一種改進型熱電冷卻器控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光通信領域，尤其涉及一種改進型熱電冷卻器控制方法。
【背景技術】
[0002]在高速、長距離的光通信應用領域中，通常使用溫度穩定性較高的電吸收調制激光器(Eroabsorpt1n Modulated Laser，簡寫為:EML)。EML激光器的輸出波長、電流閾值、最大輸出功率和最小功率的波動都直接受工作溫度的影響。因此，對于使用了電吸收調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，簡寫為:TEC)作為制冷和加熱器件，并采用高精度的負溫度系數熱敏電阻(Negative Temperature Coeff icient，簡寫為:NTC)作為溫度傳感器，以微控制(Micro Controller Unit，簡寫為:MCU)為控制核心，對EML激光器進行溫度控制。傳統的TEC控制多使用數字式PI控制算法，當前溫度與目標溫度的差值通過PI算法計算出當前需要調整的數字模擬轉換器(Digital To Analog Converter，DAC)值，從而實現對激光器溫度的控制。這種方法不可避免的會產生超調(如圖2所示)，尤其是在高溫下啟動光模塊，TEC將激光器溫度從很高的值降低到預設值或者從很低的值升高到預設值，短時間內可能會造成TEC工作電流過大而損壞光模塊。
【發明內容】
[0003]本發明實施例的目的在于提供一種改進型熱電冷卻器控制方法，以解決現有技術超調的問題。
[0004]本發明實施例是這樣實現的，一種改進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檢測光發射次模塊I的溫度值M，并將檢測到的溫度值M發送給微控制器2 ;微控制器2將接收到的溫度值M和預設的目標值R進行比較，將比較結果作為PI溫度控制算法的計算因子，計算的結果將由微控制器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射次模塊I進行制冷或者加熱；微控制器2在確認所述計算的結果達到TEC4所能生成控制電流的最大值時，暫停PI溫度控制，并直接輸出最大控制電流；當溫度值M和預設的目標值R的比較結果出現反向值時，啟動PI溫度控制，并根據PI溫度控制計算結果輸出控制電流。
[0006]本發明實施例提供的一種改進型熱電冷卻器控制方法的有益效果包括:
[0007]本發明實施例通過分析PI溫度控制算法的后延特性，即無法及時的調整和糾正工作狀態，還需要經過一段時間的反復調整才能矯正到目標值；以及分析TEC工作時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，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控制產生的超調現象，而且能夠通過減少PI溫度控制計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明實施例中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0009]圖1是本發明實施例提供的適用于一種改進型熱電冷卻器控制方法的裝置結構示意圖；
[0010]圖2是本發明實施例提供的屬于現有技術的一種極端溫度下TEC控制產生的超調波形示意圖；
[0011]圖3是本發明實施例提供的一種改進型熱電冷卻器控制方法流程圖；
[0012]圖4是本發明實施例提供的現有PI溫控算法的流程；
[0013]圖5是本發明實施例提供的一種改進型熱電冷卻器控制方法流程圖；
[0014]圖6是本發明實施例提供的改進后的一種極端溫度下TEC控制產生溫度波形示意圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0016]為了說明本發明所述的技術方案，下面通過具體實施例來進行說明。
[0017]在現有PI溫度控制算法中，定義Pp為比例項，P i為積分項，Pout為PI溫度控制算法的計算結果。則有Pp= Kp*Ek，其中Kp為比例系數，通常由數學建模計算得到或者通過實驗的方法取經驗值。積分項是一個歷史誤差的累積值，通過離散方法處理轉換為公式-Pi=KjEk/Ki+Pik，其中Ki為積分系數，通常由數學建模計算得到或者通過實驗的方法取經驗值，Pik為積分累積項，為本次調節前的每一次調節的積分項值的累加和，即每次調節后都要將本次調節的積分項的值累加到Pik中(如圖4中步驟22所示)，用來帶入下一次調節中。計算結果Pwt=PfPi為整個算法一次調節的計算結果，輸出給執行器改變被控對象的參數(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。針對現有的PI溫度控制算法，本實施例提供了其計算流程圖，如圖4所示。
[0018]從圖4中可以看出，在步驟22中，Pik將會累加每次調節的積分項并帶入下一次調節計算中。假設光模塊在高溫環境下上電，使用上述的算法就將產生如下問題:由于環境溫度M與TEC控制溫度的預設值R差別較大，即Ek= M-R遠大于0，在溫度調節到目標值的這段時間內，輸出Pwt將會出現相當長的一段時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間)，積分系數的積分累積Pik也將不斷的增加，一直到當激光器溫度到達目標值之后，此時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，那么積分項消除的也就越慢，體現在溫度控制上的實際效果就是出現超調。類似的，在低溫環境下上電，TEC反向的控制電流也會處于飽和區，使用上述算法同樣會產生超調。如圖所示為出現正向飽和階段的PI調節過程中溫度和電流的對應關系，ts為消除積分累積所花費的時間，可以看出會給溫度調節帶來很長時間的超調。
[0019]實施例一
[0020]圖1所示為本發明實施例提供的適用于一種改進型熱電冷卻器控制方法的裝置結構示意圖，具體為一個EML激光器的工作電路原理圖，所述裝置包括發光發射次模塊I (即激光器)、微控制器2、溫度傳感器3和熱電制冷器驅動裝置4，具體的:
[0021]熱電制冷器TEC通常集成在光發射次模塊I內部，并封裝出TEC+和TEC-兩個引腳，通過TEC驅動芯片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-)會產生制冷效果，反向控制電流(即電流從TEC-流向TEC+)則會產生制熱效果。EML器件內部的熱敏電阻通過外接運放電路構成激光器內部的溫度采樣電路，微控制器MCU用一路高精度ADC采樣溫度值，經過計算設置DAC輸出電壓控制TEC驅動器的輸出電流，從而改變TEC電流，實現控制溫度的目的，構成一個反饋回路。
[0022]結合本實施例存在一種可選的方案，其中，當所述溫度M高于所述目標值R時，則所述溫度值M和預設的目標值R的比較結果出現反向值具體為:
[0023]檢測到的溫度值M小于或等于目標值R ;當所述溫度M小于所述目標值R時，則所述溫度值M和預設的目標值R的比較結果出現反向值具體為:檢測