)大的電壓和電流輸出會(huì)在系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中造成震蕩問(wèn)題。

另外，如果 TEC 的設(shè)定最大電壓和電流過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致溫度調(diào)整過(guò)程過(guò)長(zhǎng)，不能滿(mǎn)足系統(tǒng)調(diào)溫的實(shí)時(shí)性需求。

因此，選擇合適的 TEC 電壓限值和電流限值在設(shè)計(jì)整個(gè) TEC 控制器過(guò)程中是必須考慮的。無(wú)論是在加熱或者制冷模式下，都需要設(shè)定合適的 TEC 電壓和電流限值。下面介紹 SLM8834 如何通過(guò)設(shè)定 TEC 的電壓和電流限值。

03使用電阻分壓器設(shè)置TEC電壓限值

TEC 兩端的最大電壓和流過(guò) TEC 的電流通過(guò) VLIM/SD 和 ILIM 引腳設(shè)置。最大冷卻和加熱電流可以獨(dú)立設(shè)置，以允許不對(duì)稱(chēng)的加熱和冷卻限制。

使用同一個(gè)電阻分壓器可以實(shí)現(xiàn)分別設(shè)置加熱和制冷的電壓限值。當(dāng)SLM8834 在加熱方向驅(qū)動(dòng)TEC時(shí)，加熱開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，連接到 VLIM/SD 的內(nèi)部電流源工作并開(kāi)始汲取電流，從而降低 VLIM/SD 處的電壓。當(dāng) TEC 在冷卻方向上被驅(qū)動(dòng)時(shí)，內(nèi)部開(kāi)關(guān)關(guān)斷，電流吸收器不起作用。因此，TEC 加熱電壓極限總是低于制冷電壓極限。

SLM8834

使用電阻分壓器設(shè)置TEC電壓限值

圖1

使用以下公式計(jì)算制冷和加熱限值：

VVLIM_COOLING=VREF×RV2/(RV1+RV2)

其中VREF=2.5V.

VVLIM_HEATING= VVLIM_COOLING? ISINK_VLIM×RV1||RV2

其中ISINK_VLIM=10μA.

VTEC_MAX_COOLING= VVLIM_COOLING× AVLIM

其中AVLIM=2V/V.

VTEC_MAX_HEATING=VVLIM_HEATING× AVLIM

另外，VTEC管腳的電壓為：

VVTEC=1.25V+0.25×VTEC

其中VTEC為T(mén)EC兩端電壓，即VLDR-VSFB

下列表格為不同的電阻分壓分別得到各個(gè)VTEC，VVTEC，VVLIM的值。

VVLIM_COOLING為制冷狀態(tài)下 VLIM 管腳的設(shè)定電壓值。

VTEC_MAX_COOLING為制冷狀態(tài)下設(shè)定 TEC 兩端電壓最大值。

VVTEC_COOLING為制冷狀態(tài)下發(fā)生限壓時(shí) VTEC 管腳的電壓值。

VVLIM_HEATING為制熱狀態(tài)下 VLIM 管腳的設(shè)定電壓值。

VTEC_MAX_HEATING為制熱狀態(tài)下設(shè)定的 TEC 兩端電壓最大值。

VVTEC_HEATING為制熱狀態(tài)下發(fā)生限壓時(shí)VTEC管腳的電壓值。

04使用電阻分壓器設(shè)置TEC電流限值

通過(guò)在 ILIM 引腳上施加電壓分壓來(lái)設(shè)置制冷和加熱方向上的單獨(dú)最大TEC 電流限值。當(dāng) SLM8834 沿冷卻方向驅(qū)動(dòng) TEC 時(shí)，連接到 ILIM 的內(nèi)部電流吸收器電路汲取 40μA 電流，從而允許高冷卻電流。使用以下公式計(jì)算最大 TEC 電流：

VILIM_HEATING=VREF×RC2/(RC1+RC2)

其中VREF=2.5V.

VILIM_COOLING=VILIM_HEATING+ ISINK_ILIM×RC1||RC2

其中ISINK_ILIM=40μA.

其中RCS = 0.525V/A.

VILIM_HEATING不得超過(guò) 1.2V 并且 VILIM_COOLING 必須超過(guò) 1.3V，以便在加熱和制冷模式之間留出適當(dāng)?shù)脑６取?/p>

SLM8834

使用電阻分壓器設(shè)置TEC電流限值

圖2

如下表格：設(shè)置最大TEC電流值

VILIM_COOLING為制冷狀態(tài)下 ILIM 管腳的設(shè)定電壓值。

ITEC_MAX_COOLING為制冷狀態(tài)下 TEC 最大電流設(shè)定值。

VITEC_COOLING為制冷狀態(tài)下發(fā)生限流時(shí) ITEC 管腳電壓值。

VILIM_HEATING為制熱狀態(tài)下 ILIM 管腳的設(shè)定電壓值。

ITEC_MAX_HEATING為制熱狀態(tài)下 TEC 最大電流設(shè)定值。

VVTEC_HEATING為制熱狀態(tài)下發(fā)生限流時(shí) ITEC 管腳電壓值。

試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)1：

設(shè)置TEC電壓限值

RV1=0.68kohm

RV2=10kohm

RV1//RV2=0.64kohm

制冷模式下的TEC電壓限值圖

制熱模式下的TEC電壓限值

試驗(yàn)結(jié)果表明，在制冷模式下，測(cè)得VLIM管腳電壓為2.32V，VTEC管腳電壓為2.42V，TEC兩端電壓為4.56V。

在制熱模式下，測(cè)得VLIM管腳電壓為2.36V，VTEC管腳電壓為0.08V，TEC兩端電壓為4.44V。

試驗(yàn)2：

設(shè)置TEC電壓限值

RV1=56kohm

RV2=10kohm

RV1//RV2=8.48kohm

制冷模式下的TEC電壓限值

制熱模式下的TEC電壓限值

試驗(yàn)結(jié)果表明，在制冷模式下，測(cè)得 VLIM 管腳電壓為 0.38V，VTEC管腳電壓為 1.52V，TEC 兩端電壓為 0.8V。

在制熱模式下，測(cè)得 VLIM 管腳電壓為 0.3V，VTEC 管腳電壓為1.12V，TEC 兩端電壓為 0.58V。

試驗(yàn)3：

設(shè)置TEC電流限值

RC1=255kohm

RC2=51kohm

RC1// RC2=42.53kohm

制冷模式下的TEC電流限值圖

制熱模式下的TEC電流限值

試驗(yàn)結(jié)果表明，在制冷模式下，測(cè)得 ILIM 管腳電壓為 2.16V，ITEC 管腳電壓為 2.16V，TEC 限流為 1.7A。

在制熱模式下，測(cè)得 ILIM 管腳電壓為 0.42V，ITEC 管腳電壓為0.42V，TEC 限流為 1.8A。

試驗(yàn)4：

設(shè)置TEC電流限值

RC1=25.5kohm

RC2=18kohm

RC1//RC2=10.55kohm

制冷模式下的TEC電流限值

制熱模式下的TEC電流限值

試驗(yàn)結(jié)果表明，在制冷模式下，測(cè)得 ILIM 管腳電壓為 1.48V，ITEC 管腳電壓為 1.50V，TEC 限流為 428mA。

在制熱模式下，測(cè)得 ILIM 管腳電壓為 1.04V，ITEC 管腳電壓為1.06V，TEC 限流為 480mA。

另外，TEC 電流越大引起的損耗越大，實(shí)驗(yàn)測(cè)試值與設(shè)定值的偏差會(huì)稍大一些；TEC 電流相對(duì)較小時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試值與設(shè)定值基本一致。

總結(jié)

SLM8834 通過(guò) VLIM 和 ILIM 的分壓電阻可以分別設(shè)定 TEC 的電壓和電流最大限值，同時(shí)也能分別設(shè)定加熱和制冷模式下不同的限值。通過(guò)設(shè)定 TEC 的電壓限值和電流限值，可以實(shí)現(xiàn)保護(hù) TEC 器件，避免由于過(guò)高功率的損壞，另一方面，合適的電壓限值和電流限值也能更好的匹配 TEC 在啟動(dòng)過(guò)程中保持良好的動(dòng)態(tài)特性。

審核編輯：湯梓紅