一种改进型热电冷却器控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光通信领域，尤其涉及一种改进型热电冷却器控制方法。
【背景技术】
[0002]在高速、长距离的光通信应用领域中，通常使用温度稳定性较高的电吸收调制激光器(Eroabsorpt1n Modulated Laser，简写为:EML)。EML激光器的输出波长、电流阈值、最大输出功率和最小功率的波动都直接受工作温度的影响。因此，对于使用了电吸收调制激光器的光模块来说，温度控制的精度和可靠性尤为重要。通常采用体积小且易于控制的热电制冷器(Thermo Electric Cooler，简写为:TEC)作为制冷和加热器件，并采用高精度的负温度系数热敏电阻(Negative Temperature Coeff icient，简写为:NTC)作为温度传感器，以微控制(Micro Controller Unit，简写为:MCU)为控制核心，对EML激光器进行温度控制。传统的TEC控制多使用数字式PI控制算法，当前温度与目标温度的差值通过PI算法计算出当前需要调整的数字模拟转换器(Digital To Analog Converter，DAC)值，从而实现对激光器温度的控制。这种方法不可避免的会产生超调(如图2所示)，尤其是在高温下启动光模块，TEC将激光器温度从很高的值降低到预设值或者从很低的值升高到预设值，短时间内可能会造成TEC工作电流过大而损坏光模块。
【发明内容】
[0003]本发明实施例的目的在于提供一种改进型热电冷却器控制方法，以解决现有技术超调的问题。
[0004]本发明实施例是这样实现的，一种改进型热电冷却器控制方法，所述方法包括以下步骤:
[0005]温度传感器3检测光发射次模块I的温度值M，并将检测到的温度值M发送给微控制器2 ;微控制器2将接收到的温度值M和预设的目标值R进行比较，将比较结果作为PI温度控制算法的计算因子，计算的结果将由微控制器2传递给热电制冷器TEC4，从而生成TEC正向控制电流或者TEC反向控制电流；所述TEC正向控制电流或者TEC反向控制电流能够控制光发射次模块I进行制冷或者加热；微控制器2在确认所述计算的结果达到TEC4所能生成控制电流的最大值时，暂停PI温度控制，并直接输出最大控制电流；当温度值M和预设的目标值R的比较结果出现反向值时，启动PI温度控制，并根据PI温度控制计算结果输出控制电流。
[0006]本发明实施例提供的一种改进型热电冷却器控制方法的有益效果包括:
[0007]本发明实施例通过分析PI温度控制算法的后延特性，即无法及时的调整和纠正工作状态，还需要经过一段时间的反复调整才能矫正到目标值；以及分析TEC工作时存在有最大控制电流的限制因素。从而在需要TEC输出最大控制电流时，暂停PI温度控制算法直接控制TEC输出最大控制电流的方法，不仅有效降低极端温度下TEC控制产生的超调现象，而且能够通过减少PI温度控制计算来提高微控制器的工作效率。
【附图说明】
[0008]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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发明的一些实施例，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他的附图。
[0009]图1是本发明实施例提供的适用于一种改进型热电冷却器控制方法的装置结构示意图；
[0010]图2是本发明实施例提供的属于现有技术的一种极端温度下TEC控制产生的超调波形示意图；
[0011]图3是本发明实施例提供的一种改进型热电冷却器控制方法流程图；
[0012]图4是本发明实施例提供的现有PI温控算法的流程；
[0013]图5是本发明实施例提供的一种改进型热电冷却器控制方法流程图；
[0014]图6是本发明实施例提供的改进后的一种极端温度下TEC控制产生温度波形示意图。
【具体实施方式】
[0015]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0016]为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0017]在现有PI温度控制算法中，定义Pp为比例项，P i为积分项，Pout为PI温度控制算法的计算结果。则有Pp= Kp*Ek，其中Kp为比例系数，通常由数学建模计算得到或者通过实验的方法取经验值。积分项是一个历史误差的累积值，通过离散方法处理转换为公式-Pi=KjEk/Ki+Pik，其中Ki为积分系数，通常由数学建模计算得到或者通过实验的方法取经验值，Pik为积分累积项，为本次调节前的每一次调节的积分项值的累加和，即每次调节后都要将本次调节的积分项的值累加到Pik中(如图4中步骤22所示)，用来带入下一次调节中。计算结果Pwt=PfPi为整个算法一次调节的计算结果，输出给执行器改变被控对象的参数(如图4中步骤24所示)，例如:输出TEC控制电流，改变激光器温度。针对现有的PI温度控制算法，本实施例提供了其计算流程图，如图4所示。
[0018]从图4中可以看出，在步骤22中，Pik将会累加每次调节的积分项并带入下一次调节计算中。假设光模块在高温环境下上电，使用上述的算法就将产生如下问题:由于环境温度M与TEC控制温度的预设值R差别较大，即Ek= M-R远大于0，在温度调节到目标值的这段时间内，输出Pwt将会出现相当长的一段时间处于正向饱和阶段(TEC正向控制电流始终为最大值的这段时间)，积分系数的积分累积Pik也将不断的增加，一直到当激光器温度到达目标值之后，此时Ek才开始反向(即小于O)，Pik也将慢慢减弱。正向饱和阶段积分累积越大，那么积分项消除的也就越慢，体现在温度控制上的实际效果就是出现超调。类似的，在低温环境下上电，TEC反向的控制电流也会处于饱和区，使用上述算法同样会产生超调。如图所示为出现正向饱和阶段的PI调节过程中温度和电流的对应关系，ts为消除积分累积所花费的时间，可以看出会给温度调节带来很长时间的超调。
[0019]实施例一
[0020]图1所示为本发明实施例提供的适用于一种改进型热电冷却器控制方法的装置结构示意图，具体为一个EML激光器的工作电路原理图，所述装置包括发光发射次模块I (即激光器)、微控制器2、温度传感器3和热电制冷器驱动装置4，具体的:
[0021]热电制冷器TEC通常集成在光发射次模块I内部，并封装出TEC+和TEC-两个引脚，通过TEC驱动芯片4给TEC+和TEC-的回路提供电流即可控制温度，电流越大，控制效果越明显。TEC正向控制电流(即电流从TEC+流向TEC-)会产生制冷效果，反向控制电流(即电流从TEC-流向TEC+)则会产生制热效果。EML器件内部的热敏电阻通过外接运放电路构成激光器内部的温度采样电路，微控制器MCU用一路高精度ADC采样温度值，经过计算设置DAC输出电压控制TEC驱动器的输出电流，从而改变TEC电流，实现控制温度的目的，构成一个反馈回路。
[0022]结合本实施例存在一种可选的方案，其中，当所述温度M高于所述目标值R时，则所述温度值M和预设的目标值R的比较结果出现反向值具体为:
[0023]检测到的温度值M小于或等于目标值R ;当所述温度M小于所述目标值R时，则所述温度值M和预设的目标值R的比较结果出现反向值具体为:检测