MAX1978中文数据手册.docx

1、MAX1978中文数据手册用于Peltier模块的集成温度控制器概论MAX1978 / MAX1979是用于Peltier热电冷却器（TEC）模块的最小，最安全，最精确完整的单芯片温度控制器。片上功率FET和热控制环路电路可最大限度地减少外部元件，同时保持高效率。可选择的500kHz / 1MHz开关频率和独特的纹波消除方案可优化元件尺寸和效率，同时降低噪声。内部MOSFET的开关速度经过优化，可降低噪声和EMI。超低漂移斩波放大器可保持0.001C的温度稳定性。直接控制输出电流而不是电压，以消除电流浪涌。独立的加热和冷却电流和电压限制提供最高水平的TEC保护。MAX1978采用单电源供电，通

2、过在两个同步降压调节器的输出之间偏置TEC，提供双极性3A输出。真正的双极性操作控制温度，在低负载电流下没有“死区”或其他非线性。当设定点非常接近自然操作点时，控制系统不会捕获，其中仅需要少量的加热或冷却。模拟控制信号精确设置TEC电流。MAX1979提供高达6A的单极性输出。提供斩波稳定的仪表放大器和高精度积分放大器，以创建比例积分（PI）或比例积分微分（PID）控制器。仪表放大器可以连接外部NTC或PTC热敏电阻，热电偶或半导体温度传感器。提供模拟输出以监控TEC温度和电流。此外，单独的过热和欠温输出表明当TEC温度超出范围时。片上电压基准为热敏电阻桥提供偏置。MAX1978 / MAX1

3、979采用薄型48引脚薄型QFN-EP封装，工作在-40C至+ 85C温度范围。采用外露金属焊盘的耐热增强型QFN-EP封装可最大限度地降低工作结温。评估套件可用于加速设计。应用光纤激光模块 典型工作电路出现在数据手册的最后。 WDM，DWDM激光二极管温度控制光纤网络设备EDFA光放大器电信光纤接口ATE特征尺寸最小，最安全，最精确完整的单芯片控制器片上功率MOSFET-无外部FET电路占用面积0.93in2回路高度 0时，VOS2 VOS1 VCS。46REF1.5V参考电压输出。用1F陶瓷电容将REF旁路至GND。47CS电流检测输入。在CS和OS1之间监视通过TEC的电流。最大TEC电

4、流为150mV / RSENSE，MAX1978为双极性。MAX1979 TEC电流为单极性。48OS1输出检测1.OS1检测差分TEC电压的一侧。OS1是感测点，而不是功率输出。功能框图详细说明功率级MAX1978 / MAX1979热电冷却器（TEC）温度控制器的功率级由两个开关降压调节器组成，它们共同工作以直接控制TEC电流。这种配置在TEC上产生差分电压，允许双向TEC电流用于控制冷却和加热。可控制的冷却和加热使精确的TEC温度控制在激光驱动器规格的严格公差范围内。CTLI的电压直接设定TEC电流。内部热控制回路驱动CTLI以调节TEC温度。片上热控制电路可配置为实现0.001C的温度

5、控制稳定性。图1显示了典型的TEC热控制电路。纹波消除MAX1978 / MAX1979中使用的开关稳压器固有地在每个共模输出上产生纹波电压。MAX1978中的稳压器同相切换并提供互补的同相占空比，因此差分TEC输出的纹波波形会大大降低。此功能可抑制TEC处的纹波电流和电噪声，以防止干扰激光二极管，同时最大限度地减小输出电容滤波器的尺寸。开关频率FREQ设置内部振荡器的开关频率。当FREQ = GND时，振荡器频率为500kHz。当FREQ = VDD时，振荡器频率为1MHz。1MHz设置允许最小电感和滤波电容值。500kHz设置可优化效率。电压和电流限制设置MAX1978和MAX1979提供

6、设置以限制最大差分TEC电压。向MAXV施加电压会将TEC上的最大电压限制为（4VMAXV）。MAX1978还限制了最大的正和负TEC电流。施加到MAXIP和MAXIN的电压独立设置最大正负输出电流限制。MAX1979仅在一个方向上控制TEC电流，因此最大电流仅通过MAXIP设置。使用MAX1979时，MAXIN必须连接到GND。斩波稳定仪表放大器MAX1978和MAX1979包括一个斩波输入仪表放大器，其固定增益为50.外部热传感器（通常为热敏电阻）连接到其中一个放大器输入。另一个输入连接到表示温度设定点的电压。该设定点可以从抗分辨器网络或DAC导出。随附的仪表放大器提供低失调漂移，以防止温

7、度设定点随环境温度变化而漂移。通过使用如图1所示的放大器，可以在0C至+ 50C的环境温度范围内实现0.001C的温度稳定性.DIFOUT是仪表放大器输出，与设定点之差的50倍成比例温度和TEC温度。这种差异通常被称为“误差信号”。为获得最佳温度稳定性，请从驱动热敏电阻的相同参考电压（通常为MAX1978 / MAX1979 REF输出）获得设定点电压。这称为“比例”或“桥接”连接。桥接连接通过消除REF漂移作为误差源来优化稳定性。REF的误差无效，因为它们会同等地影响热敏电阻和设定点。仪表放大器采用斩波输入方案，以最大限度地减少输入失调电压和漂移。这会在DIFOUT处产生等于斩波频率的输出纹

8、波。DIFOUT峰峰值纹波幅度通常为100mV，但对温度稳定性没有影响。在下一阶段，积分器会对DIFOUT纹波进行滤波。斩波频率从功率级的开关频率导出并与其同步。积分放大器MAX1978 / MAX1979提供片上积分放大器。放大器的同相端子内部连接到REF。 在DIFOUT和INT-之间连接适当的电阻和电容网络，并将INTOUT连接到CTLI以进行典型操作。CTLI直接控制TEC电流幅度和极性。热控制回路动态由积分器输入和反馈组件设置。 有关热环路补偿的详细信息，请参见“应用信息”部分。电流监视器输出ITEC提供与TEC电流成比例的电压输出ITEC（参见功能框图）：VITEC = 1.5V

9、+8（VOS1 - VCS）过温和欠温报警MAX1978/MAX1979提供开漏状态输出，可在TEC温度超过或低于设定温度时向微控制器发出警报。当V（FB1 + - FB-）大于20mV时，OT和UT拉低。对于典型的热敏电阻连接，这会导致大约1.5C的误差。参考输出MAX1978 / MAX1979内置1.5V基准电压源，温度精度可达1。 用1F旁路REF至GND。如图1和图2所示，REF可用于偏置外部热敏电阻进行温度检测。请注意，REF的1精度并不限制MAX1978 / MAX1979可实现的温度稳定性。这是因为热敏电阻和设定点桥臂旨在由相同的参考源（REF）按比例驱动。然后桥接驱动电压的变

10、化抵消并且不产生误差。因此，MAX1978 / MAX1979基准电压源可实现0.001C的稳定温度控制。可以使用外部源来偏置热敏电阻桥。为获得最佳精度，应用于FB +和FB-的共模电压应保持在0.5V至1V之间，但如果仪表放大器的某些偏移偏移（约-50V/），则输入范围可从0.2V扩展至VDD / 2 V）可以容忍。该偏移随温度保图2 MAX1979典型应用电路持恒定，并且不会导致设定点漂移。缓冲输出，BFB +和BFBBFB +和BFB-输出分别出现在FB +和FB-上的缓冲版电压。 缓冲器通常与非专用斩波放大器一起使用，以创建热敏电阻电压/ TEC温度的监视器（图1和图2）。 这些缓冲器

11、是单位增益斩波放大器，具有输出纹波。 如有必要，可以对每个输出进行集成或过滤，以消除纹波内容。非专用斩波稳定放大器除了DIFOUT和BFB_的斩波放大器外，MAX1978 / MAX1979还在AOUT处增加了一个斩波放大器。该放大器未提交，但旨在提供温度比例模拟输出。热敏电阻电压通常通过包含的缓冲器BFB +和BFB-连接到非专用斩波放大器。图3显示了如何将非专用放大器配置为热敏电阻电压监视器。AOUT的输出电压不是精确的线性，因为热敏电阻不是线性的。AOUT也是稳定斩波器并具有输出纹波，可以集成或滤波，以便在必要时消除纹波内容。图 3 热敏电阻电压监视器设计过程电感的选择小型表面贴装电感器

12、非常适合与MAX1978 / MAX1979配合使用。选择输出电感，使电感和输出电容的LC谐振频率小于所选开关频率的1/5。例如，3.0H和1F在92kHz时具有谐振，这足以用于500kHz操作。式中：fLC=输出滤波器的谐振频率。电容的选择滤波电容使用靠近电源引脚的10F陶瓷电容将每个电源输入（VDD，PVDD1和PVDD2）去耦。如果长电源线将源电源与MAX1978 / MAX1979分开，或者源电源具有高输出阻抗，则在VDD电源层和电源地之间再加一个22F至100F的陶瓷电容。电源旁路不足会导致电源反弹并降低精度。补偿电容包含一个补偿电容，以确保电流功率控制环路的稳定性。 选择电容，使电

13、流控制环的单位增益带宽小于或等于输出滤波器的谐振频率的10：式中：=单位增益带宽频率=环路跨导，通常为100A/ V.CCOMP =补偿电容的值RTEC = TEC串联电阻RSENSE =检测电阻设定电压和电流限制考虑TEC参数以保证稳健的设计。这些参数包括最大正电流，最大负电流和TEC上允许的最大电压。这些限制应用于设置MAXIP，MAXIN和MAXV电压。设置最大正和负TEC电流MAXIP和MAXIN分别设置最大正和负TEC电流。当MAXIP和MAXIN连接到REF时，默认电流限制为150mV / RSENSE。要设置除默认值以外的最大限制，请在REF和GND之间连接一个电阻分压器以设置V

14、MAXIN。使用10k至100k范围内的电阻。VMAXIN通过以下等式与ITEC相关：VMAXIP = 10(ITECP(MAX) RSENSE)VMAXIN = 10(ITECN(MAX) RSENSE)其中ITECP（MAX）是最大正TEC电流，ITECN（MAX）是最大负TEC电流。当CS小于OS1时，会出现正TEC电流：ITEC RSENSE = CS - OS1 当ITEC 0.MAX1979仅在一个方向（单极性）上控制TEC电流。通过向MAXIP施加电压来设置最大单极TEC电流。 使用MAX1979时，将MAXIN连接到GND。MAX1978和MAX1979的MAXIP设置公式相同

15、。不要超过TEC上的正或负限流规格。有关这些限制，请参阅TEC制造商的数据表。设置最大TEC电压向MAXV施加电压以控制最大差分TEC电压。 MAXV可以在0到REF之间变化。TEC两端的电压是VMAXV的四倍，可以是正的也可以是负的。|VOS1 - VOS2| = 4 VMAXV使用10k至100k的电阻来形成电压分压器以设置VMAXV。热控回路图4 比例积分微分控制器MAX1978 / MAX1979提供创建热控制环路所需的所有必要放大器。通常，斩波稳定的仪表放大器产生误差信号，积分放大器用于产生PID控制器。图4显示了一个简单PID实现的示例。控制环路所需的误差信号由设定点和热敏电阻电压

16、之间的差值产生。期望的设定点电压可以从电位计，DAC或其他电压源获得。图5详细说明了所需的连接。图5 温度点可以从一个电位器或DAC来设置将PID控制器的输出连接到CTLI。有关详细信息，请参阅应用程序信息部分。控制I/OTEC电流控制CTLI的电压直接设定TEC电流。CTLI通常由温度控制电路CINTOUT的输出驱动。出于以下等式的目的，假设正TEC电流是加热的。通过TEC（ITEC）和VCTLI关联电流的传递函数由下式给出： ITEC = (VCTLI - VREF) / (10 RSENSE)其中VREF为1.50V以及ITEC =（VOS1 - VCS）/ RSENSEVCTLI以RE

17、F（1.50V）为中心。当VCTLI = 1.50V时，ITEC为零。当VCTLI 1.50V时，MAX1978正在加热。当前流量从OS2到OS1。电压是： VOS2 VOS1 VCS当VCTLI 1.50V时，电流从OS1流向OS2： VOS2 VOS1 VCS关机控制将SHDN驱动为低电平，使MAX1978 / MAX1979进入省电关断模式。 当MAX1978 / MAX1979处于关断状态时，TEC关闭（VOS1和VOS2衰减至GND），输入电源电流降至2mA（典型值）。ITEC输出ITEC是状态输出，提供与实际TEC电流成比例的电压。 当TEC电流为零时，ITEC = REF。ITE

18、C输出的传递函数： VITEC = 1.50 + 8 (VOS1 - VCS)使用ITEC监控通过TEC的冷却或加热电流。ITEC可以驱动的最大电容为100pF。应用信息MAX1978 / MAX1979在热控制回路内驱动热电冷却器。根据从热敏电阻或其他温度测量设备读取的温度信息，调节TEC驱动极性和功率以保持稳定的控制温度。精心挑选的外部组件可实现0.001C的温度稳定性。MAX1978/MAX1979提供精密放大器和积分放大器，用于实现热控制环路（图1和图2）。连接和补偿热控制回路通常，热回路由误差放大器和比例积分微分控制器（PID）组成（图4）。在补偿热回路之前，必须了解TEC模块的热响

19、应。特别是，由于废热的影响，TEC通常具有比冷却能力更强的加热能力。在分析TEC响应时考虑这一点。使用信号分析仪分析TEC可以简化补偿计算。大多数TEC可以粗略地建模为双极系统。由于相关的180相移，第二极可能产生振荡状态。主极点补偿方案不实用，因为交叉频率（波德图中增益为零dB的点）必须低于TEC的第一极点，通常低至0.02Hz。这需要过大的积分电容，并导致慢的环路瞬态响应。更好的方法是使用PID控制器，其中使用两个额外的零来取消TEC和积分器极点。使用PID控制器时，可以在TEC第二极的频率附近实现足够的相位裕度。以下是使用PID控制器的补偿程序示例。图6详细介绍了典型TEC模块的双极传递

20、函数。该波特图可以用一个信号分析器驱动的CTLI输入MAX1978 / MAX1979而产生，同时划分来自该模块热敏电阻的电压。对于示例模块，两个极点为0.02Hz和1Hz。补偿控制回路的第一步涉及选择元件R3和C2以获得最高的DC增益。薄膜电容器提供最低的泄漏但可能很大。陶瓷电容器是低泄漏和小尺寸之间的良好折衷。钽电容和电解电容具有最高的泄漏，通常不适合这种应用。积分电容C2和R3（图4）设置第一个零点（fz1）。具体应用决定了应该设置第一个零的位置。选择非常低的频率会产生非常大的电容值。将第一个零频率设置为不超过最低TEC极点频率的8倍。将频率设置为最低极点的8倍会导致相位降至-135以下，并可能导致系统不稳定。对于此示例，C2 =10F。然后，电阻器R3使用以下等式将零点设置为0.16Hz：这产生R3 =99.47k的值。对于我们的示例，请使用100k。接下来，调整交叉频率的增益，以获得TEC第二极附近的最大相位裕度。从图6中可以看出TEC波特图，将0dB交叉点移动到1.5Hz需要大约30dB的增益。误差放大器提供50的固定增益，或大约34dB。因此，积分器需要在1.5Hz下提供-4dB的增益。C1和R3设置交叉频率的增益。这