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？
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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产品型号
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品类
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Power Switch
|
IOH/IOL (A)
|
Output VCC/VDD (V)
|
Input VCC (V)
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Prop. Delay（ns）
|
Input Config
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Program Deadtime
|
Overlap Protection
|
CMTI (kV/μs) Min.
|
VISO(Vrms)
|
Operating Temp （℃）
|
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SLMi8230BDCG-DG
|
双通道隔离驱动器
|
IGBT/MOSFET/SiC/GaN
|
1.0/1.5
|
9-40
|
3-18
|
40
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VIA/VIB
|
Program Deadtime
|
Overlap Protection
|
100
|
5000
|
–40 ~ 125
|
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电子商城
服务市场
使用FloTHERM和Smart CFD软件，提供前期热仿真模拟、结构设计调整建议、中期样品测试和后期生产供应的一站式服务，热仿真技术团队专业指导。
实验室地址：深圳 提交需求>
提供蓝牙BLE芯片协议、蓝牙模块、蓝牙成品测试认证服务；测试内容分Host主机层，Controller控制器层，Profile应用层测试。支持到场/视频直播测试，资深专家全程指导。
实验室地址：深圳 提交需求>
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