CN218728671U - 一种精确监测并控制制冷半导体电流值的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种精确监测并控制制冷半导体电流值的电路，包括串接于制冷半导体的电源输出端的检测电阻，检测电阻的另一端连接电压输出分流监测计，电压输出分流监测计对流过检测电阻的电流值进行电流放大和电流电压转化；电压输出分流监测计的另一端连接MCU，MCU包含AD采集模块，对电压输出分流监测计输出的电压值进行采集；MCU连接NMOS管Q2，并通过NMOS管Q2控制NMOS管Q1的通断；MCU根据采集的电压值判断此时制冷半导体的功率大小，如需改变功率发送控制电压对NMOS管Q2进行控制。本实用新型中的电路应用于全自动生化分析仪中的制冷模组，其检测结果的精确度高，能及时反馈老化的制冷贴，以及检测负载是否正常运转，同时实现功率控制。

Description

一种精确监测并控制制冷半导体电流值的电路

技术领域

本实用新型涉及半导体制冷控制技术领域，特别涉及一种精确监测并控制制冷半导体电流值的电路。

背景技术

医疗器械在使用过程中有许多用到制冷的地方，比如全自动生化分析仪等。制冷技术是全自动生化分析仪中比不可少的部分，在全自动生化分析仪中制冷用于存放试剂与样本，其中使用寿命有着及其苛刻的要求，大型医院会长时间24H使用该仪器的制冷功能。而核心的制冷元件为帕尔贴制冷半导体，在通电情况下一面为制冷，另一面为高温散热，且为大功率器件。且大型生化设备存放试剂盘内存在多组制冷半导体。因此，制冷半导体的使用安全性与使用寿命决定着生化分析仪的稳定与好坏。

现有技术大多是通过直接接大功率开关电源供电和温度开关反馈散热水温过高停止供电工作，或则通过PWM可调波形控制制冷箱内的温度调节。现有技术的缺点是系统无法预知制冷半导体的工作状态及使用老化情况。例如在多组制冷半导体组合中其中一路没工作而系统不知道，或者长时间运行其中一路制冷半导体使用寿命下降系统也无法获悉。因此，通过需要精准测试每路制冷半导体的电流值来分析制冷半导体的使用损耗，工作状态来通知系统做出判断。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种精确监测并控制制冷半导体电流值的电路。

实用新型所采用的方案是：一种精确监测并控制制冷半导体电流值的电路，包括串接于制冷半导体的电源输出端的检测电阻R4，所述检测电阻 R4的另一端连接电压输出分流监测计，所述电压输出分流监测计用于对流过检测电阻R4的电流值进行电流放大和电流电压转化，并输出相应的电压值；所述电压输出分流监测计的另一端连接MCU，所述MCU包含AD采集模块，所述AD采集模块对电压输出分流监测计输出的电压值进行采集；

所述MCU连接NMOS管Q2，并通过NMOS管Q2控制NMOS管Q1的通断；所述MCU连接NMOS管Q2的栅极，所述NMOS管Q2的漏极连接电源，所述 NMOS管Q2的源极接地；所述电源通过NMOS管Q1与制冷半导体的电源接口连接，所述NMOS管Q1的栅极连接于所述电源与NMOS管Q2漏极的连接线上，所述NMOS管Q1的漏极与所述电源连接，所述NMOS管Q1的源极接地；所述MCU根据采集的电压值判断此时制冷半导体的功率大小，如需改变功率发送控制电压对NMOS管Q2进行控制。

优选的，所述电压输出分流监测计的输出端与MCU之间设置有保护电路，所述保护电路包括检测电阻R11、电阻R15、电阻R12、电容C7、整流二极管D5和整流二极管D3；所述电阻R11第一端接电流检测芯片U1的1 脚，第二端接电阻R12的第一端；所述电阻R12第一端接电阻R11的第二端，第二端接MCU的AD-IN端；所述电阻R15第一端接电阻R11的第二端，第二端接地DGND；所述电容C7第一端接电阻R12的第二端，第二端接地 DGND；所述整流二极管D3负极接MCU电源，正极接MCU的AD-IN端；所述整流二极管负极接MCU的AD-IN端，正极接地DGND。

优选的，所述电源为12V电源，所述检测电阻R4为10m欧检测电阻，所述进入MCU的最高电压值不能超过3.6V。

优选的，所述MCU的型号为Stm32f103c8t6。

优选的，所述电压输出分流监测计为INA194。

优选的，所述NMOS管Q1的漏极与所述电源之间设置有用于作为指示灯的发光二极管D2。

与现有技术相比，本实用新型有如下有益效果：本实用新型中的电路应用于全自动生化分析仪中的制冷模组，其检测结果的精确度高，能及时反馈老化的制冷贴，以及检测负载是否正常运转，同时实现功率控制。Q1 为大功率NMOS，Q2控制Q1的导通，实现制冷片大电流的正常工作。采用双MOS控制方案可大大提升Q1的开启电压，提高开启MOS的时间，与此同时降低MOS的温度。在12V制冷片的电源输出端串入R4电阻值为10m欧的检测电阻，在通过10A电流的情况下压降仅有0.1V，对电压的损耗可以忽略不计，大大提升了电源的使用效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理框图。

图2为本实用新型的整体电路结构示意图。

图3为本实用新型中INA194的内部结构示意图。

图4为本实用新型中INA194的增益曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本实用新型内容进行进一步说明。

如图1至图4所示，本实用新型提供了一种精确监测并控制制冷半导体电流值的电路，包括串接于制冷半导体的电源输出端的检测电阻R4，检测电阻R4的另一端连接电压输出分流监测计，电压输出分流监测计用于对流过检测电阻R4的电流值进行电流放大和电流电压转化，并输出相应的电压值；电压输出分流监测计的另一端连接MCU，MCU包含AD采集模块，所述AD采集模块对电压输出分流监测计输出的电压值进行采集；其中MCU型号优选为Stm32f103c8t6。

MCU连接NMOS管Q2，并通过NMOS管Q2控制NMOS管Q1的通断；MCU 连接NMOS管Q2的栅极，NMOS管Q2的漏极连接电源，NMOS管Q2的源极接地；电源通过NMOS管Q1与制冷半导体的电源接口连接，NMOS管Q1的栅极连接于所述电源与NMOS管Q2漏极的连接线上，NMOS管Q1的漏极与所述电源连接，NMOS管Q1的源极接地；具体方案实施中，NMOS管Q1和NMOS管 Q2的漏极和栅极前端均设置有分压电阻，如图2所示，包括分压电阻R3、 R8、R9、R10，同时，NMOS管Q1的漏极与所述电源之间设置有用于作为指示灯的发光二极管D2，R3也是发光二极管D2的分压电阻。MCU根据采集的电压值判断此时制冷半导体的功率大小，如需改变功率发送控制电压对 NMOS管Q2进行控制。

其中，以外部采用大功率12V开关电源(800W以上)为例，关于电流检测部分的可实现电路结构具体如图2所示：包括检测电阻R4、电阻R1、电阻R6、电容C1、电流检测芯片U1、电容C3、磁珠FB1、电阻R11、电阻R15、电阻R12、电容C7、整流二极管D5、整流二极管D3，P1为制冷半导体接入位置。所述检测电阻R4第一端接+12V，第二端接制冷片4脚。电阻R1第一端接+12V，第二端接电流检测芯片U1的3脚。电阻R6第一端接制冷片4脚，第二端接电流检测芯片U1的4脚。电容C1第一端接电流检测芯片U1的3脚，第二端接电流检测芯片U1的4脚。所述电容C3 第一端接地DGND，第二端接电流检测芯片U1的5脚。磁珠FB1第一端接+5V，第二端接电流检测芯片U1的5脚。电阻R11第一端接电流检测芯片U1的1脚，第二端接电阻R12的第一端。电流检测芯片U1的1脚接电阻R11的第一端，2脚接地DGND，3脚接电阻R1的第二端，4脚接电阻 R6的第二端，5脚接电容C3的第二端。所述电阻R12第一端接电阻R11 的第二端，第二端接MCU的AD-IN端。电阻R15第一端接电阻R11的第二端，第二端接地DGND。电容C7第一端接电阻R12的第二端，第二端接地DGND。所述整流二极管D3第一端接+3.3V，第二端接MCU的AD-IN端。整流二极管第一端接MCU的AD-IN端，第二端接地DGND。

在12V制冷片的电源输出端串入R4电阻值为10m欧的检测电阻，在通过10A电流的情况下压降仅有0.1V，对电压的损耗可以忽略不计，大大提升了电源的使用效率。同时后端采用INA194，INA193-INA198系列是电压输出分流监测计，能够在-16V至+80V范围内的共模电压下感测分流器两端的压降，与INA19x电源电压无关。这些器件均提供三种输出电压级别： 20V/V、50V/V和100V/V。500kHz带宽方便用于电流控制回路。其INA194 的内部结构图如图3所示，其增益曲线如图4所示，可以看出，当检测电阻电压V-R90在100mV时，V-R90＝I*10mΩ，此时I为10A.。INA194的Vout 引脚电压为2V(20V/V增益)，此时通过测试VOUt电压即可判断出此时流过制冷半导体的电流值，从而根据电流值判断制冷半导体老化与工作情况。当检测电压异常时，提示系统制冷贴故障或者老化。

工作原理：当系统开机时，Q2的控制引脚RB_CTR默认为高电平，Q2 导通，此时Q1的控制引脚为低电平，Q1不导通，D2指示灯关闭。此时由于Q1不导通，10m欧姆检测电阻和制冷片上没有电流通过，U1,INA194电流放大器的输出电压为0V。当系统想打开制冷半导体时，由MCU发送低电平，此时Q2不导通，Q1控制脚为高电平，Q1导通，D2制冷指示灯开启，制冷片开启工作。制冷片工作时，有电流流过R4(10m欧检测电阻)，INA194 电流放大器根据流过R4的电流值输出V-OUT对应的电压值，经过滤波进入 MCU的AD检测。MCU根据电压值判断此时制冷片的功率大小。系统若对功率做出改变，通过调整Q2控制引脚的PWM波形即可改变实际功率的输出。 V-OUT为电压输出信号，由于进入MCU的最高电压不能超过3.6V(过大有烧坏风险)，加入D3,D5二极管保护钳位电压。R12与C7形成低通滤波器滤除信号干扰。

以上所述结合附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的结构、装置或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中的术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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文和简化描述，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。在本文的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文中，除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形或等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之。

Claims (5)

1.一种精确监测并控制制冷半导体电流值的电路，其特征在于：包括串接于制冷半导体的电源输出端的检测电阻R4，所述检测电阻R4的另一端连接电压输出分流监测计，所述电压输出分流监测计用于对流过检测电阻R4的电流值进行电流放大和电流电压转化，并输出相应的电压值；所述电压输出分流监测计的另一端连接MCU，所述MCU包含AD采集模块，所述AD采集模块对电压输出分流监测计输出的电压值进行采集；所述电源为12V电源，所述检测电阻R4为10m欧检测电阻，进入所述MCU的最高电压值不能超过3.6V；

所述MCU连接NMOS管Q2，并通过NMOS管Q2控制NMOS管Q1的通断；所述MCU连接NMOS管Q2的栅极，所述NMOS管Q2的漏极连接电源，所述NMOS管Q2的源极接地；所述电源通过NMOS管Q1与制冷半导体的电源接口连接，所述NMOS管Q1的栅极连接于所述电源与NMOS管Q2漏极的连接线上，所述NMOS管Q1的漏极与所述电源连接，所述NMOS管Q1的源极接地；所述MCU根据采集的电压值判断此时制冷半导体的功率大小，如需改变功率发送控制电压对NMOS管Q2进行控制。

2.如权利要求1所述的一种精确监测并控制制冷半导体电流值的电路，其特征在于：所述电压输出分流监测计的输出端与MCU之间设置有保护电路，所述保护电路包括检测电阻R11、电阻R15、电阻R12、电容C7、整流二极管D5和整流二极管D3；所述电阻R11第一端接电流检测芯片U1的1脚，第二端接电阻R12的第一端；所述电阻R12第一端接电阻R11的第二端，第二端接MCU的AD-IN端；所述电阻R15第一端接电阻R11的第二端，第二端接地DGND；所述电容C7第一端接电阻R12的第二端，第二端接地DGND；所述整流二极管D3负极接MCU电源，正极接MCU的AD-IN端；所述整流二极管负极接MCU的AD-IN端，正极接地DGND。

3.如权利要求1所述的一种精确监测并控制制冷半导体电流值的电路，其特征在于：所述MCU的型号为Stm32f103c8t6。

4.如权利要求1所述的一种精确监测并控制制冷半导体电流值的电路，其特征在于：所述电压输出分流监测计为INA194。

5.如权利要求1所述的一种精确监测并控制制冷半导体电流值的电路，其特征在于：所述NMOS管Q1的漏极与所述电源之间设置有用于作为指示灯的发光二极管D2。

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