一种新型温度控制系统
文献发布时间:2023-06-19 11:49:09
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。
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