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用TEC塞贝克电压采样实现精密的温度控制

作者:  时间:2009-02-18 06:21  来源:
 TEC(热电制冷器)温度控制系统一般稳定性有限。受限原因是系统的热特性,而不是控制电路的性能问题。真实世界的热控制系统会在TEC、热负荷(恒温的对象)、温度传感器(如热敏电阻)和环境温度之间的热传导路径内产生非零热阻。

  如果这些阻抗的比率不均衡,即使完美恒定的传感器温度也不能相等于充分稳定的负载温度。图1中的电路提供了一种热电设计,它直接测量通过TEC的热通量,然后用测量结果更好地估算并去除热阻效应。其工作原理是,每个TEC产生的总电压是两个成分之和:一个与驱动电流成正比的电阻成分,还有一个是与TEC上温度差(及热通量)成正比的塞贝克电压VS。
不过在这个电路中,驱动电路大约每100 ?s会切换到零,因为多谐振荡器S2/S3生成的是非对称的采样脉冲波形。每个采样脉冲关闭5V晶体管Q1,它隔离塞贝克电压,使采样通过S1,由存储电容C1保持之。采样脉冲的占空因数(由R1与R2的比率设定)不到10%,以避免大大降低电路的TEC驱动能力。

图1本电路周期性地将热电制冷器的驱动电流置为零采样塞贝克电压并将其保持在一个存储电容内从而用实际散热片和热电偶实现稳定的温度控制

  将获得的塞贝克信号加到R3/R4/R5可调桥式电路上,根据经验同时确定极性和幅度的反馈比率,以提供最佳的稳定性。通过对桥做适当调整,可以在宽范围的环境温度下作近乎完美的梯度消除。图1中的TEC控制电路来自以前的一个设计实例,因为它使塞贝克采样更容易(参考文献1)。不过,也可以将塞贝克采样用于几乎任何TEC驱动结构上。图1中的电路可以进一步改进,方法是对R3/R4/R5桥采用非易失的可在线编程电阻,自动地优化梯度消除。一个有吸引力的选择是来自Microbridge Technologies公司的Rejustor系列单片电阻。

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