一種改進(jìn)型熱電冷卻器控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光通信領(lǐng)域，尤其涉及一種改進(jìn)型熱電冷卻器控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在高速、長(zhǎng)距離的光通信應(yīng)用領(lǐng)域中，通常使用溫度穩(wěn)定性較高的電吸收調(diào)制激光器(Eroabsorpt1n Modulated Laser，簡(jiǎn)寫為:EML)。EML激光器的輸出波長(zhǎng)、電流閾值、最大輸出功率和最小功率的波動(dòng)都直接受工作溫度的影響。因此，對(duì)于使用了電吸收調(diào)制激光器的光模塊來說，溫度控制的精度和可靠性尤為重要。通常采用體積小且易于控制的熱電制冷器(Thermo Electric Cooler，簡(jiǎn)寫為:TEC)作為制冷和加熱器件，并采用高精度的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(Negative Temperature Coeff icient，簡(jiǎn)寫為:NTC)作為溫度傳感器，以微控制(Micro Controller Unit，簡(jiǎn)寫為:MCU)為控制核心，對(duì)EML激光器進(jìn)行溫度控制。傳統(tǒng)的TEC控制多使用數(shù)字式PI控制算法，當(dāng)前溫度與目標(biāo)溫度的差值通過PI算法計(jì)算出當(dāng)前需要調(diào)整的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(Digital To Analog Converter，DAC)值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器溫度的控制。這種方法不可避免的會(huì)產(chǎn)生超調(diào)(如圖2所示)，尤其是在高溫下啟動(dòng)光模塊，TEC將激光器溫度從很高的值降低到預(yù)設(shè)值或者從很低的值升高到預(yù)設(shè)值，短時(shí)間內(nèi)可能會(huì)造成TEC工作電流過大而損壞光模塊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種改進(jìn)型熱電冷卻器控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)超調(diào)的問題。
[0004]本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種改進(jìn)型熱電冷卻器控制方法，所述方法包括以下步驟:
[0005]溫度傳感器3檢測(cè)光發(fā)射次模塊I的溫度值M，并將檢測(cè)到的溫度值M發(fā)送給微控制器2 ;微控制器2將接收到的溫度值M和預(yù)設(shè)的目標(biāo)值R進(jìn)行比較，將比較結(jié)果作為PI溫度控制算法的計(jì)算因子，計(jì)算的結(jié)果將由微控制器2傳遞給熱電制冷器TEC4，從而生成TEC正向控制電流或者TEC反向控制電流；所述TEC正向控制電流或者TEC反向控制電流能夠控制光發(fā)射次模塊I進(jìn)行制冷或者加熱；微控制器2在確認(rèn)所述計(jì)算的結(jié)果達(dá)到TEC4所能生成控制電流的最大值時(shí)，暫停PI溫度控制，并直接輸出最大控制電流；當(dāng)溫度值M和預(yù)設(shè)的目標(biāo)值R的比較結(jié)果出現(xiàn)反向值時(shí)，啟動(dòng)PI溫度控制，并根據(jù)PI溫度控制計(jì)算結(jié)果輸出控制電流。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種改進(jìn)型熱電冷卻器控制方法的有益效果包括:
[0007]本發(fā)明實(shí)施例通過分析PI溫度控制算法的后延特性，即無法及時(shí)的調(diào)整和糾正工作狀態(tài)，還需要經(jīng)過一段時(shí)間的反復(fù)調(diào)整才能矯正到目標(biāo)值；以及分析TEC工作時(shí)存在有最大控制電流的限制因素。從而在需要TEC輸出最大控制電流時(shí)，暫停PI溫度控制算法直接控制TEC輸出最大控制電流的方法，不僅有效降低極端溫度下TEC控制產(chǎn)生的超調(diào)現(xiàn)象，而且能夠通過減少PI溫度控制計(jì)算來提高微控制器的工作效率。
【附圖說明】
[0008]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0009]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的適用于一種改進(jìn)型熱電冷卻器控制方法的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的屬于現(xiàn)有技術(shù)的一種極端溫度下TEC控制產(chǎn)生的超調(diào)波形示意圖；
[0011]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種改進(jìn)型熱電冷卻器控制方法流程圖；
[0012]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的現(xiàn)有PI溫控算法的流程；
[0013]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種改進(jìn)型熱電冷卻器控制方法流程圖；
[0014]圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的改進(jìn)后的一種極端溫度下TEC控制產(chǎn)生溫度波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]為了說明本發(fā)明所述的技術(shù)方案，下面通過具體實(shí)施例來進(jìn)行說明。
[0017]在現(xiàn)有PI溫度控制算法中，定義Pp為比例項(xiàng)，P i為積分項(xiàng)，Pout為PI溫度控制算法的計(jì)算結(jié)果。則有Pp= Kp*Ek，其中Kp為比例系數(shù)，通常由數(shù)學(xué)建模計(jì)算得到或者通過實(shí)驗(yàn)的方法取經(jīng)驗(yàn)值。積分項(xiàng)是一個(gè)歷史誤差的累積值，通過離散方法處理轉(zhuǎn)換為公式-Pi=KjEk/Ki+Pik，其中Ki為積分系數(shù)，通常由數(shù)學(xué)建模計(jì)算得到或者通過實(shí)驗(yàn)的方法取經(jīng)驗(yàn)值，Pik為積分累積項(xiàng)，為本次調(diào)節(jié)前的每一次調(diào)節(jié)的積分項(xiàng)值的累加和，即每次調(diào)節(jié)后都要將本次調(diào)節(jié)的積分項(xiàng)的值累加到Pik中(如圖4中步驟22所示)，用來帶入下一次調(diào)節(jié)中。計(jì)算結(jié)果Pwt=PfPi為整個(gè)算法一次調(diào)節(jié)的計(jì)算結(jié)果，輸出給執(zhí)行器改變被控對(duì)象的參數(shù)(如圖4中步驟24所示)，例如:輸出TEC控制電流，改變激光器溫度。針對(duì)現(xiàn)有的PI溫度控制算法，本實(shí)施例提供了其計(jì)算流程圖，如圖4所示。
[0018]從圖4中可以看出，在步驟22中，Pik將會(huì)累加每次調(diào)節(jié)的積分項(xiàng)并帶入下一次調(diào)節(jié)計(jì)算中。假設(shè)光模塊在高溫環(huán)境下上電，使用上述的算法就將產(chǎn)生如下問題:由于環(huán)境溫度M與TEC控制溫度的預(yù)設(shè)值R差別較大，即Ek= M-R遠(yuǎn)大于0，在溫度調(diào)節(jié)到目標(biāo)值的這段時(shí)間內(nèi)，輸出Pwt將會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間處于正向飽和階段(TEC正向控制電流始終為最大值的這段時(shí)間)，積分系數(shù)的積分累積Pik也將不斷的增加，一直到當(dāng)激光器溫度到達(dá)目標(biāo)值之后，此時(shí)Ek才開始反向(即小于O)，Pik也將慢慢減弱。正向飽和階段積分累積越大，那么積分項(xiàng)消除的也就越慢，體現(xiàn)在溫度控制上的實(shí)際效果就是出現(xiàn)超調(diào)。類似的，在低溫環(huán)境下上電，TEC反向的控制電流也會(huì)處于飽和區(qū)，使用上述算法同樣會(huì)產(chǎn)生超調(diào)。如圖所示為出現(xiàn)正向飽和階段的PI調(diào)節(jié)過程中溫度和電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系，ts為消除積分累積所花費(fèi)的時(shí)間，可以看出會(huì)給溫度調(diào)節(jié)帶來很長(zhǎng)時(shí)間的超調(diào)。
[0019]實(shí)施例一
[0020]圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的適用于一種改進(jìn)型熱電冷卻器控制方法的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，具體為一個(gè)EML激光器的工作電路原理圖，所述裝置包括發(fā)光發(fā)射次模塊I (即激光器)、微控制器2、溫度傳感器3和熱電制冷器驅(qū)動(dòng)裝置4，具體的:
[0021]熱電制冷器TEC通常集成在光發(fā)射次模塊I內(nèi)部，并封裝出TEC+和TEC-兩個(gè)引腳，通過TEC驅(qū)動(dòng)芯片4給TEC+和TEC-的回路提供電流即可控制溫度，電流越大，控制效果越明顯。TEC正向控制電流(即電流從TEC+流向TEC-)會(huì)產(chǎn)生制冷效果，反向控制電流(即電流從TEC-流向TEC+)則會(huì)產(chǎn)生制熱效果。EML器件內(nèi)部的熱敏電阻通過外接運(yùn)放電路構(gòu)成激光器內(nèi)部的溫度采樣電路，微控制器MCU用一路高精度ADC采樣溫度值，經(jīng)過計(jì)算設(shè)置DAC輸出電壓控制TEC驅(qū)動(dòng)器的輸出電流，從而改變TEC電流，實(shí)現(xiàn)控制溫度的目的，構(gòu)成一個(gè)反饋回路。
[0022]結(jié)合本實(shí)施例存在一種可選的方案，其中，當(dāng)所述溫度M高于所述目標(biāo)值R時(shí)，則所述溫度值M和預(yù)設(shè)的目標(biāo)值R的比較結(jié)果出現(xiàn)反向值具體為:
[0023]檢測(cè)到的溫度值M小于或等于目標(biāo)值R ;當(dāng)所述溫度M小于所述目標(biāo)值R時(shí)，則所述溫度值M和預(yù)設(shè)的目標(biāo)值R的比較結(jié)果出現(xiàn)反向值具體為:檢測(cè)