一种旋转式斯特林制冷机驱动主控电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种旋转式斯特林制冷机驱动主控电路。
【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]本发明提供一种旋转式斯特林制冷机驱动主控电路，用以提高控温效率和控温精度。
[0004]具体的，本发明提供的旋转式斯特林制冷机驱动主控电路，包括:误差放大器、转子位置编码器和处理器；
[0005]所述误差放大器，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、滤波处理，得到调制电压值后输出至所述处理器；否则将所述制冷温度信号差输出至所述转子位置编码器；
[0006]所述处理器，用于接收到所述调制电压值后，生成PWM波形控制信号，并将其输出至所述转子位置编码器；
[0007]所述转子位置编码器，用于根据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，得到电机转子位置；以及在接收到所述制冷温度信号差时，根据该信号差，判断制冷温度是否大于目标温度，若是，则生成固定脉宽的方波脉冲控制信号，并根据电机转子位置，输出所述方波脉冲控制信号，以调控所述旋转式斯特林制冷机全功率输出；否则，输出电机停转控制信号；以及，在接收到所述PWM波形控制信号时，根据电机转子位置，输出所述PWM波形控制信号，以微调所述旋转式斯特林制冷机的功率输出。
[0008]本发明有益效果如下:
[0009]本发明通过选用通用、集成化的元器件进行设计优化得到所述主控电路，该主控电路具有控温设定快速可调的优点，能够保证对旋转式斯特林制冷机进行精准控制；
[0010]另外，所述主控电路具有整体结构小、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】
[0011]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。
[0012]图1为本发明提供的旋转式斯特林制冷机驱动主控电路的电路结构图；
[0013]图2为本发明提供的旋转式斯特林制冷机驱动控制器的原理框图；
[0014]图3为本发明中电源防接反及滤波电路原理图；
[0015]图4为本发明中控温设定电路原理图；
[0016]图5为本发明中制冷测温反馈电路原理图；
[0017]图6为本发明中HALL信号反馈滤波电路原理图；
[0018]图7为本发明中中功率驱动电路原理图；
[0019]图8为本发明中限流电路原理图；
[0020]图9为本发明中HALL供电电路原理图；
[0021]图10为本发明中调制电平与三角波实测图；
[0022]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；
[0023]图12为本发明中电路传递函数对应的伯德图；
[0024]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】
[0025]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。
[0026]本发明实施例提供一种旋转式斯特林制冷机驱动主控电路，该主控电路通过斯特林制冷机制冷腔内温度元件反馈信号与设定温度值比较，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近状态，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。
[0027]具体的，本发明实施例提供的旋转式斯特林制冷机驱动主控电路，如图1所示，包括:误差放大器、转子位置编码器和处理器;其中:
[0028]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、滤波处理，得到调制电压值后输出至处理器;否则将所述制冷温度信号差输出至转子位置编码器；
[0029]处理器，用于接收到所述调制电压值后，生成Pmi波形控制信号，并将其输出至转子位置编码器；
[0030]转子位置编码器，用于根据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，得到电机转子位置；以及在接收到所述制冷温度信号差时，根据该信号差，判断制冷温度是否大于目标温度，若是，则生成固定脉宽的方波脉冲控制信号，并根据电机转子位置，输出所述方波脉冲控制信号，以调控所述旋转式斯特林制冷机全功率输出；否则，输出电机停转控制信号；以及，在接收到所述PWM波形控制信号时，根据电机转子位置，输出所述PWM波形控制信号，以微调所述旋转式斯特林制冷机的功率输出。
[0031]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主控电路结构及功能，以使本发明方案的实施更方便，准确。具体涉及如下内容:
[0032]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。
[0033]本发明实施例中，所述主控电路还包括:振荡器，用于根据设定的三角波频率，产生三角波；
[0034]处理器通过将调制电压值与所述三角波进行对比，生成所述PffM波形控制信号。
[0035]进一步地，本发明实施例中，所述主控电路还包括:用于设定三角波频率的电阻R15和电容C6。其中，电阻R15—端连接到基准电源VR、另一端与所述电容C6的一端相连，连接点与所述振荡器相连;所述电容C6的另一端接地。
[0036]进一步地，本发明实施例中，所述主控电路还包括:电阻R8、电阻R9和电容C5。其中，电阻R8—端与测温元件侧相连，另一端连接电阻R9;电容C5与所述电阻R9并联；电容C5与电阻R9的两个连接点分别外接到所述误差放大器。电阻R8、电阻R9和电容C5组成的电路构成了误差放大器的低通高增益。
[0037]进一步地，本发明实施例中，所述主控电路输出控制信号至功率驱动电路，以控制所述功率驱动电路对旋转式斯特林制冷机的三相无刷电机进行调速。
[0038]具体的，所述主控电路将控制信号输出到主控电路内部的推动极AT、BT、CT、AB、BB、CB;
[0039]其中，推动极AT、BT、CT连接到与其对应的上拉电阻;推动极AB、BB、CB连接到与其对应的输出匹配电阻；
[0040]所述主控电路通过上拉电阻输出H桥TOP端控制信号AT、BT、CT至功率驱动电路，通过输出匹配电阻输出H桥BOTTOM端的控制信号AB、BB、CB至功率驱动电路。
[0041]在本发明的一个优选实施例中，所述主控电路还包括:限流比较器，用于获取所述功率驱动电路的负载电压值，检测所述负载电压值是否超过设定的电压值，在是的情况下，触发过载保护。
[0042]进一步地，本发明实施例中，所述主控电路还包括:基准源，用于对外提供基准电源VR ο
[0043]综上可知，本发明所述主控电路对测温元件反馈的制冷温度电平值与设定的目标温度的电平值进行比较，当测温元件反馈的电平值远小于目标温度的电平值时(即当前制冷温度远高于目标温度)，主控电路结合通过电机定子中的HALL传感器获取的电机位置信号，经位置编码器输出固定脉宽方波信号，驱动功率驱动电路控制三相直流无刷电机运转带动斯特林制冷机全速工作；当制冷温度到达控温设定点附近时(即在误差范围内时)，主控电路开始进入温度调节模式，对设定的目标温度的电压值与测温元件反馈的电压值进行比较，并将比较结果经过放大、滤波后与在主控电路内部生成的PWM调制三角波进行对比处理，最终主控电路输出一个脉宽调节的方波，功率驱动电路