一种PCR仪温度控制电路系统技术方案

本发明专利技术属于体外诊断仪器聚合酶链式反应仪技术领域，具体公开了一种PCR仪温度控制电路系统，包括参考电压源、温度采样电路、误差放大电路、PID电路、负反馈电路、精密控温功率驱动电路、半导体制冷器、快速变温功率驱动电路、单片机、测温电路，参考电压源提供参考电压，温度采样电路检测控温对象的温度；误差放大电路将输出电压进行差分放大后输出；PID电路将误差放大电路的输出电压进行校正补偿；精密控温功率驱动电路驱动半导体制冷器给控温对象加热或制冷；测温电路将温敏电阻两端的电压与参考电压进行差分、放大、调偏置后输出给单片机，单片机检测测温电路的输出电压并对该电压进行温度转换，可以同时提升PCR仪的升温、降温速率和控温精度。

【技术实现步骤摘要】
一种PCR仪温度控制电路系统
本专利技术涉及体外诊断仪器聚合酶链式反应(PCR)仪
，更具体地，涉及一种PCR仪温度控制电路系统。
技术介绍
随着聚合酶链式反应(PCR)技术在生命科学和基因工程中的广泛应用，PCR仪已成为体外诊断(IVD)领域重要的装置。PCR扩增反应需要经过变性(93℃)、退火(55℃)、延伸(72℃)3个温度阶段的循环，每个循环完成一次DNA的复制。由于温度循环过程中需要快速的升温、降温以及尽可能高的控温精度，因此提升PCR仪的升温、降温速率和控温精度就变得非常重要。传统PCR仪温度控制电路方案多采用数字控温的方案，该方案受限于电路纹波大的缺点而无法进行更高精度的控温，而且该方案对软件编程要求很高，因此需要对传统的PCR仪温度控制系统进行改进以提高升温、降温速率和控温精度。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述弊端，本专利技术的目的是提供一种PCR仪温度控制电路系统，可以同时提升PCR仪的升温、降温速率和控温精度。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：一种PCR仪温度控制电路系统，包括参考电压源、温度采样电路、温度设置电路、误差放大电路、PID电路、负反馈电路、精密控温功率驱动电路、半导体制冷器、快速变温功率驱动电路、单片机、测温电路、大功率单电源以及程控双电源，其中：所述参考电压源，用于提供所述温度采样电路和所述测温电路所需的参考电压；所述温度采样电路，由温敏电阻和定值电阻组成，用于检测控温对象的温度；所述温度设置电路，用于输出一代表设置温度的电压值；所述误差放大电路，用于将所述温度采样电路的输出电压与所述温度设置电路的输出电压进行差分放大后输出到所述PID电路；所述PID电路，用于将所述误差放大电路的输出电压进行校正补偿；所述负反馈电路，其输出端连接所述精密控温功率驱动电路的输入端，用于提升所述精密控温功率驱动电路的控温稳定性；所述精密控温功率驱动电路，用于驱动所述半导体制冷器；所述半导体制冷器，用于给所述控温对象加热或制冷；所述程控双电源，用于单独给所述精密控温功率驱动电路供电；所述测温电路，用于将所述温敏电阻两端的电压与所述参考电压进行差分、放大、调偏置后输出给所述单片机的AD采样电路；所述单片机，用于控制所述温度设置电路输出所述代表设置温度的电压值，及检测所述测温电路的输出电压并对该电压进行温度转换，以及对所述快速变温功率驱动电路和所述精密控温功率驱动电路进行控制；所述快速变温功率驱动电路，用于给所述半导体制冷器提供最大的驱动功率，保证控温对象的快速升温、降温；所述大功率单电源，用于给所述快速变温功率驱动电路供电。优选的，所述程控双电源的通断受所述单片机的控制，当所述控温对象处于快速升温、降温阶段时，所述程控双电源的供电电压为0；当所述控温对象处于精密控温阶段时，所述程控双电源给所述精密控温功率驱动电路供电。优选的，所述温度采样电路由一个阻值随检测温度变化的温敏电阻和一个定值电阻组成，所述定值电阻和所述温敏电阻串联后接在所述参考电压源的输出端。优选的，所述精密控温功率驱动电路包括NPN型达林顿管Q1、NPN型达林顿管Q2、PNP型达林顿管Q3、PNP型达林顿管Q4、限流电阻R1和限流电阻R2，所述NPN型达林顿管Q1的基极和所述PNP型达林顿管Q3的基极均连接所述负反馈电路的输出端，所述NPN型达林顿管Q1的集电极和所述NPN型达林顿管Q2的集电极均连接所述程控双电源的正端，所述NPN型达林顿管Q1的发射极连接所述NPN型达林顿管Q2的基极，所述NPN型达林顿管Q2的发射极串联所述限流电阻R1后连接所述半导体制冷器TEC的正极，所述半导体制冷器TEC的负极连接电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端连接所述程控双电源的接地端，所述PNP型达林顿管Q3的集电极和所述PNP型达林顿管Q4的集电极连接所述程控双电源的负端，所述PNP型达林顿管Q3的发射极连接所述PNP型达林顿管Q4的基极，所述PNP型达林顿管Q4的发射极串联所述限流电阻R2后连接所述半导体制冷器TEC的正极。优选的，所述快速变温功率驱动电路包括H桥控制电路和大功率H桥驱动电路，所述H桥控制电路采用H桥专用控制芯片U1，所述H桥专用控制芯片U1包括左半桥高侧输入引脚IH1、左半桥低侧输入引脚IL1、右半桥高侧输入引脚IH2、右半桥低侧输入引脚IL2、左半桥高侧MOSFET管栅极连接端口GH1、左半桥高侧自举电容正连接端口BH1、左半桥高侧MOSFET管源极连接端口SH1、左半桥低侧MOSFET管栅极连接端口GL1、右半桥高侧MOSFET管栅极连接端口GH2、右半桥高侧自举电容正连接端口BH2、右半桥高侧MOSFET管源极连接端口SH2、右半桥低侧MOSFET管栅极连接端口GL2,所述大功率H桥驱动电路包括MOSFET管U2、MOSFET管U3、MOSFET管U4以及MOSFET管U5，其中，所述左半桥高侧输入引脚IH1、左半桥低侧输入引脚IL1、右半桥高侧输入引脚IH2、右半桥低侧输入引脚IL2均连接单片机MCU，所述左半桥高侧MOSFET管栅极连接端口GH1串联电阻R1后接MOSFET管U2的栅极，MOSFET管U2的漏极连接所述大功率单电源的正极，所述左半桥高侧自举电容正连接端口BH1接电容C1的一端，所述左半桥高侧MOSFET管源极连接端口SH1分别接电容C1的另一端、MOSFET管U2的源极、MOSFET管U3的漏极以及TEC的正极，所述左半桥低侧MOSFET管栅极连接端口GL1串联电阻R2后连接MOSFET管U3的栅极，所述MOSFET管U3的源极连接所述大功率单电源的负极，所述右半桥高侧MOSFET管栅极连接端口GH2串联电阻R3后连接MOSFET管U4的栅极，MOSFET管U4的漏极连接所述大功率单电源的正极，右半桥高侧自举电容正连接端口BH2连接电容C3的一端，所述右半桥高侧MOSFET管源极连接端口SH2分别连接电容C3的另一端、MOSFET管U4的源极、MOSFET管U5的漏极以及TEC的负极，所述右半桥低侧MOSFET管栅极连接端口GL2串联电阻R4后连接MOSFET管U5的栅极，MOSFET管U5的源极连接所述大功率单电源的负极。本专利技术实施例的PCR仪温度控制电路系统具有以下优点:相比传统PCR仪温度控制电路系统，本电路系统充分利用快速升温、降温电路设计方案驱动电流大，驱动方向简单可控的优点和精密控温电路设计方案纹波小，控温精度高的优点，这样可以同时提高升温、降温速率和控温精度；而且，程控双电源和大功率单电源独立可控，这样只需要分别降低程控双电源的纹波和提高大功率单电源的功率就可同时进一步提高升温、降温速率和控温精度。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种PCR仪温度控制电路系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的精密控温功率驱动电路和半导体制冷器的连接结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的快速变温功率驱动电路的系统框图；图4为本专利技术实施例提供的快速变温功率驱动电路的结构示意图。...

【技术保护点】
1.一种PCR仪温度控制电路系统，其特征在于，包括参考电压源、温度采样电路、温度设置电路、误差放大电路、PID电路、负反馈电路、精密控温功率驱动电路、半导体制冷器、快速变温功率驱动电路、单片机、测温电路、大功率单电源以及程控双电源，其中：/n所述参考电压源，用于提供所述温度采样电路和所述测温电路所需的参考电压；/n所述温度采样电路，由温敏电阻和定值电阻组成，用于检测控温对象的温度；/n所述温度设置电路，用于输出一代表设置温度的电压值；/n所述误差放大电路，用于将所述温度采样电路的输出电压与所述温度设置电路的输出电压进行差分放大后输出到所述PID电路；/n所述PID电路，用于将所述误差放大电路的输出电压进行校正补偿；/n所述负反馈电路，其输出端连接所述精密控温功率驱动电路的输入端，用于提升所述精密控温功率驱动电路的控温稳定性；/n所述精密控温功率驱动电路，用于驱动所述半导体制冷器；/n所述半导体制冷器，用于给所述控温对象加热或制冷；/n所述程控双电源，用于单独给所述精密控温功率驱动电路供电；/n所述测温电路，用于将所述温敏电阻两端的电压与所述参考电压进行差分、放大、调偏置后输出给所述单片机的AD采样电路；/n所述单片机，用于控制所述温度设置电路输出所述代表设置温度的电压值，及检测所述测温电路的输出电压并对该电压进行温度转换，以及对所述快速变温功率驱动电路和所述精密控温功率驱动电路进行控制；/n所述快速变温功率驱动电路，用于给所述半导体制冷器提供最大的驱动功率，保证控温对象的快速升温、降温；/n所述大功率单电源，用于给所述快速变温功率驱动电路供电。/n...

【技术特征摘要】
1.一种PCR仪温度控制电路系统，其特征在于，包括参考电压源、温度采样电路、温度设置电路、误差放大电路、PID电路、负反馈电路、精密控温功率驱动电路、半导体制冷器、快速变温功率驱动电路、单片机、测温电路、大功率单电源以及程控双电源，其中：
所述参考电压源，用于提供所述温度采样电路和所述测温电路所需的参考电压；
所述温度采样电路，由温敏电阻和定值电阻组成，用于检测控温对象的温度；
所述温度设置电路，用于输出一代表设置温度的电压值；
所述误差放大电路，用于将所述温度采样电路的输出电压与所述温度设置电路的输出电压进行差分放大后输出到所述PID电路；
所述PID电路，用于将所述误差放大电路的输出电压进行校正补偿；
所述负反馈电路，其输出端连接所述精密控温功率驱动电路的输入端，用于提升所述精密控温功率驱动电路的控温稳定性；
所述精密控温功率驱动电路，用于驱动所述半导体制冷器；
所述半导体制冷器，用于给所述控温对象加热或制冷；
所述程控双电源，用于单独给所述精密控温功率驱动电路供电；
所述测温电路，用于将所述温敏电阻两端的电压与所述参考电压进行差分、放大、调偏置后输出给所述单片机的AD采样电路；
所述单片机，用于控制所述温度设置电路输出所述代表设置温度的电压值，及检测所述测温电路的输出电压并对该电压进行温度转换，以及对所述快速变温功率驱动电路和所述精密控温功率驱动电路进行控制；
所述快速变温功率驱动电路，用于给所述半导体制冷器提供最大的驱动功率，保证控温对象的快速升温、降温；
所述大功率单电源，用于给所述快速变温功率驱动电路供电。


2.根据权利要求1所述的PCR仪温度控制电路系统，其特征在于，所述程控双电源的通断受所述单片机的控制，当所述控温对象处于快速升温、降温阶段时，所述程控双电源的供电电压为0；当所述控温对象处于精密控温阶段时，所述程控双电源给所述精密控温功率驱动电路供电。


3.根据权利要求1所述的PCR仪温度控制电路系统，其特征在于，所述温度采样电路由一个阻值随检测温度变化的温敏电阻和一个定值电阻组成，所述定值电阻和所述温敏电阻串联后接在所述参考电压源的输出端。


4.根据权利要求1所述的PCR仪温度控制电路系统，其特征在于，所述精密控温功率驱动电路包括NPN型达林顿管Q1、NPN型达林顿管Q2、PNP型达林顿管Q3、PNP型达林顿管Q4、限流电阻R1和限流电阻R2，所述NPN型达林顿管Q1的基极和所述PNP型达林顿管Q3的基极均连接所述负反馈电路的输出端，所述NPN型达林顿管Q1的集电极和所述NPN型达林顿管Q2的集电极均连接所述程控双电源的正端，所述NPN型达...

【专利技术属性】
技术研发人员：万鸿飞，刘珍峰，
申请(专利权)人：无锡莱浙光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32