[发明专利]热电制冷器的控制方法及其电路

说明书

本发明涉及一种热电制冷器，具体涉及一种通过对热电制冷器的功率控制达到对温度控制的方法及其电路。

热电制冷器又称半导体制冷器。当直流电通过两种不同的导电材料的回路时，结点上将产生吸热或放热现象，称为珀尔贴效应。热电制冷器即是利用了珀尔贴效应以实现制冷或制热，它具有制冷、制热速度快，无噪声，无污染，制冷、制热控制灵活方便、体积小、重量轻等诸多优点，因而得到了广泛利用。要利用热电制冷器的制冷、制热转换实现温度控制，关键技术是通过功率控制达到对温度的控制，同时，利用大电流换向来控制制冷或制热。目前广泛使用的功率控制方法是通过比例积分微分调节(PID)方式对制冷器进行接通和关断来控制其产热以达到预定的温度，这种方式温度控制精度不高，而且对相应的电子电流换向器存在频繁换向的问题，导致对换向器的可靠性要求更高，同时在频繁的电流换向中，降低了热电制冷器的使用寿命；常用的大电流换向方式有采用正负双电源以及可控硅控制的H型电子电流换向器，采用正负双电源方式虽然比较简单，但对电源的要求较高，从而增加了电源的体积及重量，成本也较高，利用四个门极可关断可控硅实现的H型电子电流换向器，对电源的要求比较低，但是由于门极可关断可控硅的控制信号必须是正负双极性信号，加之可控硅是电流控制器件，要求驱动电路有较大的功率驱动能力，因此导致控制驱动电路复杂，使整个系统可靠性变差。因此，需要对热电制冷器的功率控制电路及相应的电流换向方式进行改进，以实现温度的精确控制，同时提高系统的可靠性和使用寿命，特别是在生物工程领域中，对于微型培养箱的温度控制有着极其重要的意义。

本发明目的是提供一种热电制冷器的控制方法及其电路，能通过对热电制冷器的功率控制达到较精确的温度控制。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种热电制冷器的控制方法，通过对温度的反馈和设置的温度值进行比例积分微分(PID)计算后，利用一个脉宽调制电路调制成一定占空比的方波，控制高频开关调压电路，使直流电源经高频开关调压电路后输出一随占空比连续变化的直流电压，经H型电子电流换向器给热电制冷器供电。

实现上述方法的热电制冷器的控制电路，包括直流电源、H型电子电流换向器及其驱动电路，还包括有微处理器、温度传感电路、脉宽调制电路和高频开关调压电路，所述微处理器对通过温度传感电路获得的温度信号及预设温度值进行比例积分微分(PID)计算，其输出连接到脉宽调制电路，脉宽调制电路的方波信号输出端与高频开关调压电路连接，直流电源经调压后，通过H型电子电流换向器与热电控制器连接。

上述技术方案中，所述“H型电子电流换向器”可以是现有技术中的换向器，主要是根据控制信号通过驱动电路驱动，使换向器向热电制冷器提供正向或反向的直流电压，达到制冷或制热的目的；由微处理器根据传感获得的温度和预设温度的差，利用PID方法计算，以所需的产热量确定高频开关调压电路的输出电压，因而可以较好地控制温度，避免电子电流换向器的频繁换向。

上述技术方案中，所述脉宽调制电路与高频开关调压电路间可以通过光电耦合器连接。

上述技术方案中，所述H型电子电流换向器由四个功率金属氧化物场效应管(MOSFET)组成；所述H型电子电流换向器的驱动电路与微处理器的一个输出端口连接，由微处理器提供换向信号。

本发明中采用四个功率MOS场效应管时，可以起到最佳的效果，功率MOS场效应管具有下列特点：(1)由于栅极大多数为绝缘栅型，栅极与漏极和源极完全绝缘，故具有很高的输入阻抗，要求驱动电路的功率小，便于极间直接耦合；(2)MOS场效应管是电压控制器件，单极电压信号即可控制通断，驱动电路简单；(3)具有正电阻温度系数，便于并联；(4)开关速度高；(5)电流容量大、导通电阻低、阻断电压高。因而，采用四个功率MOS场效应管的H型电子电流换向器的驱动电路简单，容量大，损耗小，成本低，并且大大提高了工作的可靠性。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、由于本发明通过对供电电压的控制实现对热电制冷器的功率控制，进而实现温度控制，因而可根据温度反馈实时调节产热(制冷)量，温度控制精度较高。

2、由于本发明上述结构的使用，使电子电流换向器不需要频繁换向，提高了换向器的可靠性，也延长了热电制冷器的使用寿命。

3、本发明在采用四个功率MOS场效应管组成H型电子电流换向器时，使得H型电子电流换向器的驱动电路简单，容量大，损耗小，成本低，并且大大提高了工作的可靠性。

附图1为本发明实施例一的控制电路框图；