一种通用型旋转式斯特林制冷机驱动控制器的制造方法

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一种通用型旋转式斯特林制冷机驱动控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动控制领域,尤其涉及一种通用型旋转式斯特林制冷机驱动控制器。
【背景技术】
[0002]红外探测器件,是一种被动式对温度高灵敏的半导体成像器件,通常情况需要在稳定的低温环境下工作,才能达到最佳的红外成像效果,得到高质量的红外图像。为了提供红外探测器件所需稳定的低温环境,通过驱动电路控制器进行精准控温的旋转式斯特林制冷机为其主要的制冷载体之一。随着红外探测器在军民各领域的应用的普及,研发一款集成度与性价比高,功能完善,实用可靠,能成批量生产以满足大部分红外探测器件使用的驱动控制电路变得非常急迫。

【发明内容】

[0003]本发明提供一种通用型旋转式斯特林制冷机驱动控制器,用以提高控温效率、控温精度、控温稳定性和安全性。
[0004]具体的,本发明提供的通用型旋转式斯特林制冷机驱动控制器,包括:主控电路、功率驱动电路、以及至少以下电路之一:限流电路、电源防反接电路、制冷测温反馈电路和HALL信号反馈滤波电路;
[0005]所述电源防反接电路,布设在供电电源与所述主控电路之间,用于检测所述供电电源的连接状态,若所述供电电源接反,则断开所述供电电源与所述主控电路间的供电线路;否则,导通所述供电电源与所述主控电路间的供电线路;
[0006]所述制冷测温反馈电路,用于对布设于所述旋转式斯特林制冷机内的测温元件反馈给主控电路的制冷温度的电压值进行低通滤波处理;
[0007]所述HALL信号反馈滤波电路,用于对所述旋转式斯特林制冷机内的霍尔传感器反馈给主控电路的霍尔信号进行整形滤波处理;
[0008]所述主控电路,用于根据霍尔信号,确定电机转子位置;以及用于比较制冷温度的电压值与设定的目标温度的电压值,若二者的差值在设定的误差范围内,则基于所述差值,生成HVM波形控制信号;否则,根据所述差值,判断制冷温度是否大于目标温度,若大于,则生成固定脉宽的方波脉冲控制信号;若小于,则生成电机停转控制信号;以及用于根据电机转子位置,输出对应的控制信号;
[0009]所述功率驱动电路,用于将所述主控电路输出的所述方波脉冲控制信号输出到所述旋转式斯特林制冷机的电机,以调控所述旋转式斯特林制冷机全功率输出;将所述主控电路输出的所述PWM波形控制信号输出到所述旋转式斯特林制冷机的电机,以微调所述旋转式斯特林制冷机的功率输出;将所述主控电路输出的电机停转控制信号输出到所述旋转式斯特林制冷机的电机;
[0010]所述限流电路,用于对所述功率驱动电路输出的负载电流进行取样并转换成电压值,将所述电压值发送至所述主控电路;
[0011]所述主控电路,还用于检测所述限流电路发送的电压值是否超过设定的电压值,在是的情况下,进行过载保护。
[0012]本发明有益效果如下:
[0013]本发明通过大电容电源滤波,反馈电平信号的电感电容滤波网络,HALL反馈脉冲平滑滤波处理,利用内部电压基准源设定控温值,采用表贴集成芯片及外围分立元器件构成,设计具有布局紧凑,抗干扰能力强、电源防接反、过流保护,控温设定快速可调等优点。同时保证对旋转式斯特林制冷机进行精准控制,为制冷型红外探测器组件提供了稳定、可靠的低温环境。
[0014]本发明通过选用通用、集成化的元器件进行设计优化,使得本发明具有整体结构小、电路功能通用、调试安装方便快捷,稍作调整即可广泛适于三相无刷电机控制的各方面应用,具备产品化量产能力。
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,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性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本发明提供的通用型旋转式斯特林制冷机驱动控制器的结构框图;
[0017]图2为本发明中电源防接反及滤波电路原理图;
[0018]图3为本发明中控温设定电路原理图;
[0019]图4为本发明中制冷测温反馈电路原理图;
[0020]图5为本发明中HALL信号反馈滤波电路原理图;
[0021]图6为本发明中功率驱动电路原理图;
[0022]图7为本发明中限流电路原理图;
[0023]图8为本发明中HALL供电电路原理图;
[0024]图9为本发明中主控电路的电路原理图;
[0025]图10为本发明中调制电平与三角波实测图;
[0026]图11为本发明中主控电路内部误差放大器增益放大部分的低通滤波电路原理示意图;
[0027]图12为本发明中电路传递函数对应的伯德图;
[0028]图13为本发明中驱动旋转式斯特林制冷机工作的闭环控制示意图。
【具体实施方式】
[0029]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。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
[0030]本发明实施例提供一种通用型旋转式斯特林制冷机驱动控制器,该控制器通过斯特林制冷机制冷腔内测温元件反馈的电压信号与设定温度的电压信号比较,对斯特林制冷机电机转速进行调速,从而调节斯特林制冷机输出功率,达到精准控制低温冷头温度恒定的目的,使红外探测器件工作在最佳状态,从而得到高质量的红外图像。且本发明,通用性强、控温精度高、控温调节方便、具有通用化和小型化特点,性价比高具有工程实用价值,具备量产条件。
[0031]具体的,本发明实施例提供的通用型旋转式斯特林制冷机驱动控制器,如图1所示,包括:主控电路、功率驱动电路、以及至少以下电路之一:限流电路、电源防反接电路、制冷测温反馈电路和HALL信号反馈滤波电路;
[0032]所述电源防反接电路,布设在供电电源与所述主控电路之间,用于检测所述供电电源的连接状态,若所述供电电源接反,则断开所述供电电源与所述主控电路间的供电线路;否则,导通所述供电电源与所述主控电路间的供电线路;
[0033]所述制冷测温反馈电路,用于接收布设于所述旋转式斯特林制冷机内的测温元件反馈的制冷温度的电压值,对该电压值进行低通滤波处理后输出至所述主控电路;
[0034]所述HALL信号反馈滤波电路,用于接收所述旋转式斯特林制冷机内的霍尔传感器反馈的霍尔信号,对所述霍尔信号进行整形滤波处理后输出至所述主控电路;
[0035]所述主控电路,用于根据所述HALL信号反馈滤波电路输入的霍尔信号,确定电机转子位置;以及用于比较所述制冷测温反馈电路输入的电压值与设定的目标温度的电压值,若二者的差值在设定的误差范围内,则基于所述差值,生成PWM波形控制信号;否则,根据所述差值,判断制冷温度是否大于目标温度,若大于,则生成固定脉宽的方波脉冲控制信号;若小于,则生成电机停转控制信号;以及结合电机转子位置,输出相应的控制信号;
[0036]所述功率驱动电路,用于将所述主控电路输出的所述方波脉冲控制信号输出到所述旋转式斯特林制冷机的电机,以调控所述旋转式斯特林制冷机全功率输出;将所述主控电路输出的所述PWM波形控制信号输出到所述旋转式斯特林制冷机的电机,以微调所述旋转式斯特林制冷机的功率输出;将所述主控电路输出的电机停转控制信号输出到所述旋转式斯特林制冷机的电机;
[0037]所述限流电路,用于对所述功率驱动电路输出的负载电流进行取样并转换成电压值,将所述电压值发送至所述主控电路;
[0038]所述主控电路,还用于检测所述限流电路发送的电压值是否超过设定的电压值,在是的情况下,进行过载保护。
[0039]基于上述结构框架及实施原理,下面给出在上述结构下的几个具体及优选实施方式,用以细化和优化本发明所述驱动控制器结构及功能,以使本发明方案的实施更方便,准确。具体涉及如下内容:
[0040]本发明实施例中,所述的误差范围可以灵活设定,本实施例中给出一个具体示例值为 ±0.5mV。
[0041]进一步地,本发明实施例中,主控电路具体包括:误差放大器、转子位置编码器和处理器;其中:
[0042]误差放大器,用于对布设于所述旋转式制冷机内的测温元件反馈的制冷温度的电压值和设定的目标温度的电压值进行比较,得到制冷温度信号差,若该信号差在设定的误差范围内,则对该信号差进行放大、滤波
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