半导体激光电源制冷器的设计半导体激光电源制冷器的基本元件是热电偶对,即把P型和N型半导体元件连城热电偶直流电源后,在两个对接头处就会产生温差。在冷端处电流方向是N到P,温度下降并吸热,在热端处电流方向是P到N。温度上升且放热,多个热电偶对在电路上串联起来,并联起来就构成一个在传热方面常见的电制冷组件。借助于热交换器等各种传热元件,使热电制冷组件的热端散热,并保持一定的温度,把冷端放到工作环境中去吸热,并使工作环境也保持一定的低于环境的温度。
从上面公式可知,当材料性质、工作温度和几何尺寸一定时,制冷量的大小只与电流有关,在热电偶中,吸收的波儿贴热与电流成正比,焦耳热与电流的二次方成正比。波儿贴热越大,焦耳热越小,则制冷量越大。在一定温度下,实际制冷量随电流的增加而增加。但电流一旦增加到某一值时,制冷量也达到最大值后,随电流的增加,制冷量反而下降,逐渐下降为0。
半导体制冷器的驱动电路设计TEC是电流驱动型器件,其制冷和加热可以通过改变工作电流方向来控制,且控制制冷量或者加热量可以用流经其电流的大小来控制,据此设计了一种压控电流源驱动TEC工作的温度控制系统。
按照温度采集信号单片机计算出控制量及控制方向(制冷/制热),打开相应的加热/制冷开关,同时控制量经由单片机。内部D/A将数字信号转换为模拟信号,然后通过继电器开关送到相应的控制通路。控制电压信号通过压控电流源转化为TEC的工作电流,从而达到制冷/制热的目的。
温控系统硬件组成
系统的硬件部分包括:温度传感器,制冷/加热器及其驱动电路、单片机接口电路、键盘、温度的显示。再次只介绍最主要的部件——温度传感器,温度测量的技术很成熟,温度明暗元件,既有传统的热电偶、热敏电阻等温度传感器,又有现代的集成温度传感器、数字温度传感器。还有超高温的光学温度传感器,针对本温控系统的要求,选用了数字温度传感器DS18B20作为测量半导体激光器的温度。