一种电压/频率转换电路的温度控制装置

技术领域

本发明属于电压/频率转换电路，具体涉及一种电压/频率转换电路的温度控制方法。

背景技术

电压/频率转换电路从原理上可分为积分电路，电流源电路，同步逻辑控制电路等三个基本的功能模块。同步逻辑控制电路(如图1所示)的主要功能是提供基准频率，检测积分电路的输出电压，据此确定反馈电流的极性与反馈时间；电流源电路用于提供反馈基准电流。电压/频率转换电路的工作原理是：当电路有电压信号输入时，输入电压加到积分电路输入端，积分电路输出电压开始增长。当积分电路的输出电压值超过设定的门槛电压时，在同步逻辑控制电路的作用下引入与输入电压极性相反的反馈基准电流。在输入电压和反馈基准电流的共同作用下，积分电路的输出电压值降低到门槛电压以下。同步逻辑控制电路检测到积分电路输出电压低于门槛电压后，将关闭反馈基准电流通道，在输入电压的单独作用下，积分电路输出电压又开始增长，并超过门槛电压。以上两个过程周而复始，以保证积分电路的输出电压围绕设定的门槛电压上下变化。单位时间内引入反馈基准电流的次数即为电压/频率转换电路的输出频率。

电压/频率转换电路的零偏是指电路零输入时的实际输出值与零位值的偏差；标度因数是指电路输出脉冲频率数与输入电压值的比例系数；标度因数的非线性度是指在电压/频率转换电路的量程内，不同的输入电压，对应的标度因数并不相同。零偏及标度因数，标度因数的非线性度等的温度漂移是电压/频率转换电路的重要技术指标，以往的电压/频率转换电路通常需要在电压/频率转换电路的工作温度范围内对其进行温度标定，建立零偏及标度因数随环境温度变化的模型，据此进行温度补偿来降低零偏及标度因数的温度漂移。

发明内容

针对零偏及标度因数、标度因数的非对称性、标度因数的非线性度等的温度漂移是电压/频率转换电路的重要技术指标问题，本发明的目的在于设计一种电压/频率转换电路的温度控制装置，提升电压/频率转换电路的零偏及标度因数、标度因数的非对称性、标度因数的非线性度的温度漂移指标。

为实现本发明目的，本发明提供的电压/频率转换电路的温度控制装置，采取技术方案如下：

所述温度控制装置包括：半导体制冷片TEC、电桥电路和半导体制冷芯片MAX1978，基于预置电压和所述电桥电路对电压/频率转换电路温漂产生的电压，所述半导体制冷芯片MAX1978经过差分放大，比例积分放大，驱动控制所述半导体制冷片TEC电流，实现对电压/频率转换电路的温度控制。

进一步的，所述电桥电路的一个阻采用热敏电阻搭建而成，实时测量电压/频率转换电路模块内温度变化，通过所述电桥电路给出预置电压来设置预置的工作温度。

进一步的，所述半导体制冷芯片MAX1978将斩波自稳放大器、积分放大器、TEC驱动电路集成于一片芯片模块中。

进一步的，采用PID控制算法对差分电压信号处理，输出一定的电压经过所述TEC驱动电路驱动控制所述半导体制冷片TEC的电流。

进一步的，将所述半导体制冷片TEC的热端与散热片用导热硅脂结合在一起。

本发明利用半导体制冷芯片MAX1978设计一套精度高、响应速度快、稳定性好、能适应外界温度变化影响和电路工作要求的电压/频率转换电路温度控制系统温度控制。从而提升电压/频率转换电路的零偏及标度因数、标度因数的非对称性、标度因数的非线性度的温度漂移指标，同时通过对电压/频率转换电路的输出脉冲进行计数及校准运算，实现将电压/频率转换电路由脉冲输出转换为数字输出。主要特点如下：

本发明结合半导体制冷器的发展和电压/频率转换电路温度控制技术的研究现状,根据电压/频率转换电路的内部工作结构和制冷器工作特性,提出了基于半导体制冷器的电压/频率转换电路闭环温度控制系统。为了实现高精度温度控制，在系统硬件电路设计中采取了以下措施：采用电桥电路对温漂进行抑制、采用高精度匹配电阻,选用集成差分放大、TEC驱动的高精度温度控制模块MAX1978等。采用PID控制电路,使得温度调节过程平稳，响应快速。通过半导体制冷温度控制芯片MAX1978设计精度高、响应速度快、稳定性好。

本发明装置能适应外界温度变化影响和电路工作要求的电压/频率转换电路温度控制系统温度控制，能够提升电压/频率转换电路的零偏及标度因数、标度因数的非对称性、标度因数的非线性度的温度漂移指标。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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示出了根据本发明的具体实施例提供的电压/频率转换电路的温度控制装置原理示意图。

图2示出了半导体制冷片TEC原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

作为本发明的实施例，提供的电压/频率转换电路温度控制装置，包括半导体制冷片TEC、电桥电路和半导体制冷芯片MAX1978，如图1所示。

所述半导体制冷片TEC是电压/频率转换电路温控系统的执行单元，将所述半导体制冷片TEC的冷端与电压/频率转换电路温控模块直接接触。所述半导体制冷片TEC主要是由P型半导体和N型半导体组成的电偶,包括冷端和热端两面，采用调控电流方向使所述半导体制冷片TEC从制冷状态转变为制热状态，作用速度快，使用寿命长，便于控制的种种优势。

所述电桥电路的一个阻采用热敏电阻PT1000搭建而成，实时测量电压/频率转换电路模块内温度变化，通过所述电桥电路给出预置电压来设置预置的工作温度，所述热敏电阻产生的表示电压/频率转换电路实际温度的电压信号传输给所述半导体制冷芯片MAX1978。

所述半导体制冷芯片MAX1978用于驱动控制所述半导体制冷片TEC的温度，是一种体积小、安全可靠、控制精确的温度控制器，其结构示意图如图2所示。所述半导体制冷芯片MAX1978将斩波自稳放大器、积分放大器、TEC驱动电路集成于一片芯片模块中，提高了系统的精确性、稳定性和控制效果，所述TEC驱动电路包括PWM控制、FET驱动。设置点在所述电桥电路中分得的电压与热敏电阻产生的表示电压/频率转换电路实际温度的电压信号通过所述斩波自稳放大器得到差分电压，此信号经过硬件电路或者PID控制算法处理后，输出一定的电压经过所述TEC驱动电路驱动控制所述半导体制冷片TEC的电流。所述半导体制冷片TEC根据电流的流向进行加热或者制冷，使得电压/频率转换电路模块的温度始终保持在预置温度上下。将所述半导体制冷片TEC的热端与散热片用导热硅脂结合在一起以后，可以更好的增强温控单元的散热性能。通过调节流过TEC的电流,可以实现对电压/频率转换电路的加热/制冷。

本发明设计的电压/频率转换电路温度控制装置温度控制精度高、响应速度快、稳定性好、能适应外界温度变化影响和电路工作要求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。