Allgemeine Beschreibung

Die Bausteine MAX8520/MAX8521 wurden für die Ansteuerung von thermoelektrischen Kühlern (TECs) in optischen Modulen mit begrenztem Platzangebot entwickelt. Beide Bausteine liefern ±1,5A Ausgangsstrom und steuern den TEC-Strom, um schädliche Stromstöße zu vermeiden. Die On-Chip-FETs minimieren externe Komponenten und die hohe Schaltfrequenz reduziert die Größe der externen Komponenten.

Die MAX8520/MAX8521 arbeiten mit einer einzigen Spannungsversorgung und schalten den TEC zwischen den Ausgängen von zwei synchronen Abwärtsreglern vor. Dieser Betrieb ermöglicht eine Temperaturregelung ohne "tote Zonen" oder andere Nichtlinearitäten bei niedrigem Strom. Diese Anordnung stellt sicher, dass das Steuersystem nicht ausschlägt, wenn der Sollwert sehr nahe am natürlichen Betriebspunkt liegt und eine geringe Heiz- oder Kühlleistung erforderlich ist. Ein analoges Steuersignal stellt den TEC-Strom präzise ein.

Beide Geräte verfügen über eine präzise, individuell einstellbare Heiz- und Kühlstrombegrenzung sowie eine maximale TEC-Spannungsbegrenzung, um die Zuverlässigkeit der optischen Module zu verbessern. Ein analoges Ausgangssignal überwacht denTEC-Strom. Ein einzigartiges System zur Unterdrückung der Restwelligkeit hilft, das Rauschen zu reduzieren.

Der MAX8521 ist in einem 5 mm x 5 mm großen TQFN-Gehäuse sowie in platzsparenden 3 mm x 3 mm großen UCSP™- und 36-Bump-WLP-Gehäusen (3 mm x 3 mm) erhältlich und verfügt über eine per Pin wählbare Schaltfrequenz von 500 kHz oder 1 MHz.

 

Anwendungen

SFF/SFP-Module

Faseroptische Lasermodule

Glasfaser-Netzwerkausrüstung

ATE

Biotech Laborgeräte

 

Eigenschaften

Grundfläche des Schaltkreises 0.31in²

Niedrigprofil-Design

On-Chip Leistungs-MOSFETs

Hocheffizientes Switch-Mode-Design

Restwelligkeitsunterdrückung für geringes Rauschen

Gleichstromsteuerung verhindert TEC-Stromstöße

5% Präzise einstellbare Grenzwerte für den Heiz-/Kühlstrom

2% Genaue TEC-Spannungsgrenze

Keine tote Zone oder Hunting bei niedrigem Ausgangsstrom

ITEC überwacht den TEC-Strom

1% Präzise Spannungsreferenz

Schaltfrequenz bis zu 1MHz

Synchronisierung (MAX8521)

 

Detaillierte Beschreibung

Die MAX8520/MAX8521 TEC-Treiber bestehen aus zwei schaltenden Abwärtsreglern, die zusammenarbeiten, um den TEC-Strom direkt zu steuern. Diese Konfiguration erzeugt eine Differenzspannung über dem TEC und ermöglicht einen bidirektionalen TEC-Strom für kontrollierte Kühlung und Heizung. Die kontrollierte Kühlung und Heizung ermöglicht eine genaue TEC-Temperaturkontrolle mit einer Genauigkeit von 0,01°C. Die Spannung an CTLI bestimmt direkt den TEC-Strom. In der Regel wird ein externer Temperaturregelkreis verwendet, um CTLI zu steuern.

 

Ripple Stornierung

Schaltregler, wie sie im MAX8520/MAX8521 verwendet werden, erzeugen von Natur aus eine Brummspannung am Ausgang. Die dualen Regler im MAX8520/MAX8521 schalten gleichphasig und bieten komplementäre gleichphasige Tastverhältnisse, so dass die Welligkeit am TEC stark reduziert wird. Diese Funktion unterdrückt Brummströme und elektrisches Rauschen am TEC, um Interferenzen mit der Laserdiode zu vermeiden.

 

Thermischer und Fehlerstromschutz

Der MAX8520/MAX8521 bietet einen Fehlerstromschutz in beiden FETs, indem er sowohl die High-Side- als auch die Low-Side-FETs abschaltet, wenn der Spitzenstrom in einem der beiden FETs 3A überschreitet. Darüber hinaus begrenzt der thermische Überlastungsschutz die Gesamtverlustleistung des Chips. Wenn die Sperrschichttemperatur des Bausteins +165°C überschreitet, schaltet ein thermischer Sensor auf dem Chip den Baustein ab. Der Temperatursensor schaltet das Gerät wieder ein, sobald die Sperrschichttemperatur um +15°C abgekühlt ist.

 

Induktor Auswahl

Die MAX8520/MAX8521 Dual-Buck-Wandler arbeiten phasengleich und im Komplementärmodus, um den TEC differentiell in einem Stromsteuerungsschema anzusteuern. Bei einem TEC-Strom von Null ist die Differenzspannung gleich Null, so dass die Ausgänge in Bezug auf GND gleich der Hälfte von VDD sind.

Bei einer gegebenen Induktivität und Eingangsspannung tritt der maximale Welligkeitsstrom der Induktivität auf, wenn das Tastverhältnis bei 50% liegt. Daher sollte die Induktivität bei einem Tastverhältnis von 50% berechnet werden, um den maximalen Ripplestrom zu ermitteln. Der maximal gewünschte Ripplestrom eines typischen Standard-Abwärtswandlers liegt im Bereich von 20% bis 40% der maximalen Last. Je höher der Wert der Induktivität ist, desto geringer ist der Ripplestrom. Allerdings ist die Baugröße dann auch größer. Beim TEC-Treiber ist die thermische Schleife von Natur aus langsam, so dass die Induktivität größer sein kann, um einen geringeren Ripplestrom und damit eine bessere Rausch- und EMI-Leistung zu erzielen. Die Wahl einer Induktivität, die einen Ripple-Strom von 10% bis 20% des maximalen TEC-Stroms liefert, ist ein guter Ausgangspunkt.

 

Einstellen der Spannungs- und Stromgrenzwerte

Bestimmte TEC-Parameter müssen berücksichtigt werden, um ein robustes Design zu gewährleisten. Dazu gehören der maximale positive Strom, der maximale negative Strom und die maximal zulässige Spannung über dem TEC. Diese Grenzwerte sollten verwendet werden, um die MAXIP-, MAXIN- und MAXV-Spannungen festzulegen.