專利名稱：Tec熱電制冷器控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種TEC熱電制冷器，尤其涉及一種TEC熱電制冷器控制電路。
背景技術(shù)：
TEC(Thermoelectric cooler)熱電制冷器又稱半導(dǎo)體制冷器，當(dāng)直流通過(guò)兩種不同的導(dǎo)電材料回路時(shí)，結(jié)點(diǎn)上將產(chǎn)生吸熱或放熱現(xiàn)象，稱為珀?duì)栙N效應(yīng)。TEC熱電制冷器即是利用了珀?duì)栙N效應(yīng)以實(shí)現(xiàn)制冷或制熱，它具有制冷、制熱速度快，無(wú)噪聲，無(wú)污染，制冷、制熱控制靈活方便、體積小、重量輕等特點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用。一種典型的TEC單級(jí)熱電制冷器，由二片分別是P型和N型的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，當(dāng)一正向電流作用于N型半導(dǎo)體時(shí)，電子從P型半導(dǎo)體移到N型半導(dǎo)體，因此熱量被吸收，溫控面的溫度降低，熱量通過(guò)熱沉向周圍散發(fā)，熱能的遷移量與TEC供電電流成正比。改變電流方向從熱沉輸入，則將熱量從熱沉轉(zhuǎn)移到溫控面，從而使溫控面的溫度升高。在小體積的溫控領(lǐng)域如激光二極管、紅外焦平面器件和IC等，TEC是優(yōu)先選擇的溫控制冷器件。
目前，常用的TEC熱電制冷器控制電路如圖1A所示，包括兩個(gè)PWM降壓變換器，開(kāi)關(guān)S1、S2、濾波電感L1、二極管D1、電容C2構(gòu)成第一PWM降壓變換器，其輸出直流電壓為V1；開(kāi)關(guān)S3、S4、濾波電感L2、二極管D2、電容C3構(gòu)成第二PWM降壓變換器，其輸出直流電壓為V2。其中，開(kāi)關(guān)S1、S2、S3和S4四個(gè)開(kāi)關(guān)的波形圖如圖1B所示，“0”表示斷開(kāi)，“1”表示接通，即第一PWM降壓變換器的開(kāi)關(guān)S1與第二PWM降壓變換器的開(kāi)關(guān)S4同相(即同時(shí)導(dǎo)通或同時(shí)關(guān)斷)；而第一PWM降壓變換器的開(kāi)關(guān)S2與第二PWM降壓變換器的開(kāi)關(guān)S3也是同相；第一PWM降壓變換器的兩開(kāi)關(guān)S1與S2反相、第二PWM降壓變換器的兩開(kāi)關(guān)S3與S4反相(即一個(gè)導(dǎo)通時(shí)另一個(gè)截止)。TEC并聯(lián)一電容C1，兩端分別接第一和第二PWM降壓變換器，其中，第一、第二PWM降壓變換器的輸出直流電壓V1、V2分別作用于TEC的熱沉面和溫控面上，提供給TEC的電流Itec＝(V1-V2)/Rtec，Rtec表示TEC熱沉面與溫控面間的阻抗(TEC二電極間的阻抗)，由此式?jīng)Q定TEC電流的大小及方向。設(shè)定當(dāng)V1＞V2則溫控面降溫，而V1＜v2則溫控面升溫。熱敏電阻緊貼在溫控面上，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓，通過(guò)外接運(yùn)算放大器對(duì)誤差信號(hào)(與設(shè)定溫度所對(duì)應(yīng)的電壓之差)進(jìn)行積分后控制TEC兩端的PWM降壓變換器的占空比，從而改變直流電壓V1和V2的值，達(dá)到控制TEC電流大小及方向的目的。這種控制電路典型應(yīng)用于MAXIM公司的MAX8520和LINEAR TECHNOLOGY公司的LTC1923芯片中。這種TEC的控制電路存在以下缺點(diǎn)1、EMI較大 由于需要兩個(gè)濾波電感L1和L2，會(huì)對(duì)周圍產(chǎn)生電磁干擾；在開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，濾波電感二端的電壓或回路阻抗發(fā)生突變導(dǎo)致振蕩或產(chǎn)生尖銳的脈沖。
2、應(yīng)用相對(duì)復(fù)雜溫度信號(hào)的反饋控制及參數(shù)設(shè)置均采用模擬電路，加大了應(yīng)用的成本及復(fù)雜性，導(dǎo)致TEC工作參數(shù)的設(shè)置不靈活。
3、無(wú)運(yùn)行模式選擇功能在雙PWM降壓變換器驅(qū)動(dòng)模式下，由于采用模擬控制方式，實(shí)施模式切換會(huì)較復(fù)雜。
4、溫控精度不高由于采用模擬控制方式，實(shí)際應(yīng)用中外接的用于誤差積分的運(yùn)算放大器或芯片內(nèi)部運(yùn)算部件固有的輸入失調(diào)電壓、輸出失調(diào)電壓、參考電壓的溫度漂移、甚至還有數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC的量化誤差都是限制溫控精度的因素。

發(fā)明內(nèi)容
為克服以上缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種具有運(yùn)行模式選擇功能的TEC熱電制冷器控制電路，采用數(shù)字式控制，具有溫控精度高，應(yīng)用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下一種TEC熱電制冷器控制電路，包括一溫度采集器、一參數(shù)設(shè)置器、一頻率比較器、一頻率生成器、一開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、一電荷泵和一電流換向器，所述溫度采集器用于將TEC的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成頻率信號(hào)輸出；參數(shù)設(shè)置器，用于設(shè)置TEC工作模式、溫控點(diǎn)數(shù)據(jù)和極限點(diǎn)數(shù)據(jù)，包括兩個(gè)輸出信號(hào)，其中一個(gè)輸出信號(hào)包括模式和溫度極限點(diǎn)數(shù)據(jù)，另一個(gè)輸出信號(hào)為溫控點(diǎn)數(shù)據(jù)；頻率比較器，將所述溫度采集器的頻率信號(hào)與輸出信號(hào)進(jìn)行比較，輸出一電流換向器的換向控制信號(hào)和控制頻率生成的溫度誤差信號(hào)；頻率生成器由溫度誤差信號(hào)和具有模式和溫度極限點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸出信號(hào)生成不同頻率的開(kāi)關(guān)信號(hào)；開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器用于增強(qiáng)開(kāi)關(guān)信號(hào)的頻率驅(qū)動(dòng)能力驅(qū)動(dòng)電荷泵；電荷泵為電流換向器提供不同的輸入電壓V0；電流換向器由換向控制信號(hào)和輸入電壓V0改變TEC熱量轉(zhuǎn)移的大小和方向。
所述電荷泵，包括開(kāi)關(guān)a與開(kāi)關(guān)b，開(kāi)關(guān)a的第一端接輸入電壓Vcc，第二端與開(kāi)關(guān)b的第一端串聯(lián)，其串接點(diǎn)接電容到參考地電平PGND，開(kāi)關(guān)b的第二端接電容到參考地電平PGND，其接點(diǎn)電壓為Vo，該電壓為電流換向器(200)的輸入電壓。
所述電荷泵，包括四個(gè)開(kāi)關(guān)a、b、c、d，以及兩電容，其中，開(kāi)關(guān)a第一端接電源電壓Vcc，第二端與開(kāi)關(guān)b的第一端串聯(lián)，其串接點(diǎn)為e；開(kāi)關(guān)c第一端接地，第二端與開(kāi)關(guān)d的第一端串聯(lián)，其串接點(diǎn)為f，串接點(diǎn)e和f接電容，而開(kāi)關(guān)b與開(kāi)關(guān)d的第二端接電容，開(kāi)關(guān)b的第二端電壓為Vo，開(kāi)關(guān)d的第二端接電流換向器的參考地電平PGND。
所述電流換向器，包括四開(kāi)關(guān)K1、K2、K3、K4構(gòu)成，開(kāi)關(guān)K1和K3的第一端接電荷泵的輸出端，其接點(diǎn)電壓為V0，開(kāi)關(guān)K1的第二端與開(kāi)關(guān)K2的第一端串聯(lián)，其串接點(diǎn)接入TEC的熱沉面，且電壓為V1；開(kāi)關(guān)K3的第二端與開(kāi)關(guān)K4的第一端串聯(lián)，其串接點(diǎn)接入TEC的溫控面，且電壓為V2；開(kāi)關(guān)K2與開(kāi)關(guān)K4的第二端接入Vo的地電位參考端PGND。
所述溫度采集器，包括由電容Ct、熱敏電阻Rt和比較器構(gòu)成的振蕩器，其中，比較器的同相輸入端接三個(gè)電阻R1、R2和R3，R1接地，R2接電源Vcc，R3接比較器輸出端；比較器的反相輸入端接電容Ct到地PGND，熱敏電阻Rt位于反相端與輸出端之間。
所述溫度采集器，包括熱敏電阻Rt和一壓控振蕩器，熱敏電阻Rt與電阻串聯(lián)對(duì)恒定電壓Vref分壓，此分壓接壓控振蕩器305的控制電壓輸入端，從而產(chǎn)生隨溫度變化的頻率信號(hào)f-temp。
所述參數(shù)設(shè)置器包括一存儲(chǔ)器和一數(shù)字接口電路，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)TEC工作模式數(shù)據(jù)、溫控點(diǎn)數(shù)據(jù)和極限點(diǎn)數(shù)據(jù)。
所述頻率比較器包括一定時(shí)脈沖生成器、一計(jì)數(shù)器、一鎖存器和一數(shù)字比較器，由定時(shí)脈沖生成器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)和頻率信號(hào)同時(shí)輸入至計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)產(chǎn)生二進(jìn)制數(shù)值信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)鎖存器鎖存后，與輸出信號(hào)的溫控點(diǎn)數(shù)據(jù)一起經(jīng)數(shù)字比較器進(jìn)行比較，產(chǎn)生一溫度誤差信號(hào)和一比較進(jìn)位信號(hào)。
所述頻率生成器包括一譯碼器、一數(shù)字選擇器和一分頻器，溫度誤差信號(hào)經(jīng)譯碼器變換后，輸入數(shù)據(jù)選擇器，其輸出作為自動(dòng)重裝分頻器的初始計(jì)數(shù)值。
上述TEC熱電制冷器的控制電路中，由于采用了電荷泵和電流換向器，電荷泵可以改變電流換向器的輸入電壓的大??；而電流換向器直接作用于熱電制冷器，用于改變TEC熱電制冷器的能量的傳輸方向。由于整個(gè)控制電路中沒(méi)有采用電感，因而可以使EMI下降；溫度信號(hào)由模擬信號(hào)改為數(shù)字式頻率信號(hào)，溫度反饋控制簡(jiǎn)潔；由于參數(shù)設(shè)置及工作模式的選擇均通過(guò)數(shù)字接口進(jìn)行，比傳統(tǒng)方式節(jié)省更多的外圍器件；又由于沒(méi)有模擬運(yùn)算部件導(dǎo)致的電壓失調(diào)、溫度漂移及數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC量化誤差的影響，原理上溫度控制的精度可得到提高。


圖1A表示傳統(tǒng)的TEC熱電制冷器控制電路原理圖；圖1B表示圖1A所示控制電路中各開(kāi)關(guān)波形示意圖；圖2表示本發(fā)明TEC熱電制冷器控制電路方框原理圖；圖3A表示圖2所示溫度采集器的一種電路原理圖；圖3B表示圖2所示溫度采集器的另一種電路原理圖；圖4A表示圖2所示電荷泵的一種電路原理圖；圖4B表示圖2所示電荷泵的另一種電路原理圖；圖5表示圖2所示電流換向器的電路原理圖；如圖2所示的TEC熱電制冷器控制電路，包括TEC熱電制冷器900、溫度采集器300、頻率比較器400、頻率生成器500、參數(shù)設(shè)置器600、開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器700、電荷泵100和電流換向器200。其中，TEC熱電制冷器900包括一熱沉面901和溫控面902；頻率比較器400包括一定時(shí)脈沖生成器401、計(jì)數(shù)器402、鎖存器403和數(shù)字比較器404。頻率生成器500包括一譯碼器501、一數(shù)據(jù)選擇器502、一分頻器503。頻率比較器400包括一定時(shí)脈沖生成器401、一計(jì)數(shù)器402、一鎖存器403和一數(shù)字比較器404；參數(shù)設(shè)置器600包括一存儲(chǔ)器601和一數(shù)字接口電路602；頻率生成器500包括一譯碼器501、一數(shù)字選擇器502和一分頻器503。
參數(shù)設(shè)置器600，它由存儲(chǔ)器601與數(shù)字接口602構(gòu)成，存儲(chǔ)器601存儲(chǔ)了三類數(shù)據(jù)一類是期望溫控點(diǎn)的頻率數(shù)據(jù)data3，它對(duì)應(yīng)于設(shè)置的TEC溫度控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率值，此對(duì)應(yīng)關(guān)系如下data3＝τ*fset，τ是定時(shí)脈沖生成器401生成的周期性脈沖信號(hào)高電平(或低電平)時(shí)間寬度，在此時(shí)間寬度內(nèi)計(jì)數(shù)器402對(duì)溫度采集器300的頻率為fset的輸出信號(hào)301計(jì)數(shù)。
第二類是“極限點(diǎn)”的頻率數(shù)據(jù)data4，對(duì)應(yīng)于TEC最高工作電壓或電流的頻率值。
第三類是模式數(shù)據(jù)data1和data2，依TEC特性，可以設(shè)置TEC三種工作模式如下a)經(jīng)濟(jì)制冷模式TEC通電產(chǎn)生Peltier效應(yīng)制冷的同時(shí)，也產(chǎn)生焦耳熱，因此有一個(gè)最經(jīng)濟(jì)的工作電流使Peltirer制冷效率最高，模式數(shù)據(jù)為data1。
b)快速制冷模式TEC工作于制冷量最大的電流，模式數(shù)據(jù)為data2。
c)常規(guī)模式由溫控面902的溫度反饋信號(hào)經(jīng)頻率比較器400、頻率生成器500處理后動(dòng)態(tài)控制電荷泵100的開(kāi)關(guān)頻率，控制熱能轉(zhuǎn)移大小，進(jìn)而使溫度保持穩(wěn)定。
參數(shù)設(shè)置器600有兩個(gè)輸出信號(hào)，一個(gè)輸出信號(hào)602包括經(jīng)濟(jì)制冷模式數(shù)據(jù)data1、快速制冷模式數(shù)據(jù)data2、“極限點(diǎn)”數(shù)據(jù)data4均輸入至頻率生成器500的數(shù)據(jù)選擇器502；另一個(gè)輸出信號(hào)603包括溫控點(diǎn)的頻率數(shù)據(jù)data3輸入至頻率比較器400的數(shù)字比較器404。
溫度采集器300用于將TEC溫度信號(hào)變成頻率信號(hào)301輸出，該信號(hào)傳送至頻率比較器400中的計(jì)數(shù)器402，在定時(shí)脈沖生成器401的控制下，經(jīng)計(jì)數(shù)器402計(jì)數(shù)，再經(jīng)鎖存器403鎖存后與來(lái)自參數(shù)設(shè)置器600的輸出信號(hào)603的溫控點(diǎn)頻率數(shù)據(jù)data3在數(shù)字比較器404中進(jìn)行比較，數(shù)字比較器404有二個(gè)比較單元一個(gè)是遲滯比較器，為達(dá)成控制回路的穩(wěn)定，它使實(shí)際溫度高于或低于設(shè)定溫度確定的一個(gè)小量后才產(chǎn)生比較一輸出信號(hào)，該信號(hào)為電流換向器200的電流換向控制信號(hào)405；另一個(gè)是無(wú)遲滯的比較器，輸出的是溫度誤差信號(hào)406，是兩輸入數(shù)據(jù)差值的絕對(duì)值。假設(shè)鎖存器403輸出數(shù)據(jù)大于溫控點(diǎn)頻率數(shù)據(jù)data3一個(gè)設(shè)定小量時(shí)，產(chǎn)生比較進(jìn)位輸出，使電流換向信號(hào)405反相，進(jìn)而控制電流換向器200電流反向，TEC的熱量轉(zhuǎn)移到熱沉面901，TEC溫控面902降溫；如鎖存器403輸出數(shù)據(jù)小于溫控點(diǎn)頻率數(shù)據(jù)data3一個(gè)設(shè)定小量時(shí)，上述過(guò)程相反，TEC溫控面902升溫。溫度誤差信號(hào)406輸入至頻率生成器500的譯碼器501，該譯碼器是一個(gè)數(shù)字積分器，它將溫度誤差信號(hào)406積分后通過(guò)數(shù)據(jù)選擇器502作為分頻器503的分頻初值之一。數(shù)據(jù)選擇器502既可以選擇譯碼器501的輸出，也可以選擇來(lái)自參數(shù)設(shè)置器600的輸出信號(hào)602上的經(jīng)濟(jì)制冷模式數(shù)據(jù)data1、快速制冷模式數(shù)據(jù)data2、“極限點(diǎn)”數(shù)據(jù)data4；分頻器503的計(jì)數(shù)初值來(lái)源于數(shù)據(jù)選擇器502的鎖存輸出，頻率生成器500可簡(jiǎn)單地用整數(shù)分頻來(lái)實(shí)現(xiàn)，為提高全范圍溫控精度，也可用鎖相環(huán)來(lái)生成更密集的頻率，分頻器503對(duì)一個(gè)時(shí)鐘fcnt進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)溢出后自動(dòng)重裝計(jì)數(shù)初值，產(chǎn)生一個(gè)分頻脈沖開(kāi)關(guān)信號(hào)106，其頻率為f106，經(jīng)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器700增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力后驅(qū)動(dòng)電荷泵100，當(dāng)分頻器503初值小于“極限點(diǎn)”數(shù)據(jù)data4，則給分頻器503裝初值data4，這樣使f106不至于超出極限值而使電荷泵100功率過(guò)大。
如圖3A所示的溫度采集器300，包括由電容Ct301、熱敏電阻Rt302和比較器303構(gòu)成的振蕩器。比較器303，其同相輸入端接三個(gè)電阻R1、R2和R3，其中，R1接地，R2接電源Vcc，R3接比較器輸出端；其反相輸入端接一個(gè)電容Ct301到地，反相端與輸出端之間接熱敏電阻Rt。熱敏電阻Rt302作為振蕩器的一個(gè)參數(shù)，其阻值Rt=Ro*eB(1T-1To)]]>…………………式1式1中B是常數(shù)，Ro是溫度To時(shí)的阻值，Rt是溫度T時(shí)的阻值，該振蕩器輸出頻率f_temp∝1/(Rt*Ct)………………式2因此由式1與式2可知，f_temp與溫度有明確的數(shù)學(xué)關(guān)系，從而使溫度采集器300通過(guò)振蕩器而將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成頻率信號(hào)。這種方式在理論上比傳統(tǒng)的模擬控制具有更高溫度分辨率，舉例說(shuō)明如下如果在傳統(tǒng)方式下用一個(gè)10Bit的數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC設(shè)置溫度點(diǎn)，它只有1024個(gè)值，而本結(jié)構(gòu)的溫度采集器300在所須控制溫度范圍內(nèi)，f_temp的變化可輕松超過(guò)100,000Hz，即使在對(duì)頻率整數(shù)計(jì)數(shù)的情況下，仍可設(shè)置100,000個(gè)溫度點(diǎn)，因此理論上本發(fā)明的溫度分辯率比傳統(tǒng)的模擬控制更高。
如圖3B所示的溫度采集器300，包括熱敏電阻Rt302和一壓控振蕩器305，熱敏電阻Rt302與另一電阻R304串聯(lián)對(duì)恒定電壓Vref進(jìn)行分壓，串接點(diǎn)接壓控振蕩器305的控制電壓輸入端，從而產(chǎn)生隨溫度變化的頻率信號(hào)f-temp。
電荷泵100用于改變電流換向器200的輸入電壓Vo的大小。如圖4A所示的電荷泵100，包括開(kāi)關(guān)a與開(kāi)關(guān)b，開(kāi)關(guān)a的第一端接輸入電壓Vcc，第二端與開(kāi)關(guān)b的第一端串聯(lián)，串接點(diǎn)接電容104到參考地電平PGND，開(kāi)關(guān)b的第二端接電容105到地，其接點(diǎn)電壓為Vo，該電壓為電流換向器200的輸入電壓，開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器700用于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)a與開(kāi)關(guān)b。電荷泵100的輸入電壓Vcc與輸出電壓Vo有相同的參考地電平PGND。當(dāng)開(kāi)關(guān)a導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)b斷開(kāi)時(shí)，電壓Vcc對(duì)電容104充電；當(dāng)開(kāi)關(guān)a斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)b導(dǎo)通時(shí)，電容104對(duì)電容105放電。如圖4B所示的電荷泵100，包括四個(gè)開(kāi)關(guān)a、b、c、d，兩電容104和105，其中，開(kāi)關(guān)a第一端接電源電壓Vcc，第二端與開(kāi)關(guān)b的第一端串聯(lián)，其串接點(diǎn)為e；開(kāi)關(guān)c第一端接地，第二端與開(kāi)關(guān)d的第一端串聯(lián)，其串接點(diǎn)為f，串接點(diǎn)e和f接電容104，而開(kāi)關(guān)b與開(kāi)關(guān)d的第二端接電容105，開(kāi)關(guān)b的第二端電壓為Vo，該電壓為電流換向器200的輸入電壓，開(kāi)關(guān)d的第二端接電流換向器200的參考地電平PGND。理想情況下，傳遞給電流換向器200的功率可由式3表示 ……………………式3其中f106是電荷泵100的開(kāi)關(guān)信號(hào)106的頻率，C104是電容104的容量大小，Rtec是TEC工作時(shí)二個(gè)電極間的阻抗，Vo表示電荷泵100的輸出電壓。
由此可見(jiàn)改變電荷泵100的開(kāi)關(guān)頻率信號(hào)f106，就可以改變加在TEC上的電壓Vo的大小。
如圖5所示的電流換向器200，包括四開(kāi)關(guān)K1、K2、K3、K4構(gòu)成，開(kāi)關(guān)K1和K3的第一端接電荷泵100的輸出端，其接點(diǎn)電壓為V0，開(kāi)關(guān)K1的第二端與開(kāi)關(guān)K2的第一端串聯(lián)，其串接點(diǎn)接入TEC900的熱沉面901，且電壓為V1；開(kāi)關(guān)K3的第二端與開(kāi)關(guān)K4的第一端串聯(lián)，其串接點(diǎn)接入TEC900的溫控面902，且電壓為V2；開(kāi)關(guān)K2與開(kāi)關(guān)K4的第二端接入Vo的地電位參考端PGND。設(shè)定電流換向器200控制信號(hào)405為高時(shí)，開(kāi)關(guān)K1、K4導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)K2、K3斷開(kāi)，此時(shí)V1＝Vo，V2＝PGND，溫控面902降溫；當(dāng)電流換向器200的控制信號(hào)405為低時(shí)，開(kāi)關(guān)K1、K4斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)K2、K3導(dǎo)通，此時(shí)V1＝PGND，V2＝Vo，流經(jīng)TEC的電流反向，溫控面902升溫。這樣，通過(guò)改變電流換向器200的電流方向，從而可以切換溫控面902的制冷與制熱操作。
模式數(shù)據(jù)data1、data2及“極限點(diǎn)”數(shù)據(jù)data4，其數(shù)值大小由下面式4確定data＝2N-fcnt/f106………………………………式4式4中N是分頻器503的二進(jìn)制計(jì)數(shù)級(jí)數(shù)，fcnt是分頻器503的計(jì)數(shù)時(shí)鐘，分頻器503由一個(gè)N階二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器構(gòu)成，加法進(jìn)位輸出脈沖在頻率值上等于f106。通過(guò)式4，當(dāng)Vo為TEC最大的工作電壓，可以計(jì)算出data4；當(dāng)Vo為TEC經(jīng)濟(jì)制冷的工作電壓，可以計(jì)算出data1；當(dāng)Vo為TEC快速制冷時(shí)的工作電壓，便可確定與data2的值。
權(quán)利要求
1.一種TEC熱電制冷器控制電路，其特征在于，包括一溫度采集器(300)、一參數(shù)設(shè)置器(600)、一頻率比較器(400)、一頻率生成器(500)、一開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器(700)、一電荷泵(100)和一電流換向器(200)，所述溫度采集器(300)用于將TEC的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成頻率信號(hào)(301)輸出；參數(shù)設(shè)置器(600)，用于設(shè)置TEC工作模式、溫控點(diǎn)數(shù)據(jù)和極限點(diǎn)數(shù)據(jù)，包括兩個(gè)輸出信號(hào)(602、603)，其中一個(gè)輸出信號(hào)(602)包括模式和溫度極限點(diǎn)數(shù)據(jù)，另一個(gè)輸出信號(hào)(603)為溫控點(diǎn)數(shù)據(jù)；頻率比較(400)，將所述溫度采集器(300)的頻率信號(hào)(301)與輸出信號(hào)(603)進(jìn)行比較，輸出一電流換向器(200)的換向控制信號(hào)(405)和控制頻率生成的溫度誤差信號(hào)(406)；頻率生成器(500)由溫度誤差信號(hào)(406)和輸出信號(hào)(602)生成不同頻率的開(kāi)關(guān)信號(hào)(106)；開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器(700)用于增強(qiáng)開(kāi)關(guān)信號(hào)(106)的頻率驅(qū)動(dòng)能力驅(qū)動(dòng)電荷泵(100)；電荷泵(100)為電流換向器(200)提供不同的輸入電壓V0；電流換向器(200)由換向控制信號(hào)(405)和輸入電壓V0改變TEC熱量轉(zhuǎn)移的大小和方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TEC熱電制冷器控制電路，其特征在于，所述電荷泵(100)，包括開(kāi)關(guān)a與開(kāi)關(guān)b，開(kāi)關(guān)a的第一端接輸入電壓Vcc，第二端與開(kāi)關(guān)b的第一端串聯(lián)，其串接點(diǎn)接電容(104)到參考地電平PGND，開(kāi)關(guān)b的第二端接電容(105)到參考地電平PGND，其接點(diǎn)電壓為V0，該電壓為電流換向器(200)的輸入電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TEC熱電制冷器控制電路，其特征在于，所述電荷泵(100)，包括四個(gè)開(kāi)關(guān)a、b、c、d及兩電容(104、105)，其中，開(kāi)關(guān)a第一端接電源電壓Vcc，第二端與開(kāi)關(guān)b的第一端串聯(lián)，其串接點(diǎn)為e；開(kāi)關(guān)c第一端接地，第二端與開(kāi)關(guān)d的第一端串聯(lián)，其串接點(diǎn)為f，串接點(diǎn)e和f接電容(104)，而開(kāi)關(guān)b與開(kāi)關(guān)d的第二端接電容(105)，開(kāi)關(guān)b的第二端電壓為V0，開(kāi)關(guān)d的第二端接電流換向器(200)的參考地電平PGND。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的TEC熱電制冷器控制電路，其特征在于，所述電流換向器(200)，包括四開(kāi)關(guān)K1、K2、K3、K4構(gòu)成，開(kāi)關(guān)K1和K3的第一端接電荷泵(100)的輸出端，其接點(diǎn)電壓為V0，開(kāi)關(guān)K1的第二端與開(kāi)關(guān)K2的第一端串聯(lián)，其串接點(diǎn)接入TEC(900)的熱沉面(901)，且電壓為V1；開(kāi)關(guān)K3的第二端與開(kāi)關(guān)K4的第一端串聯(lián)，其串接點(diǎn)接入TEC(900)的溫控面(902)，且電壓為V2；開(kāi)關(guān)K2與開(kāi)關(guān)K4的第二端接入V0的地電位參考端PGND。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的TEC熱電制冷器控制電路，其特征在于，所述溫度采集器(300)，包括由電容Ct(301)、熱敏電阻Rt(302)和比較器(303)構(gòu)成的振蕩器，其中，比較器(303)的同相輸入端接三個(gè)電阻R1、R2和R3，R1接地，R2接電源Vcc，R3接比較器(303)輸出端；比較器(303)的反相輸入端接電容Ct(301)到地PGND，熱敏電阻Rt(302)位于反相端與輸出端之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的TEC熱電制冷器控制電路，其特征在于，所述溫度采集器(300)，包括熱敏電阻Rt(302)和一壓控振蕩器(305)，熱敏電阻Rt(302)與電阻(304)串聯(lián)對(duì)恒定電壓Vref分壓，此分壓接壓控振蕩器(305)的控制電壓輸入端，從而產(chǎn)生隨溫度變化的頻率信號(hào)f-temp。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TEC熱電制冷器控制電路，其特征在于，所述參數(shù)設(shè)置器(600)包括一存儲(chǔ)器(601)和一數(shù)字接口電路(602)，所述存儲(chǔ)器(601)存儲(chǔ)TEC工作模式數(shù)據(jù)、溫控點(diǎn)數(shù)據(jù)和極限點(diǎn)數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TEC熱電制冷器控制電路，其特征在于，所述頻率比較器(400)包括一定時(shí)脈沖生成器(401)、一計(jì)數(shù)器(402)、一鎖存器(403)和一數(shù)字比較器(404)，由定時(shí)脈沖生成器(401)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)和頻率信號(hào)(301)同時(shí)輸入至計(jì)數(shù)器(402)計(jì)數(shù)產(chǎn)生二進(jìn)制數(shù)值信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)鎖存器(403)鎖存后，與輸出信號(hào)(603)的溫控點(diǎn)數(shù)據(jù)一起經(jīng)數(shù)字比較器(404)進(jìn)行比較，產(chǎn)生一溫度誤差信號(hào)(406)和一比較進(jìn)位信號(hào)(405)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TEC熱電制冷器控制電路，其特征在于，所述頻率生成器(500)包括一譯碼器(501)、一數(shù)字選擇器(502)和一分頻器(503)，溫度誤差信號(hào)(406)經(jīng)譯碼器(501)變換后，輸入數(shù)據(jù)選擇器(502)，其輸出作為自動(dòng)重裝分頻器(503)的初始計(jì)數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種TEC熱電制冷器控制電路，包括一溫度采集器、一參數(shù)設(shè)置器、一頻率比較器、一頻率生成器、一開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、一電荷泵和一電流換向器，所述溫度采集器用于將TEC的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成頻率信號(hào)輸出；參數(shù)設(shè)置器，用于設(shè)置TEC工作模式、溫控點(diǎn)數(shù)據(jù)和極限點(diǎn)數(shù)據(jù)并輸出；頻率比較器輸出一電流換向器的換向控制信號(hào)和溫度誤差信號(hào)；頻率生成器由溫度誤差信號(hào)和具有工作模式和極限點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸出信號(hào)生成不同頻率的開(kāi)關(guān)信號(hào)；開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器用于增強(qiáng)開(kāi)關(guān)信號(hào)的頻率驅(qū)動(dòng)能力驅(qū)動(dòng)電荷泵；電荷泵為電流換向器提供不同的輸入電壓V
文檔編號(hào)H02M3/07GK1983100SQ200510120870
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
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