Bộ điều khiển nhiệt độ TEC là rất quan trọng để đảm bảo một nhiệt độ ổn định
cho laser bán dẫn công suất cao hoạt động. Có rất nhiều hãng điện tử nổi tiếng trên thế
giới đã đưa ra các sản phẩm về bộ điều khiển TEC có độ chính xác và độ ổn định cao. Ở phần này, chúng tôi xin trình bày một trong số nhiều phương pháp chế tạo bộ điều
khiển nhiệt độ TEC.
Điện trở có hệ số nhiệt âm NTC (negative temperature coeficient) là linh kiện
cảm biến nhiệt độ có điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. Khi được sử dụng trong bộ điều
khiển nhiệt độ không đổi, một NTC có thể cung cấp độ nhạy cao thậm chí khi được
phân cực tại điện áp rất thấp.
Để cho phép đáp ứng tới bất kì sự biến đổi nào của điện áp nguồn nuôi, thiết kế
mạch điều khiển nhiệt độ phải bao gồm 2 đường hồi tiếp song song (hình 2.9). Một
bản gốm phẳng của TEC được đặt gần tiếp xúc nhiệt với đối tượng(trong trường hợp
này là laser bán dẫn), và một mặt gốm khác cho phép nhiệt truyền tới môi trường xung quang. Sự truyền nhiệt này không nên bị cản trở và nếu cần thiết (khi gặp mức công
Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Ngoan
liên tục nào đó là không thể tránh khỏi, một lượng công suất điện tương ứng là cần
thiết để bù cho sự rò rỉ để tạo trạng thái cân bằng [13].
Hình 2.9: Bộ điều khiển nhiệt độ pin nhiệt điện
Để làm nhỏ nhất sự sai số liên quan tới sự chênh lệch cục bộ về nhiệt độ, cảm
biến nhiệt độ nên được đặt gần nhất với đối tượng. Ở đây, nhiệt độ đo được và nhiệt độ
mong muốn được so sánh bên trong một cầu Wheatstone. Bộ khuếch đại A không chỉ
khuếch đại tín hiệu sai lệch đầu vào mà còn cung cấp tần số, pha và sự hiểu chỉnh độ
khuếch đại cần thiết để ổn định vòng kín bên ngoài. Tại bất kì thời điểm nào, nó cấp
cho vòng bên trong một giá trị của dòng qua TEC được yêu cầu để đạt được nhiệt độ
phù hợp.
Vòng bên trong điều chỉnh dòng trong TEC, dòng Imong muốn và dòng Iđo đượcđược đưa vào bộ khuếch đại B. Bộ khuếch đại B sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển bộ điều khiển độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation) trên cơ sở tín hiệu đầu vào. Bộ điều
khiển PWM là trái tim của cả hệ thống, trong mạch này sử dụng IC MAX1637 của
hãng Maxim. Tín hiệu lối ra là xung vuông có thể đổi độ rộng xung tùy thuộc vào tín hiệu đầu vào. Tín hiệu DH và DL là hai tín hiệu lối ra của bộ PWM có cực tính ngược nhau được đưa tới mạch cầu công suất H. Tín hiệu DH và DL điều khiển mạch cầu H để tạo ra dòng một chiều chạy qua TEC. Chiều dòng điện chạy qua TEC sẽ quyết định
làm nóng hay làm lạnh đối tượng cần ổn định nhiệt độ.
Như vậy, trong chương này chúng tôi đã tìm hiểu được những khái niệm cơ
bản, những yếu tố ảnh hưởng tới nguồn cấp dòng và những mạch điện cơ sở của nguồn
cấp dòng cho laser bán dẫn công suất cao. Đồng thời, chúng tôi cũng đưa ra nguyên
lý làm việc cơ bản của pin nhiệt điện peltier và sơ đồ tổng quát của mạch điện điều
Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Ngoan
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO NGUỒN CẤP DÒNG
VÀ BỘ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ CHO LASER BÁN DẪN