一种TEC制冷装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及制冷技术领域，具体公开一种TEC制冷装置，包括PID信号输出电路、差分电路、三角波发生器、PWM信号生成电路、H桥前臂电路、H桥后臂电路、TEC制冷电路；PID信号输出电路输出信号给差分电路，差分电路输出信号给PWM信号生成电路；三角波发生器输出三角波信号给所述PWM信号生成电路；PWM信号生成电路根据三角波发生器输出的三角波信号及差分电路输出的信号，输出PWM信号，并分别发送给H桥前臂电路及H桥后臂电路，TEC制冷电路正极与H桥前臂电路连接，TEC制冷电路负极与所述H桥后臂电路连接。本发明专利技术改善了电压调节的线性度差的难题，TEC工作在零点状态时，比较平稳，TEC工作电压只与设定值有关，与波动值无关。

【技术实现步骤摘要】
一种TEC制冷装置
本专利技术涉及制冷
，特别涉及一种TEC制冷装置。
技术介绍
制冷技术在激光器中是至关重要的。激光器中激光晶体控温精度较高，需要制冷的精度也很高。目前制冷技术有水冷、气冷和电制冷，本专利技术讨论为电制冷(TEC电制冷)技术。半导体致冷器(ThermoElectricCooler)是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。所谓珀尔帖效应，是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。重掺杂的N型和P型的碲化铋主要用作TEC的半导体材料，碲化铋元件采用电串联，并且是并行发热。TEC包括一些P型和N型对(组)，它们通过电极连在一起，并且夹在两个陶瓷电极之间；当有电流从TEC流过时，电流产生的热量会从TEC的一侧传到另一侧，在TEC上产生″热″侧和″冷″侧，这就是TEC的加热与致冷原理。电制冷(TEC电制冷)技术通常的操作环境为，设置值设定后，根据温度采集值进行误差分析，得到温度偏差ΔT，PID算法根据ΔT计算出TEC驱动值(电压)，TEC驱动根据驱动值提供驱动电压和驱动方向，其中PID算法分为模拟和数字PID算法，目前比较常用的是数字PID算法，本专利技术专利中以此为数据驱动。数字PID算法一般为TEC驱动提供两路信号，一路为PWM(脉宽调制模式简称)信号，主要功能是控制TEC工作电压大小，决定了制冷系统功率大小；另外一路是方向控制信号，控制TEC工作电压的方向，决定制冷系统是工作在制冷状态还是加热状态。请参阅图1，传统TEC驱动技术：制冷系统关系到激光器工作稳定性，传统的作用采用H型桥控制TEC制冷，H桥作用是调电压方向，通过调整H型电压直至为0V，控制温度目标值与实际温度值之间的吻合关系直接关系到控温系统的稳定性。H型控温办法线性度很差，导致电压波动，从而直接影响控温系统的稳定性。具体如下图2所示。其工作流程为：当“方向控制信号”为1时，U1A使能，U1B一直输入为0，致使Q2和Q3一直处于关断状态，Q1和Q4执行QWM输出，电流从Q1经过L1再经过TEC+——Tec-——L2——Q4——GND，TEC处于制冷状态，制冷功率由PWM的占空比(D)决定；当方向状态信号为0时，U1A处于关断状态，U1B使能，致使Q1和Q4一直处于关断状态，Q2和Q3执行QWM输出，电流从Q3经过L2再经过TEC-——Tec+——L1——Q2——GND，TEC处于加热状态，制冷功率由PWM的占空比(D)决定。传统TEC驱动技术的缺点：TEC工作电压在0附近时，方向信号频繁变动，给电控带来很大的不稳定；TEC工作电压除了受占空比控制外，还受到供电电压Vcc电压波动而波动。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有TEC制冷驱动技术的缺陷，增强稳定性，提供一种TEC制冷装置。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种TEC制冷装置，包括PID信号输出电路、差分电路、三角波发生器、PWM信号生成电路、H桥前臂电路、H桥后臂电路、TEC制冷电路；所述PID信号输出电路输出信号给所述差分电路，所述差分电路输出信号给所述PWM信号生成电路；所述三角波发生器输出三角波信号给所述PWM信号生成电路；所述PWM信号生成电路根据所述三角波发生器输出的三角波信号及所述差分电路输出的信号，输出PWM信号，并分别发送给所述H桥前臂电路及H桥后臂电路，所述TEC制冷电路正极与所述H桥前臂电路连接，所述TEC制冷电路负极与所述H桥后臂电路连接；所述三角波发生器、所述PWM信号生成电路、所述H桥前臂电路及所述H桥后臂电路的输入电压为VCC；所述差分电路输入电压为基准电压为所述TEC制冷电路电压UTEC为：其中，A为所述差分电路的放大倍数。一些实施例中，所述PID信号输出电路为数字PID信号输出电路，所述数字PID信号输出电路通过DA芯片输出模拟信号。一些实施例中，所述PID信号输出电路的输出电压VPID为时，所述H桥前臂电压U前为所述H桥后臂电压U后为所述TEC制冷电路电压UTEC为：所述PID信号输出电路的输出电压VPID大于时，所述TEC制冷电路电压UTEC为正值，所述TEC制冷电路处于制冷状态；所述PID信号输出电路的输出电压VPID小于时，所述TEC制冷电路电压UTEC为负值，所述TEC制冷电路处于加热状态。一些实施例中，差分电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的正极分别通过第一电阻与PID信号输出电路连接、通过第二电阻与1/2Vcc输入电源连接；所述第一运算放大器的负极分别通过第三电阻与1/2Vref基准电压连接、通过第四电阻与所述第一运算放大器输出端连接。一些实施例中，所述三角波发生器包括第二运算放大器，以及与所述第二运算放大器连接的RC积分电路构成；所述第二运算放大器正极通过第五电阻与Vcc输入电压连接，还通过所述第七电阻接地；所述第二运算放大器输出端通过所述第八电阻与所述Vcc输入电压连接，所述第二运算放大器正极与所述第二运算放大器输出端之间通过第六电阻连接；所述第二运算放大器负极通过第九电阻与所述第二运算放大器的输出端连接，所述第二运算放大器负极与所述PWM信号生成电路连接，所述第二运算放大器负极还与第一电容一端连接，所述第一电容另一端接地；所述第五电阻、所述第六电阻及所述第七电阻的值相等且远远大于第八电阻的值。一些实施例中，所述PWM信号生成电路为第三运算放大器，所述第三运算放大器正极与所述第一运算放大器的输出端连接，所述第三运算放大器的负极与所述第二运算放大器的负极连接，所述第三运算放大器的输出端分别与所述H桥前臂电路、所述H桥后臂电路输入端连接。一些实施例中，所述H桥前臂电路包括两个并联的第四放大器及第五放大器，所述第四放大器输出端与第一CMOS管输入端连接，所述第五放大器输出端与第二CMOS管栅极连接，所述第一CMOS管的源极与所述第二CMOS管的漏极连接，所述第一CMOS管的漏极连接输入电压VCC，所述第二CMOS管的源极接地，所述第一CMOS管源极与所述第二CMOS管漏极之间连接有第一LC电路，所述第一LC电路与所述TEC制冷电路阳极连接。一些实施例中，所述H桥后臂电路包括两个并联的第六放大器及第七放大器，所述第六放大器输出端与第三CMOS管输入端连接，所述第七放大器输出端与第四CMOS管栅极连接，所述第三CMOS管的源极与所述第四CMOS管的漏极连接，所述第一CMOS管的漏极连接输入电压VCC，所述第四CMOS管的源极接地，所述第三CMOS管源极与所述第四CMOS管漏极之间连接有第二LC电路，所述第二LC电路与所述TEC制冷电路阴极连接。本专利技术的有益效果在于：利用新型的双月型控温系统调制办法，改善了电压调节的线性度差的难题；TEC工作零点1/2Vcc处，当TEC工作在零点状态时，比较平稳，TEC工作电压只与设定值有关，而与波动值无关，因此，可以根据软件方便设定TEC最大工作电压。附图说明图1示出传统TEC制冷装置的电路图。图2为根据本专利技术一个实施例的TEC制冷装置的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TEC制冷装置，其特征在于：包括PID信号输出电路、差分电路、三角波发生器、PWM信号生成电路、H桥前臂电路、H桥后臂电路、TEC制冷电路；所述PID信号输出电路输出信号给所述差分电路，所述差分电路输出信号给所述PWM信号生成电路；所述三角波发生器输出三角波信号给所述PWM信号生成电路；所述PWM信号生成电路根据所述三角波发生器输出的三角波信号及所述差分电路输出的信号，输出PWM信号，并分别发送给所述H桥前臂电路及H桥后臂电路，所述TEC制冷电路正极与所述H桥前臂电路连接，所述TEC制冷电路负极与所述H桥后臂电路连接；所述三角波发生器、所述PWM信号生成电路、所述H桥前臂电路及所述H桥后臂电路的输入电压为VCC；所述差分电路输入电压为

【技术特征摘要】
1.一种TEC制冷装置，其特征在于：包括PID信号输出电路、差分电路、三角波发生器、PWM信号生成电路、H桥前臂电路、H桥后臂电路、TEC制冷电路；所述PID信号输出电路输出信号给所述差分电路，所述差分电路输出信号给所述PWM信号生成电路；所述三角波发生器输出三角波信号给所述PWM信号生成电路；所述PWM信号生成电路根据所述三角波发生器输出的三角波信号及所述差分电路输出的信号，输出PWM信号，并分别发送给所述H桥前臂电路及H桥后臂电路，所述TEC制冷电路正极与所述H桥前臂电路连接，所述TEC制冷电路负极与所述H桥后臂电路连接；所述三角波发生器、所述PWM信号生成电路、所述H桥前臂电路及所述H桥后臂电路的输入电压为VCC；所述差分电路输入电压为基准电压为所述TEC制冷电路电压UTEC为：其中，A为所述差分电路的放大倍数。2.如权利要求1所述的TEC制冷装置，其特征在于：所述PID信号输出电路为数字PID信号输出电路，所述数字PID信号输出电路通过DA芯片输出模拟信号。3.如权利要求1所述的TEC制冷装置，其特征在于：所述PID信号输出电路的输出电压VPID为时，所述H桥前臂电压U前为所述H桥后臂电压U后为所述TEC制冷电路电压UTEC为：所述PID信号输出电路的输出电压VPID大于时，所述TEC制冷电路电压UTEC为正值，所述TEC制冷电路处于制冷状态；所述PID信号输出电路的输出电压VPID小于时，所述TEC制冷电路电压UTEC为负值，所述TEC制冷电路处于加热状态。4.如权利要求1所述的TEC制冷装置，其特征在于：差分电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的正极分别通过第一电阻与PID信号输出电路连接、通过第二电阻与1/2Vcc输入电源连接；所述第一运算放大器的负极分别通过第三电阻与1/2Vref基准电压连接、通过第四电阻与所述第一运算放大器输出端连接。5.如权利要求4所述的TEC制冷装置，其特征在于：所述三角波发生器包括第二运算放大器，以及与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正祥，张晓雷，张晶，
申请(专利权)人：北京国科世纪激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11