[发明专利]一种应用于空间环境的半导体制冷器闭环控制方法

说明书

本发明涉及一种应用于空间环境的半导体制冷器闭环控制方法，属于航天光学遥感器技术领域。使用桥式串联电路采集探测器焦面的当前温度V1；探测器焦面的当前测量温度的表征参数V1与目标温度的表征参数V2经过运算放大器求差放大后送到PID控制电路，得到控制电压；经PID控制电路输出的控制电压送到驱动电路，驱动电路通过控制通过半导体制冷器的电流来给探测器焦面制冷。本发明的闭环控制电路通过采用桥式串联电阻的方法来测量探测器焦面的温度，选取电阻值在控温点处，分压电压对温度引起的热敏电阻的阻值变化的反应最灵敏，减小了测量误差，实现了高精度测量，进而实现高精度控制。

技术领域

本发明涉及一种应用于空间环境的半导体制冷器闭环控制方法，属于航天光学遥感器技术领域。

背景技术

随着航天光学遥感器技术的迅速发展，对光学遥感器的探测波长的需求也越来越多样，为了使用不同波长实现对观测目标的观测，减少观测条件的限制，多采用长波长的探测器实现对目标的观测。探测器的信噪比受温度的影响非常敏感，为提高长波观测探测器的成像质量，减少噪声，提高信噪比，需要对探测器进行制冷控制。根据探测器的选型，探测器目标控温点为-65℃，温度控制精度在0.8％以内。另外由于航天应用要求制冷器具有体积小，质量轻，寿命长，可靠性高的特点，选用半导体材料制冷，半导体制冷利用热电效应实现制冷的目的，具有小型化、无噪声，不需要使用制冷剂且使用寿命长，已经广泛应用于小空间小冷量的空间制冷领域。半导体制冷器，是一种通过电能直接实现热能传递控制的半导体组件，其利用波尔帖效应：当直流电通过一对不同金属或半导体时，会在它们的连接点产生吸热(冷端)或放热(热端)现象，从而实现对控温点的温度控制。

目前半导体制冷的控制方式多为数字式控制。主要使用数字控制芯片配合温度测试电路、功率驱动电路，通过反馈的温度量，经数字处理算法后输出脉宽调制波，控制功率驱动芯片的通断，实现对半导体制冷器的控制。系统设计复杂、体积大、成本高、且存在高次谐波，对探测器电路有影响。

发明内容

本发明针对以往的使用的开环制冷器制冷精度低、鲁棒性差以及可靠性低等的特点，针对特定空间应用环境，采用运算放大器、电阻和电容组建的模拟电路实现温度的闭环调节控制，通过对热敏电阻串联一个电阻，改变其两端电压和温度的关系来测得探测器的当前温度值，将其与目标温度值进行比较，将产生的偏差量作为输入送给PID控制器，PID控制器计算出的控制量再经过驱动电路来控制驱动电流，以实现对探测器焦面温度的闭环控制。相比较开环控制，温度稳定性好，能够实现精确控温。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种应用于空间环境的半导体制冷器闭环控制方法，步骤为：

步骤1，使用桥式串联电路测量探测器焦面的当前温度表征参数V1；

步骤2，探测器焦面的当前温度的表征参数V1与探测器焦面的目标温度的表征参数V2经过运算放大器求差放大后送到PID控制电路，得到控制电压；

步骤3，经PID控制电路输出的控制电压送到驱动电路，驱动电路通过控制通过半导体制冷器的电流来给探测器焦面制冷；

重复步骤1-3，直至探测器焦面温度到达目标温度；

所述的桥式串联电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻Rf、热敏电阻Rt和运算放大器U1；

Rt的一端接地并和R3的一端相连，Rt的另一端和R1的一端相连并连至U的正端，R1的另一端连至电源正Vref并和R2的一端相连，R2的另一端和R3的另一端相连并连至U的负端，Rf的一端连至U的负端，另一端连至U的输出端；R1的阻值与R2的阻值相等，R3的阻值与Rf的阻值相等。

所述的PID控制电路包括R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2、电容C3和运算放大器U2；