[发明专利]对电力供应变化具有加速响应的温度稳定装置

说明书

一种对电力供应电压电平的改变具有改进的响应的温度稳定装置包括用于加热装置组合件的加热器电路和温度控制电路，在所述温度控制电路中随电力供应电压电平的改变调整加热器控制信号。

技术领域

本发明涉及温度稳定电子装置，其中装置对电力供应变化的瞬态响应加速以便缩短使装置的温度回到控制设定点所需的时间周期，且因此减少装置的关键性能参数的不合需要的瞬态改变。

背景技术

许多电子装置的关键性能参数常常取决于环境温度。举例来说，由电子振荡器产生的信号的频率取决于若干外部参数，例如环境温度、电力供应电压、机械加速度，其中频率不稳定性是归因于环境温度改变尤其明显。

已经开发若干技术来减小电子装置中的关键性能参数对环境温度的变化的敏感度。一种这样的技术是装置的温度稳定，其中将电子装置的温度敏感零件放置于温度稳定环境中，因此减少环境温度变化的影响。

温度稳定电子装置的一个实例为恒温电子振荡器。在恒温振荡器(OCO)中，装置的温度被控制和维持在通常设定成比装置的最大操作温度高几度的预定水平；结果是，振荡器的温度变化相比于环境温度的变化大大减小，从而改进输出频率稳定性。恒温振荡器装置的实例为：包括具有晶体谐振器的振荡器电路的恒温晶体振荡器(OCXO)、包括具有微机电系统(MEMS)谐振器的振荡器电路的恒温MEMS振荡器(OCMO)、包括具有表面声波(SAW)谐振器的振荡器电路的恒温SAW振荡器(OCSO)等。

为了维持温度稳定装置中的稳定的装置组合件温度，常常部署闭合回路温度控制技术。图1(现有技术)中的图式提供此控制回路的实例。如图所示，装置组合件1的温度借助于温度传感器2感测，将感测到的温度值(“装置组合件温度”)与所需温度值(“设定点”)进行比较，将温度误差的值算出为设定点值和实际装置组合件温度值之间的差，且温度误差接着由误差处理块3处理，其输出控制一个或若干加热器4以便使温度误差值最小化，因此使装置的温度较接近设定点。

若干已知控制算法中的任一种可以在误差处理块中使用。举例来说，可使用比例控制算法；在此控制方法中，误差处理块的输出(即，加热器控制信号)被布置成与温度误差成比例：

S_HC＝K_P*ΔT (1)

其中S_HC为加热器控制信号的值，K_P为比例控制系数(也被称为比例增益)，且ΔT为温度误差值(即，所需温度“设定点”值和装置组合件的实际温度的值之间的差)。取决于特定电路实施方案，加热器控制信号可以是电压信号V_HC或电流信号I_HC中的任一个。

从表达式(1)可知，比例控制算法将产生永久存在的非零温度误差，常常称为“偏移”。实际上，一旦温度误差达到零值(即，当装置组合件温度等于所要“设定点”值时)，加热器控制信号的值S_HC也变为零，这继而导致装置组合件温度逐步地偏离所要“设定点”温度。假设正确地设定比例增益值K_P且控制回路是稳定的，则将实现稳定状态，其中S_HC和ΔT值是稳定的且非零，即存在永久温度“偏移”。为了消除或至少最小化不合需要的“偏移”，可通过将常数项添加到控制表达式来增强比例控制方法：

S_HC＝K_P*ΔT+C_HC (2)

其中C_HC为所添加的常数加热器控制项。

从表达式(2)可知，常数控制项C_HC如果正确地设定的话将实际上消除偏移误差，但其值将仅针对环境温度的特定单个值为最佳的。

为了使额外项适合于整个环境温度操作范围，可产生额外项作为温度误差ΔT的时间积分；此控制算法被称为比例积分(PI)且根据以下表达式运作：