CN114153244A - 一种多功能温度检测控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了制冷器温度检测技术领域的一种多功能温度检测控制电路，包括：电压转换电路单元，向温度检测控制电路单元和制冷完成指示电压比较电路单元供电；温度检测控制电路单元，连接待命控制端，接入二极管测温二极管温度电压，检测测温二极管温度电压，输出相应的控温信号；制冷完成指示电压比较电路单元，接收测温二极管温度电压和控温基准电压，检测测温二极管温度电压和控温基准电压，响应于测温二极管温度电压达到指定电压时输出低电平零伏的制冷完成指示电压。本发明能够通过运算放大器等，实现温度检测、控温待命和制冷完成指示功能。

Description

一种多功能温度检测控制电路

技术领域

本发明涉及一种多功能温度检测控制电路，属于制冷器温度检测技术领域。

背景技术

斯特林制冷器是由电力驱动的一种机械式制冷器。斯特林制冷器具有结构紧凑、工作温度范围宽、启动快、效率高、操作简便等优点。两空间制冷器温度可达80K。三空间机制冷温度可达10.5-20K。四空间制冷器温度可达7.8K。冷头最底温度达到6K到3.1K的斯特林制冷器也已研制成功。不过这种制冷器最大的缺点是噪声较大和寿命不长。

用于斯特林制冷器的多功能温度检测电路主要通过运算放大器等实现温度检测。传统的温度检测电路功能单一，仅控温功能，无控温待命及制冷完成指示功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种多功能温度检测控制电路，实现温度检测、控温待命和制冷完成指示功能的效果。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种多功能温度检测控制电路，包括：

电压转换电路单元，向温度检测控制电路单元和制冷完成指示电压比较电路单元供电；

温度检测控制电路单元，连接待命控制端，接入二极管测温二极管温度电压，检测测温二极管温度电压，输出相应的控温信号；

制冷完成指示电压比较电路单元，接收测温二极管温度电压和控温基准电压，检测测温二极管温度电压和控温基准电压，响应于测温二极管温度电压达到指定电压时输出低电平零伏的制冷完成指示电压。

进一步的，所述电压转换电路单元电路采用单电源供电，所述单电源供电依次通过第一共模电感和第二、三电容组成的LC滤波、第一电阻和第一电容组成的RC滤波后，输出滤波后的电源电压；所述电压转换电路单元还包括输出基准电压的精密基准源，所述基准电压经旁路电容滤波后，向温度检测控制电路单元供电，以及，经旁路电容滤波后，再通过第二、三电阻分压和第四电容滤波及第一运算放大器，输出控温基准电压向温度检测控制电路单元和制冷完成指示电压比较电路单元供电。

进一步的，所述温度检测控制电路单元包括MOS管，所述MOS管的栅极接入比较输出电压，源极接入放大输出电压，其漏极输出控温信号；

所述控温信号响应于比较输出电压与放大输出电压的差值大于MOS管开启电压时，数值为：

VT＝VS+V_(V2)

其中，VT为控温信号，VS为放大输出电压，V_(V2)为MOS管上漏源极导通压降；

所述控温信号响应于比较输出电压与放大输出电压的差值小于MOS管开启电压时，数值为零。

进一步的，响应于待命控制端悬空无输入时，所述放大输出电压由测温二极管温度电压经过第七电阻后，由第七电容滤波，输入给第二运算放大器第六引脚，以及，由测温二极管温度电压经过第八电阻输入给第二运算放大器第五引脚，再由第十电阻和第八电容反馈放大后，通过第二运算放大器第七引脚输出；

响应于待命控制端输入为低电平零伏时，所述放大输出电压由测温二极管温度电压经过第七电阻及第九电阻分压后，由第七电容滤波，输入给第二运算放大器第六引脚，以及，由测温二极管温度电压经过第八电阻输入给第二运算放大器第五引脚，再由第十电阻和第八电容反馈放大后，通过第二运算放大器第七引脚输出。

进一步的，所述放大输出电压表达式为：

其中，VS为放大输出电压，R8为第八电阻，R10为第十电阻，C1为第一电容，V+为测温二极管温度电压，ω为角频率，j为虚数的单位，VR”为运算放大器同向端电压；

所述运算放大器同向端电压响应于待命控制端悬空无输入时，等于控温基准电压；

所述运算放大器同向端电压响应于待命控制端输入为低电平零伏时，为：

VR”＝R9×VR/(R7+R9)

其中，VR为控温基准电压，R7为第七电阻，R9为第九电阻。

进一步的，所述比较输出电压由基准电压通过第四电阻输入第一比较器的第二引脚，以及，通过第五电阻输入第一比较器的第三引脚，再由第一比较器的第一引脚输出；所述比较输出电压响应于测温二极管温度电压小于二极管压降与控温基准电压之和时，等于滤波后的电源电压；所述比较输出电压响应于测温二极管温度电压不小于二极管压降与控温基准电压之和时，等于零。

进一步的，所述基准电压通过第五电阻后，还通过第三二极管输入放大输出电压，所述二极管压降为基准电压在第三二极管上产生的压降，所述测温二极管温度电压为基准电压通过第四电阻向外部制冷器中测温二极管提供电流测得。

进一步的，所述制冷完成指示电压由控温基准电压通过第十三电阻和第十四电阻分压后输入第二比较器的第五引脚，以及，由测温二极管温度电压通过第十二电阻输入第二比较器的第六引脚，再由第二比较器的第七引脚输出。

进一步的，所述比较输出电压：

响应于测温二极管温度电压小于控温基准电压分压后的制冷完成指示基准电压时，等于滤波后的电源电压，其中制冷完成指示基准电压为：

VR″′＝R14×VR/(R13+R14)

其中，VR″′为制冷完成指示基准电压，VR为控温基准电压，R13为第十三电阻，R14为第十四电阻；

响应于测温二极管温度电压不小于制冷完成指示基准电压时，等于零。

进一步的，所述指定电压为制冷完成指示基准电压，所述制冷完成指示电压比较电路单元：

响应于测温二极管温度电压不小于制冷完成指示基准电压时，制冷完成指示电压为低电平零伏；

响应于测温二极管温度电压小于制冷完成指示基准电压时，制冷完成指示电压大于低电平零伏。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明中提出的多功能温度检测控制电路，只需提供电源电压，电路内部所需的基准电压由精密电压输出电路单元输出，控温基准电压均通过电阻分压和跟随实现电压转换。特点是电路采用单电源供电；采用运算放大器和阻容等模拟元器件组成，电路工作可靠性高；调节阻容即实现参数和功能的便捷调试，在完成控温功能的基础上，实现了控温待命和制冷完成指示功能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的硬件结构框图；

图2是本发明实施例提供的电压转换电路单元原理图；

图3是本发明实施例提供的温度检测控制电路单元原理图；

图4是本发明实施例提供的制冷完成指示电压比较电路单元原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例：

一种多功能温度检测控制电路，用于斯特林制冷器控制器，配合本发明实现的硬件原理框图如图1所示。电路主要由电压转换电路单元、温度检测控制电路单元和制冷完成指示电压比较电路单元组成。首先电压转换电路单元提供5V基准电压和控温基准电压；温度检测控制电路单元通过检测测温二极管电压，输出相应的控温信号，实现温度检测；制冷完成指示电压比较电路单元检测测温二极管电压接近控温基准电压时，输出低电平，实现制冷完成指示功能。

各个功能电路的设计过程详细论述如下。

(1)电压转换电路单元

电压转换电路单元原理图如图2所示，电路采用单电源VCC供电，通过第一共模电感L1、第二电容C2和第三电容C3实现LC滤波，通过第一电阻R1和第一电容C1实现RC滤波，输出滤波后的电源电压VCC1，用于电路后续供电。

精密基准源N1输出5V基准电压，旁路电容C5滤波后用于电路后续供电，5V基准电压通过第二电阻R2和第三电阻R3分压后，再经第四电容C4滤波后，通过第一运算放大器N2A实现的跟随器，输出稳定的控温基准电压VR＝5×R2/(R2+R3)，用于后续电路单元。

(2)温度检测控制电路单元

温度检测控制电路单元原理图如图3所示，包括：

比较输出电压VG：5V基准电压通过第四电阻R4给外部制冷器中测温二极管提供电流，测温二极管温度电压为V+；5V基准电压通过第五电阻R5在第三二极管V3上产生的二极管压降V_(V3)，因此比较基准电压VR’＝VR+V_(V3)。第一比较器N3A的第一引脚1为输出端，通过第六电阻R6上拉至VCC1，输出电压为VG。当V+＜VR’时，VG＝VCC1；当V+≥VR’时,VG＝0。

放大输出电压VS：测温二极管温度电压为V+，经过第二运算放大器N2B、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第七电容C7、第八电容C8进行电压放大，输出VS，具体如下：

当待命控制端悬空无输入时，放大输出电压VS由测温二极管温度电压V+经过第七电阻R7后，由第七电容C7滤波，输入给第二运算放大器N2B第六引脚，以及，由测温二极管温度电压V+经过第八电阻R8输入给第二运算放大器N2B第五引脚，再由第十电阻R10和第八电容C8反馈放大后，通过第二运算放大器N2B第七引脚输出；

当待命控制端输入为低电平零伏时，所述放大输出电压由测温二极管温度电压经过第七电阻R7及第九电阻R9分压后，由第七电容C7滤波，输入给第二运算放大器N2B第六引脚，以及，由测温二极管温度电压V+经过第八电阻R8输入给第二运算放大器N2B第五引脚，再由第十电阻R10和第八电容C8反馈放大后，通过第二运算放大器N2B第七引脚输出。

如公式(1)所示，当待命控制端悬空无输入时，运算放大器同向端电压VR”＝VR；当待命控制端输入0V时，VR”＝R9×VR/(R7+R9)。

其中，ω为角频率，j为虚数的单位。

控温信号VT：VG-VS≥MOS管V2开启电压时，MOS管V2打开，MOS管漏极输出控温信号VT＝VS+V_(V2)，V_(V2)为MOS管V2上漏源极导通压降；VG-VS＜MOS管V2开启电压时，MOS管V2关闭，VT＝0V。此外，第一二极管V1阳极可与转速控制信号等其他信号通过二极管相连，以实现温度和速度的协调控制。

(3)制冷完成指示电压比较电路单元

制冷完成指示电压比较电路单元原理图如图4所示，制冷完成指示电压由控温基准电压通过第十三电阻R13和第十四电阻R14分压后输入第二比较器N3B的第五引脚，由测温二极管温度电压通过第十二电阻R12输入第二比较器N3B的第六引脚，由第二比较器N3B的第七引脚输出，当测温二极管温度电压小于控温基准电压分压后的制冷完成指示基准电压时，比较输出电压等于滤波后的电源电压；当测温二极管温度电压大于制冷完成指示基准电压时，比较输出电压等于零。

当测温二极管温度电压V+≥制冷完成指示基准电压VR″′时，制冷完成指示电压VCD为低电平0V，其中VR″′＝R14×VR/(R13+R14)，因此发光二极管V9亮，表示制冷器测温二极管温度电压已接近或达到控温基准电压；当V+＜VR″′时，制冷完成指示电压VCD为大于低电平零伏的高电平电压，数值约为VCC1-V_(V9)，其中V_(V9)为发光二极管V9上产生的压降，表示制冷器测温二极管温度电压未接近或达到控温基准电压。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多功能温度检测控制电路，其特征是，包括：

电压转换电路单元，向温度检测控制电路单元和制冷完成指示电压比较电路单元供电；

温度检测控制电路单元，连接待命控制端，接入二极管测温二极管温度电压，检测测温二极管温度电压，输出相应的控温信号；

制冷完成指示电压比较电路单元，接收测温二极管温度电压和控温基准电压，检测测温二极管温度电压和控温基准电压，响应于测温二极管温度电压达到指定电压时输出低电平零伏的制冷完成指示电压。

2.根据权利要求1所述的多功能温度检测控制电路，其特征是，所述电压转换电路单元电路采用单电源供电，所述单电源供电依次通过第一共模电感和第二、三电容组成的LC滤波、第一电阻和第一电容组成的RC滤波后，输出滤波后的电源电压；所述电压转换电路单元还包括输出基准电压的精密基准源，所述基准电压经旁路电容滤波后，向温度检测控制电路单元供电，以及，经旁路电容滤波后，再通过第二、三电阻分压和第四电容滤波及第一运算放大器，输出控温基准电压向温度检测控制电路单元和制冷完成指示电压比较电路单元供电。

3.根据权利要求2所述的多功能温度检测控制电路，其特征是，所述温度检测控制电路单元包括MOS管，所述MOS管的栅极接入比较输出电压，源极接入放大输出电压，其漏极输出控温信号；

所述控温信号响应于比较输出电压与放大输出电压的差值大于MOS管开启电压时，数值为：

VT＝VS+V_(V2)

其中，VT为控温信号，VS为放大输出电压，V_(V2)为MOS管V2上漏源极导通压降；

所述控温信号响应于比较输出电压与放大输出电压的差值小于MOS管开启电压时，数值为零。

4.根据权利要求3所述的多功能温度检测控制电路，其特征是，

响应于待命控制端悬空无输入时，所述放大输出电压由测温二极管温度电压经过第七电阻后，由第七电容滤波，输入给第二运算放大器第六引脚，以及，由测温二极管温度电压经过第八电阻输入给第二运算放大器第五引脚，再由第十电阻和第八电容反馈放大后，通过第二运算放大器第七引脚输出；

响应于待命控制端输入为低电平零伏时，所述放大输出电压由测温二极管温度电压经过第七电阻及第九电阻分压后，由第七电容滤波，输入给第二运算放大器第六引脚，以及，由测温二极管温度电压经过第八电阻输入给第二运算放大器第五引脚，再由第十电阻和第八电容反馈放大后，通过第二运算放大器第七引脚输出。

5.根据权利要求3所述的多功能温度检测控制电路，其特征是，所述放大输出电压表达式为：

其中，VS为放大输出电压，R8为第八电阻，R10为第十电阻，C1为第一电容，V+为测温二极管温度电压，ω为角频率，j为虚数的单位，VR”为运算放大器同向端电压；

所述运算放大器同向端电压响应于待命控制端悬空无输入时，等于控温基准电压；

所述运算放大器同向端电压响应于待命控制端输入为低电平零伏时，为：

VR”＝R9×VR/(R7+R9)

其中，VR为控温基准电压，R7为第七电阻，R9为第九电阻。

6.根据权利要求3所述的多功能温度检测控制电路，其特征是，所述比较输出电压由基准电压通过第四电阻输入第一比较器的第二引脚，以及，通过第五电阻输入第一比较器的第三引脚，再由第一比较器的第一引脚输出；所述比较输出电压响应于测温二极管温度电压小于二极管压降与控温基准电压之和时，等于滤波后的电源电压；所述比较输出电压响应于测温二极管温度电压不小于二极管压降与控温基准电压之和时，等于零。

7.根据权利要求6所述的多功能温度检测控制电路，其特征是，所述基准电压通过第五电阻后，还通过第三二极管输入放大输出电压，所述二极管压降为基准电压在第三二极管上产生的压降，所述测温二极管温度电压为基准电压通过第四电阻向外部制冷器中测温二极管提供电流测得。

8.根据权利要求1所述的多功能温度检测控制电路，其特征是，所述制冷完成指示电压由控温基准电压通过第十三电阻和第十四电阻分压后输入第二比较器的第五引脚，以及，由测温二极管温度电压通过第十二电阻输入第二比较器的第六引脚，再由第二比较器的第七引脚输出。

9.根据权利要求8所述的多功能温度检测控制电路，其特征是，所述比较输出电压：

响应于测温二极管温度电压小于控温基准电压分压后的制冷完成指示基准电压时，等于滤波后的电源电压，其中制冷完成指示基准电压为：

VR″′＝R14×VR/(R13+R14)

其中，VR″′为制冷完成指示基准电压，VR为控温基准电压，R13为第十三电阻，R14为第十四电阻；

响应于测温二极管温度电压不小于制冷完成指示基准电压时，等于零。

10.根据权利要求9所述的多功能温度检测控制电路，其特征是，所述指定电压为制冷完成指示基准电压，所述制冷完成指示电压比较电路单元：

响应于测温二极管温度电压不小于制冷完成指示基准电压时，制冷完成指示电压为低电平零伏；

响应于测温二极管温度电压小于制冷完成指示基准电压时，制冷完成指示电压大于低电平零伏。

Images