采用半导体制冷器的大功率精密温度控制电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种采用半导体制冷器的大功率精密温度控制电路，包括半导体制冷器、核心控制器、用于感应半导体制冷器温度的温度传感器和用于控制半导体制冷器的功率驱动电路，采用半导体制冷器TEC作为温度元件，采用核心处理器实现制冷、制热双向控制和功率的控制，通过使用MOSFET大功率管控制电路实现了对半导体制冷器的大功率驱动、制冷和制热双向控制以及准确的功率控制，根据设定的温度点进行PID控制和PWM调制输出，将温度控制在较高的精度水平，并完成功率驱动放大；可以在一块很小的电路板内实现额定350W的功率驱动，同时实现制冷制热两个功能；该电路的结构简单，体积小，利于小型化。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体制冷器，尤其涉及一种采用半导体制冷器的大功率精密温度控制电路。
技术介绍
半导体制冷器简称为TEC，采用TEC的大功率精密温度控制属于自动控制技术和电子技术。由于半导体技术的飞速发展，TEC基于帕尔帖效应,可以将一面制冷,将另一面发热。这种器件的出现使得可以在采用一个电路，利用输入电流方向变化实现制冷和制热两种功能，这样简化了电路器件的数量和电路板的体积，有利于实现小型化，半导体制冷在现代电子技术中得到越来越广泛的应用，许多电子设备的恒温装置普遍采用了半导体制冷技术。随着电子技术在微波领域的迅速发展，半导体制冷技术在微波通讯工程中已成为必不可少的一个重要课题。同时，在军用激光和红外领域，产品必须满足高温和低温的环境工作要求，例如，半导体激光器的工作波长和能量和温度密切相关，温度的变化将造成波长的漂移和能量的衰减；红外探测器的灵敏度也和自身温度紧密相关。因此，需要有相应的温度控制手段来对这些产品提供合适的工作条件，在这种需求下，小体积、温度控制精确的半导体温控技术开始产生。国外也普遍采用了 TEC温度控制技术，并采用专用的TEC控制芯片，电流大多为±3A ±6A，不能作到大功率的温度控制。
技术实现思路
本技术的目的是提出一种采用半导体制冷器的大功率精密温度控制电路，可实现大功率和制冷、制热的温度控制，解决红外和激光组件的高低温下的正常工作问题。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案:一种采用半导体制冷器的大功率精密温度控制电路，包括半导体制冷器、核心控制器、用于感应半导体制冷器温度的温度传感器和用于控制半导体制冷器的功率驱动电路，温度传感器的信号输出连接到核心处理器的温度信号输入端，核心处理器通过逻辑转换电路驱动连接功率驱动电路，功率驱动电路输出控制所述半导体制冷器，功率驱动电路的输出端设有电流传感器，电流传感器的信号输出端连接核心控制器的电流信号输入端。所述电流传感器的输出端还通过一个保护电路连接核心处理器的中断输入端。所述核心处理器采用PIC16F873单片机。所述功率驱动电路采用MOSFET大功率管。所述核心处理器设有双向通讯接口。本技术采用半导体制冷器TEC作为温度元件，核心处理器实现制冷、制热双向控制和功率的控制，通过使用MOSFET大功率管控制电路实现了对半导体制冷器的大功率驱动、制冷和制热双向控制以及准确的功率控制，根据设定的温度点进行PID控制和PWM调制输出，将温度控制在较高的精度水平，并完成功率驱动放大；可以在一块很小的电路板内实现额定350W的功率驱动，同时实现制冷制热两个功能；该电路的结构简单，体积小，重量轻，利于小型化。附图说明图1是本技术电路的组成及工作流程图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本技术做进一步介绍。如图1所示为本技术采用半导体制冷器的大功率精密温度控制电路的组成及工作流程图，由图可知，该电路包括作为核心控制器的单片机和半导体制冷器，核心处理器的信号输入端分别与温度传感器和电流传感器的信号输出端控制连接，温度传感器的控制输入端与半导体制冷器的控制输出端连接；核心处理器的信号输出端与逻辑转换电路的输入端连接，逻辑转换电路的输出端与采用MOSFET的功率驱动电路的输入端连接，功率驱动电路的输出端分别与半导体制冷器的控制输入端和电流传感器的信号输入端控制连接；核心处理器设有双向通讯接口。逻辑转换电路用于将核心处理器的输出信号经过电平转换后提供给功率驱动电路，可以采用专用芯片实现，在此不再赘述。为了进一步提高电路的安全性和反应速度，本实施例在电流传感器和核心处理器的中断输入端之间另外设置了一个保护电路，电流传感器的输出信号一路直接通过采样输入到核心处理器，另一路输入到保护电路，保护电路通过硬件电路对通过对信号进行处理，并分析判断该信号是否超出额定值，即驱动电流过流，如果超出额定值，就输出脉冲到核心处理器的中断信号输入端，核心处理器立即响应中断，迅速进行中断处理，对整个控制电路进行相应保护处理。通过硬件保护电路进行信号判断的反应速度比直接通过信号采样输入到核心处理器，再通过核心处理器的软件处理速度更快，反应更灵敏，而且还能够避免因软件问题造成的不能及时发现过流问题，保证了电路的安全与寿命。该实现该保护电路的功能的硬件电路很多，如常规的三极管等电路输出触发等方式，本领域技术人员能够想到多种常规实现方式，在此不再赘述。本技术采用单片机控制系统，可以方便地通过计算机设定温控点；采用PWM调制方式，实现很高的温度控制精度。本实施例的控制电路采用半导体制冷器作为温度元件，采用内置了十位AD转换器的单片机PIC16F873作为核心CPU，实现制冷、制热双向控制和功率的控制，并使用MOSFET大功率管控制电路实现了对半导体制冷器的大功率驱动、制冷和制热双向控制以及准确的功率控制，同时具有电路简化、内置AD转换、具有很强的抗干扰能力；根据控制器及控制流程确定控制电路其它逻辑和转换电路部分；根据功率大小确定半导体制冷器中的电流大小，选择电流传感器量值，形成电流控制环，连接温度传感器，形成电压控制环；根据设定的温度点进行PID控制和PWM调制输出，确定PID算法，根据控制时间、控制精度等进行调整和选择P、1、D系数，并完成电机功率驱动放大；通过特定的功率放大电路实现最大28V.40A电流的功率放大；采集温度传感器信号进行温度计算；根据电流反馈信号进行功率计算和安全保护；体积小，利于小型化，控温精度不低于0.5°C。核心控制器通过双向通讯接口和外部计算机的RS232或者RS422通讯接口，以用于温度点设置。本技术中功率驱动电路的确定:根据核心控制器的PWM控制参数选择MOSFET的外围驱动电路参数；根据半导体制冷器所需要提供的功率选择大功率MOSFET的参数和数量；根据电路功率和波形参数确定保护电路的参数。本技术在充分分析了 TEC功率转移特点的基础上，根据温度的控制点，实现精确温度控制，可以在一块很小的电路板内实现额定350W的功率驱动，同时实现制冷制热两个功能；采用PID控制方式，并使用PWM的驱动方法，将温度控制在较高的精度水平，实验证明能够满足大功率驱动的要求，最大可以提供40A驱动电流。权利要求1.一种采用半导体制冷器的大功率精密温度控制电路，其特征在于:包括半导体制冷器、核心控制器、用于感应半导体制冷器温度的温度传感器和用于控制半导体制冷器的功率驱动电路，温度传感器的信号输出连接到核心处理器的温度信号输入端，核心处理器通过逻辑转换电路驱动连接功率驱动电路，功率驱动电路输出控制所述半导体制冷器，功率驱动电路的输出端设有电流传感器，电流传感器的信号输出端连接核心控制器的电流信号输入端。2.根据权利要求1所述的采用半导体制冷器的大功率精密温度控制电路，其特征在于:所述电流传感器的输出端还通过一个保护电路连接核心处理器的中断输入端。3.根据权利要求1或2所述的采用半导体制冷器的大功率精密温度控制电路，其特征在于:所述核心处理器采用PIC16F873单片机。4.根据权利要求3所述的采用半导体制冷器的大功率精密温度控制电路，其特征在于:所述功率驱动电路采用MOSFET大功率管。5.根据权利要求3所述的采用半导体制冷器的大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用半导体制冷器的大功率精密温度控制电路，其特征在于：包括半导体制冷器、核心控制器、用于感应半导体制冷器温度的温度传感器和用于控制半导体制冷器的功率驱动电路，温度传感器的信号输出连接到核心处理器的温度信号输入端，核心处理器通过逻辑转换电路驱动连接功率驱动电路，功率驱动电路输出控制所述半导体制冷器，功率驱动电路的输出端设有电流传感器，电流传感器的信号输出端连接核心控制器的电流信号输入端。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长杰，蔡国松，王晓娟，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：实用新型
国别省市：