CN104731153A - 一种闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路，用于对连接有主电源的半导体制冷片的温度进行闭环调节，包括：温度传感器以及顺次连接的主控芯片、快速开关、驱动单元、PWM转电压单元，所述PWM转电压单元的输出端连接半导体制冷片；所述主控芯片输出PWM信号为半导体制冷片驱动电压提供控制；所述温度传感器连接半导体制冷片的冷端，实时采集温度通过单总线反馈给所述主控芯片，所述主控芯片根据反馈调整PWM信号的占空比以改变驱动电压，实现半导体制冷片温度控制的闭环调节；本发明相比于现有技术具有任意低温度调整、效率高的优点，利用主控芯片的程序控制，温度控制稳定可靠，可广泛应用于低温制冷控制场合。

Description

一种闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路
技术领域
本发明涉及医疗电子设备领域，特别是指一种闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路。
背景技术
全自动血凝分析仪系统是一种全自动的、适于临床实验室的人体外诊断使用的血浆凝血分析仪器，能够快速、准确地对大量样品进行分析。
全自动血凝分析仪系统一般包括以下几个模块：样本模块、试剂模块、反应杯装载模块、孵育模块、混匀模块、测试模块、光路、液路、机架、计算机控制模块等。其中，试剂模块的试剂冷却位温度需控制在不超过16℃。半导体制冷器(TEC)是温度控制系统中的核心器件，利用PWM模式驱动TEC，纹波电压必须小于10％，这样才能保证TEC的正常工作。目前，半导体制冷片大多基于H桥驱动电路，只能对大功率制冷片双向施加正负且不可调节电压的功率电源来满足既要加热又要制冷的温度控制范围较宽的应用，H桥电路特有的桥臂“直通”现象容易损坏器件，并且这种方式效率低，热功耗大，控制温度波动大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种控制温度波动小、效率更高的用于全自动血凝分析仪试剂位低温控制装置的闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路。
基于上述目的本发明提供的一种闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路，用于对连接有主电源的半导体制冷片的温度进行闭环调节，包括：温度传感器以及顺次连接的主控芯片、快速开关、驱动单元、PWM转电压单元，所述PWM转电压单元的输出端连接半导体制冷片；所述主控芯片输出PWM信号为半导体制冷片驱动电压提供控制；所述温度传感器连接半导体制冷片的冷端，实时采集温度通过单总线反馈给所述主控芯片，所述主控芯片根据反馈调整PWM信号的占空比以改变驱动电压，实现半导体制冷片温度控制的闭环调节。
可选的，所述主控芯片为单片机、DSP、ARM、FPGA或CPLD。
优选的，所述主控芯片输出的信号为20KHz高频脉冲宽度调制信号。
优选的，所述快速开关为NPN三极管，其接有下拉电阻，用以加大高频负反馈量，进而加快截止时间。
优选的，所述驱动单元为P沟道大功率MOS管。
优选的，所述PWM转电压单元包括肖特基二极管、大功率电感线圈和电解电容；所述肖特基二极管连接所述P沟道大功率MOS管的漏极和大功率电感线圈一端；所述电解电容正极连接所述大功率电感线圈另一端和半导体制冷片正极，用以减小半导体制冷片的驱动电源纹波。
优选的，所述温度传感器为DS18B20单线数字温度计。
优选的，所述主电源为12V电源。
本发明还提供了一种全自动血凝分析仪，其试剂模块中的半导体制冷片由如上述一项所述的驱动电路驱动。
从上面所述可以看出，本发明提供的闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路，与现有技术中的基于H桥驱动电路相比，本发明具有任意低温度调整、效率高的优点，利用主控芯片的程序控制，温度控制稳定可靠，可广泛应用于低温制冷控制场合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
参考图1，为本发明实施例的闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路结构图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目绘制，其实际实施时各组件的型态及数量可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本实施例提供的一种闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路，用于对连接有主电源的半导体制冷片5的温度进行闭环调节，其包括：温度传感器6以及顺次连接的主控芯片1、快速开关2、驱动单元3、PWM转电压单元4。本实施方式中，所述主控芯片1为单片机、DSP、ARM、FPGA或CPLD，所述主控电源为12V电源。
主控芯片1通过快速开关2控制驱动单元3连接到PWM转电压单元4，用以于所述主控芯片1输出20KHz高频PWM信号为半导体制冷片5驱动电压提供控制，用于当改变PWM信号的占空比以改变驱动电压；所述温度传感器6连接到半导体制冷片5的冷端实时采集温度反馈给主控芯片1，主控芯片1根据当前温度来调整PWM信号的占空比，从而实现半导体制冷片温度控制的闭环调节。
本实施例中，所述的快速开关2为NPN三极管Q1，NPN三极管Q1的基极接有下拉电阻R2，用以加大高频负反馈量，进而加快NPN三极管Q1的截止时间，以减小PWM信号波形的失真。
所述的驱动单元3为P沟道大功率MOS管Q2，MOS管具有较高的开关速度，较高的噪声容限和抗干扰能力。所述PWM转电压单元4连接到驱动电路3的输出，即为P沟道大功率MOS管Q2的漏极。
所述的PWM转电压单元4包括肖特基二极管D2、大功率电感线圈L1和电解电容C1。其中，肖特基二极管D2连接所述的P沟道大功率MOS管Q2的漏极和大功率电感线L1圈一端，用于续流保护MOS管的安全。大功率电感线圈L1和电解电容C1构成滤波器件将PWM信号转换成直流电源，所述电解电容C1的正极连接所述大功率电感线圈L1的另一端和半导体制冷片5的正极，用以减小半导体制冷片5的驱动电源纹波。
所述的温度传感器6为DS18B20单线数字温度计，主控芯片1通过单总线来驱动控制温度传感器6。
本实施例中，所述主控芯片1输出20KHz高频脉冲宽度调制(PWM)信号，通过快速开关2连接到驱动单元3的控制端，所述驱动单元3的源极连接到为+12V的主控电源，驱动单元3的漏极连接到PWM转电压单元4为半导体制冷片5驱动电压提供控制，改变脉冲宽度调制信号的占空比就可以改变驱动电压；所述温度传感器6连接到半导体制冷片5的冷端实时采集温度通过单总线反馈给主控芯片1。
由于半导体制冷片5正端接为所述PWM转电压单元4的输出，当PWM转电压单元4输出的电压升高时，半导体制冷片5的冷端与热端的输出温度差升高；反之当所述PWM转电压单元4控制端电压降低时，冷端与热端的输出温度差随之降低。
为进一步突显本发明的功效，本发明的工作原理为：所述主控芯片1输出占空比可调的脉冲宽度调制(PWM)信号，即幅度在3.3V(或5V)、占空比可调的周期性方波，通过快速开关2控制驱动单元3连接到PWM转电压单元4，经PWM转电压单元4，形成一个直流分量，作为半导体制冷片5两端的驱动电压。所述温度传感器6连接到半导体制冷片5的冷端实时采集温度通过单总线反馈给主控芯片1。改变主控芯片1输出的脉冲宽度调制信号的占空比，就可以增大或减小PWM转电压单元4输出端电压，从而半导体制冷片5的冷端与热端的输出温度差。
本发明实施例还提供了一种自动血凝分析仪，该自动血凝分析仪试剂模块中的半导体制冷片由上述实施例中的闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路驱动。
可见，本发明主要是利用主控芯片的程序控制，输出稳定可靠，可广泛应用于低温制冷控制场合，具有任意低温度调整、效率高的优点，本发明的闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路与现有技术中基于H桥驱动电路相比，本发明解决了现有技术中只能对大功率制冷片双向施加正负且不可调节电压的功率电源来满足既要加热又要制冷的温度控制范围较宽的应用，H桥电路特有的桥臂“直通”现象容易损坏器件的问题，而具高度产业利用价值。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路，用于对连接有主电源的半导体制冷片的温度进行闭环调节，其特征在于，包括：温度传感器以及顺次连接的主控芯片、快速开关、驱动单元、PWM转电压单元，所述PWM转电压单元的输出端连接半导体制冷片；所述主控芯片输出PWM信号为半导体制冷片驱动电压提供控制；所述温度传感器连接半导体制冷片的冷端，实时采集温度通过单总线反馈给所述主控芯片，所述主控芯片根据反馈调整PWM信号的占空比以改变驱动电压，实现半导体制冷片温度控制的闭环调节。
2.根据权利要求1所述的闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路，其特征在于，所述主控芯片为单片机、DSP、ARM、FPGA或CPLD。
3.根据权利要求1所述的闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路，其特征在于，所述主控芯片输出的信号为20KHz高频脉冲宽度调制信号。
4.根据权利要求1所述的闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路，其特征在于，所述快速开关为NPN三极管，其接有下拉电阻，用以加大高频负反馈量，进而加快截止时间。
5.根据权利要求1所述的闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路，其特征在于，所述驱动单元为P沟道大功率MOS管。
6.根据权利要求5所述的闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路，其特征在于，所述PWM转电压单元包括肖特基二极管、大功率电感线圈和电解电容；所述肖特基二极管连接所述P沟道大功率MOS管的漏极和大功率电感线圈一端；所述电解电容正极连接所述大功率电感线圈另一端和半导体制冷片正极，用以减小半导体制冷片的驱动电源纹波。
7.根据权利要求1所述的闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路，其特征在于，所述温度传感器为DS18B20单线数字温度计。
8.根据权利要求1所述的闭环调节大功率半导体制冷片驱动电路，其特征在于，所述主电源为12V电源。
9.一种全自动血凝分析仪，其特征在于，其试剂模块中的半导体制冷片由如权利要求1至8任意一项所述的驱动电路驱动。
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