[发明专利]超低温制冷机智能控制器

说明书

本发明公开了超低温制冷机智能控制器，应用于超导电子系统的超低温制冷机的高速精确控制，包括主控模块以及与所述主控模块连接的温度采集模块、电流检测模块、电压检测模块、逆变电路模块、按键/显示模块和风扇驱动模块。所述主控模块采用ARM架构处理器、SPWM技术和PID闭环控制算法，控制精度≤0.1K，制冷爬坡时间短、功耗低。实施本发明的超低温制冷机智能控制器，具有以下有益效果：制冷速度快、效率高、体积小、控制精度高、输出电压和频率可调，适用于0.3W～15W冷量的超低温制冷机，有效EMC和EMI防护。

技术领域

本发明涉及超低温制冷机控制领域，更具体地说，涉及一种基于斯特林超低温制冷机系统的高速精确控制及方法。

背景技术

在过去几十年里，超低温制冷机的应用和发展保持着稳定的增长速度。随着高温超导和航空航天技术的发展，对微型低温制冷机的制冷量、效率和可靠性提出了更高的要求。在早期低温制冷机的应用主要限于低温泵和红外探测中，在低温泵和核磁共振仪中主要使用的GM制冷机，而红外探测器和高温超导电子领域更多的是使用斯特林制冷机。斯特林制冷机具有高效率、快速制冷、小尺寸、重量轻、低功耗、低振动、高可靠性和长寿命等优点，因此微型斯特林制冷机被广泛地应用于红外探测器和高温超导电子领域。低温制冷机和控制技术受到国际上的封锁。

传统的超低温制冷机控制器直接采用方波驱动，制冷效率不高、震动噪音较大，且温度控制精度不高，误差在±0.5K左右，造成超导滤波器中心频率漂移，无法应用在要求制冷效率高、制冷速度快和温度控制精度高的场合。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供超低温制冷机智能控制器，采用ARM架构处理器、SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦波脉宽调制)技术和PID(Proportion Integral Derivative，比例积分微分)闭环控制算法，解决了上述传统控制器的缺点，具有制冷速度快、效率高、控制精度高、输出电压和频率可调的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造超低温制冷机智能控制器，应用于超导电子系统的超低温制冷机的高速精确控制，包括主控模块以及与所述主控模块连接的温度采集模块、电流检测模块、电压检测模块、逆变电路模块、按键/显示模块和风扇驱动模块；所述主控模块采用ARM架构处理器、SPWM技术和PID闭环控制算法，控制精度≤0.1K。

在本发明所述的超低温制冷机智能控制器中：

温度采集模块，用于对制冷温度进行实时采样和放大，并输入到所述主控模块进行量化和处理；

电流检测模块，用于对所述超低温制冷机的电流进行实时采样；

电压检测模块，用于对输入电压进行检测；

逆变电路模块，用于使所述主控模块根据驱动所述超低温制冷机所需要的功率，控制开关的通断时间，将直流电变成幅度变化频率不变的正弦波，驱动所述超低温制冷机工作；

按键/显示模块，用于控制所述超低温制冷机的启动和关闭、参数设置和显示状态信息；

风扇驱动模块，用于驱动调速风扇，对所述超低温制冷机的压缩机、膨胀机及超导电子系统设备机箱内进行散热。

在本发明所述的超低温制冷机智能控制器中，采用全金属屏蔽外壳和连接器，降低所述超低温制冷机智能控制器对系统的干扰、并且有利于散热，提高系统的可靠性和稳定性。

实施本发明的超低温制冷机智能控制器，具有以下有益效果:制冷速度快、效率高、体积小、控制精度高、输出电压和频率和幅值可调，适用于0.3W～15W冷量的超低温制冷机，可调有效EMC和EMI防护；其中，控制精度≤0.1K，频率可调范围为10Hz～200Hz，电压可调范围为0～33V。

附图说明