CN113587487A - 一种抗干扰性强的半导体制冷器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种抗干扰性强的半导体制冷器及其控制方法，包括控制电路、温度采集电路、半导体制冷片驱动电路、半导体制冷片；所述控制电路包括微处理器、LCD接口电路，所述微处理器通过串口与上位机相连接，所述微处理器通过LCD接口电路与LCD显示屏相连接；所述温度采集电路包括若干个温度传感器、抗干扰测温电路，每个所述温度传感器通过抗干扰测温电路与微处理器进行数据传输，所述外接电源与半导体制冷片驱动电路相连接。本发明所述的抗干扰性强的半导体制冷器及其控制方法，结构设计合理，控制方法简单，适用性广，能够实现对不同应用场景温度的快速调节，温度控制误差在±0.1℃以内，抗干扰能力强，驱动效率高，应用前景广泛。

Description

一种抗干扰性强的半导体制冷器及其控制方法

技术领域

本发明属于半导体制冷器技术领域，具体涉及一种抗干扰性强的半导体制冷器及其控制方法。

背景技术

半导体制冷器具有响应速度快、体积小、热惯性小、便于冷热切换等特点，在生物医疗、理化参数测试等领域的仪器设备中得到了越 来越广泛的应用，如PCR 仪、石油低温流动性分析仪等，但其制冷能力受冷热面温差影响较大，对热端散热设计要求较高。

目前，半导体制冷器的驱动电路有多种形式：采用线性驱动，但是线性稳压电源总会有纹波，同时它的效率非常低，需要大体积的元件并且还要做好热隔离防止调整管发出的热量加载到制冷器上；采用PWM驱动方式的专用TEC驱动芯片，如MAX1968、DRV593等，但专用芯片价格太贵、交货周期长；采用双通道DC-DC转换芯片进行驱动，但DC-DC 转换芯片吸收电流能力只有输出电流一半，驱动能力实际只有一半，功率太低；采用单通道DC-DC转换电路搭配桥式电路进行驱动，但是对应驱动电路复杂，所需元器件数量比较多，损耗大、驱动设计难度较大。

此外，各种电动执行机构、电动机的使用会产生噪声污染，这要求半导体制冷器具有更高的抗干扰性能。因此，需要研发出一直抗干扰性强的半导体制冷器及其控制方法，提高驱动效率，具有更高的抗干扰性能。

中国专利申请号为 CN202021206892.8公开了一种双效半导体制冷器，其包括由半导体制成的制冷制热器件和一侧开口的容纳箱，制冷制热器件位于容纳箱开口的一侧并将其开口封闭，容纳箱上开有进风口和出风口，进风口处连接有风机，出风口处连通有出风管，目的是提高半导体制冷制热利用效率的优点，没有解决驱动效率低、无抗干扰功能的问题。

发明内容

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种抗干扰性强的半导体制冷器及其控制方法，结构设计合理，控制方法简单，适用性广，能够实现对不同应用场景温度的快速调节，温度控制误差在±0.1℃以内，抗干扰能力强，驱动效率高，应用前景广泛。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

技术方案：一种抗干扰性强的半导体制冷器，包括控制电路、温度采集电路、半导体制冷片驱动电路、半导体制冷片；所述控制电路包括微处理器、LCD接口电路，所述微处理器通过串口与上位机相连接，所述微处理器通过LCD接口电路与LCD显示屏相连接；所述温度采集电路包括若干个温度传感器、抗干扰测温电路，每个所述温度传感器通过抗干扰测温电路与微处理器进行数据传输，所述外接电源与半导体制冷片驱动电路相连接，所述半导体制冷片驱动电路与微处理器相连接；所述半导体制冷片驱动电路包括第一电压转换单元、第二电压转换单元、第一驱动单元、第二驱动单元，所述第一电压转换单元的输入端与外接电源相连接和输出端所述半导体制冷片的正极相连接，所述第二电压转换单元的输入端与外接电源相连接和输出端所述半导体制冷片的负极相连接；所述第一驱动单元的一端接地和另一端与所述半导体制冷片的负极相连接，所述第二驱动单元的一端接地和另一端与所述半导体制冷片的正极相连接。

本发明所述的抗干扰性强的半导体制冷器，结构设计合理，适用性广，能够实现对应用场景温度的快速调节，温度控制误差在±0.1℃以内，抗干扰能力强，驱动效率高，应用前景广泛。

本发明所述的抗干扰性强的半导体制冷器，微处理器采用32位的STM32F103ZET6处理器，拥有64KB SRAM、512KFLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、1个USB、5个串口以及112个通用IO口。相比于其他处理器直接与硬件底层寄存器进行交流的情况STM32F103ZET6处理器直接调用库函数进行操作，既弱化了对与硬件底层的要求，在功能实现上也更加轻松，控制精度更高。

为了实时测量半导体制冷器的温度，本发明采用接口温度传感器DSl8820，与微处理器接口简单、体积小、适用电压宽，并且温度读取精度设置为0.1℃。此外，工业现场环境通常比较复杂，具有各种干扰源和干扰信号，导致温度传感器送出的模拟信号往往带有很高的共模电压及各种干扰信号，同时现场的各种执行机构也会产生很高的共模电压与干扰信号， 对温度传感器测量精度造成很大的影响，本发明采用抗干扰测温电路对干扰信号及共模信号进行抑制处理以及实现输入部分和输出部分的物理隔离。

本发明所述半导体制冷片驱动电路，在微处理器的控制下，通过第一电压转换单元与第一驱动单元配合工作，对半导体制冷片提供从半导体制冷片正极流向半导体制冷片负极的电流，实现半导体制冷片的制冷；在微处理器的控制下，通过第二电压转换单元与第二驱动单元配合工作，对半导体制冷片提供从半导体制冷片负极流向半导体制冷片正极的电流，实现半导体制冷片的制热；从设计原理上将制冷和制热时的驱动电路分割开来，单独制冷或制热时，只有一个电压转换单元与一个驱动单元配合工作，驱动电路结构简单且设计难度低，控制简单且驱动效率高。

进一步的，上述的抗干扰性强的半导体制冷器，所述抗干扰测温电路包括滤波及差分放大电路、隔离放大电路、转换电路，所述温度传感器、滤波及差分放大电路、隔离放大电路、转换电路、微处理器依次连接。

所述抗干扰测温电路中，先由滤波及差分放大电路完成将温度传感器送出的模拟信号转换为电压信号两端的电压进行滤波及差分放大，以抑制输入端引入的干扰信号以及共模信号，提高温度测量精度及稳定性，接下来由所述隔离放大电路对信号进行线性传输，实现输入部分和输出部分的物理隔离及线性传输，最后，由所述转换电路将隔离放大电路的输出电压信号转换为电流信号，在传输至微处理器。

进一步的，上述的抗干扰性强的半导体制冷器，所述滤波及差分放大电路包括低通滤波电路、差分放大电路，所述低通滤波电路、差分放大电路串联；所述低通滤波电路由两个RC低通滤波电路并联组成；所述RC低通滤波电路由两个电容一个电阻组成；所述差分放大电路由三个查分放大器组成，并且所述查分放大器的输入信号之间设置有多个电容；所述差分放大电路还包括若干个电源输入电路，每个所述电源输入电路的电源输入脚设置有RC滤波电路。

由两个电容一个电阻组成 ＲC 低通滤波电路对电路的干扰信号进行低通滤波处理。在电路中使用 3 个差分放大器组成 2 级差分放大电路，提高输入阻抗和共模抑制比，有效抑制输入接口的干扰信号以及共模信号。本发明选用的差分放大器的输入阻抗在1000GΩ以上，共模抑制比不小于 90dB。通过2级差分放大后，噪声信号得到了有效的抑制，从而极大提高了抗干扰测温电路的干扰信号和共模信号的抑制能力。此外，在差分放大器的输入信号之间使用电容进行滤波，有效去除高频干扰信号。在每个运放的电源输入脚添加ＲC滤波电路，可以有效抑制 DC /DC 引入的高频干扰， 同时可以减小供电电压的纹波幅度， 保证稳定性。

进一步的，上述的抗干扰性强的半导体制冷器，所述隔离放大电路通过线性光耦进行隔离传输。

隔离放大电路采用线性光耦进行隔离传输，该线性光耦的隔离电压大于3 000V，能够耦合模拟和数字信号，增益稳定性高，带宽大于 200kHz，线性度可达 0.01%。

进一步的，上述的抗干扰性强的半导体制冷器，所述第一电压转换单元为BUCK电路，所述第一电压转换单元包括第一电压转换芯片、第一电容、第二电容、第三电容、第一电感、第一电阻及第二电阻；所述第一电压转换芯片的电压输入端接所述外接电源，所述第一电压转换芯片的使能输入端接微处理器，所述第一电压转换芯片的地端接地，所述第一电压转换芯片的电压输出端经依次串接的所述第一电感、所述第一电阻及所述第二电阻后接地，所述第一电压转换芯片的自举输入端经串联的所述第一电容后接所述第一电压转换芯片的电压输出端，所述第一电压转换芯片的反馈输入端接所述第一电阻与所述第二电阻的公共端；所述第二电容的一端接地，所述第二电容的另一端接所述第一电压转换芯片的电压输入端，所述第三电容的一端接地，所述第三电容的另一端接所述第一电感与所述第一电阻的公共端；其中，所述第一电压转换芯片的电压输入端为所述第一电压转换单元的输入端，所述第一电感与所述第一电阻的公共端为所述第一电压转换单元的输出端。

进一步的，上述的抗干扰性强的半导体制冷器，所述第二电压转换单元为BUCK电路，所述第二电压转换单元包括第二电压转换芯片、第四电容、第五电容、第六电容、第二电感、第三电阻及第四电阻；所述第二电压转换芯片的电压输入端接所述外部电源，所述第二电压转换芯片的使能输入端接所述微处理器，所述第二电压转换芯片的地端接地，所述第二电压转换芯片的电压输出端经依次串接的所述第二电感、所述第三电阻及所述第四电阻后接地，所述第二电压转换芯片的自举输入端经串联的所述第四电容后接所述第二电压转换芯片的电压输出端，所述第二电压转换芯片的反馈输入端接所述第三电阻与所述第四电阻的公共端；所述第五电容的一端接地，所述第五电容的另一端接所述第二电压转换芯片的电压输入端，所述第六电容的一端接地，所述第六电容的另一端接所述第二电感与所述第三电阻的公共端；其中，所述第二电压转换芯片的电压输入端为所述第二电压转换单元的输入端，所述第二电感与所述第三电阻的公共端为所述第二电压转换单元的输出端。

进一步的，上述的抗干扰性强的半导体制冷器，所述第一驱动单元包括第一NMOS管及第五电阻，所述第一NMOS管的源极接地，所述第一NMOS管的漏极接所述半导体制冷片的负极，所述第一NMOS管的栅极接所述微处理器，所述第五电阻串接在所述第一NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的源极之间；所述第二驱动单元包括第二NMOS管及第六电阻，所述第二NMOS管的源极接地，所述第二NMOS管的漏极接所述半导体制冷片的正极，所述第二NMOS管的栅极接所述微处理器，所述第六电阻串接在所述第二NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的源极之间。

第一电压转换单元及第二电压转换单元的结构一样，第一电压转换芯片及第二电压转换芯片为BUCK芯片，价格便宜；同时，第一驱动单元及第二驱动单元均为基于单个NMOS管的驱动结构，电路结构简单，所需元器件少，设计难度及成本低。

本发明还涉及到所述抗干扰性强的半导体制冷器的控制方法， 所述控制方法，包括如下步骤：

1、当微处理器输出第一使能控制信号时，第一电压转换单元的第一电压转换芯片启动并工作，第一电压转换单元将外部电源的供电电压转换后输出到半导体制冷片的正极，同时，该第一使能控制信号控制第一驱动单元的第一NMOS管导通，将半导体制冷片的负极下拉到地，从而形成电流回路，电流从半导体制冷片的正极流向半导体制冷片的负极，实现制冷；

2、当微处理器11输出第二使能控制信号时，第二电压转换单元的第二电压转换芯片启动并工作，第二电压转换单元将外部电源的供电电压转换后输出到半导体制冷片的负极，同时，该第二使能控制信号控制第二驱动单元的第二NMOS管导通，将半导体制冷片的正极下拉到地，从而形成电流回路，电流从半导体制冷片的负极流向半导体制冷片的正极，实现制热。

进一步的，上述的抗干扰性强的半导体制冷器的控制方法，所述控制方法，还包括如下步骤：

1、每个所述温度传感器通过抗干扰测温电路与微处理器进行温度数据传输；当微处理器检测到温度过高或者过低的时候，微处理器将输出的第一使能控制信号或者第二使能控制信号调为高电平，以来进行制冷或者制热，微处理器与外部电源相连接，并且微处理器根据检测到的不同温度，改变外部电源输出电压；

2、当微处理器检测到温度在设定温度范围内时，微处理器将输出的第一使能控制信号或者第二使能控制信号同时调成低电平，关闭第一电压转换单元与第一驱动单元以及第二电压转换单元与第二驱动单元，使得空载状态下没有输出；

3、所述微处理器通过串口与上位机相连接，所述微处理器11通过LCD接口电路与LCD显示屏相连接，微处理器将对半导体制冷器的温度的采集与控制以及将温度数据实时传输给上位机并且显示在LCD显示屏屏幕上。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明所述的抗干扰性强的半导体制冷器，结构设计合理，适用性广，能够实现对应用场景温度的快速调节，温度控制误差在±0.1℃以内，抗干扰能力强，驱动效率高，应用前景广泛；本发明所述的抗干扰性强的半导体制冷器的控制方法，控制方法简单，智能化程度高，简单可控且具有很高的灵活性，减少能耗，具有较好的经济性，应用前景广泛。

附图说明

图1为本发明所述一种抗干扰性强的半导体制冷器的构架图；

图2为本发明所述一种抗干扰性强的半导体制冷器的半导体制冷片驱动电路的原理框图；

图3为本发明所述一种抗干扰性强的半导体制冷器的抗干扰测温电路的原理框图；

图4为本发明所述一种抗干扰性强的半导体制冷器的抗干扰测温电路的滤波及差分放大电路电路原理图；

图5为本发明所述一种抗干扰性强的半导体制冷器的半导体制冷片驱动电路的电路原理图；

图中：控制电路1、微处理器11、LCD接口电路12、温度采集电路2、温度传感器21、抗干扰测温电路22、滤波及差分放大电路221、低通滤波电路2211、RC低通滤波电路22111、差分放大电路2212、查分放大器22121、电源输入电路2213、RC滤波电路22131、隔离放大电路222、转换电路223、半导体制冷片驱动电路3、第一电压转换单元31、第一电压转换芯片311、第一电容312、第二电容313、第三电容314、第一电感315、第一电阻316、第二电阻317、第二电压转换单元32、第二电压转换芯片321、第四电容322、第五电容323、第六电容324、第二电感325、第三电阻326、第四电阻327、第一驱动单元33、第一NMOS管331、第五电阻332、第二驱动单元34、第二NMOS管341、第六电阻342、半导体制冷片4、上位机5、LCD显示屏6、外接电源7。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和附图1-5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1、2所示，以下实施例提供了一种抗干扰性强的半导体制冷器，包括控制电路1、温度采集电路2、半导体制冷片驱动电路3、半导体制冷片4；所述控制电路1包括微处理器11、LCD接口电路12，所述微处理器11通过串口与上位机5相连接，所述微处理器11通过LCD接口电路12与LCD显示屏6相连接；所述温度采集电路2包括若干个温度传感器21、抗干扰测温电路22，每个所述温度传感器21通过抗干扰测温电路22与微处理器11进行数据传输，所述外接电源7与半导体制冷片驱动电路3相连接，所述半导体制冷片驱动电路3与微处理器11相连接；所述半导体制冷片驱动电路3包括第一电压转换单元31、第二电压转换单元32、第一驱动单元33、第二驱动单元34，所述第一电压转换单元31的输入端与外接电源7相连接和输出端所述半导体制冷片4的正极相连接，所述第二电压转换单元32的输入端与外接电源7相连接和输出端所述半导体制冷片4的负极相连接；所述第一驱动单元33的一端接地和另一端与所述半导体制冷片4的负极相连接，所述第二驱动单元34的一端接地和另一端与所述半导体制冷片4的正极相连接。

进一步的，如图3、4所示，所述抗干扰测温电路22包括滤波及差分放大电路221、隔离放大电路222、转换电路223，所述温度传感器21、滤波及差分放大电路221、隔离放大电路222、转换电路223、微处理器11依次连接。

进一步的，所述滤波及差分放大电路221包括低通滤波电路2211、差分放大电路2212，所述低通滤波电路2211、差分放大电路2212串联；所述低通滤波电路2211由两个RC低通滤波电路22111并联组成；所述RC低通滤波电路22111由两个电容一个电阻组成；所述差分放大电路2212由三个查分放大器22121组成，并且所述查分放大器22121的输入信号之间设置有多个电容；所述差分放大电路2212还包括若干个电源输入电路2213，每个所述电源输入电路2213的电源输入脚设置有RC滤波电路22131。

进一步的，所述隔离放大电路222通过线性光耦进行隔离传输。

进一步的，如图2、5所示，所述第一电压转换单元31为BUCK电路，所述第一电压转换单元31包括第一电压转换芯片311、第一电容312、第二电容313、第三电容314、第一电感315、第一电阻316及第二电阻317；所述第一电压转换芯片311的电压输入端接所述外接电源7，所述第一电压转换芯片311的使能输入端接微处理器11，所述第一电压转换芯片311的地端接地，所述第一电压转换芯片311的电压输出端经依次串接的所述第一电感315、所述第一电阻316及所述第二电阻317后接地，所述第一电压转换芯片311的自举输入端经串联的所述第一电容312后接所述第一电压转换芯片311的电压输出端，所述第一电压转换芯片311的反馈输入端接所述第一电阻316与所述第二电阻317的公共端；所述第二电容313的一端接地，所述第二电容313的另一端接所述第一电压转换芯片311的电压输入端，所述第三电容314的一端接地，所述第三电容314的另一端接所述第一电感315与所述第一电阻316的公共端；其中，所述第一电压转换芯片311的电压输入端为所述第一电压转换单元31的输入端，所述第一电感315与所述第一电阻316的公共端为所述第一电压转换单元31的输出端。

进一步的，所述第二电压转换单元32为BUCK电路，所述第二电压转换单元32包括第二电压转换芯片321、第四电容322、第五电容323、第六电容324、第二电感325、第三电阻326及第四电阻327；所述第二电压转换芯片321的电压输入端接所述外部电源7，所述第二电压转换芯片321的使能输入端接所述微处理器11，所述第二电压转换芯片321的地端接地，所述第二电压转换芯片321的电压输出端经依次串接的所述第二电感325、所述第三电阻326及所述第四电阻327后接地，所述第二电压转换芯片321的自举输入端经串联的所述第四电容322后接所述第二电压转换芯片321的电压输出端，所述第二电压转换芯片321的反馈输入端接所述第三电阻326与所述第四电阻327的公共端；所述第五电容323的一端接地，所述第五电容323的另一端接所述第二电压转换芯片321的电压输入端，所述第六电容324的一端接地，所述第六电容324的另一端接所述第二电感325与所述第三电阻326的公共端；其中，所述第二电压转换芯片321的电压输入端为所述第二电压转换单元32的输入端，所述第二电感325与所述第三电阻326的公共端为所述第二电压转换单元32的输出端。

进一步的，所述第一驱动单元33包括第一NMOS管331及第五电阻332，所述第一NMOS管331的源极接地，所述第一NMOS管331的漏极接所述半导体制冷片4的负极，所述第一NMOS管331的栅极接所述微处理器，所述第五电阻332串接在所述第一NMOS管331的栅极与所述第一NMOS管331的源极之间；所述第二驱动单元34包括第二NMOS管341及第六电阻342，所述第二NMOS管341的源极接地，所述第二NMOS管341的漏极接所述半导体制冷片4的正极，所述第二NMOS管341的栅极接所述微处理器11，所述第六电阻342串接在所述第二NMOS管341的栅极与所述第二NMOS管341的源极之间。

实施例1

基于以上的结构基础，如图1-5所示。

1、当微处理器11输出第一使能控制信号时，第一电压转换单元31的第一电压转换芯片311启动并工作，第一电压转换单元31将外部电源7的供电电压转换后输出到半导体制冷片4的正极，同时，该第一使能控制信号控制第一驱动单元33的第一NMOS管331导通，将半导体制冷片4的负极下拉到地，从而形成电流回路，电流从半导体制冷片4的正极流向半导体制冷片4的负极，实现制冷；

2、当微处理器11输出第二使能控制信号时，第二电压转换单元32的第二电压转换芯片321启动并工作，第二电压转换单元32将外部电源7的供电电压转换后输出到半导体制冷片4的负极，同时，该第二使能控制信号控制第二驱动单元34的第二NMOS管341导通，将半导体制冷片4的正极下拉到地，从而形成电流回路，电流从半导体制冷片4的负极流向半导体制冷片4的正极，实现制热。

实施例2

基于以上的结构基础，如图1-5所示。

所述控制方法，还包括如下步骤：

1、每个所述温度传感器21通过抗干扰测温电路22与微处理器11进行温度数据传输；当微处理器11检测到温度过高或者过低的时候，微处理器11将输出的第一使能控制信号或者第二使能控制信号调为高电平，以来进行制冷或者制热，微处理器11与外部电源7相连接，并且微处理器11根据检测到的不同温度，改变外部电源7输出电压；

2、当微处理器11检测到温度在设定温度范围内时，微处理器11将输出的第一使能控制信号或者第二使能控制信号同时调成低电平，关闭第一电压转换单元31与第一驱动单元33以及第二电压转换单元32与第二驱动单元34，使得空载状态下没有输出；

3、所述微处理器11通过串口与上位机5相连接，所述微处理器11通过LCD接口电路12与LCD显示屏6相连接，微处理器11将对半导体制冷器的温度的采集与控制以及将温度数据实时传输给上位机5并且显示在LCD显示屏6屏幕上。

其中，本发明所述的抗干扰性强的半导体制冷器，结构设计合理，适用性广，能够实现对应用场景温度的快速调节，温度控制误差在±0.1℃以内，抗干扰能力强，驱动效率高，应用前景广泛。

本发明所述的抗干扰性强的半导体制冷器，微处理器11采用32位的STM32F103ZET6处理器，拥有64KB SRAM、512KFLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、1个USB、5个串口以及112个通用IO口。相比于其他处理器直接与硬件底层寄存器进行交流的情况STM32F103ZET6处理器直接调用库函数进行操作，既弱化了对与硬件底层的要求，在功能实现上也更加轻松，控制精度更高。

为了实时测量半导体制冷器的温度，本发明采用接口温度传感器21DSl8820，与微处理器11接口简单、体积小、适用电压宽，并且温度读取精度设置为0.1℃。此外，工业现场环境通常比较复杂，具有各种干扰源和干扰信号，导致温度传感器21送出的模拟信号往往带有很高的共模电压及各种干扰信号，同时现场的各种执行机构也会产生很高的共模电压与干扰信号， 对温度传感器21测量精度造成很大的影响，本发明采用抗干扰测温电路22对干扰信号及共模信号进行抑制处理以及实现输入部分和输出部分的物理隔离。

本发明所述半导体制冷片驱动电路3，在微处理器11的控制下，通过第一电压转换单元31与第一驱动单元33配合工作，对半导体制冷片4提供从半导体制冷片4正极流向半导体制冷片4负极的电流，实现半导体制冷片4的制冷；在微处理器11的控制下，通过第二电压转换单元32与第二驱动单元34配合工作，对半导体制冷片4提供从半导体制冷片4负极流向半导体制冷片4正极的电流，实现半导体制冷片4的制热；从设计原理上将制冷和制热时的驱动电路分割开来，单独制冷或制热时，只有一个电压转换单元与一个驱动单元配合工作，驱动电路结构简单且设计难度低，控制简单且驱动效率高。

进一步的，所述抗干扰测温电路22中，先由滤波及差分放大电路221完成将温度传感器送出的模拟信号转换为电压信号两端的电压进行滤波及差分放大，以抑制输入端引入的干扰信号以及共模信号，提高温度测量精度及稳定性，接下来由所述隔离放大电路222对信号进行线性传输，实现输入部分和输出部分的物理隔离及线性传输，最后，由所述转换电路223将隔离放大电路222的输出电压信号转换为电流信号，在传输至微处理器11。

进一步的，由两个电容一个电阻组成 ＲC 低通滤波电路22111对电路的干扰信号进行低通滤波处理。在电路中使用 3 个差分放大器22121组成 2 级差分放大电路，提高输入阻抗和共模抑制比，有效抑制输入接口的干扰信号以及共模信号。本发明选用的差分放大器22121的输入阻抗在1000GΩ以上，共模抑制比不小于 90dB。通过2级差分放大后，噪声信号得到了有效的抑制，从而极大提高了抗干扰测温电路22的干扰信号和共模信号的抑制能力。此外，在差分放大器22121的输入信号之间使用电容进行滤波，有效去除高频干扰信号。在每个运放的电源输入脚添加ＲC滤波电路22131，可以有效抑制 DC /DC 引入的高频干扰， 同时可以减小供电电压的纹波幅度， 保证稳定性。

进一步的，隔离放大电路222采用线性光耦进行隔离传输，该线性光耦的隔离电压大于3 000V，能够耦合模拟和数字信号，增益稳定性高，带宽大于 200kHz，线性度可达0.01%。

进一步的，第一电压转换单元31及第二电压转换单元32的结构一样，第一电压转换芯片311及第二电压转换芯片321为BUCK芯片，价格便宜；同时，第一驱动单元33及第二驱动单元34均为基于单个NMOS管的驱动结构，电路结构简单，所需元器件少，设计难度及成本低。

本发明具体控制方法途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种抗干扰性强的半导体制冷器，其特征在于，包括控制电路（1）、温度采集电路（2）、半导体制冷片驱动电路（3）、半导体制冷片（4）；所述控制电路（1）包括微处理器（11）、LCD接口电路（12），所述微处理器（11）通过串口与上位机（5）相连接，所述微处理器（11）通过LCD接口电路（12）与LCD显示屏（6）相连接；所述温度采集电路（2）包括若干个温度传感器（21）、抗干扰测温电路（22），每个所述温度传感器（21）通过抗干扰测温电路（22）与微处理器（11）进行数据传输，所述外接电源（7）与半导体制冷片驱动电路（3）相连接，所述半导体制冷片驱动电路（3）与微处理器（11）相连接；所述半导体制冷片驱动电路（3）包括第一电压转换单元（31）、第二电压转换单元（32）、第一驱动单元（33）、第二驱动单元（34），所述第一电压转换单元（31）的输入端与外接电源（7）相连接和输出端所述半导体制冷片（4）的正极相连接，所述第二电压转换单元（32）的输入端与外接电源（7）相连接和输出端所述半导体制冷片（4）的负极相连接；所述第一驱动单元（33）的一端接地和另一端与所述半导体制冷片（4）的负极相连接，所述第二驱动单元（34）的一端接地和另一端与所述半导体制冷片（4）的正极相连接。

2.根据权利要求1所述的抗干扰性强的半导体制冷器，其特征在于，所述抗干扰测温电路（22）包括滤波及差分放大电路（221）、隔离放大电路（222）、转换电路（223），所述温度传感器（21）、滤波及差分放大电路（221）、隔离放大电路（222）、转换电路（223）、微处理器（11）依次连接。

3.根据权利要求3所述的抗干扰性强的半导体制冷器，其特征在于，所述滤波及差分放大电路（221）包括低通滤波电路（2211）、差分放大电路（2212），所述低通滤波电路（2211）、差分放大电路（2212）串联；所述低通滤波电路（2211）由两个RC低通滤波电路（22111）并联组成；所述RC低通滤波电路（22111）由两个电容一个电阻组成；所述差分放大电路（2212）由三个查分放大器（22121）组成，并且所述查分放大器（22121）的输入信号之间设置有多个电容；所述差分放大电路（2212）还包括若干个电源输入电路（2213），每个所述电源输入电路（2213）的电源输入脚设置有RC滤波电路（22131）。

4.根据权利要求3所述的抗干扰性强的半导体制冷器，其特征在于，所述隔离放大电路（222）通过线性光耦进行隔离传输。

5.根据权利要求1所述的抗干扰性强的半导体制冷器，其特征在于，所述第一电压转换单元（31）为BUCK电路，所述第一电压转换单元（31）包括第一电压转换芯片（311）、第一电容（312）、第二电容（313）、第三电容（314）、第一电感（315）、第一电阻（316）及第二电阻（317）；所述第一电压转换芯片（311）的电压输入端接所述外接电源（7），所述第一电压转换芯片（311）的使能输入端接微处理器（11），所述第一电压转换芯片（311）的地端接地，所述第一电压转换芯片（311）的电压输出端经依次串接的所述第一电感（315）、所述第一电阻（316）及所述第二电阻（317）后接地，所述第一电压转换芯片（311）的自举输入端经串联的所述第一电容（312）后接所述第一电压转换芯片（311）的电压输出端，所述第一电压转换芯片（311）的反馈输入端接所述第一电阻（316）与所述第二电阻（317）的公共端；所述第二电容（313）的一端接地，所述第二电容（313）的另一端接所述第一电压转换芯片（311）的电压输入端，所述第三电容（314）的一端接地，所述第三电容（314）的另一端接所述第一电感（315）与所述第一电阻（316）的公共端；其中，所述第一电压转换芯片（311）的电压输入端为所述第一电压转换单元（31）的输入端，所述第一电感（315）与所述第一电阻（316）的公共端为所述第一电压转换单元（31）的输出端。

6.根据权利要求5所述的抗干扰性强的半导体制冷器，其特征在于，所述第二电压转换单元（32）为BUCK电路，所述第二电压转换单元（32）包括第二电压转换芯片（321）、第四电容（322）、第五电容（323）、第六电容（324）、第二电感（325）、第三电阻（326）及第四电阻（327）；所述第二电压转换芯片（321）的电压输入端接所述外部电源（7），所述第二电压转换芯片（321）的使能输入端接所述微处理器（11），所述第二电压转换芯片（321）的地端接地，所述第二电压转换芯片（321）的电压输出端经依次串接的所述第二电感（325）、所述第三电阻（326）及所述第四电阻（327）后接地，所述第二电压转换芯片（321）的自举输入端经串联的所述第四电容（322）后接所述第二电压转换芯片（321）的电压输出端，所述第二电压转换芯片（321）的反馈输入端接所述第三电阻（326）与所述第四电阻（327）的公共端；所述第五电容（323）的一端接地，所述第五电容（323）的另一端接所述第二电压转换芯片（321）的电压输入端，所述第六电容（324）的一端接地，所述第六电容（324）的另一端接所述第二电感（325）与所述第三电阻（326）的公共端；其中，所述第二电压转换芯片（321）的电压输入端为所述第二电压转换单元（32）的输入端，所述第二电感（325）与所述第三电阻（326）的公共端为所述第二电压转换单元（32）的输出端。

7.根据权利要求6所述的抗干扰性强的半导体制冷器，其特征在于，所述第一驱动单元（33）包括第一NMOS管（331）及第五电阻（332），所述第一NMOS管（331）的源极接地，所述第一NMOS管（331）的漏极接所述半导体制冷片（4）的负极，所述第一NMOS管（331）的栅极接所述微处理器，所述第五电阻（332）串接在所述第一NMOS管（331）的栅极与所述第一NMOS管（331）的源极之间；所述第二驱动单元（34）包括第二NMOS管（341）及第六电阻（342），所述第二NMOS管（341）的源极接地，所述第二NMOS管（341）的漏极接所述半导体制冷片（4）的正极，所述第二NMOS管（341）的栅极接所述微处理器（7），所述第六电阻（342）串接在所述第二NMOS管（341）的栅极与所述第二NMOS管（341）的源极之间。

8.根据权利要求1-7任一项所述抗干扰性强的半导体制冷器的控制方法，其特征在于，所述控制方法，包括如下步骤：

当微处理器（11）输出第一使能控制信号时，第一电压转换单元（31）的第一电压转换芯片（311）启动并工作，第一电压转换单元（31）将外部电源（7）的供电电压转换后输出到半导体制冷片（4）的正极，同时，该第一使能控制信号控制第一驱动单元（33）的第一NMOS管（331）导通，将半导体制冷片（4）的负极下拉到地，从而形成电流回路，电流从半导体制冷片（4）的正极流向半导体制冷片（4）的负极，实现制冷；

当微处理器（11）输出第二使能控制信号时，第二电压转换单元（32）的第二电压转换芯片（321）启动并工作，第二电压转换单元（32）将外部电源（7）的供电电压转换后输出到半导体制冷片（4）的负极，同时，该第二使能控制信号控制第二驱动单元（34）的第二NMOS管（341）导通，将半导体制冷片（4）的正极下拉到地，从而形成电流回路，电流从半导体制冷片（4）的负极流向半导体制冷片（4）的正极，实现制热。

9.根据权利要求8所述抗干扰性强的半导体制冷器的控制方法，其特征在于，所述控制方法，还包括如下步骤：

每个所述温度传感器（21）通过抗干扰测温电路（22）与微处理器（11）进行温度数据传输；当微处理器（11）检测到温度过高或者过低的时候，微处理器（11）将输出的第一使能控制信号或者第二使能控制信号调为高电平，以来进行制冷或者制热，微处理器（11）与外部电源（7）相连接，并且微处理器（11）根据检测到的不同温度，改变外部电源（7）输出电压；

当微处理器（11）检测到温度在设定温度范围内时，微处理器（11）将输出的第一使能控制信号或者第二使能控制信号同时调成低电平，关闭第一电压转换单元（31）与第一驱动单元（33）以及第二电压转换单元（32）与第二驱动单元（34），使得空载状态下没有输出；

所述微处理器（11）通过串口与上位机（5）相连接，所述微处理器（11）通过LCD接口电路（12）与LCD显示屏（6）相连接，微处理器（11）将对半导体制冷器的温度的采集与控制以及将温度数据实时传输给上位机（5）并且显示在LCD显示屏（6）屏幕上。

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