CN113110648A

CN113110648A - 一种新型温度控制系统

Info

Publication number: CN113110648A
Application number: CN202110292918.8A
Authority: CN
Inventors: 宋鸿辉; 顾国林
Original assignee: Shanghai Peaks Measure & Control Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Peaks Measure & Control Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2021-07-13

Abstract

本发明属于温度控制技术领域，具体涉及一种新型温度控制系统，半导体制冷片、H桥驱动电路、高压跟随电路、LC滤波电路、单片机控制器、温度采样电路以及电源；所述H桥驱动电路的上臂通过高压跟随电路与单片机控制器连接，H桥驱动电路的下臂直接连接单片机控制器；所述温度采样电路连接制冷片与单片机控制器；所述LC滤波电路由电感L和电容C组成，所述制冷片并联于电容C两端，所述电源用于向用电原件提供电力支持；本发明实现快速，低超调的温度控制。

Description

一种新型温度控制系统

技术领域

本发明属于温度控制技术领域，具体涉及一种新型温度控制系统。

背景技术

温度控制技术涉及到工业设备，民用电器，实验室仪器设备等很多领域，其作用是控制设备快速无超调的工作到设定的温度。当前常用的方法是双向可控硅结合电阻丝加热的控制方法。其特点是可靠性高，控制简单，但控制过程会有较大的超调，达到设定温度点也比较缓慢的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种新型温度控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提出了一种新型温度控制系统，包括：

半导体制冷片、H桥驱动电路、高压跟随电路、LC滤波电路、单片机控制器、温度采样电路以及电源；

所述H桥驱动电路的上臂通过高压跟随电路与单片机控制器连接，H桥驱动电路的下臂直接连接单片机控制器；所述温度采样电路连接制冷片与单片机控制器；

所述LC滤波电路由电感L和电容C组成，所述制冷片并联于电容C两端，所述电源用于向用电原件提供电力支持。

优选的，所述H桥驱动电路包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4，所述三极管Q1、三极管Q3作为上臂，三极管Q2、三极管Q4作为下臂，所述三极管Q1和三极管Q3的基极连接高压跟随电路，集电极连接Vcc，发射极分别连接三极管Q2、三极管Q4的集电极，所述三极管Q2、三极管Q4的基极连接单片机控制器，发射极接地。

优选的，所述电感L的一端连接于三极管Q1与三极管Q2的连接点，另一端串联电容C后连接至三极管Q3与三极管Q4的连接点。

优选的，所述高压跟随电路包括泵升电路和与泵升电路连接的驱动电路。

优选的，采用四象限方式，实现加速升温，减速升温，加速降温，减速降温，用以快速达到设定温度。

优选的，采用正负面积方式，当正面积等于负面积时，不加热也不制冷；当正面积大于负面积时，实现加热；当负面积大于正面积时，实现制冷。

优选的，在工作状态下，三极管Q1与三极管Q4同时导通，实现制冷片加热；三极管Q2与三极管Q3同时导通，实现制冷片制冷。

优选的，所述高压跟随电路用于根据Vcc电压将单片机控制器的信号抬高。

优选的，采用制冷制热开关进行切换，用以实现H桥驱动电路的快速响应。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

1.采用基于帕尔帖原理的半导体制冷片，结合H桥驱动电路，实现1套执行元件同时实现制冷制热的功能；

2.通过高压跟随法，实现H桥上臂的开关驱动；

3.通过LC滤波，避免制冷，制热开关切换过程中对半导体制冷片的冲击；

4.可实现加速升温，减速升温，加速降温，减速降温共4种工作模式，实现快速达到设定温度点的目的；

5.采用制冷制热开关切换方法，实现H桥的快速响应；

6.通过面积的大小，正负，来实现制冷，制热，以及制冷，制热的功率大小。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例中四象限示意图。

图3为本发明实施例中面积控温图。

图4为本发明实施例中电路的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

参考图1-4，本发明提出的一种新型温度控制系统的方案如下：

一种新型温度控制系统，包括半导体制冷片、H桥驱动电路、高压跟随电路、LC滤波电路、单片机控制器、温度采样电路以及电源；所述H桥驱动电路的上臂通过高压跟随电路与单片机控制器连接，H桥驱动电路的下臂直接连接单片机控制器；所述温度采样电路连接制冷片与单片机控制器；所述LC滤波电路由电感L和电容C组成，所述制冷片并联于电容C两端，所述电源用于向用电原件提供电力支持。

在一个具体的实施方式中，所述H桥驱动电路包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4，所述三极管Q1、三极管Q3作为上臂，三极管Q2、三极管Q4作为下臂，所述三极管Q1和三极管Q3的基极连接高压跟随电路，集电极连接Vcc，发射极分别连接三极管Q2、三极管Q4的集电极，所述三极管Q2、三极管Q4的基极连接单片机控制器，发射极接地。所述电感L的一端连接于三极管Q1与三极管Q2的连接点，另一端串联电容C后连接至三极管Q3与三极管Q4的连接点。

所述高压跟随电路包括泵升电路和与泵升电路连接的驱动电路。采用四象限方式，实现加速升温，减速升温，加速降温，减速降温，用以快速达到设定温度。采用正负面积方式，当正面积等于负面积时，不加热也不制冷；当正面积大于负面积时，实现加热；当负面积大于正面积时，实现制冷。

在工作状态下，三极管Q1与三极管Q4同时导通，实现制冷片加热；三极管Q2与三极管Q3同时导通，实现制冷片制冷。

所述高压跟随电路用于根据Vcc电压将单片机控制器的信号抬高。采用制冷制热开关进行切换，用以实现H桥驱动电路的快速响应。

如图1，整个控制系统包括：半导体制冷片，H桥驱动电路，高压跟随电路，LC滤波电路，单片机控制器，温度采样电路，电源等，其中半导体制冷片用来实现加热或制冷，H桥驱动电路，实现对半导体制冷片的功率驱动，高压跟随驱动电路实现对H桥电路上臂的驱动，LC滤波电路实现H桥对半导体制冷片的无冲击驱动，单片机控制器完成我们的控制方法，温度采样电路完成对实际工作温度的信息采集，电源负责对整个系统供电。

如图2，传统的控温方法，一般是采用加热/不加热的模式工作的，对应到我们的四象限概念，也仅仅对应第1象限，这样严重影响了对超调的控制能力，为了不至于有大的超调，必须要预先采取防护措施，严重影响了快速控制的能力，我们提出的四像限的概念，拓展了控制的手段，增加了控制方法和种类，当温差很大是，可以加速加温，当温差较小时，可以减速加温，当温度过头时，可以根据差值加速或以一般的速度降温。控制方法的实现，通过单片机控制器实施。

如图3，正负面积的概念，可从面积控温工作图中，坐标上半部分的面积为正，下半部分的面积为负，面积为正，用来加热；面积为负，用来制冷。面积控温的概念是这样的，比如第I段，我们控制面积为正的部分(图中阴影部分)等于面积为负的部分，所以不加热也不制冷；第I I段，面积为负的部分大于面积为正的部分，所以总的效果是制冷；第I I I段，面积为正的部分大于面积为负的部分，所以总的效果是加热。

本方法，不仅通过面积法实现了控制温度的新方法，而且由于每个周期都在不断的从正面积到负面积的跳变，很容易的实现了制冷和制热的快速切换。大大提高了系统的快速响应能力。

如图4，采样H桥的电路，巧妙的解决了只用一套制冷片，一套电路就可以实现制冷片的加热和制冷功能，但是H桥的工作电压VCC可能远高于单片机的工作电压，那么无法用单片机控制器直接驱动H桥的上臂。我们设计的高压跟随驱动电路，就是完成2个功能，一是把单片机控制器的信号抬高，二是根据不同的VCC电压，抬高的幅度也不一样。

并有自动跟踪VCC的功能(图中永远高于VCC 12V),这样巧妙的解决了驱动和工作电压变化的问题。

其中，LC滤波电路：

为了解决频繁正负驱动对制冷片的冲击，采用了LC滤波电路，由电感L和电容C组成，其中电感L具有对电流冲击的抑制作用，通过电感L后的信号不再有尖峰的冲击，电容C具有对电压尖峰的抑制作用，确保制冷片2段的电压信号不再有较大的尖峰的冲击。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种新型温度控制系统，其特征在于，包括半导体制冷片、H桥驱动电路、高压跟随电路、LC滤波电路、单片机控制器、温度采样电路以及电源；

2.根据权利要求1所述的一种新型温度控制系统，其特征在于，所述H桥驱动电路包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4，所述三极管Q1、三极管Q3作为上臂，三极管Q2、三极管Q4作为下臂，所述三极管Q1和三极管Q3的基极连接高压跟随电路，集电极连接Vcc，发射极分别连接三极管Q2、三极管Q4的集电极，所述三极管Q2、三极管Q4的基极连接单片机控制器，发射极接地。

3.根据权利要求1所述的一种新型温度控制系统，其特征在于，所述电感L的一端连接于三极管Q1与三极管Q2的连接点，另一端串联电容C后连接至三极管Q3与三极管Q4的连接点。

4.根据权利要求1所述的一种新型温度控制系统，其特征在于，所述高压跟随电路包括泵升电路和与泵升电路连接的驱动电路。

5.根据权利要求1所述的一种新型温度控制系统，其特征在于，采用四象限方式，实现加速升温，减速升温，加速降温，减速降温，用以快速达到设定温度。

6.根据权利要求1所述的一种新型温度控制系统，其特征在于，采用正负面积方式，当正面积等于负面积时，不加热也不制冷；当正面积大于负面积时，实现加热；当负面积大于正面积时，实现制冷。

7.根据权利要求3所述的一种新型温度控制系统，其特征在于，在工作状态下，三极管Q1与三极管Q4同时导通，实现制冷片加热；三极管Q2与三极管Q3同时导通，实现制冷片制冷。

8.根据权利要求2所述的一种新型温度控制系统，其特征在于，所述高压跟随电路用于根据Vcc电压将单片机控制器的信号抬高。

9.根据权利要求1所述的一种新型温度控制系统，其特征在于，采用制冷制热开关进行切换，用以实现H桥驱动电路的快速响应。