[发明专利]一种用于光放大器的基于FPGA的温度控制装置和方法

摘要

本发明提供一种用于光放大器的基于可编程逻辑器件（FPGA）的温度控制装置和方法，包括ADC模数转换芯片、FPGA器件、H桥电路、低通滤波器、TEC电路、温度传感器、通信接口。其利用FPGA器件和TEC控制电路等，实现光放大器的恒定温度需求。ADC模数转换芯片采样温度传感器信号，得到实际温度值。FPGA器件实现控制算法，根据目标温度和实际温度的差值，输出相应的脉冲宽度调制信号（PWM波），H桥电路提高FPGA器件的负载能力，输出大电流，低通滤波器减缓PWM波的陡峭边沿，滤除PWM波有害的高频噪声。当目标温度高于实际温度，电流从TEC的正端流入，TEC处于加热状态，提升温度，反之则降低温度。同时，通过调节PWM波占空比，控制H桥电流大小，满足温度精度和调整时间要求。

主权项

一种用于光放大器的基于FPGA的温度控制方法，其特征在于：采用基于FPGA的温度控制装置实现，所述装置包括：ADC模数转换芯片(104)、可编程逻辑器件FPGA(105)、H桥电路(106)、低通滤波器(107)、TEC电路(108)、温度传感器(103)、通信接口；温度传感器(103)用于将温度信号转为电压信号，ADC模数转换芯片(104)将电压信号转为数字量输入到可编程逻辑器件FPGA(105)，FPGA器件计算目标温度和实际温度的差值，并根据精度要求输出相应的PWM波，实现数字运算和算法控制，H桥电路(106)提升电流输出能力，低通滤波器(107)滤除噪声，抑制PWM波高频信号，通过控制TEC电路(108)电流大小和流入方向，改变温度；加热目标置于金属盒内，金属盒与温度传感器(103)相连，温度传感器(103)输出模拟信号，与ADC模数转换芯片(104)相连，ADC模数转换芯片(104)输出数字信号到可编程逻辑器件FPGA(105)，FPGA计算结果，输出控制信号到H桥电路(106)，H桥电路(106)与低通滤波器(107)相连，低通滤波器(107)输出信号到TEC电路(108)，TEC电路(108)控制金属盒的温度；所述的通信接口用于可编程逻辑器件FPGA(105)与CPU或者计算机相连，以设定控制参量；实际温度的模拟信号经过ADC模数转换芯片，转为数字信号，发送给FPGA，FPGA根据预存在参数表中的目标温度，计算误差Errn＝Expect‑Actualn，读取PID控制器的系数，根据公式PID＝pcof*Errn+∑icof*Errn+dcof*ΔErrn计算PID结果，输出相应的PWM信号；如果实际温度和目标温度相等，则误差Errn＝0，PID结果为恒定值，系统进入稳态，当实际温度和目标温度不相等，误差值不为零，PID结果动态地发生变化，最终使温度趋向恒定值；其中Expect代表期望温度，Actualn表示第n次采样的实际温度，pcof代表PID算法中p参量系数，即线性系数；icof代表i参量系数，即积分系数，dcof代表d参量系数，即差分系数，∑icof*Errn表示积分结果。