数明半导体TEC控制器SLM8834的TEC输出电压和输出限流如何设定?

2023-11-03 数明半导体 微信公众号
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本应用笔记主要阐述了为何TEC系统设计需要考虑输出限压和输出限流,以及SLM8834如何在应用电路中设定TEC最大电压和最大电流输出,同时介绍了SLM8834输出限压和输出限流电路的工作原理。


01、SLM8834工作原理


SLM8834是一款集成控制环路的TEC控制器,可设置和稳定TEC温度。包括一个线性功率模块,一个PWM开关功率模块和两个零漂移,轨对轨的运算放大器。SLM8834控制一个内部功率H桥,从而通过TEC馈送的电流方向可以是正的(用于冷却模式),以将热量从连接到TEC的物体中抽走,也可以是负的(用于加热模式),以将热量抽入连接到TEC的物体中。温度信息用附着在TEC上的热传感器测量,并将感测到的温度信息(电压)反馈到 SLM8834,以完成TEC的闭环热控回路。为了获得最佳的整体稳定性,需将热传感器尽量靠近TEC耦合以获得精确的温度反馈。在大多数激光模块应用中,TEC和NTC热敏电阻已经安装在同一封装中以调节激光二极管温度。


SLM8834的温度控制回路是利用内置的零漂移斩波放大器通过PID补偿来稳定。内部产生的2.50V参考电压可提供1%的精准参考电压。


02、为何TEC系统需要电压和电流限值


为了稳定TEC工作温度,输出到 TEC的电压和电流会根据控制器的输出而进行实时调整,当温控系统启动时,环境温度和目标控制温度差距较大,TEC的电压和电流也会较大,此时需要控制器限制TEC的电压和电流工作在TEC允许的最大范围内,以保护TEC避免损坏。甚至在某些环路不匹配条件下,过大的电压和电流输出会在系统启动过程中造成震荡问题。


另外,如果TEC的设定最大电压和电流过小,会导致温度调整过程过长,不能满足系统调温的实时性需求。


因此,选择合适的TEC电压限值和电流限值在设计整个TEC控制器过程中是必须考虑的。无论是在加热或者制冷模式下,都需要设定合适的TEC电压和电流限值。下面介绍SLM8834如何通过设定TEC的电压和电流限值。


03、使用电阻分压器设置TEC电压限值


TEC两端的最大电压和流过TEC的电流通过VLIM/SD和ILIM引脚设置。最大冷却和加热电流可以独立设置,以允许不对称的加热和冷却限制。


使用同一个电阻分压器可以实现分别设置加热和制冷的电压限值。当SLM8834在加热方向驱动TEC时,加热开关导通,连接到VLIM/SD的内部电流源工作并开始汲取电流,从而降低VLIM/SD处的电压。当TEC在冷却方向上被驱动时,内部开关关断,电流吸收器不起作用。因此,TEC加热电压极限总是低于制冷电压极限。


SLM8834使用电阻分压器设置TEC电压限值


图1


使用以下公式计算制冷和加热限值:

VVLIM_COOLING=VREF×RV2/(RV1+RV2)

其中VREF=2.5V.

VVLIM_HEATING=VVLIM_COOLING−ISINK_VLIM×RV1||RV2

其中ISINK_VLIM=10μA.

VTEC_MAX_COOLING=VVLIM_COOLING×AVLIM

其中AVLIM=2V/V.

VTEC_MAX_HEATING=VVLIM_HEATING×AVLIM

另外,VTEC管脚的电压为:

VVTEC=1.25V+0.25×VTEC

其中VTEC为TEC两端电压,即VLDR-VSFB


下列表格为不同的电阻分压分别得到各个VTEC,VVTEC,VVLIM的值。



VVLIM_COOLING为制冷状态下VLIM管脚的设定电压值。

VTEC_MAX_COOLING为制冷状态下设定TEC两端电压最大值。

VVTEC_COOLING为制冷状态下发生限压时VTEC管脚的电压值。

VVLIM_HEATING为制热状态下VLIM管脚的设定电压值。

VTEC_MAX_HEATING为制热状态下设定的TEC两端电压最大值。

VVTEC_HEATING为制热状态下发生限压时VTEC管脚的电压值。


04、使用电阻分压器设置TEC电流限值


通过在ILIM引脚上施加电压分压来设置制冷和加热方向上的单独最大TEC电流限值。当SLM8834沿冷却方向驱动TEC时,连接到ILIM的内部电流吸收器电路汲取40μA电流,从而允许高冷却电流。使用以下公式计算最大TEC电流:

VILIM_HEATING=VREF×RC2/(RC1+RC2)

其中VREF=2.5V.

VILIM_COOLING=VILIM_HEATING+ ISINK_ILIM×RC1||RC2

其中ISINK_ILIM=40μA.

其中RCS= 0.525V/A.

VILIM_HEATING不得超过1.2V并且VILIM_COOLING必须超过1.3V,以便在加热和制冷模式之间留出适当的裕度。


SLM8834使用电阻分压器设置TEC电流限值



如下表格:设置最大TEC电流值



VILIM_COOLING为制冷状态下ILIM管脚的设定电压值。

ITEC_MAX_COOLING为制冷状态下TEC最大电流设定值。

VITEC_COOLING为制冷状态下发生限流时ITEC管脚电压值。

VILIM_HEATING为制热状态下ILIM管脚的设定电压值。

ITEC_MAX_HEATING为制热状态下TEC最大电流设定值。

VVTEC_HEATING为制热状态下发生限流时ITEC管脚电压值。


试验结果

试验1:设置TEC电压限值

RV1=0.68kohm

RV2=10kohm

RV1//RV2=0.64kohm

制冷模式下的TEC电压限值图


制热模式下的TEC电压限值


试验结果表明,在制冷模式下,测得VLIM管脚电压为2.32V,VTEC管脚电压为2.42V,TEC两端电压为4.56V。

在制热模式下,测得VLIM管脚电压为2.36V,VTEC管脚电压为0.08V,TEC两端电压为4.44V。


试验2:设置TEC电压限值

RV1=56kohm

RV2=10kohm

RV1//RV2=8.48kohm

制冷模式下的TEC电压限值


制热模式下的TEC电压限值


试验结果表明,在制冷模式下,测得VLIM管脚电压为0.38V,VTEC管脚电压为1.52V,TEC两端电压为0.8V。

在制热模式下,测得VLIM管脚电压为0.3V,VTEC管脚电压为1.12V,TEC两端电压为0.58V。


试验3:设置TEC电流限值

RC1=255kohm

RC2=51kohm

RC1//RC2=42.53kohm

制冷模式下的TEC电流限值图


制热模式下的TEC电流限值


试验结果表明,在制冷模式下,测得ILIM管脚电压为2.16V,ITEC管脚电压为2.16V,TEC限流为1.7A。

在制热模式下,测得ILIM管脚电压为0.42V,ITEC管脚电压为0.42V,TEC限流为1.8A。


试验4:设置TEC电流限值

RC1=25.5kohm

RC2=18kohm

RC1//RC2=10.55kohm

制冷模式下的TEC电流限值


 制热模式下的TEC电流限值


试验结果表明,在制冷模式下,测得ILIM管脚电压为1.48V,ITEC管脚电压为1.50V,TEC限流为428mA。

在制热模式下,测得ILIM管脚电压为1.04V,ITEC管脚电压为1.06V,TEC限流为480mA。


另外,TEC电流越大引起的损耗越大,实验测试值与设定值的偏差会稍大一些;TEC电流相对较小时,实验测试值与设定值基本一致。


总结


SLM8834通过VLIM和ILIM的分压电阻可以分别设定TEC的电压和电流最大限值,同时也能分别设定加热和制冷模式下不同的限值。通过设定TEC的电压限值和电流限值,可以实现保护TEC器件,避免由于过高功率的损坏,另一方面,合适的电压限值和电流限值也能更好的匹配TEC在启动过程中保持良好的动态特性。

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【选型】数明半导体线性照明/门极驱动/电机驱动/TEC控制器/DCDC/隔离驱动选型指南

目录- 线性照明    线性照明(续)/门极驱动/电机驱动/TEC控制器/DCDC/隔离驱动产品   

型号- SLM561A45AE-7G,SLM201A30AA-7G,SLM201A75AA-7G,SLM501A45AA-7G,SLM401A60ED-7G,SLM2106BCA-13GTR,SLM421ACB-13GTR,SLM6260CB-13GTR,SLM501A120BA-7G,SLM7888CH,SLM401A35ED-7G,SLM2106SCA-13GTR,SLM8834FA-7G,SLM401A30ED-7G,SLM411AAC-7G,SLM401A50AA-7G,SLM561A30AE-7G,SLM501A40AA-7G,SLM211AAC-7G,SLM2103SCA-13GTR,SLM2136CF-DG,SLM8833EC,SLM2005SCA-13GTR,SLM401A15AA-7G,SLM201A35AA-7G,SLM27211CA-DG,SLM561A14AE-7G,SLM8835EG,SLM211CAC-7G,SLM501A55AA-7G,SLM2104SCA-13GTR,SLM21867CA-DG,SLM2003SCA-13GTR,SLM2181SCA-12GTR,SLM6240CB-13GTR,SLM401A20ED-7G,SLM510AAC-7G,SLM6160CB-13GTR,SLM201A20AA-7G,SLM401A25ED-7G,SLM501A75AA-7G,SLM201A15AA-7G,SLM201A45AA-7G,SLM561A15AE-7G,SLM401A25AA-7G,SLM501A50AA-7G,SLM341CK-DG,SLM501A100BA-7G,SLM401A60AA-7G,SLM1909MC,SLM411ACB-13GTR,SLM501A15AA-7G,SLM2186CA-DG,SLM401A55ED-7G,SLM501A20AA-7G,SLM345CK-DG,SLM201A25AA-7G,SLM401A30AA-7G,SLM561A50AE-7G,SLM201A50AA-7G,SLM561A20AE-7G,SLM201A55AA-7G,SLM2106SCJ-13GTR,SLM201A10AA-7G,SLM2004SCA-13GTR,SLM2184SCA-13GTR,SLM401A15ED-7G,SLM211ACB-13GTR,SLM501A25AA-7G,SLM501A90BA-7G,SLM561A25AE-7G,SLM8834EC,SLM401A50ED-7G,SLM501A60AA-7G,SLM2304SCA-13GTR,SLM201A40AA-7G,SLM401A20AA-7G,SLM7888MD,SLM401A45ED-7G,SLM8833FA-7G,SLM346CK-DG,SLM2101SCA-13GTR,SLM343CK-DG,SLM340CK-DG,SLM501A30AA-7G,SLM501A150BA-7G,SLM561A10AE-7G,SLM401A40AA-7G,SLM201A60AA-7G,SLM501A35AA-7G,SLM2110CG,SLM561A40AE-7G,SLM401A40ED-7G,SLM2001SCA-13GTR,SLM401A10ED-7G,SLM561A35AE-7G

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【应用】国产单片TEC控制器SLM8833FA-7G助力光模块散热部分设计,外围设计相对简单可缩小产品体积

国内一厂商在设计光模块的发射端散热部分时,需要用到TEC来快速降温,因此需要对应驱动部分给到TEC,该厂商之前使用的是8834的方案,为了减小外围设计,选择了数明的这款单片TEC控制器SLM8833FA-7G。

应用方案    发布时间 : 2023-05-31

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SLM883X 系列 TEC 控制芯片使用笔记

型号- SLM883X,SLM8833,SLM8834,SLM8835,SLM883X 系列

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