基于PID的分段式激光器温度控制电路的制作方法

本申请涉及激光器温度控制，具体涉及一种基于pid的分段式激光器温度控制电路。

背景技术：

1、可调谐激光二极管吸收光谱技术（tunable diode laser absorptionspectroscopy，tdlas）是一种用于测量材料吸收光谱的方法。它利用可调节波长的激光二极管作为光源，通过改变激光的波长，来扫描材料的吸收光谱。

2、tdlas激光温控一般采用比例-积分-微分控制技术（proportion integrationdifferentiation，pid）来控制激光器内部的半导体制冷器（thermo electric cooler，tec），从而控制激光器芯片保持恒温或调节激光器芯片的温度。传统的激光器温控pid采用一次输入温度的方法，即通过设定激光器温控的激光器内部温度设定值，对比读取的激光器芯片热电阻温度值进行两者pid控制，达到快速控温的目的，一般控温芯片限流在0.5~1a。

3、激光器芯片温度一般为常温温度，例如20℃。激光器芯片温度受外界环境温度影响，当外界温度高于芯片要求的温度时tec采用制冷方式降温，反之采用加热方式升温，以确保激光器芯片温度恒定，避免输出波长漂移。若激光器芯片温度为20℃，外界温度达到70℃或-40℃时，温差达到50℃或60℃，控温电流增加，造成温控芯片功率过大，导致控温电流过大，从而烧毁芯片或拉低传感器电压，造成整体传感器电路工作不稳定。

技术实现思路

1、为此，本申请提供一种基于pid的分段式激光器温度控制电路，以解决现有技术存在的温差过大时导致传感器电路不稳定的问题。

2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、一种基于pid的分段式激光器温度控制电路，包括微控制器、dac数模转换器、激光器温控芯片和pid补偿网络，所述微控制器的输出端与所述dac数模转换器的输入端电连接，所述dac数模转换器的输出端与所述激光器温控芯片的输入端电连接，所述激光器温控芯片的输入端还与激光器内部的热敏电阻电连接，用于读取激光器芯片的温度，所述激光器温控芯片的输出端与所述pid补偿网络电连接，所述激光器温控芯片的检测点与激光器内部的半导体制冷器电连接；其中，所述微控制器用于分段设定温度对应的电压值，并将所述电压值通过所述dac数模转换器分段发送至所述激光器温控芯片，所述激光器温控芯片通过所述pid补偿网络控制激光器内部的半导体制冷器。

4、作为优选，所述激光器温控芯片为max1978。

5、作为优选，所述dac数模转换器为mcp4726。

6、作为优选，所述微控制器的通信总线与所述dac数模转换器的scl引脚和sda引脚电连接，所述dac数模转换器的tempset引脚与所述激光器温控芯片的fb+引脚电连接，所述激光器温控芯片的fb-引脚与激光器内部的热敏电阻电连接，所述激光器温控芯片的difout引脚和int-引脚与所述pid补偿网络电连接，所述激光器温控芯片的os1引脚和os2引脚与激光器内部的半导体制冷器电连接。

7、作为优选，所述通信总线为12c总线。

8、作为优选，所述pid补偿网络包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电阻与所述第一电容串联后与所述第二电阻并联组成积分电路，所述第二电容与所述第三电阻串联后与所述第三电容并联组成微分电路，所述积分电路和所述微分电路串联后一端与所述激光器温控芯片的difout引脚电连接，所述积分电路和所述微分电路的串联连接点与所述激光器温控芯片的int-引脚电连接。

9、作为优选，所述激光器内部的热敏电阻为10kω。

10、相比现有技术，本申请至少具有以下有益效果：

11、本申请提供了一种基于pid的分段式激光器温度控制电路，通过配置微控制器、dac数模转换器、激光器温控芯片和pid补偿网络的电路硬件架构，将传统的滑动变阻器设计的激光器温度控制替换为程控电压控制（即微控制器和dac数模转换器）的激光器温控，通过微控制器和dac数模转换器分段发送程控电压输出值，继而控制激光器温控芯片分段控温，解决了温差过大带来的控温电流过大能够避免了烧毁芯片或拉低传感器电压，使得整体传感器电路工作稳定。

技术特征：

1.一种基于pid的分段式激光器温度控制电路，其特征在于，包括微控制器、dac数模转换器、激光器温控芯片和pid补偿网络，所述微控制器的输出端与所述dac数模转换器的输入端电连接，所述dac数模转换器的输出端与所述激光器温控芯片的输入端电连接，所述激光器温控芯片的输入端还与激光器内部的热敏电阻电连接，用于读取激光器芯片的温度，所述激光器温控芯片的输出端与所述pid补偿网络电连接，所述激光器温控芯片的检测点与激光器内部的半导体制冷器电连接；其中，所述微控制器用于分段设定温度对应的电压值，并将所述电压值通过所述dac数模转换器分段发送至所述激光器温控芯片，所述激光器温控芯片通过所述pid补偿网络控制激光器内部的半导体制冷器。

2.根据权利要求1所述的基于pid的分段式激光器温度控制电路，其特征在于，所述激光器温控芯片为max1978。

3.根据权利要求2所述的基于pid的分段式激光器温度控制电路，其特征在于，所述dac数模转换器为mcp4726。

4.根据权利要求3所述的基于pid的分段式激光器温度控制电路，其特征在于，所述微控制器的通信总线与所述dac数模转换器的scl引脚和sda引脚电连接，所述dac数模转换器的tempset引脚与所述激光器温控芯片的fb+引脚电连接，所述激光器温控芯片的fb-引脚与激光器内部的热敏电阻电连接，所述激光器温控芯片的difout引脚和int-引脚与所述pid补偿网络电连接，所述激光器温控芯片的os1引脚和os2引脚与激光器内部的半导体制冷器电连接。

5.根据权利要求4所述的基于pid的分段式激光器温度控制电路，其特征在于，所述通信总线为12c总线。

6.根据权利要求4所述的基于pid的分段式激光器温度控制电路，其特征在于，所述pid补偿网络包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容和第三电容，所述第一电阻与所述第一电容串联后与所述第二电阻并联组成积分电路，所述第二电容与所述第三电阻串联后与所述第三电容并联组成微分电路，所述积分电路和所述微分电路串联后一端与所述激光器温控芯片的difout引脚电连接，所述积分电路和所述微分电路的串联连接点与所述激光器温控芯片的int-引脚电连接。

7.根据权利要求1所述的基于pid的分段式激光器温度控制电路，其特征在于，所述激光器内部的热敏电阻为10kω。

技术总结
本申请公开了一种基于PID的分段式激光器温度控制电路，涉及激光器温度控制技术领域，包括微控制器、DAC数模转换器、激光器温控芯片和PID补偿网络，微控制器的输出端与DAC数模转换器的输入端电连接，DAC数模转换器的输出端与激光器温控芯片的输入端电连接，激光器温控芯片的输入端还与激光器内部的热敏电阻电连接，用于读取激光器芯片的温度，激光器温控芯片的输出端与PID补偿网络电连接，激光器温控芯片的检测点与激光器内部的半导体制冷器电连接。本申请通过微控制器和DAC数模转换器分段发送程控电压输出值，继而控制激光器温控芯片分段控温，解决了温差过大带来的控温电流过大，避免了烧毁芯片或拉低传感器电压，使得整个传感器电路工作稳定。

技术研发人员：张学健,魏占峰,周笑春,史小松,张远,关邵捷,王宁
受保护的技术使用者：北京光感慧智科技有限公司
技术研发日：20231102
技术公布日：2024/1/15