利用SPICE設(shè)計(jì)TEC溫度環(huán)路PID控制

　　使用模擬比例積分微分（PID）控制器的溫度控制是一種非常簡(jiǎn)單的電路，是確保熱電冷卻器（TEC）的設(shè)置點(diǎn)能夠?qū)囟然蛘呒す膺M(jìn)行調(diào)節(jié)的有效方法。比例積分項(xiàng)協(xié)同工作，地伺服TEC的電流，以維持控制器的溫度設(shè)置點(diǎn)。與此同時(shí)，微分項(xiàng)對(duì)完成上述工作的速率進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而優(yōu)化總體系統(tǒng)響應(yīng)。如果可以對(duì)總體系統(tǒng)響應(yīng)H（s）進(jìn)行描述，則為其設(shè)計(jì)PID控制器G（s）的zui為方便和有效的方法是利用SPICE進(jìn)行仿真。
　　
　　步驟1：確定SPICE模型的TEC/Temp傳感器熱阻抗。
　　
　　要想把SPICE作為PID環(huán)路設(shè)計(jì)的一種有效工具，獲取溫度環(huán)路的熱響應(yīng)非常重要，目的是獲得PCBàTECà激光二極管à溫度傳感器接線的實(shí)際熱敏電阻、電容和傳輸函數(shù)。記住，由于實(shí)際熱特性會(huì)出現(xiàn)高達(dá)50%的變化，因此是向?qū)嶋H系統(tǒng)注入一個(gè)熱步進(jìn)輸入，并對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，以獲得*的SPICE仿真熱模型。
　　
　　如果對(duì)熱連接線進(jìn)行描述，請(qǐng)使用“外環(huán)路、內(nèi)環(huán)路”程序來確定G（s）模塊中控制放大器的總體環(huán)路響應(yīng)和穩(wěn)定性。在所有情況下，都會(huì)使用一個(gè)非常大的電感來中斷外環(huán)路和內(nèi)環(huán)路，并通過一個(gè)大電容器和AC電源激勵(lì)環(huán)路。
　　
　　步驟2：中斷G（s）和H（s）之間的外環(huán)路
　　
　　外環(huán)路定義為圍繞G（s）和H（s）模塊的一條通路。使用圖1進(jìn)行模擬的目標(biāo)是中斷外環(huán)路，獲得H（s）、G（s）和總環(huán)路增益，以驗(yàn)證熱環(huán)路穩(wěn)定性。這種情況下，圖2顯示相位降至零度以下，而環(huán)路增益變?yōu)?dB，其表明整個(gè)環(huán)路不穩(wěn)定。因此，改變G（s）應(yīng)加強(qiáng)PID控制，并增加溫度環(huán)路的穩(wěn)定性。　　　　　　
　　圖3中改進(jìn)型G（s）模塊包括PID組件。微分電路的角頻由R7和C3設(shè)定；R3設(shè)置比例增益；C2和R6設(shè)置積分電路角頻。　　　　
　　步驟3：中斷G（s）“內(nèi)環(huán)路”，確定本地放大器穩(wěn)定性
　　
　　構(gòu)建完整PID組件的zui后一步是中斷內(nèi)環(huán)路，檢查本地放大器（OPA2314）的穩(wěn)定性，從而確保其穩(wěn)定性與總環(huán)路增益無關(guān)。在這種情況下，放大器要求使用一個(gè)50pF電容器（請(qǐng)參見圖4），以維持本地環(huán)路的穩(wěn)定運(yùn)行。