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單的電路,，是確保熱電冷卻器(TEC) 的設置點能夠對溫度或者激光進行調節(jié)的有效方法。比例積分項協同工作,，精確地伺服TEC的電流,，以維持控制器的溫度設置點,。與此同時，微分項對完成上述工作的速率進行調節(jié),，從而優(yōu)化總體系統響應,。如果可以對總體系統響應H (s) 進行描述，則為其設計PID 控制器G (s) 的最為方便和有效的方法是利用SPICE 進行仿真,。
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)路設計的一種有效工具，獲取溫度環(huán)路的熱響應非常重要,，目的是獲得PCBàTECà激光二極管à溫度傳感器接線的實際熱敏電阻,、電容和傳輸函數。記住,，由于實際熱特性會出現高達50%的變化,，因此最好是向實際系統注入一個熱步進輸入，并對其進行測量,，以獲得最佳的SPICE 仿真熱模型,。
如果對熱連接線進行描述，請使用“外環(huán)路,、內環(huán)路”程序來確定G (s) 模塊中控制放大器的總體環(huán)路響應和穩(wěn)定性,。在所有情況下，都會使用一個非常大的電感來中斷外環(huán)路和內環(huán)路,，并通過一個大電容器和AC 電源激勵環(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進行模擬的目標是中斷外環(huán)路,，獲得H（s）,、G（s）和總環(huán)路增益，以驗證熱環(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,，其表明整個環(huán)路不穩(wěn)定,。因此,，改變G（s）應加強PID 控制，并增加溫度環(huán)路的穩(wěn)定性,。
圖1 仿真電路獲得環(huán)路增益和相位
圖2 圖1 的環(huán)路增益和相位曲線圖
圖3 中改進型G (s) 模塊包括PID 組件,。微分電路的角頻由R7 和C3 設定；R3 設置比例增益,；C2 和R6 設置積分電路角頻,。
圖3 補償G (s) 的仿真電路
步驟3：中斷G（s）“內環(huán)路”，確定本地放大器穩(wěn)定性
構建完整PID 組件的最后一步是中斷內環(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。在這種情況下,，放大器要求使用一個50 pF電容器（請參見圖4）,，以維持本地環(huán)路的穩(wěn)定運行。
圖4 經過補償的本地G (s) 環(huán)路的最終電路
下次,，我們將討論一種20W 放大器毀掉100W 揚聲器的糟糕設計,，敬請期待。
參考文獻
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