專利名稱：采用半導(dǎo)體制冷器的大功率精密溫度控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體制冷器，尤其涉及一種采用半導(dǎo)體制冷器的大功率精密溫度控制電路。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體制冷器簡稱為TEC，采用TEC的大功率精密溫度控制屬于自動控制技術(shù)和電子技術(shù)。由于半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，TEC基于帕爾帖效應(yīng),可以將一面制冷,將另一面發(fā)熱。這種器件的出現(xiàn)使得可以在采用一個(gè)電路，利用輸入電流方向變化實(shí)現(xiàn)制冷和制熱兩種功能，這樣簡化了電路器件的數(shù)量和電路板的體積，有利于實(shí)現(xiàn)小型化，半導(dǎo)體制冷在現(xiàn)代電子技術(shù)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，許多電子設(shè)備的恒溫裝置普遍采用了半導(dǎo)體制冷技術(shù)。隨著電子技術(shù)在微波領(lǐng)域的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體制冷技術(shù)在微波通訊工程中已成為必不可少的一個(gè)重要課題。同時(shí)，在軍用激光和紅外領(lǐng)域，產(chǎn)品必須滿足高溫和低溫的環(huán)境工作要求，例如，半導(dǎo)體激光器的工作波長和能量和溫度密切相關(guān)，溫度的變化將造成波長的漂移和能量的衰減；紅外探測器的靈敏度也和自身溫度緊密相關(guān)。因此，需要有相應(yīng)的溫度控制手段來對這些產(chǎn)品提供合適的工作條件，在這種需求下，小體積、溫度控制精確的半導(dǎo)體溫控技術(shù)開始產(chǎn)生。國外也普遍采用了 TEC溫度控制技術(shù)，并采用專用的TEC控制芯片，電流大多為±3A ±6A，不能作到大功率的溫度控制。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提出一種采用半導(dǎo)體制冷器的大功率精密溫度控制電路，可實(shí)現(xiàn)大功率和制冷、制熱的溫度控制，解決紅外和激光組件的高低溫下的正常工作問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種采用半導(dǎo)體制冷器的大功率精密溫度控制電路，包括半導(dǎo)體制冷器、核心控制器、用于感應(yīng)半導(dǎo)體制冷器溫度的溫度傳感器和用于控制半導(dǎo)體制冷器的功率驅(qū)動電路，溫度傳感器的信號輸出連接到核心處理器的溫度信號輸入端，核心處理器通過邏輯轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動連接功率驅(qū)動電路，功率驅(qū)動電路輸出控制所述半導(dǎo)體制冷器，功率驅(qū)動電路的輸出端設(shè)有電流傳感器，電流傳感器的信號輸出端連接核心控制器的電流信號輸入端。所述電流傳感器的輸出端還通過一個(gè)保護(hù)電路連接核心處理器的中斷輸入端。所述核心處理器采用PIC16F873單片機(jī)。所述功率驅(qū)動電路采用MOSFET大功率管。所述核心處理器設(shè)有雙向通訊接口。本實(shí)用新型采用半導(dǎo)體制冷器TEC作為溫度元件，核心處理器實(shí)現(xiàn)制冷、制熱雙向控制和功率的控制，通過使用MOSFET大功率管控制電路實(shí)現(xiàn)了對半導(dǎo)體制冷器的大功率驅(qū)動、制冷和制熱雙向控制以及準(zhǔn)確的功率控制，根據(jù)設(shè)定的溫度點(diǎn)進(jìn)行PID控制和PWM調(diào)制輸出，將溫度控制在較高的精度水平，并完成功率驅(qū)動放大；可以在一塊很小的電路板內(nèi)實(shí)現(xiàn)額定350W的功率驅(qū)動，同時(shí)實(shí)現(xiàn)制冷制熱兩個(gè)功能；該電路的結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，利于小型化。

圖1是本實(shí)用新型電路的組成及工作流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步介紹。如圖1所示為本實(shí)用新型采用半導(dǎo)體制冷器的大功率精密溫度控制電路的組成及工作流程圖，由圖可知，該電路包括作為核心控制器的單片機(jī)和半導(dǎo)體制冷器，核心處理器的信號輸入端分別與溫度傳感器和電流傳感器的信號輸出端控制連接，溫度傳感器的控制輸入端與半導(dǎo)體制冷器的控制輸出端連接；核心處理器的信號輸出端與邏輯轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接，邏輯轉(zhuǎn)換電路的輸出端與采用MOSFET的功率驅(qū)動電路的輸入端連接，功率驅(qū)動電路的輸出端分別與半導(dǎo)體制冷器的控制輸入端和電流傳感器的信號輸入端控制連接；核心處理器設(shè)有雙向通訊接口。邏輯轉(zhuǎn)換電路用于將核心處理器的輸出信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后提供給功率驅(qū)動電路，可以采用專用芯片實(shí)現(xiàn)，在此不再贅述。為了進(jìn)一步提高電路的安全性和反應(yīng)速度，本實(shí)施例在電流傳感器和核心處理器的中斷輸入端之間另外設(shè)置了一個(gè)保護(hù)電路，電流傳感器的輸出信號一路直接通過采樣輸入到核心處理器，另一路輸入到保護(hù)電路，保護(hù)電路通過硬件電路對通過對信號進(jìn)行處理，并分析判斷該信號是否超出額定值，即驅(qū)動電流過流，如果超出額定值，就輸出脈沖到核心處理器的中斷信號輸入端，核心處理器立即響應(yīng)中斷，迅速進(jìn)行中斷處理，對整個(gè)控制電路進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)處理。通過硬件保護(hù)電路進(jìn)行信號判斷的反應(yīng)速度比直接通過信號采樣輸入到核心處理器，再通過核心處理器的軟件處理速度更快，反應(yīng)更靈敏，而且還能夠避免因軟件問題造成的不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)過流問題，保證了電路的安全與壽命。該實(shí)現(xiàn)該保護(hù)電路的功能的硬件電路很多，如常規(guī)的三極管等電路輸出觸發(fā)等方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到多種常規(guī)實(shí)現(xiàn)方式，在此不再贅述。本實(shí)用新型采用單片機(jī)控制系統(tǒng)，可以方便地通過計(jì)算機(jī)設(shè)定溫控點(diǎn)；采用PWM調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)很高的溫度控制精度。本實(shí)施例的控制電路采用半導(dǎo)體制冷器作為溫度元件，采用內(nèi)置了十位AD轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)PIC16F873作為核心CPU，實(shí)現(xiàn)制冷、制熱雙向控制和功率的控制，并使用MOSFET大功率管控制電路實(shí)現(xiàn)了對半導(dǎo)體制冷器的大功率驅(qū)動、制冷和制熱雙向控制以及準(zhǔn)確的功率控制，同時(shí)具有電路簡化、內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換、具有很強(qiáng)的抗干擾能力；根據(jù)控制器及控制流程確定控制電路其它邏輯和轉(zhuǎn)換電路部分；根據(jù)功率大小確定半導(dǎo)體制冷器中的電流大小，選擇電流傳感器量值，形成電流控制環(huán)，連接溫度傳感器，形成電壓控制環(huán)；根據(jù)設(shè)定的溫度點(diǎn)進(jìn)行PID控制和PWM調(diào)制輸出，確定PID算法，根據(jù)控制時(shí)間、控制精度等進(jìn)行調(diào)整和選擇P、1、D系數(shù)，并完成電機(jī)功率驅(qū)動放大；通過特定的功率放大電路實(shí)現(xiàn)最大28V.40A電流的功率放大；采集溫度傳感器信號進(jìn)行溫度計(jì)算；根據(jù)電流反饋信號進(jìn)行功率計(jì)算和安全保護(hù)；體積小，利于小型化，控溫精度不低于0.5°C。核心控制器通過雙向通訊接口和外部計(jì)算機(jī)的RS232或者RS422通訊接口，以用于溫度點(diǎn)設(shè)置。本實(shí)用新型中功率驅(qū)動電路的確定:根據(jù)核心控制器的PWM控制參數(shù)選擇MOSFET的外圍驅(qū)動電路參數(shù)；根據(jù)半導(dǎo)體制冷器所需要提供的功率選擇大功率MOSFET的參數(shù)和數(shù)量；根據(jù)電路功率和波形參數(shù)確定保護(hù)電路的參數(shù)。本實(shí)用新型在充分分析了 TEC功率轉(zhuǎn)移特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)溫度的控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)精確溫度控制，可以在一塊很小的電路板內(nèi)實(shí)現(xiàn)額定350W的功率驅(qū)動，同時(shí)實(shí)現(xiàn)制冷制熱兩個(gè)功能；采用PID控制方式，并使用PWM的驅(qū)動方法，將溫度控制在較高的精度水平，實(shí)驗(yàn)證明能夠滿足大功率驅(qū)動的要求，最大可以提供40A驅(qū)動電流。
權(quán)利要求1.一種采用半導(dǎo)體制冷器的大功率精密溫度控制電路，其特征在于:包括半導(dǎo)體制冷器、核心控制器、用于感應(yīng)半導(dǎo)體制冷器溫度的溫度傳感器和用于控制半導(dǎo)體制冷器的功率驅(qū)動電路，溫度傳感器的信號輸出連接到核心處理器的溫度信號輸入端，核心處理器通過邏輯轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動連接功率驅(qū)動電路，功率驅(qū)動電路輸出控制所述半導(dǎo)體制冷器，功率驅(qū)動電路的輸出端設(shè)有電流傳感器，電流傳感器的信號輸出端連接核心控制器的電流信號輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用半導(dǎo)體制冷器的大功率精密溫度控制電路，其特征在于:所述電流傳感器的輸出端還通過一個(gè)保護(hù)電路連接核心處理器的中斷輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用半導(dǎo)體制冷器的大功率精密溫度控制電路，其特征在于:所述核心處理器采用PIC16F873單片機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用半導(dǎo)體制冷器的大功率精密溫度控制電路，其特征在于:所述功率驅(qū)動電路采用MOSFET大功率管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用半導(dǎo)體制冷器的大功率精密溫度控制電路，其特征在于:所述核心處理器設(shè)有雙向通訊接口。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種采用半導(dǎo)體制冷器的大功率精密溫度控制電路，包括半導(dǎo)體制冷器、核心控制器、用于感應(yīng)半導(dǎo)體制冷器溫度的溫度傳感器和用于控制半導(dǎo)體制冷器的功率驅(qū)動電路，采用半導(dǎo)體制冷器TEC作為溫度元件，采用核心處理器實(shí)現(xiàn)制冷、制熱雙向控制和功率的控制，通過使用MOSFET大功率管控制電路實(shí)現(xiàn)了對半導(dǎo)體制冷器的大功率驅(qū)動、制冷和制熱雙向控制以及準(zhǔn)確的功率控制，根據(jù)設(shè)定的溫度點(diǎn)進(jìn)行PID控制和PWM調(diào)制輸出，將溫度控制在較高的精度水平，并完成功率驅(qū)動放大；可以在一塊很小的電路板內(nèi)實(shí)現(xiàn)額定350W的功率驅(qū)動，同時(shí)實(shí)現(xiàn)制冷制熱兩個(gè)功能；該電路的結(jié)構(gòu)簡單，體積小，利于小型化。
文檔編號G05D23/19GK203070124SQ201220688279
公開日2013年7月17日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者劉長杰, 蔡國松, 王曉娟 申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽電光設(shè)備研究所