ZHCSUO9A February 2024 – July 2025 DRV8262-Q1
PRODUCTION DATA
7.1.3 驅動熱電冷卻器 (TEC)
熱電冷卻器 (TEC) 的工作原理是珀耳帖效應。當在 TEC 兩端施加電壓時，直流電流流經半導體的接合處，導致溫差。熱量從 TEC 的一側傳遞到另一側，這會在 TEC 元件上產生“熱”側和“冷”側。如果直流電流反向，則熱側和冷側會互換。
調制流經 TEC 的電流的一種常見方法是，使用 PWM 驅動并通過改變導通和關斷占空比來改變平均電流。為實現通過單電源進行加熱和冷卻，需要使用 H 橋拓撲。在雙路 H 橋模式下，該器件可以驅動兩個 H 橋，從而以高達 5A 的電流雙向驅動兩個 TEC。在單路 H 橋模式下，該器件能夠以高達 10A 的電流驅動單個 TEC。
DRV8262-Q1 還具有精度為 ±4% 的集成電流檢測和電流檢測輸出 (IPROPI)，無需在閉環控制拓撲中使用兩個外部分流電阻，從而節省了物料清單成本和空間。以下原理圖顯示了 DRV8262-Q1 驅動兩個 TEC 的情況。
圖 7-6 驅動兩個 TEC以下原理圖顯示了 DRV8262-Q1 以更高的電流驅動一個 TEC 的情況。
圖 7-7 使用更高電流驅動一個 TEC連接至輸出節點的 LC 濾波器將來自 DRV8262-Q1 的 PWM 輸出轉換為 TEC 兩端的低紋波直流電壓。需要使用濾波器來盡可能減小紋波電流，因為快速瞬變（例如，方波電源）會縮短 TEC 的壽命。建議最大紋波電流小于最大電流的 10%。TEC 兩端的最大溫差隨著紋波電流的增加而減小，其計算公式如下：
其中，ΔT 是實際溫差，ΔTMAX 是 TEC 數據表中指定的最大可能溫差，N 是紋波和最大電流之間的比率。N 不得大于 0.1。
選擇輸入 PWM 頻率時，需要在開關損耗與使用較小的電感器和電容器之間進行權衡。高 PWM 頻率還意味著 TEC 兩端的電壓受到嚴格控制，并且 LC 元件的成本可能更低。
二階低通濾波器的傳遞函數如下所示：
其中，
ω0 = 1/√(LC)，濾波器諧振頻率
Q = 品質因數
ω = DRV8262-Q1 輸入 PWM 頻率
通常選擇至少比 PWM 頻率低一個數量級的濾波器諧振頻率。根據此假設，方程式 19 可簡化為 -
H（以 dB 為單位）=–40 log (fS/f0)
其中，f 0 = 1/2π√(LC)，fS 是輸入 PWM 開關頻率。
- 如果 L = 10μH 且 C = 22μF，則諧振頻率為 10.7kHz。
- 該諧振頻率對應于 100kHz 開關頻率下的 39dB 衰減。
- 對于 VM = 48V 的情況，39dB 衰減意味著 TEC 元件兩端的紋波電壓約為 550mV。
- 因此，對于電阻為 1.5Ω 的 TEC 元件，流經 TEC 的紋波電流為 366mA。
- 在 5A 電流下，366mA 對應于 7.32% 的紋波電流。
- 根據方程式 19，這將導致 TEC 元件的最大溫差降低約 0.5%。
根據電源電壓和流經 TEC 元件的直流電流調整 LC 值。DRV8262-Q1 支持高達 200kHz 的輸入 PWM 頻率。在選擇輸入 PWM 頻率之前，必須仔細考慮器件在任何給定環境溫度下的功率損耗。
在某些基于 TEC 的加熱和冷卻系統中，實現閉合的電流環路非常重要。DRV8262-Q1 無需外部電流采樣電阻即可實現這一點。內部電流鏡用于監測每個半橋的電流，該信息可通過 IPROPI 引腳獲得。微控制器可以根據 IPROPI 引腳電壓檢測和調整 PWM 占空比。
此外，DRV8262-Q1 可以通過向器件提供外部電壓基準 (VREF) 來調節電流調節跳閘點，從而在內部調節電流。然后，電流環路在 H 橋內閉合。