SLM8834輸出限壓和輸出限流電路的工作原理

「 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。包括一個線性功率模塊，一個 PWM 開關(guān)功率模塊和兩個零漂移，軌對軌的運算放大器。SLM8834 控制一個內(nèi)部功率H橋，從而通過 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 上的熱傳感器測量，并將感測到的溫度信息（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 PID 補償來穩(wěn)定。內(nèi)部產(chǎn)生的 2.50V 參考電壓可提供 1% 的精準參考電壓。

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 的電壓和電流會根據(jù)控制器的輸出而進行實時調(diào)整，當溫控系統(tǒng)啟動時，環(huán)境溫度和目標控制溫度差距較大，TEC 的電壓和電流也會較大，此時需要控制器限制 TEC 的電壓和電流工作在 TEC 允許的最大范圍內(nèi)，以保護 TEC 避免損壞。甚至在某些環(huán)路不匹配條件下，過大的電壓和電流輸出會在系統(tǒng)啟動過程中造成震蕩問題。

另外，如果 TEC 的設(shè)定最大電壓和電流過小，會導(dǎo)致溫度調(diào)整過程過長，不能滿足系統(tǒng)調(diào)溫的實時性需求。

因此，選擇合適的 TEC 電壓限值和電流限值在設(shè)計整個 TEC 控制器過程中是必須考慮的。無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 TEC 的電流通過 VLIM/SD 和 ILIM 引腳設(shè)置。最大冷卻和加熱電流可以獨立設(shè)置，以允許不對稱的加熱和冷卻限制。

使用同一個電阻分壓器可以實現(xiàn)分別設(shè)置加熱和制冷的電壓限值。當SLM8834 在加熱方向驅(qū)動TEC時，加熱開關(guān)導(dǎo)通，連接到 VLIM/SD 的內(nèi)部電流源工作并開始汲取電流，從而降低 VLIM/SD 處的電壓。當 TEC 在冷卻方向上被驅(qū)動時，內(nèi)部開關(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TEC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 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

通過在 ILIM 引腳上施加電壓分壓來設(shè)置制冷和加熱方向上的單獨最大TEC 電流限值。當 SLM8834 沿冷卻方向驅(qū)動 TEC 時，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 1.2V 并且 VILIM_COOLING 必須超過 1.3V，以便在加熱和制冷模式之間留出適當?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 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 ITEC 管腳電壓值。

試驗結(jié)果

試驗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

試驗結(jié)果表明，在制冷模式下，測得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

試驗結(jié)果表明，在制冷模式下，測得 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

試驗結(jié)果表明，在制冷模式下，測得 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

試驗結(jié)果表明，在制冷模式下，測得 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，實驗測試值與設(shè)定值的偏差會稍大一些；TEC 電流相對較小時，實驗測試值與設(shè)定值基本一致。

總結(jié)

SLM8834 通過 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，同時也能分別設(shè)定加熱和制冷模式下不同的限值。通過設(shè)定 TEC 的電壓限值和電流限值，可以實現(xiàn)保護 TEC 器件，避免由于過高功率的損壞，另一方面，合適的電壓限值和電流限值也能更好的匹配 TEC 在啟動過程中保持良好的動態(tài)特性。

審核編輯：湯梓紅