基于pwm控制的tec温控电路的制作方法
基于pwm控制的tec温控电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种基于PWM控制的TEC温控电路，包括：提供供电的开关电源电路、温度采集单元、信号处理单元、PWM控制芯片和TEC模块；所述温度采集单元用于采集TEC模块的工作温度，并将温度信号输出到所述信号处理单元；所述信号处理单元用于将温度信号转换为电信号，并将电信号输出到所述PWM控制芯片；所述PWM控制芯片用于根据所述电信号调节所述TEC模块的工作电压。本实用新型的TEC温控电路采用PWM控制芯片对TEC模块的工作电压进行控制，保证高精度的输出电压；利用温度采集单元和信号处理单元组成反馈回路，保证了温度反馈的稳定性和及时性。
【专利说明】基于PWM控制的TEC温控电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子科学与【技术领域】，具体涉及一种基于PWM控制的TEC温控电路。
【背景技术】
[0002]TECCThermo electric Cooler,半导体致冷器)是利用半导体材料的拍尔帖效应制成的，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。TEC的用途非常广泛，最典型的应用是激光器的温控和PCR的温控。众所周知，激光器对于温度是非常敏感的，因此对TEC的要求非常高。传统PWM (脉冲宽度调制)的TEC温控电路是通过对单片机的定时器进行设置来调节电压以达到对TEC温控电路的控制作用，但是用单片机的定时器精度及频率有限，使得其对TEC温控电路的控制精度和调节温度的反应时间都无法满足高精密及高速度温度控制设备(如激光器等)的要求。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提出一种基于PWM控制的TEC温控电路，解决现有技术中控制精度低、调节温度反应时间长的技术问题。
[0004]本实用新型的技术方案包括一种基于PWM控制的TEC温控电路，包括:提供供电的开关电源电路、温度采集单元、信号处理单元、PWM控制芯片和TEC模块；所述温度采集单元用于采集TEC模块的工作温度，并将温度信号输出到所述信号处理单元；所述信号处理单元用于将温度信号转换为电信号，并将电信号输出到所述PWM控制芯片；所述PWM控制芯片用于根据所述电信号调节所述TEC模块的工作电压。
[0005]优选地，所述PWM控制芯片包括:
[0006]采样模块，用于对所述电信号进行采样；
[0007]PWM控制模块，用于进行脉冲宽度调制控制以生成PWM控制信号；
[0008]基准控制模块，用于输出预设占空比的低频率控制信号；
[0009]比较模块，用于判断所述采样模块的采样结果是否低于第一阈值或是否高于第二阈值，所述第一阈值小于所述第二阈值，若低于第一阈值则启动PWM控制模块,若高于第二阈值则启动基准控制模块；
[0010]振荡器，用于提供时钟信号；
[0011]逻辑控制模块，用于根据所述振荡器的时钟信号以及所述PWM控制模块的PWM控制信号或基准控制模块的预设占空比的低频率控制信号生成具有相应占空比的信号；
[0012]信号放大模块，用于对逻辑控制模块生成的具有相应占空比的信号进行放大。
[0013]优选地，所述TEC模块包括一个冷端以及一个与冷端相对的热端。
[0014]优选地，所述热端和所述冷端分别设有散热机构。
[0015]优选地，上述TEC温控电路还包括过压保护模块，用于检测所述TEC模块的输入电压是否超过电压阈值，如果超过所述电压阈值则停止所述TEC模块的工作。
[0016]与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括:本实用新型的TEC温控电路采用PWM控制芯片对TEC模块的工作电压进行控制，保证高精度的输出电压；本实用新型的TEC温控电路利用温度采集单元和信号处理单元组成反馈回路，保证了温度反馈的稳定性和及时性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型实施例1的TEC温控电路的结构框图；
[0018]图2是本实用新型实施例1的TEC温控电路中PWM控制芯片的结构框图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0020]本实用新型提供了一种基于PWM控制的TEC温控电路，包括:提供供电的开关电源电路、温度采集单元、信号处理单元、PWM控制芯片和TEC模块；所述温度采集单元用于采集TEC模块的工作温度，并将温度信号输出到所述信号处理单元；所述信号处理单元用于将温度信号转换为电信号，并将电信号输出到所述PWM控制芯片；所述PWM控制芯片用于根据所述电信号调节所述TEC模块的工作电压。
[0021]具体地，上述TEC温控电路采用PWM控制芯片对TEC模块的工作电压进行控制，保证高精度的输出电压；上述TEC温控电路利用温度采集单元和信号处理单元组成反馈回路，保证了温度反馈的稳定性和及时性。
[0022]实施例1:
[0023]本实用新型的实施例1提供了一种基于PWM控制的TEC温控电路，如图1所示，该TEC温控电路包括:开关电源电路1、温度采集单元2、信号处理单元3、PWM控制芯片4、TEC模块5和过压保护模块6，其中，开关电源电路I为整个温控电路供电，温度采集单元2用于采集TEC模块5的工作温度，并将温度信号输出到信号处理单元3 ;信号处理单元3用于将温度信号转换为电信号，并将电信号输出到PWM控制芯片4 ;PWM控制芯片4用于根据所述电信号调节TEC模块5的工作电压，进而进行温控；过压保护模块6用于检测TEC模块5的输入电压是否超过电压阈值，如果超过电压阈值则停止TEC模块5的工作。进一步地，TEC模块5包括一个冷端以及一个与冷端相对的热端；更近一步地，热端和冷端分别设有散热机构。
[0024]上述TEC温控电路采用PWM控制芯片对TEC模块的工作电压进行控制，保证高精度的输出电压，进一步地，本实施例中，PWM控制芯片4的结构如图2所示，包括:采样模块4UPWM控制模块42、基准控制模块43、比较模块44、振荡器45、逻辑控制模块46和信号放大模块47。其中，采样模块41用于对信号处理单元3生成的电信号进行采样，所述的电信号为电流信号或电压信号。PWM控制模块42用于进行脉冲宽度调制控制以生成PWM控制信号。基准控制模块43用于输出预设占空比的低频率控制信号，该预设占空比为一较低的值。比较模块44用于判断采样模块41的采样结果是否低于第一阈值或是否高于第二阈值，其中，第一阈值小于第二阈值，若低于第一阈值则启动PWM控制模块，若高于第二阈值则启动基准控制模块。振荡器45用于提供时钟信号。逻辑控制模块46用于根据振荡器45的时钟信号以及PWM控制模块42的PWM控制信号或基准控制模块43的预设占空比的低频率控制信号生成具有相应占空比的信号。信号放大模块47用于对逻辑控制模块46生成的具有相应占空比的信号进行放大。其中，振荡器45的时钟信号的上升沿产生上述具有相应占空比的信号的上升沿，PWM控制模块42的PWM控制信号或基准控制模块43的预设占空比的低频率控制信号的下降沿产生上述具有相应占空比的信号的下降沿。
[0025]本实施例中，首先温度采集单元将当前温控电路的温度采集后将采集的信号传输给信号处理单元，然后PWM电压控制芯片根据信号电路处理后的信号输出高速高精度的脉宽及频率均可以调节的脉冲信号，然后根据脉冲信号转换成TEC模块的控制电压，实现了高精度、高速度的TEC温控电路。PWM控制芯片具有高精度及高反应速度，根据信号处理单元处理后的信号输出高速高精度的脉宽及频率均可以调节的脉冲信号，此脉冲信号的脉宽控制精度高达16位，远远超过了一般用单片机的定时器生成的8到12位的脉宽可调的脉冲信号。经过实际测试整套电路可以将温度控制在±0.05°C。
[0026]以上所述本实用新型的【具体实施方式】，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于PWM控制的TEC温控电路，其特征在于，包括:提供供电的开关电源电路、温度采集单元、信号处理单元、PWM控制芯片和TEC模块；所述温度采集单元用于采集TEC模块的工作温度，并将温度信号输出到所述信号处理单元；所述信号处理单元用于将温度信号转换为电信号，并将电信号输出到所述PWM控制芯片；所述PWM控制芯片用于根据所述电信号调节所述TEC模块的工作电压；
其中，所述PWM控制芯片包括:
采样模块，用于对所述电信号进行采样；
PWM控制模块，用于进行脉冲宽度调制控制以生成PWM控制信号；
基准控制模块，用于输出预设占空比的低频率控制信号；
比较模块，用于判断所述采样模块的采样结果是否低于第一阈值或是否高于第二阈值，所述第一阈值小于所述第二阈值，若低于第一阈值则启动PWM控制模块，若高于第二阈值则启动基准控制模块；
振荡器，用于提供时钟信号；
逻辑控制模块，用于根据所述振荡器的时钟信号以及所述PWM控制模块的PWM控制信号或基准控制模块的预设占空比的低频率控制信号生成具有相应占空比的信号；
信号放大模块，用于对逻辑控制模块生成的具有相应占空比的信号进行放大。
2.根据权利要求1所述的基于PWM控制的TEC温控电路，其特征在于，所述TEC模块包括一个冷端以及一个与冷端相对的热端。
3.根据权利要求2所述的基于PWM控制的TEC温控电路，其特征在于，所述热端和所述冷端分别设有散热机构。
4.根据权利要求1所述的基于PWM控制的TEC温控电路，其特征在于，还包括过压保护模块，用于检测所述TEC模块的输入电压是否超过电压阈值，如果超过所述电压阈值则停止所述TEC模块的工作。
【文档编号】F25B49/00GKSQ
【公开日】日
申请日期:日
优先权日:日
【发明者】杨林, 李曦, 胡啸
申请人:武汉洛芙科技股份有限公司驱动-恒流驱动
长春艾克思科技有限责任公司
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&&PID控制TEC半导体制冷片工作状态优化设计
PID控制TEC半导体制冷片工作状态优化设计
长春艾克思科技有限责任公司
产品型号：
控制半导体制冷片工作状态优化设计
作者：艾克思
控制温度为当前***普遍的控制策略，几乎涵盖到所有温度控制中，控制温度也能达到非常高的精度。为实现温度控制系统的小型化，系统中往往采用制冷片作为温度制冷加热装置。然而半导体制冷片的工作状态较为复杂，简单的驱动电路往往使得工作效率低、热端发热量大、系统耗电量加大、工作寿命缩短等问题。下面介绍如何将半导体制冷片工作在***佳状态。
***大温差电流为，***大温差电压为，***大制冷功率为，***大温差为℃，外形尺寸为&&。工作的时候，应该在制冷片表面涂上导热硅脂以减少接触热阻，热电堆端面空隙填充绝热性能良好的绝热胶，冷热空间以隔热板隔开尽量减少冷热翅片间的传热，热端推荐采取水冷、风扇强制对流冷却，不推荐空气自然对流冷却热交换形式。
根据热力学制冷原理及半导体制冷基本理论，给出的制冷量、功率消耗、制冷系数、热端发热量等基本公式。如果
热端发热量为，单位；
冷端制冷量为，单位；
制冷片电功率，单位；
制冷效率：&
能够得到简单计算公式：；&；
上面公式意思是热端的发热量等于冷端吸收的热量加上制冷中耗费的电能量，&代表的是制冷片工作效率高低，&的高低决定制冷片质量的好坏，&的取值可能大于，也可能小于。半导体制冷片工作状态优化设计就是要仔细分析&在不同状态下的情况。
图制冷工作特性曲线
制冷片的制冷量、消耗电能、工作效率&都是电流与温差△的函数，在某一给定温差△条件下，、、&仅是电流的函数。从图中可确定Qmax、&、及其所对应的电流值Im、Io、IE，如图所示。
从图可以看出：
制冷量和工作电流，按二次抛物线的规律变化，在电流为Im 时制冷量达极大值；
电功耗也是电流的二次函数，电功耗随电流的增大以平方关系增大。
制冷效率&为制冷系数随电流的变化规律，在电流很小时，&值急剧增大至&值，之后很快地下降直至趋于零。
当前几种驱动工作模式的对比
当前有几种工作模式，这里分类为
固定电压下占空比调节；
恒流模式下占空比调节；
自动适应高效率调节；
种工作模式一般为一个开关电源，然后通过一个开关和串联，当开关导通时，两端电压等于电源电压；当开关断开时，两端电压断开，流过的电流为。这种工作模式两端的电压波形如图所示。
图固定电压下占空比调节电压波形
这个模式具有结构简单，成本低的优点。但是也有明显的缺点，两端电压恒定，当开关导通时，满负荷工作；当开关断开时，停止工作。要么处于状态，要么处于停止状态，这个时候的工作效率较低。这种模式具有：工作效率低、消耗电功率大、热端散热要求高、寿命低的缺点，一般应用在对成本控制较高而不考虑性能的场合下。
种工作模式一般为一个恒流电源，然后直接和连接，当恒流源增大时，流过的电流等于额定电流；当恒流源减小时，流过电流降低，流过的电流为。这种工作模式流过的电流波形如图所示。
图恒流模式占空比调节电流波形
这个模式相比较固定电压模式具有电流冲击为零的特点，使得寿命长，但是它也有明显的缺点，工作效率低、消耗电功率大、热端散热要求高。
种工作模式一般为自适应电源，然后直接和连接。当冷热端温差较大时，自适应电源让满负荷工作，工作在状态；当达到恒温时，自适应电源调节电流，让工作在高效率状态。这种工作模式两端的电压波形如图所示。
图自适应模式下电压波形
在阶段时，满负荷让工作；在阶段时，功率下降，处于过度状态；阶段时，处于高效率工作模式。自适应工作电源具有调节温度速度快、精度高、效率高、寿命高的特点。这种控制一般用于高可靠性、高精度、高效率的使用场合。
调节过程中状态优化说明
如图，这里推荐使用艾克思科技的，智能半导体加热制冷模式自适应驱动源与的连接示意图。
图半导体加热制冷驱动源与的连接示意图
使用这样的连接图，对目标体进行温度控制，该如何设定的工作过程？这里要考虑几点：快速到达设定温度；控制温度精度高；高效率工作；长寿命。
举例：如果室温度，设定目标温度度，处于制冷模式。
推荐工作模式：
第一步：大电流流过，让满负荷工作，对应图中的，这样实现快速的温度到位。
第二步：达到恒温控温状态时，降低的工作电流，追求高效率工作，对应图中的&***大值。
第三步：保证在工作过程中不存在脉冲电压、电流过冲，且热端热量及时带走，实现的长寿命。
第四步：采用算法，实现控制温度的高精度。
综上：经过以上步骤，不管什么样的温度控制系统，采用恒温控制，都可以容易实现快速到达设定温度，控制温度精度高，高效率工作，长寿命的特点。同时具有以上优点，是一款较好的温度控制自适应驱动源。
*(必填)可修改
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新技术包括周期扩频、随机扩频和混沌扩频。周期调频已应用于商品电源中，而后两种调频技术正在发展之中。
11、电源电路、电源系统的模块化提升了电源品质
& &&&目前，为了便于设计人员灵活使用各功能模块，提高制造效率、降低成本、减小体积和提高可靠性，制造商将PFC、ZVS、ZCS、PWM控制、并联均流控制和移相全桥控制等控制功能集成在专用芯片内，把功率开关...
与通过控制占空比及控制流入转换器中的功率来操作电源的传统脉冲宽度调制（PWM）技术不同，谐振开关技术通过对整流开关器进行正弦调制来处理电源。结果显示，相较于 PWM，谐振开关技术能够显著地降低所开关损耗和噪音。谐振开关技术同时也可提高开关频率来减小无源部件尺寸。正因如此，谐振转换器对于需要考虑尺寸大小的各种应用而言具有非常大的优势。市面上有众多在售的谐振转换器，其中 LLC 的谐振转换器拓扑最受...
MOSFET，称DC/DC控制器。按照电路功能划分，有降压的STEP-DOWN、升压的BOOST，还有能升降压的BUCK-BOOST或SEPIC等，以及正压转成负压的INVERTOR等。其中品种最多，发展最快的还是降压的STEP-DOWN。根据输出电流的大小，分为单相、两相及多相。控制方式上以PWM为主，少部分为PFM。
在非隔离的DC/DC转换技术中，TI公司的预检测栅驱动技术采用数字技术控制同步...
器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn-Zn）材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（Bs）下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源工作效率。对于高可靠性...
满足要求的。所以,本系统实际采用了PWM、PAM两种控制方式。控制部分是系统的关键,本文将做详细介绍。&
　　2.2 主电路设计
　　主电路需将24VDC输入变换为较高的、可调节的直流母线电压,选择性能优良的DC/DC模块,可缩短设计周期、提高产品可靠性。&
　　DC/DC模块选用VICOR产品。该产品采用了ZCS/ZVS（零电流/电压开关）技术,突出优点是高效率、高...
，高频寄生参数以及高频EMI等新问
开关电源一般的PWM开关控制方式均为硬开关，PWM硬开关过程中产生的dv/dt和di/dt都比较大，因而开关损耗大、冲击大，功率开关管结温高、工
作寿命短。而采用ZVS（零电压开关）或ZCS（零电流开关）开关可以使功率开关的过程更为平滑，损耗和冲击更小，因而可以降低功率开关管的结温，极大地
提高开关电源的工作寿命。另外，高频开关本身也是模块开关电源...
Ic的作用下，使该SR的铁心去磁（复位）。
　　控制电路的工作原理是：开关电源输出电压与基准比较后，经误差放大控制MOS管的栅极，MOS管提供与输出电压有关的磁放大器SR的控制电流Ic。
　　2.3移相全桥ZVS-PWM变换器
　　移相全桥ZVS-PWM变换器结合了零电压开关准谐振技术和传统PWM技术两者的优点，工作频率固定，在换相过程中利用LC谐振使器件零电压开关，在换相完毕后仍然...
开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率。对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。
　　模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N＋1冗余电源系统，并实现并联方式...
电阻种类及特点简介
电阻，英文名resistance，通常缩写为R，它是导体的一种基本性质，与导体的尺寸、材料、温度有关。欧姆定律说，I=U/R，那么R=U/I，电阻的基本单位是欧姆，用希腊字母“Ω”表示，有这样的定义：导体上加上一伏特电压时，产生一安培电流所对应的阻值。电阻的主要职能就是阻碍电流流过。事实上，“电阻”说的是一种性质，而通常在电子产品中所指的电阻，是指电阻器这样一种元件。师傅对徒...
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