專利名稱：溫度控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種溫度控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
溫度控制技術(shù)，就是人為的通過某種方式將物體的溫度控制在需要的程度?，F(xiàn)在常用的溫度控制技術(shù)有半導體制冷、風冷、溫箱控溫等，相應的器具有半導體制冷器、風扇、溫箱等，它們可用來控制器件達到所需溫度，下面分別進行介紹。
如圖1所示為半導體制冷器的工作原理圖，不同金屬材料的導線X、Y組成了如圖的封閉線路，接上電壓后，A點的熱量被移到B點，從而導致A點溫度降低，B點溫度升高，這也就是著名的帕爾貼效應(Peltier effect)。半導體制冷器就是根據(jù)這一原理制成的，如圖2所示為半導體制冷器的外觀圖，其上引出有兩根導線，當向半導體制冷器輸入一個方向的電流時，其上表面發(fā)熱，下表面制冷；當輸入反方向電流時，上表面制冷，下表面發(fā)熱。通過半導體制冷器的電流大小不同，制冷發(fā)熱的程度也不同，其可用于不同場合下的溫度控制，特別適用于芯片的溫度控制。
計算機CPU的溫度控制是采用風扇制冷中很典型的例子，其是在CPU的表面加裝有較大的散熱片，散熱片上還固定有風扇。很多計算機還設有溫度上報功能，系統(tǒng)能夠通過分析芯片上報的溫度，調(diào)整風扇的轉(zhuǎn)速，從而達到控制芯片溫度的目的。
另外，溫箱控溫應用較廣，其可以制造多種溫度和濕度環(huán)境，在制造需要的溫度環(huán)境時，將溫箱密閉，使其盡量將溫箱中的環(huán)境和外界環(huán)境隔離，這樣就能實現(xiàn)對溫度或濕度的控制，這種控溫方式也比較適合芯片的溫度控制。
但是，上述溫控技術(shù)在應用中有很多的缺點，特別在芯片溫度控制時，尤其明顯。
具體來說，上述溫控技術(shù)主要有以下缺點1、控制精度差，響應時間長；2、使用條件受限；3、一般的溫度控制工具只支持單向制冷，而不支持加熱；4、能準確控制溫度的測試工具不夠靈巧，可操作性差，成本高。
技術(shù)內(nèi)容針對上述情形，本發(fā)明提出了一種可快速調(diào)節(jié)溫度并同時支持加熱和制冷的溫度控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的解決方案是這樣的一種溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含有半導體制冷器，用于調(diào)節(jié)待測物溫度；熱敏電阻，用于檢測待測物溫度；后臺控制裝置，用于控制和顯示；控制單板，用于對熱敏電阻的阻值進行采樣計算和控制流經(jīng)半導體制冷器的電流；和熱敏電阻相連的控制單板接收到后臺控制裝置的輸入指令后進行處理，將控制電流輸出至所述的半導體制冷器，并將處理結(jié)果輸出至所述的后臺控制裝置。
其中，所述的控制單板具體包括輸入輸出接口模塊，用于和所述的半導體制冷器、熱敏電阻、后臺控制裝置連接；檢測模塊，用于檢測熱敏電阻的采樣電壓；溫控模塊，用于控制流經(jīng)所述的半導體制冷器的制冷電流大小和方向；AD模塊，用于將輸入的熱敏電阻采樣電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；控制模塊，用于將輸入的熱敏電阻的采樣電壓數(shù)值進行處理和輸出電壓值；
DA模塊，用于將輸入的設定目標溫度轉(zhuǎn)換為電壓值；所述的后臺控制裝置將輸入指令通過所述的輸入輸出接口模塊送至所述的控制模塊；而所述的檢測模塊通過所述的輸入輸出接口模塊和所述的熱敏電阻相連，檢測出熱敏電阻的采樣電壓值，該熱敏電阻的采樣電壓值通過所述的AD模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入到所述的控制模塊，該控制模塊對輸入的熱敏電阻的采樣電壓數(shù)值進行處理后并輸出電壓值，該電壓值通過所述的DA模塊轉(zhuǎn)換為模擬量輸出到所述的溫控模塊，該溫控模塊將控制電流送至所述的半導體制冷器。
所述的溫控模塊具體是指由比例積分調(diào)節(jié)電路、控制電壓產(chǎn)生電路、脈沖產(chǎn)生電路及C-MOS開關(guān)電路連接組成。
所述的比例積分調(diào)節(jié)電路具體是指由比例、積分電路結(jié)合的電路。
相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可達到精確的溫度控制，響應時間短，具體來說有以下優(yōu)點1、使用靈活方便；2、利用硬件設計實現(xiàn)精確的溫度控制，同時具備自動反饋控制功能；3、同時具備加熱和制冷兩種功能；4、可通過后臺直接控制目標溫度，同時可觀察調(diào)節(jié)結(jié)果。
下面結(jié)合


和具體實現(xiàn)方式來詳細介紹本發(fā)明。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中半導體制冷器的原理圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中半導體制冷器的外觀示意圖；圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明控制單板的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的半導體制冷器及熱敏電阻使用示意圖；圖6是本發(fā)明的檢測模塊電路圖；
圖7是本發(fā)明的DA控制及比例積分調(diào)節(jié)電路圖；圖8是本發(fā)明的控制電壓產(chǎn)生電路圖；圖9是本發(fā)明的脈沖產(chǎn)生電路圖；圖10是本發(fā)明的C-MOS開關(guān)電路圖。
具體實現(xiàn)方式圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本發(fā)明包括后臺控制裝置、控制單板、熱敏電阻和半導體制冷器，該后臺控制裝置、熱敏電阻和半導體制冷器與該控制單板連接，其中，如圖5所示，利用夾具將熱敏電阻和半導體制冷器夾設在待測芯片上，半導體制冷器上還連接有散熱水箱。
其是這樣工作的，由控制單板對熱敏電阻的阻值進行采樣計算，得到待測芯片表面的當前溫度值，然后該控制單板與從后臺控制裝置輸入的目標溫度設定值進行比較，如果芯片的當前溫度值比目標溫度設定值大，則控制單板對半導體制冷器輸出可制冷的電流，對芯片降溫；如果芯片的當前溫度值比目標溫度設定值小，則對半導體制冷器輸出可加熱的電流，對芯片加熱，同時控制單板還將待測芯片表面的當前溫度值上報到后臺控制裝置，這樣，就可完成對芯片的溫度控制。
如圖4所示為本發(fā)明控制單板的模塊結(jié)構(gòu)示意圖，該包括輸入輸出接口模塊，檢測模塊，溫控模塊，AD模塊，控制模塊，DA模塊。輸入輸出接口模塊與后臺控制裝置、熱敏電阻、半導體制冷器和控制模塊連接。后臺控制裝置將目標溫度值通過輸入輸出接口模塊送至控制模塊；而檢測模塊通過輸入輸出接口模塊和熱敏電阻相連，其檢測出熱敏電阻的采樣電壓，該熱敏電阻的采樣電壓通過AD模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入到所述的控制模塊，該控制模塊對輸入的熱敏電阻的采樣電壓數(shù)值換算成溫度值，與所述的目標溫度值對比后，輸出一個電壓值，該電壓值通過所述的DA模塊轉(zhuǎn)換為模擬量輸出到所述的溫控模塊，該溫控模塊將加熱或制冷的電流送至所述的半導體制冷器。
如圖6所示為本發(fā)明的檢測模塊電路圖，其根據(jù)熱敏電阻和環(huán)境溫度的線性關(guān)系，即溫度升高，熱敏電阻阻值變大，溫度降低，阻值變小，環(huán)境溫度和熱敏電阻阻值一一對應，通過計算熱敏電阻當前值就可知道芯片的表面溫度。
溫控模塊由比例積分調(diào)節(jié)電路、控制電壓產(chǎn)生電路、脈沖產(chǎn)生電路及C-MOS開關(guān)電路連接組成，電路及連接關(guān)系如下圖7為本發(fā)明的DA控制及比例積分調(diào)節(jié)電路圖，其由通常的比例、積分調(diào)節(jié)電路組成，比例調(diào)節(jié)速度較快，但存在偏差，單獨使用無法做到無靜差調(diào)節(jié)；積分調(diào)節(jié)的優(yōu)點是只要被調(diào)量存在偏差，其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時間不斷加強，直到偏差為零，但是單純的積分調(diào)節(jié)也有它的弱點——它的動作過于遲緩，因而在改善靜態(tài)準確度的同時往往使調(diào)節(jié)的動態(tài)品質(zhì)變壞，過渡時間延長，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。而采用其結(jié)合電路，是把比例作用的及時性和積分作用消除靜差的優(yōu)點結(jié)合起來，使本發(fā)明能及時準確地調(diào)節(jié)芯片的溫度。如圖，電路的左邊為電橋，電橋的右邊兩臂串聯(lián)了一個固定電阻和上述的熱敏電阻，待測芯片溫度不同，熱敏電阻和固定電阻之間的分壓也不同；電橋的左臂接的是DA的輸出。如果電橋的左臂和右臂存在壓差，則通過后級的運算放大器將該壓差放大，利用這個被放大的電壓就可以對后面的溫控電路進行控制；如果二者沒有壓差，則表示待測芯片溫度和目標溫度一致，后級放大電路的輸出電壓為0，不會對溫控電路進行控制。
如圖8所示為本發(fā)明的控制電壓產(chǎn)生電路圖，其主要產(chǎn)生控制C-MOS開關(guān)電路的電壓信號。根據(jù)圖7的電路，該電路的輸入為比例積分調(diào)節(jié)電路產(chǎn)生的電壓信號，當檢測到的系統(tǒng)溫度比目標溫度高時，經(jīng)過比例積分調(diào)節(jié)電路作用，送出的電壓值為負，表明系統(tǒng)需要制冷；反之，當系統(tǒng)溫度比目標溫度低，由比例積分調(diào)節(jié)電路輸出的電壓值為正，表明系統(tǒng)需要加熱。為了防止在加熱和制冷切換過程中加熱和制冷同時有效，電路中使用了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可以使制冷或制熱電路在起作用前，有一個小的時延，保證同一時刻加熱或制冷的動作是單一的。
如圖9所示為本發(fā)明的脈沖產(chǎn)生電路圖，該電路提供控制C-MOS開關(guān)電路導通的脈沖電壓，從而控制流過半導體制冷器的電流大小，脈沖產(chǎn)生電路使用了脈寬調(diào)制芯片產(chǎn)生脈沖信號(約100K)，利用圖7電路輸出的電壓，控制脈寬調(diào)制芯片輸出脈沖信號的占空比，脈沖信號的占空比直接影響到加熱和制冷電流的大小，起到控制電流大小的作用。
圖10為本發(fā)明的C-MOS開關(guān)電路圖，其主要為半導體制冷器提供驅(qū)動電流。加熱時Q1、Q2、Q6受相應的電平控制導通，而Q3、Q4和Q5截止，Q7在加熱或制冷時都保持導通狀態(tài)。由于P溝道場效應管和N溝道溝道場效應管消耗的功率只占極少一部分，絕大部分都加在制冷負載上，半導體制冷器的等效負載為3～4歐，溫控電路使用12V的電壓，則流過制冷器的電流可以達到3A。
權(quán)利要求
1.一種溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包含有半導體制冷器，用于調(diào)節(jié)待測物溫度；熱敏電阻，用于檢測待測物溫度；后臺控制裝置，用于控制和顯示；控制單板，用于對熱敏電阻進行采樣計算和控制流經(jīng)半導體制冷器的電流；和熱敏電阻相連的控制單板接收到后臺控制裝置的輸入指令后進行處理，將控制電流輸出至所述的半導體制冷器，并將處理結(jié)果輸出至所述的后臺控制裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制單板具體包括輸入輸出接口模塊，用于和所述的半導體制冷器、熱敏電阻、后臺控制裝置連接；檢測模塊，用于檢測熱敏電阻的采樣電壓；溫控模塊，用于控制流經(jīng)所述的半導體制冷器的制冷電流大小和方向；AD模塊，用于將輸入的熱敏電阻采樣電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；控制模塊，用于將輸入的熱敏電阻的采樣電壓數(shù)值進行處理和輸出電壓值；DA模塊，用于將輸入的設定目標溫度轉(zhuǎn)換為電壓值；所述的后臺控制裝置將輸入指令通過所述的輸入輸出接口模塊送至所述的控制模塊；而所述的檢測模塊通過所述的輸入輸出接口模塊和所述的熱敏電阻相連，檢測出熱敏電阻的采樣電壓值，該熱敏電阻的采樣電壓值通過所述的AD模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸入到所述的控制模塊，該控制模塊對輸入的熱敏電阻的采樣電壓數(shù)值進行處理后并輸出電壓值，該電壓值通過所述的DA模塊轉(zhuǎn)換為模擬量輸出到所述的溫控模塊，該溫控模塊將控制電流送至所述的半導體制冷器。
3.如權(quán)利要求2所述的一種溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫控模塊具體是指由比例積分調(diào)節(jié)電路、控制電壓產(chǎn)生電路、脈沖產(chǎn)生電路及C-MOS開關(guān)電路連接組成。
4.如權(quán)利要求3所述的一種溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的比例積分調(diào)節(jié)電路具體是指由比例、積分電路結(jié)合的電路。
5.如權(quán)利要求3所述的一種溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制電壓產(chǎn)生電路具體用于產(chǎn)生控制所述C-MOS開關(guān)電路的電壓信號，其包含有可產(chǎn)生時延的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。
6.如權(quán)利要求3所述的一種溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的脈沖產(chǎn)生電路具體用于產(chǎn)生控制所述C-MOS開關(guān)電路導通的脈沖電壓信號。
7.如權(quán)利要求3所述的一種溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的C-MOS開關(guān)電路是為所述的半導體制冷器提供驅(qū)動電流。
全文摘要
一種溫度控制系統(tǒng)，其包含有半導體制冷器，熱敏電阻，后臺控制裝置和控制單板，其中，所述的控制單板具體包括輸入輸出接口模塊，檢測模塊，溫控模塊，AD模塊，控制模塊和DA模塊，后臺控制裝置通過輸入輸出接口模塊將輸入的目標溫度送至控制模塊，檢測模塊測出熱敏電阻采樣電壓，經(jīng)AD模塊轉(zhuǎn)換得到待測物當前溫度后輸入到控制模塊，控制模塊比較目標溫度和待測物當前溫度，并輸出相應的加熱或制冷電壓值，該電壓值通過DA模塊轉(zhuǎn)換為模擬量輸出到溫控模塊，該溫控模塊將控制電流送至半導體制冷器。本發(fā)明可達到精確的溫度控制，可加熱和制冷；響應時間短，使用靈活方便。
文檔編號G05D23/20GK1530787SQ0310699
公開日2004年9月22日 申請日期2003年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月16日
發(fā)明者祁劭峰, 胡先蓉 申請人:華為技術(shù)有限公司