熱電冷卻器 (TEC) 的工作原理是珀耳帖效應(yīng)。當(dāng)在 TEC 兩端施加電壓時，直流電流流經(jīng)半導(dǎo)體的接合處，導(dǎo)致溫差。熱量從 TEC 的一側(cè)傳遞到另一側(cè)，這會在 TEC 元件上產(chǎn)生“熱”側(cè)和“冷”側(cè)。如果直流電流反向，則熱側(cè)和冷側(cè)會互換。

調(diào)制流經(jīng) TEC 的電流的一種常見方法是，使用 PWM 驅(qū)動并通過改變導(dǎo)通和關(guān)斷占空比來改變平均電流。為實現(xiàn)通過單電源進行加熱和冷卻，需要使用 H 橋拓撲。DRV8962-Q1 可以驅(qū)動兩個 H 橋，從而以高達 5A 的電流雙向驅(qū)動兩個 TEC。還可以將一對半橋并聯(lián)在一起，從而驅(qū)動電流高達 10A 的單個 TEC。

DRV8962-Q1 還具有精度為 ±3.5 % 的集成電流檢測和電流檢測輸出 (IPROPI)，無需在閉環(huán)控制拓撲中使用兩個外部分流電阻器，從而節(jié)省了物料清單成本和空間。圖 7-8 展示了連接至 DRV8962-Q1 驅(qū)動器的兩個 TEC 的原理圖。

圖 7-8 驅(qū)動兩個 TEC

圖 7-9 顯示了使用更高電流驅(qū)動一個 TEC 的原理圖。

圖 7-9 使用更高電流驅(qū)動一個 TEC

連接至輸出節(jié)點的 LC 濾波器將 DRV8962-Q1 的 PWM 輸出轉(zhuǎn)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，ΔT_MAX 是 TEC 數(shù)據(jù)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 不應(yīng)大于 0.1。

選擇輸入 PWM 頻率時，需要在開關(guān)損耗與使用較小的電感器和電容器之間進行權(quán)衡。高 PWM 頻率還意味著 TEC 兩端的電壓受到嚴(yán)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(shù)如下所示：

其中，

ω₀ = 1/√(LC)，濾波器諧振頻率

Q = 品質(zhì)因數(shù)

ω = DRV8962-Q1 輸入 PWM 頻率

通常選擇至少比 PWM 頻率低一個數(shù)量級的濾波器諧振頻率。根據(jù)此假設(shè)，方程式 19 可以簡化為：

H（以 dB 為單位）=–40 log (f_S/f₀)

其中，f ₀ = 1/2π√(LC)，f_S 是輸入 PWM 開關(guān)頻率。

• 如果 L = 10μH 且 C = 22μF，則諧振頻率為 10.7kHz。

• 該諧振頻率對應(yīng)于 100kHz 開關(guān)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將大概為 550mV。

• 因此，對于電阻為 1.5Ω 的 TEC 元件，流經(jīng) TEC 的紋波電流將為 366mA。

• 在 DRV8962-Q1 的 5A 最大輸出電流下，366mA 對應(yīng)于 7.32% 的紋波電流。

• 根據(jù)方程式 19，這將導(dǎo)致 TEC 元件的最大溫差降低約 0.5%。

根據(jù)電源電壓和流經(jīng) TEC 元件的直流電流調(diào)整 LC 值。DRV8962-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(huán)境溫度下的功率損耗。

在某些基于 TEC 的加熱和冷卻系統(tǒng)中，實現(xiàn)閉合的電流環(huán)路非常重要。DRV8962-Q1 無需外部電流分流電阻器即可實現(xiàn)這一點。內(nèi)部電流鏡用于監(jiān)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(jù) IPROPI 引腳電壓檢測和調(diào)整 PWM 占空比。驅(qū)動兩個 TEC 時，將對應(yīng)半橋的 IPROPI 引腳連接在一起，即可測量 H 橋電流。例如，在圖 7-8 所示的原理圖中，IPROPI1 和 IPROPI2 連接在一起，IPROPI3 和 IPROPI4 也連接在一起。如圖 7-9 所示，僅驅(qū)動一個 TEC 時，將所有 IPROPI 引腳連接在一起。

此外，DRV8962-Q1 可以通過向器件提供外部電壓基準(zhǔn) (VREF) 來調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)跳閘點，從而在內(nèi)部調(diào)節(jié)電流。然后，電流環(huán)路將在 H 橋（本體）內(nèi)閉合。