PRO8 半導体レーザ温度コントローラーモジュール


  • 3 Current / Power Ranges
  • Excellent Temperature Stabilization
  • Easy-to-Access PID Adjustments

TED8020 Module

TED8080 Module

PRO8000 8 Slot Chassis with LDC8000,
TED8000, ITC8000, & PDA8000 Modules

Easy to Read Display
No PC Required for Operation

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Please Wait
Key Specificationsa
Item #TEC CurrentMax Output PowerModule Width
TED8020±2 A16 W1 Slot
TED8040±4 A32 W
TED8080±8 A64 W2 Slots
  • 詳細は「仕様」タブをご覧ください。
PRO8 Series Optionsa
Laser Diode Current Controllers (Up to 8 A)PRO8000-4 High-Power Chassis with Modules
TEC Temperature Controllers (Up to 64 W)
Combination Laser Diode Current (Up to 1 A) &
TEC Temperature Controllers (Up to 16 W)
DWDM DFB Laser Modulesb
Optical Switches
Photocurrent Measurement Modules
  • 当社のPRO8シリーズシャーシは複数のPRO8シリーズモジュールに対応可能で、カスタム仕様の通信装置が構成できます。
  • ご希望の波長に対応した製品については当社にご相談ください。

特長

  • 温度制御範囲: -12.375 °C~90.000 °C (半導体センサ)
  • 温度制御範囲: 5 Ω~20 kΩ / 50 Ω~200 kΩ (2つの範囲のサーミスタ)
  • 温度の安定性: <0.002°C未満
  • TEC電流範囲: ±2 A/16 W、±4 A/32 W、±8 A/64 W
  • サーミスタ、AD590、AD592、LM335をサポート
  • オプションのセンサ(Pt 100とPt 1000、センサAD590/AD592/LM335と交換可能)
  • 調整可能なP、I、D設定

はじめに
TED8000シリーズのモジュールはプラットフォームPRO8用のプラグイン式温度コントローラです。 このモジュールは、適切なレーザ操作と精密な温度制御を必要とする用途向けに±0.001°C(センサAD590)の優れた温度安定性を提供します。これによって、例えば位相の整合のために結晶の温度の制御を必要とする非線形性の複屈折結晶のように、温度に敏感なコンポーネントの安定性の高い操作を簡単に行なうことができます。温度制御ループのP、I、D値を別々に調整できるので、異なる熱負荷に対して適切な時間設定が可能です。TED8000シリーズの温度コントローラは、当社のLDC8000半導体レーザ電流コントローラーモジュールとのご使用に適しています。TED8000モジュールを同じシャーシPRO8内で半導体レーザ制御モジュールと使用する場合、レーザの温度がユーザ定義の温度ウィンドウ(高閾値および低閾値)を超えると温度ウィンドウ保護機能により半導体レーザ電流のスイッチは切られます。PRO8シリーズシャーシにこちらのモジュールを予め取り付けてご提供することも可能です。ご注文前に当社までご連絡ください。

当社ではこれらのモジュールを24か月ごとに校正することをお勧めしております。当社では再校正サービスを提供しております。当社までお問い合わせください。

高パワーレーザーシステム
TED8080は64ワットまでの冷却力を持っているので、レーザ駆動電流が8 Aの半導体レーザ制御モジュールLDC8080と一緒のご使用に適しています。

TEC 安全機能
TEC電流リミットを設定することによって、TECクーラへのダメージを防ぐことができます。電流リミットはモジュールのフロントパネル上の凹計ポテンショメータ(ハードウェアリミット)またはフロントパネルのソフトキーや標準インターフェイス(ソフトウェアリミット)を介して設定できます。

TED8000シリーズのモジュールは、精密でドリフトのない高い性能基準を満たし、低ノイズの両極出力を提供します。これによって、極めて安定性の高い波長制御と熱負荷の安全管理が可能です。

温度センサの選択
TED8000シリーズのモジュールは、サーミスタ、ICセンサAD590/AD592、トランスデューサLM335と一緒に動作させることができます。サーミスタと共に動作させる場合、校正定数を設定して適用可能な設定や表示をΩ(オーム)ではなく直接°Cで行なうことができます。TED8000シリーズのコントローラは、オプション(KRYOオプション)で加熱だけを必要とする極低温用途(鉛塩レーザ)に適合させることができます。

調整可能な PID制御ループ
レーザの温度設定時間を最適化するために、メニュー駆動ソフトウェアまたはリモートインターフェイスのひとつを介して、温度制御ループのP、 I、Dを設定することができます。

使いやすい制御機能
PRO8の表示メニューによって、シャーシ内のあらゆるモジュールを簡単に設定できます。簡易表示記号により、あらゆる操作パラメータへ簡単にアクセスできます。全ての設定はメモリに保存されて、モジュールが違うスロットに移動しないかぎりメインフレームの電源を入れると自動的に再設定されます。

接続ケーブル
TED8000 シリーズのモジュールを半導体レーザーマウントに接続するには、ケーブルCAB420-15が必要となります。このケーブルは長さ1.5 mで、別途お買い求めいただけます。ピン配列は下記をご参照ください。

詳細は当社までお問い合わせください。

Item #TED8020TED8040TED8080
TEC Current Control Range-2 to +2 A-4 to +4 A-8 to +8 A
Compliance Voltage>8 V
Maximum Output Power16 W32 W64 W
Measurement Resolution TEC Current0.07 mA0.15 mA0.3 mA
Measurement Accuracy TEC Current±10 mA±20 mA± 50 mA
Measurement Resolution TEC Voltage0.3 mV
Measurement Accuracy TEC Voltage±20 mV
Noise & Ripple (Typical)<1 mA<2 mA<4 mA
TEC Current Limit
Setting Range (20-Turn Pot)0 to ≥2 A0 to ≥4 A0 to ≥8 A
Resolution D/A Converter0.5 mA1 mA2 mA
Accuracy±20 mA±40 mA±80 mA
Temperature Sensors: Thermistor (TED80X0 & TED80X0PT)
Control Range5 Ω to 20 kΩ and 50 Ω to 200 kΩ (Switchable)
CalibrationExponential Form, Steinhart-Hart
Resolution0.3 Ω/3 Ω
Accuracy±2.5 Ω/±25 Ω
Stability (24h), Typical<0.5 Ω/<5 Ω
Temperature Sensor: IC-Sensors (AD590 / AD592 / LM335) (TED80X0)
Control Range-12.375 to +90 °C
Calibration2-Point Linearization
Resolution0.0015 °C
Accuracy±0.1 °C
Setting Resolution0.025 °C
Stability (24 hr), Typcial<0.001 °C
Temperature Sensor Pt100 Platinum: Optional Feature (PT) for TED80X0a
Control Range-12.375 to +90°C
Resolution0.0015 °C
Accuracy±0.3 °C
Stability (24 hr), Typical<0.005 °C
Temperature Sensor Pt1000 KRYO: Optional Feature (KRYO) for TED80x0; Heating Onlya
Measurement Current1 mA / 400 μA
Control Range20 to 310 K
Resolution2 mK (Within Temp Range of 20 to 155 K)
Accuracy±2 K (Within Temp Range of 20 to 155 K)
Stability (24 hr), Typical0.005 K (Within Temp Range of 20 to 155 K)
  • オプションのPt100およびPt1000は、センサAD590、AD592、LM335と交換可能

全てのデータは23 ± 5°C、相対湿度45 ± 15%の場合の値です。

TECおよび温度センサーコントローラ

DB15 Female

TED8xxxシリーズ

PinConnection
1Status-LED Anode
2Voltage Detector TEC Element +
3Thermistor (-), Ground
4Thermistor (+)
5TEC Element (+)
6TEC Element (+)
7TEC Element (+)
8Status -LED Cathode (Ground)
9Voltage Detector TEC Element (-)
10AD590 -
11AD590 +
12Leave Open
13TEC Element (-), Ground
14TEC Element (-), Ground
15TEC Element (-), Ground

TED8xxx-PTシリーズ

PinConnection
1Status-LED Anode
2Voltage Detector TEC Element +
3PT-100 Current Source (-), Ground
4PT-100 Current Source (+)
5TEC Element (+)
6TEC Element (+)
7TEC Element (+)
8Status -LED Cathode (Ground)
9Voltage Detector TEC Element (-)
10Voltage Measurement Input (-)
11Voltage Measurement Input (+)
12Leave Open
13TEC Element (-), Ground
14TEC Element (-), Ground
15TEC Element (-), Ground

PIDの基礎

PID回路は制御ループフィードバックコントローラとしてよく用いられており、さまざまなサーボ回路として広く使われています。 PIDとは、それぞれ比例(Proportional)、積分(Integral)、微分(Derivative)の頭文字で、PID回路の3つの制御設定を表しています。 サーボ回路の役割は、システムを長時間所定値(目標値)に保持することです。 PID回路は、出力を目標値に保持するため、主に目標値と出力値の差をエラー信号として発生させることにより、システムをアクティブ制御しています。 3つの制御は、時間依存型エラー信号に関連しています; 端的に言うと、次のように考えることができます。 比例は出力値のエラー、積分は過去の累積エラー、微分はエラーの予測によっています。 各制御の結果は、その後回路の電流を調整する加重和にフィードされます(u(t))。 この出力は制御デバイスへ送られ、その値は回路へとフィードバックされ、回路の出力を目標値に到達させ保持するようアクティブ安定化の処理が行われます。 以下のブロック図は、PID回路の動作を簡略化したものです。 システム要求や要件によって、サーボ回路に1つもしくは複数の制御を使用することができます(例: P、I、PI、PD、PID)。

PID Diagram

PID回路の適正な制御設定によって、最小限のオーバーシュート(目標値超過)とリンギング(目標値振動)で、素早い応答速度を実現できます。 ここで半導体レーザの温度安定化に用いられる温度サーボを例にとってみましょう。 PID回路は、最終的には熱電冷却素子(TEC)への電流を自動制御します(多くの場合FET回路上のゲート電圧の制御を通して行われます)。 この例では、電流は操作変数(MV)とします。 サーミスタは半導体レーザの温度モニタとして用いられ、サーミスタにかかる電圧を処理変数(PV)とします。 目標値(SP)の電圧は指定の温度に対応して設定します。 エラー信号e(t)は、SPとPVの差分を表します。 PIDコントローラはエラー信号を発生し、目標値に到達するようMVを変更させます。 例えばもし、e(t)の状態が半導体レーザの過熱を示せば、回路はTECを通してさらに電流を流すよう促します(比例制御) 。 比例制御はe(t)に比例するので、半導体レーザを十分な速度で冷却できないかもしれません。 その場合、累積エラーから判断し、目標値へ到達させようと出力を調整し、回路はTECを介してさらに電流量を増加させます(積分制御)。 SPに到達すると[e(t)が0に近づくと]、回路はSPに達するのを見越してTECを通して電流を減少させます(微分制御)。

PID回路は適切な制御を保証するものではないことにご注意ください。 不適切なPID制御の設定は、回路を著しく振動させたり、制御の不安定を引き起こす可能性があります。 正しい動作は、PIDの適正な調整によって得られます。

PID理論

PID制御回路u(t)の出力を得る方程式は以下となります;

Equation 1

Kp= 比例利得
Ki = 積分利得
Kd =微分利得
e(t)=SP-PV(t)

ここから制御ユニットは数学的定義によって定義づけることができ、個々の制御についてもう少し詳しく考察することができます。 比例制御は、エラー信号に比例します。これは、回路が発生させたエラー信号に対する直接的な応答です:

Equation 2

より大きな比例利得は、より大きな変化をエラーへの応答にもたらし、コントローラがシステムの変化に応答できる速度に影響を与えます。 比例利得の値が高いと回路の応答を素早く行えますが、あまりに高い場合は、SP値に対して振動を引き起こしてしまいます。 値が低すぎる場合は、回路はシステム変更への応答性が悪くなります。

積分制御は、比例利得よりさらに1段階ステップが進み、エラー信号の大きさだけでなく、エラーの期間にも比例しています。

Equation 3

積分制御は、比例制御のみによる定常誤差を除去するとともに、回路の応答速度向上に非常に高い効果をもたらします。 積分制御は、未修正の過去のエラーを合計し、エラーにKiを乗算することで、積分応答を出します。 従ってわずかな継続エラーに対しても、大規模な集積積分応答を実現することが可能です。 しかしながら、積分制御の高速応答に起因して、高い利得値による目標値の著しい超過が生じ、振動と不安定性を引き起こします。 低すぎる場合、回路のシステム変更への応答速度が著しく低下します。

微分制御は、比例制御および積分制御から予測される目標値超過とリンギングを低減させます。 回路が時間の経過とともにどう変化しているか(エラー信号の微分から判断)素早く決定し、Kdを乗算することで微分応答を出します。

Equation 4

比例や積分制御と異なり、微分制御は回路の応答を減速させます。 そのため、積分制御や比例制御によって引き起こされた振動を抑制したり、超過を部分的に補うことができます。 高い利得値は回路の応答性にかなりの減速を生じさせ、ノイズや高周波振動が発生しやすくなります(回路が迅速に応答するには低速すぎるため)。 低すぎると、回路はSP値を超過する傾向にあります。しかしながら、SP値を著しく超過するケースは避けなければならず、そのためより高い微分利得(より低い比例利得とともに)が用いられます。 下記の図は、個々のパラメータの利得の増加による影響を示しています。

Parameter IncreasedRise TimeOvershootSettling TimeSteady-State ErrorStability
KpDecreaseIncreaseSmall ChangeDecreaseDegrade
KiDecreaseIncreaseIncreaseDecrease SignificantlyDegrade
KdMinor DecreaseMinor DecreaseMinor DecreaseNo EffectImprove (for small Kd)

チューニング

通常、適切なサーボ制御を得るために、P、I、Dの利得値は個々で調整する必要があります。 どのシステムに対してもどの値にするべき、といった決まった一連のルールがあるわけではありませんが、基本手順に沿ったチューニングは各々のシステムや環境に合わせるのに役立ちます。 概して、PID回路はSP値の超過をわずかに起こし、その後SP値に到達させるため素早く減衰するようにします。

手動による利得設定のチューニングは、PID制御設定において最もシンプルな方法です。 しかしながらこの手順はアクティブで行われ(PIDコントローラがオンとなり、システムに正しく接続されている)、完全に設定するには多少の経験を要します。 PIDコントローラを手動で調整するには、まず始めに積分および微分利得を0に設定します。 出力に振動が現れるまで、比例利得を上げてください。 比例利得はこの値の約半分の値に設定します。 比例ゲイン利得設定後は、任意のオフセットがシステムに合わせた適切なタイムスケールに修正されるまで積分利得を上げてください。 上げすぎた場合は、SP値の著しい超過と回路の不安定性が引き起こされます。 積分利得が設定されたら、次に微分利得を上げてください。 微分利得はオーバーシュートを軽減し、システムを迅速にSP値へ収束させます。 微分利得を上げすぎると、大幅な超過が生じます(回路の応答が低速すぎるため)。利得設定を試行することにより、システムが変化へ素早く応答し、SP値の振動を効率よく減衰させるといった、PID回路の性能を最大限にすることができます。

Control TypeKpKiKd
P0.50 Ku--
PI0.45 Ku1.2 Kp/Pu-
PID0.60 Ku2 Kp/PuKpPu/8

手動によるチューニングは非常に効果的なPID回路の設定方法ですが、ある程度の経験とPID回路および応答についての理解を必要とします。 PIDチューニングのためのZiegler-Nicholsメソッドは、もう少し体系的な手引きとなっています。 再び、積分利得と微分利得をゼロ値にセットしてください。 比例利得を回路が振動するまで上げます。 この利得をレベルKuと呼びます。 振動はPuの期間です。 個々の制御回路の各利得は右の表に示しています。


Posted Comments:
cblakesa47  (posted 2015-02-23 13:01:55.347)
Hello - I am wondering if it is possible to use the TED8020 with the PRO8000 chassis to control temperature in a heating-only configuration (using a resistive heater such as HT10K, for example, with an AD590 temperature Transducer). Thanks for your help.
tschalk  (posted 2015-02-26 11:52:14.0)
This is a response from Thomas at Thorlabs. Thank you very much for your inquiry. It is possible to use the TED in a heating-only configuration. Normally the device is used with a Peltier (TEC) element where current in one direction cools while current in the other direction heats the device. You have to make sure that current can only flow in one direction through the resistive heater. Therefore you can use two diodes to prevent the device from continuously heating up by just changing the current flow direction. I will contact you directly with detailed information.
sharrell  (posted 2012-05-21 12:05:00.0)
Response from Sean at Thorlabs: I am sorry that you had difficulty finding the CAB420-15 on our website. We have updated the link, but unfortunately this change will happen this evening when our website runs automatic updates. In the meantime, the cable may be found using this link: http://www.thorlabs.com/NewGroupPage9.cfm?ObjectGroup_ID=307. Thank you for your patience as we fix this link.
busko  (posted 2012-05-21 11:13:01.0)
I can't find CAB420-15 cable for temperature control unit. The link in description on this page just reload the current page.. Only TED modules are visible.

PRO8 半導体レーザ温度コントローラーモジュール

+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
TED8020 Support Documentation
TED8020PRO8 TECコントローラ、±2 A 、16W (1スロット)
¥91,861
Lead Time
TED8040 Support Documentation
TED8040PRO8 TECコントローラ、±4 A、32W (1スロット)
¥91,861
Lead Time
TED8080 Support Documentation
TED8080PRO8 TECコントローラ、±8 A、64W (2スロット)
¥109,868
Lead Time

温度コントローラ用ケーブルCAB420-15

左および中央の表は、当社の半導体レーザ用温度コントローラおよびマウントの製品シリーズで一般に使用されているピン配列を示しています。右の表は、ケーブルCAB420-15の15ピンおよび9ピンの物理的なピン接続を示しています。

CAB420-15 15 Pin Diagram
1Status LED (+) (for TEC On/Off Indication)a
2TEC Voltage Measurementb
3Thermistor (-), Ground
4Thermistor (+)
5TEC (+)
6TEC (+)
7TEC (+)
8LM 135/335 (-), Grounda
9TEC Voltage Measurementb
10Transducer AD 590/592 (-), LM 135/335 (+)
11Transducer AD 590/592 (+), LM 135/335 (+)
12No Connection
13TEC (-), Status LED (-)
14TEC (-), Status LED (-)
15TEC (-), Status LED (-)
  • TTC001: 接続無し
  • TED200CシリーズおよびTTC001: 接続無し
CAB420-15 9 Pin Diagram
1Status LED (+) (for TEC On/Off Indication)a
2Thermistor (+)
3Thermistor (-), Ground
4TEC (+)
5TEC (-), Status LED (-)
6No Connection
7Transducer AD 590/592 (-), LM 135/335 (+)
8LM 135/335 (-), Grounda
9Transducer AD 590/592 (+), LM 135/335 (+)
  • TTC001: 接続無し
Pin Connections
15-Pin Side9-Pin Side
11
24
33
42
54
64
7No Connection
88
95
107
119
12No Connection
135
145
15No Connection
+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
CAB420-15 Support Documentation
CAB420-15温度コントローラ用ケーブル、Dサブ15ピンコネクタ、1.5 m
¥10,340
Today

Catalog-to-Special

+1 数量 資料 型番 - インチ規格 定価(税抜) 出荷予定日
TED8020KRYO Support Documentation
TED8020KRYOPRO8 TEC Controler Card, ±2 A, 16 W, Pt1000, 1 Slot
CALL
Lead Time
TED8020PT Support Documentation
TED8020PTPRO8 TEC Controler Card, ±2 A, 16 W, Pt100, 1 Slot
CALL
Lead Time
TED8040PT Support Documentation
TED8040PTPRO8 TEC Controler Card, ±4 A, 32 W, Pt100, 1 Slot
CALL
Lead Time
TED8080PT Support Documentation
TED8080PTPRO8 TEC Controler Card, ±8 A, 64 W, Pt100, 2 Slots
CALL
Lead Time

Recalibration Service for TED8000 Series Laser Diode Temperature Controller Modules

Calibration Service Item # Compatible Modules
CAL-TED8 TED8020,
TED8040,
TED8080

Thorlabs offers a recalibration service for the TED8000 Series Laser Diode Temperature Controller Modules. To ensure accurate measurements, we recommend recalibrating the devices every 24 months.

The table to the right lists the modules for which the CAL-TED8 recalibration service is available. Please enter the Part # and Serial # of the module that requires recalibration prior to selecting Add to Cart.

Please Note: To ensure your item being returned for calibration is routed appropriately once it arrives at our facility, please do not ship it prior to being provided an RMA Number and return instructions by a member of our team.
+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
CAL-TED8 Support Documentation
CAL-TED8NEW!Recalibration Service for the TED8000 Series Laser Diode Temperature Controller Modules
Part Number:  Serial Number:
CALL
Lead Time