［何晓垒 钱阳 赵梦琦 蒋蔚］

1 引言

当半导体激光器工作时，由于连续长时间工作产生大量的热能，如果这些热量不能经过散热处理，将会影响半导体激光器的使用性能，缩短使用寿命。如果长时间处于高温输出的环境下，会出现功率衰减和灾变性光学镜面损伤（Catastrophic Optical Mirror Damage，简称COMD）[1]。温度与LD 之间有着紧密的关系，温度会影响LD 的工作状态及参数值[2]：阈值电流、P-V-I 曲线、波长以及功率等。因此，为了保证LD 能够连续正常工作，就要对LD 的工作温度进行精确控制，为此，我们设计了一种新型的TEC温度控制电路，控制精度达到±0.2℃。

2 半导体制冷原理

半导体制冷片（Thermal Electric Cooler，简称TEC），将两种不同类型的半导体（P 型与N 型）构成P-N 结。当直流电经过P-N 结时，会发生“Peltier 效应”[3]，从而产生制冷与吸热的效果，通过改变电流的方向能够改变温度的传播方向，改变电流值的大小能够改变TEC 制热与制冷的输出量的大小[4，5]。TEC 原理如图1 所示。

图1 TEC 原理图

TEC 的选型考虑TEC 的最大产冷量Qmax、最大温差电压Vmax、以及最大温差电流Imax等参数。本设计采用的TEC 制冷片型号为TEC-12706，主要的半导体热电材料为碲化铋（Bi2Te3），电偶臂材料分别采用了P 型和N 型两种碲化铋（Bi2Te3），最大温差电流（Imax）为6.0 A，最大温差电压（Vmax）为15.4 V，最大的产冷量（Qmax）为53.0 W，最大温差(ΔTmax)为75℃，外形尺寸（Dimensions）为30 mm×30 mm×4.05 mm。

3 温控电路设计

温控电路设计如图2 所示。

图2 TEC 温控电路框

温度控制电路由精密基准源、温度采集电路、温度设定电路、误差放大电路、功率放大电路等功能单元组成。精密基准源为温度采集电路以及温度设定电路提供精密参考电压；……