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，從而優化總體系統響應。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 環路設計的一種有效工具，獲取溫度環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“外環路、內環路”程序來確定G (s) 模塊中控制放大器的總體環路響應和穩定性。在所有情況下，都會使用一個非常大的電感來中斷外環路和內環路，并通過一個大電容器和AC 電源激勵環路。
步驟2：中斷G(s)和H(s)之間的外環路
外環路定義為圍繞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路，獲得H（s）、G（s）和總環路增益，以驗證熱環路穩定性。這種情況下，圖2顯示相位降至零度以下，而環路增益變為0 dB，其表明整個環路不穩定。因此，改變G（s）應加強PID 控制，并增加溫度環路的穩定性。
圖1 仿真電路獲得環路增益和相位
圖2 圖1 的環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）“內環路”，確定本地放大器穩定性
構建完整PID 組件的最后一步是中斷內環路，檢查本地放大器(OPA2314) 的穩定性，從而確保其穩定性與總環路增益無關。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），以維持本地環路的穩定運行。
圖4 經過補償的本地G (s) 環路的最終電路
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
· 《運算放大器穩定性，第2部分（共15部分）：運算放大器網絡，SPICE分析》，作者：Green, Timothy，發表于2006年《En-Genius》（原《模擬地帶》）。
· 《熱電冷卻器的PSPICE 兼容等效電路》，作者：Simon Lenvkin, Sam Ben-Yaakov，發表于2005年“電力電子專家大會”PESC '05. IEEE 36th。
· 《包括熱效應在內的熱電元件SPICE模型》，作者Chavez, J.A., Salazar, J, Ortega, J.A.和Garcia, M.J.，發表于2000年“儀器測試與測量技術大會”第17屆IEEE會議記錄。