一种半导体制冷器控温系统技术方案

本发明专利技术旨在提供一种干扰性小、低噪声的半导体制冷器控温系统。本发明专利技术包括四组温度测量模块、四组信号放大模块、MCU模块、两组H桥驱动模块、DAC模块、两组恒流源模块以及两组半导体制冷器，四组所述温度测量模块对应与四组所述信号放大模块的输入端连接，四组所述信号放大模块的输出端连接于所述MCU模块，所述MCU模块的输出端分三路，其中两路分别接所述H桥驱动模块和所述半导体制冷器，另外一路通过所述DAC模块接两组所述恒流源模块。本发明专利技术应用于控温系统的技术领域。控温系统的技术领域。控温系统的技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体制冷器控温系统


[0001]本专利技术应用于控温系统的
,特别涉及一种半导体制冷器控温系统。

技术介绍

[0002]随着VCSEL技术的发展以及VCSEL在电子消费领域的普及，VCSEL广泛应用于各行各业中，随之而来的是基于VCSEL技术开发设计的IC也越来越普及，在这类IC的测试领域我们都会使用TEC来对这类IC进行温度控制，以便于测得它在不同温度状态下的相关属性。对于现有市场上的TEC的驱动板卡，都是通过PWM模式驱动加PID算法来实现TEC的温度精确控制。对于信号灵敏度要求不高的IC来说这种方式是能满足要求的，但是对于信号灵敏度要求高的IC来说，PWM模式驱动会给信号采集带来很大的噪声，以致收集到的信号完全不能使用。因此有必要提供一种干扰性小、低噪声的半导体制冷器控温系统。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种干扰性小、低噪声的半导体制冷器控温系统。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术包括四组温度测量模块、四组信号放大模块、MCU模块、两组H桥驱动模块、DAC模块、两组恒流源模块以及两组半导体制冷器，四组所述温度测量模块对应与四组所述信号放大模块的输入端连接，四组所述信号放大模块的输出端连接于所述MCU模块，所述MCU模块的输出端分三路，其中两路分别接所述H桥驱动模块和所述半导体制冷器，另外一路通过所述DAC模块接两组所述恒流源模块。
[0005]由上述方案可见，所述半导体制冷器控温系统主要通过所述半导体制冷器把温度的变化转换为电阻值的变化，从而引起两端电压的变化，后面的所述信号放大模块将其信号放大，并传输到后端的所述DAC模块，所述DAC模块对输入的模拟信号进行变换，通过串口将模拟信号的值传输进所述MCU模块。所述MCU模块根据输入的数值，通过PID算法，通过控制所述半导体制冷器的控制板的电流方向及大小来调节所述半导体制冷器的工作状态，控制其加热或制冷，从而达到控温的目的。
[0006]所述MCU模块控制所述H桥驱动模块相应的场效应管的导通与关闭，来控制电流的流向，如图7；测试条件：环境温度26℃，目标温度分别为50和53℃，所述半导体制冷器制热曲线如图8；图8上两条曲线代表两个不同目标温度的变化情况。
[0007]测试条件：环境温度26℃，目标温度分别为13和12℃，所述半导体制冷器制冷曲线如图9；图9上两条曲线代表两个不同目标温度的变化情况。
[0008]由图11和图12得知，采用恒流方式控温噪声电流在
‑
45dBuA以下，而采用PWM方式控温的话，噪声在
‑
40dB以下，且有较多锯齿状的波形，不利于EMC测试结果的通过。
[0009]所述半导体制冷器控温系统与传统的压缩机制冷方式相比，具有如下几个优点：1、所述半导体制冷器的控温方式为可选为恒流驱动，可以减少对被测物料的EMI
干扰；2、整个制冷系统体积小，而且设备工作时不会产生噪声；3、不需要使用冷媒制冷，能适用于对易燃气体有要求的场合，不需要考虑冷媒泄露对环境对人身安全的影响；4、没有压缩机的存在，使得其对外部设备的电磁干扰大大减少；5、宽电压输入，适用于多种额定电压的所述半导体制冷器元件；6、使用PID算法控温，使控温曲线平缓。
[0010]如果采取传统的压缩机制冷的方式，可以实现制冷的目的，但是压缩机体积大，且运行时有明显的振动和噪声，同时，由于压缩机制冷使用的冷媒在压缩机停止工作后，部分已经液化的冷媒还在蒸发板中，还会蒸发吸收热量，所以导致控温不及时，不平缓。压缩机由于内部有电机，所以运行时会对外部元器件产生电磁干扰，如果被测量的信号很微弱的话，容易影响测量的结果。所述半导体制冷器控温系统兼容PWM模式驱动和恒流模式驱动TEC的电路，并且都可以通过PID算法来实现高精度的温度控制；两种驱动模式可以直接通过软件指令来切换；当使用恒流模式驱动TEC时它的干扰比PWM模式驱动时的干扰小3倍以上。
[0011]一个优选方案是，所述温度测量模块包括热敏电阻、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻，所述热敏电阻的一端分两路，一路接所述第二电阻，另一路经所述第一电阻接电压VCC，所述第二电阻的另一端分两路，一路接第一信号端口，另一路经所述第四电阻接地，所述热敏电阻的另一端分两路，一路接第二信号端口，另一路经所述第三电阻接地。
[0012]由上述方案可见，所述温度测量模块工作原理：根据所述热敏电阻NTC的性质，电阻值随着温度的变化而变化可知，所述热敏电阻NTC两端的电压Vab为：由于Vab=Va
‑
VbVa=(Vntc/(R1+R2+R4))*(R2+R4)Vb=Va/(Rntc+R3)*R3因此Vab=Va
‑
Va/(Rntc+R3)*R3 =Va*(1
‑
1/(Rntc+R3)*R3)=(Vntc/(R1+R2+R4))*(R2+R4)*(1
‑
1/(Rntc+R3)*R3)(1.1)根据上述公式，得出Vab与Rntc之间的关系为：Rntc=(1/((1
‑
Vab/(Vntc/(R1+R2+R4))*(R2+R4))*R3))
‑
R3(1.2)而Vab与输入放大器的信号的关系为：Vsignal=((Vab/Rntc)*R3)
‑
(Vntc/(R1+R2+R4))*R4由式(1.1)与式(1.2)带入上述公式，化简后为：Vsigna=(
‑
R4*Vntc*(
‑
R3*Rntc*(R2+R4)+R3+Rntc))/((R3+Rntc)*(R1+R2+R4))这样就可以通过测量电压来计算出所述热敏电阻NTC的阻值，通过所述热敏电阻NTC的阻值得出不同的温度值。所述热敏电阻NTC的电压信号将进入所述信号放大模块的放大电路中，进行信号放大处理，以增强信号的抗干扰能力以及传输的稳定性等的特性。通过调节所述第一电阻R1的阻值来控制放大器的增益，所述第一电阻R1阻值对应的放大增益如
下表：R1阻值（Ω）放大器增益49.9k1.99012.4k4.9845.49k9.9982.61k19.931.00k50.40499100.0249199.4100495.049.9991.0一个优选方案是，所述信号放大模块包括第一运算放大器和第五电阻，所述第一运算放大器的第一管脚接第一信号端口，所述第一运算放大器的第二管脚与第三管脚串联于所述第五电阻，所述第一运算放大器的第四管脚接第二信号端口，所述第一运算放大器的第六管脚接地。
[0013]由上述方案可见，第一运算放大器的芯片型号为AD8221ARZ
‑
R7。
[0014]一个优选方案是，所述H桥驱动模块包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、以及第四场效应管，所述第一场效应管的漏极连接与所述第二场效应管的漏极、且两者的节点连接于电压,所述第一场效应管的源极连接于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体制冷器控温系统，其特征在于：它包括四组温度测量模块（1）、四组信号放大模块（2）、MCU模块（3）、两组H桥驱动模块（4）、DAC模块（5）、两组恒流源模块（6）以及两组半导体制冷器（7），四组所述温度测量模块（1）对应与四组所述信号放大模块（2）的输入端连接，四组所述信号放大模块（2）的输出端连接于所述MCU模块（3），所述MCU模块（3）的输出端分三路，其中两路分别接所述H桥驱动模块（4）和所述半导体制冷器（7），另外一路通过所述DAC模块（5）接两组所述恒流源模块（6）。2.根据权利要求1所述的一种半导体制冷器控温系统，其特征在于：所述温度测量模块（1）包括热敏电阻（NTC）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）以及第四电阻（R4），所述热敏电阻（NTC）的一端分两路，一路接所述第二电阻（R2），另一路经所述第一电阻（R1）接电压VCC，所述第二电阻（R2）的另一端分两路，一路接第一信号端口（SIGNAL N），另一路经所述第四电阻（R4）接地，所述热敏电阻（NTC）的另一端分两路，一路接第二信号端口（SIGNAL P），另一路经所述第三电阻（R3）接地。3.根据权利要求2所述的一种半导体制冷器控温系统，其特征在于：所述信号放大模块（2）包括第一运算放大器（U1）和第五电阻（R5），所述第一运算放大器（U1）的第一管脚接第一信号端口（SIGNAL N），所述第一运算放大器（U1）的第二管脚与第三管脚串联于所述第五电阻（R5），所述第一运算放大器（U1）的第四管脚接第二信号端口（SIGNAL P），所述第一运算放大器（U1）的第六管脚接地。4.根据权利要求1所述的一种半导体制冷器控温系统，其特征在于：所述H桥驱动模块（4）包括第一场效应管（Q1）、第二场效应管（Q2）、第三场效应管（Q3）、以及第四场效应管（Q4），所述第一场效应管（Q1）的漏极（D）连接与所述第二场效应管（Q2）的漏极（D）、且两者的节点连接于电压（TEC VCC）,所述第一场效应管（Q1）的源极（S）连接于所述第三场效应管（Q3）的漏极（D），且两者的节点连接于所述半导体制冷器（7）的第一端口（TEC 1）,所述第二场效应管（Q2）的源极（S）连接于所述第四场...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴先铭，秦宇，钟诚，林维，
申请(专利权)人：珠海市运泰利自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：