出端。工作時(shí)，兩個(gè)濾波 電感起到濾波作用，共模電感起到扼流作用，由此一方面保證了TEC芯片的穩(wěn)定工作，另一 方面降低了系統(tǒng)噪聲。
[0021 ] 所述增量式PID控制器采用C語(yǔ)言或verilog或VHDL編程實(shí)現(xiàn)。
[0022] -種低成本的數(shù)字自適應(yīng)TEC控溫方法(該方法是采用本發(fā)明所述的一種低成本 的數(shù)字自適應(yīng)TEC控溫裝置實(shí)現(xiàn)的），該方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的： a. 主控?cái)?shù)字芯片上電啟動(dòng)，并根據(jù)控溫目標(biāo)的熱響應(yīng)特性依次設(shè)置PWM周期、設(shè)置參考 溫度值、設(shè)置增量式PID控制器的PID系數(shù)、設(shè)置溫差門限閾值、使能功率電路單元，由此完 成主控?cái)?shù)字芯片的初始化； b. 溫度傳感器采集控溫目標(biāo)的實(shí)時(shí)溫度值和環(huán)境溫度值，并將采集到的實(shí)時(shí)溫度值和 環(huán)境溫度值發(fā)送至主控?cái)?shù)字芯片； c. 在每個(gè)PWM周期內(nèi)，主控?cái)?shù)字芯片根據(jù)參考溫度值和接收到的實(shí)時(shí)溫度值計(jì)算實(shí)時(shí) 溫差值，并利用增量式PID控制器判斷計(jì)算出的實(shí)時(shí)溫差值是否屬于超調(diào)； 如果實(shí)時(shí)溫差值屬于超調(diào)，則主控?cái)?shù)字芯片將輸出的PWM占空比設(shè)置為0，由此使得功 率電路單元不工作，從而利用環(huán)境溫度值對(duì)控溫目標(biāo)的實(shí)時(shí)溫度值進(jìn)行自然回調(diào)，使得控 溫目標(biāo)的實(shí)時(shí)溫度值上升或下降至參考溫度值； 如果實(shí)時(shí)溫差值不屬于超調(diào)，則主控?cái)?shù)字芯片將實(shí)時(shí)溫差值與溫差門限閾值進(jìn)行比 較； 如果實(shí)時(shí)溫差值2溫差門限閾值，則主控?cái)?shù)字芯片將輸出的P麗占空比設(shè)置為1，由此 使得功率電路單元以全功率方式工作，功率電路單元的輸出電壓由此先經(jīng)濾波扼流單元進(jìn) 行濾波和扼流，然后以全電壓方式加載到TEC芯片上，TEC芯片由此對(duì)控溫目標(biāo)進(jìn)行加熱或 制冷，從而使得控溫目標(biāo)的實(shí)時(shí)溫度值快速接近參考溫度值； 如果實(shí)時(shí)溫差值< 溫差門限閾值，則主控?cái)?shù)字芯片將增量式PID控制器的輸出值線性 映射到輸出的PWM占空比，由此使得功率電路單元以PWM方式工作，功率電路單元的輸出電 壓由此先經(jīng)濾波扼流單元進(jìn)行濾波和扼流，然后以PWM方式加載到TEC芯片上，TEC芯片由此 對(duì)控溫目標(biāo)進(jìn)行加熱或制冷，從而使得控溫目標(biāo)的實(shí)時(shí)溫度值上升或下降至參考溫度值； 具體的線性映射公式如下：
上式中：Au(k)為增量式PID控制器在k時(shí)刻輸出的增量差值;u(k)為增量式PID控制 器在k時(shí)刻的輸出值;u(k-l)為PID控制器在k-Ι時(shí)刻的輸出值;心為增量式PID控制器的比 例系數(shù)；A e(k)為k時(shí)刻的實(shí)時(shí)溫差值與k-Ι時(shí)刻的實(shí)時(shí)溫差值之差;Ki為增量式PID控制 器的積分系數(shù);e(k)為k時(shí)刻的實(shí)時(shí)溫差值;K d為增量式PID控制器的微分系數(shù)；Ae(k-l) 為k-1時(shí)刻的實(shí)時(shí)溫差值與k-2時(shí)刻的實(shí)時(shí)溫差值之差。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低成本的數(shù)字自適應(yīng)TEC控溫裝置，其特征在于:包括控溫目標(biāo)、溫度傳感器、主 控?cái)?shù)字芯片、功率電路單元、濾波扼流單元、TEC芯片;其中，溫度傳感器的輸入端與控溫目 標(biāo)連接;溫度傳感器的輸出端與主控?cái)?shù)字芯片的輸入端連接;主控?cái)?shù)字芯片的輸出端與功 率電路單元的控制端連接;功率電路單元的輸出端與濾波扼流單元的輸入端連接;濾波扼 流單元的輸出端與TEC芯片的輸入端連接;TEC芯片貼裝于控溫目標(biāo)上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本的數(shù)字自適應(yīng)TEC控溫裝置，其特征在于:所述溫 度傳感器為ADT7410型溫度傳感器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本的數(shù)字自適應(yīng)TEC控溫裝置，其特征在于:所述主 控?cái)?shù)字芯片為內(nèi)置有增量式PID控制器的MCU或CPU或DSP或FPGA或CPLD。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本的數(shù)字自適應(yīng)TEC控溫裝置，其特征在于:所述功 率電路單元為BD6211型Η橋集成功率芯片或MOS集成功率模塊或IGBT集成功率模塊。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本的數(shù)字自適應(yīng)TEC控溫裝置，其特征在于:所述濾 波扼流單元包括兩個(gè)濾波電感和一個(gè)共模電感;兩個(gè)濾波電感的首端分別作為濾波扼流單 元的兩個(gè)輸入端;兩個(gè)濾波電感的尾端分別與共模電感的兩個(gè)線圈的首端連接;共模電感 的兩個(gè)線圈的尾端分別作為濾波扼流單元的兩個(gè)輸出端。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低成本的數(shù)字自適應(yīng)TEC控溫裝置，其特征在于:所述增 量式PID控制器采用C語(yǔ)言或ver i log或VHDL編程實(shí)現(xiàn)。7. -種低成本的數(shù)字自適應(yīng)TEC控溫方法，該方法是采用如權(quán)利要求1所述的一種低成 本的數(shù)字自適應(yīng)TEC控溫裝置實(shí)現(xiàn)的，其特征在于:該方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的： a. 主控?cái)?shù)字芯片上電啟動(dòng)，并根據(jù)控溫目標(biāo)的熱響應(yīng)特性依次設(shè)置PWM周期、設(shè)置參考 溫度值、設(shè)置增量式PID控制器的PID系數(shù)、設(shè)置溫差門限閾值、使能功率電路單元，由此完 成主控?cái)?shù)字芯片的初始化； b. 溫度傳感器采集控溫目標(biāo)的實(shí)時(shí)溫度值和環(huán)境溫度值，并將采集到的實(shí)時(shí)溫度值和 環(huán)境溫度值發(fā)送至主控?cái)?shù)字芯片； c .在每個(gè)HVM周期內(nèi)，主控?cái)?shù)字芯片根據(jù)參考溫度值和接收到的實(shí)時(shí)溫度值計(jì)算實(shí)時(shí) 溫差值，并利用增量式PID控制器判斷計(jì)算出的實(shí)時(shí)溫差值是否屬于超調(diào)； 如果實(shí)時(shí)溫差值屬于超調(diào)，則主控?cái)?shù)字芯片將輸出的PWM占空比設(shè)置為0，由此使得功 率電路單元不工作，從而利用環(huán)境溫度值對(duì)控溫目標(biāo)的實(shí)時(shí)溫度值進(jìn)行自然回調(diào)，使得控 溫目標(biāo)的實(shí)時(shí)溫度值上升或下降至參考溫度值； 如果實(shí)時(shí)溫差值不屬于超調(diào)，則主控?cái)?shù)字芯片將實(shí)時(shí)溫差值與溫差門限閾值進(jìn)行比 較； 如果實(shí)時(shí)溫差值2溫差門限閾值，則主控?cái)?shù)字芯片將輸出的PWM占空比設(shè)置為1，由此 使得功率電路單元以全功率方式工作，功率電路單元的輸出電壓由此先經(jīng)濾波扼流單元進(jìn) 行濾波和扼流，然后以全電壓方式加載到TEC芯片上，TEC芯片由此對(duì)控溫目標(biāo)進(jìn)行加熱或 制冷，從而使得控溫目標(biāo)的實(shí)時(shí)溫度值快速接近參考溫度值； 如果實(shí)時(shí)溫差值< 溫差門限閾值，則主控?cái)?shù)字芯片將增量式PID控制器的輸出值線性 映射到輸出的PWM占空比，由此使得功率電路單元以PWM方式工作，功率電路單元的輸出電 壓由此先經(jīng)濾波扼流單元進(jìn)行濾波和扼流，然后以PWM方式加載到TEC芯片上，TEC芯片由此 對(duì)控溫目標(biāo)進(jìn)行加熱或制冷，從而使得控溫目標(biāo)的實(shí)時(shí)溫度值上升或下降至參考溫度值； 具體的線性映射公式如下：上式中：Au(k)為增量式PID控制器在k時(shí)刻輸出的增量差值;u(k)為增量式PID控制 器在k時(shí)刻的輸出值;u(k-l)為PID控制器在k-Ι時(shí)刻的輸出值;心為增量式PID控制器的比 例系數(shù)；A e(k)為k時(shí)刻的實(shí)時(shí)溫差值與k-Ι時(shí)刻的實(shí)時(shí)溫差值之差;Ki為增量式PID控制 器的積分系數(shù);e(k)為k時(shí)刻的實(shí)時(shí)溫差值;Kd為增量式PID控制器的微分系數(shù)；Ae(k-l) 為k-1時(shí)刻的實(shí)時(shí)溫差值與k-2時(shí)刻的實(shí)時(shí)溫差值之差。
【專利摘要】本發(fā)明涉及TEC控溫技術(shù)，具體是一種低成本的數(shù)字自適應(yīng)TEC控溫裝置及方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有TEC控溫技術(shù)控溫功耗和控溫效率難以優(yōu)化、適用范圍嚴(yán)重受限、控溫精度難以保證、體積過(guò)大、成本過(guò)高的問(wèn)題。一種低成本的數(shù)字自適應(yīng)TEC控溫裝置，包括控溫目標(biāo)、溫度傳感器、主控?cái)?shù)字芯片、功率電路單元、濾波扼流單元、TEC芯片；其中，溫度傳感器的輸入端與控溫目標(biāo)連接；溫度傳感器的輸出端與主控?cái)?shù)字芯片的輸入端連接；主控?cái)?shù)字芯片的輸出端與功率電路單元的控制端連接；功率電路單元的輸出端與濾波扼流單元的輸入端連接；濾波扼流單元的輸出端與TEC芯片的輸入端連接；TEC芯片貼裝于控溫目標(biāo)上。本發(fā)明適用于各種控溫場(chǎng)合。
【IPC分類】G05D23/20
【公開號(hào)】CN105607675
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610155458
【發(fā)明人】林闊, 黃東海, 李英嬌
【申請(qǐng)人】山西國(guó)惠光電科技有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年3月18日