连，相连处与R16—端相连连接处接至IJ电源输入VOUT端，电阻RlO另一端与电阻R12相连，R12另一端连接到主控电路内部推动极AT，电阻RlO与Rl2连接处外接到功率驱动电路，输出控制方波AT;电阻Rl I另一端与电阻Rl3相连，R13另一端连接到主控电路内部推动极BT，电阻Rll与R13连接处外接到功率驱动电路，输出控制方波BT ；电阻R16另一端与电阻R18相连，R18另一端连接到主控电路内部推动极CT，电阻R16与R18连接处外接到功率驱动电路，输出控制方波CT;电阻R17—端与主控电路内部推动极AB相连，R17另一端与功率驱动电路相连，输出控制方波AB;电阻R19—端与主控电路内部推动极BB相连，Rl9另一端与功率驱动电路相连，输出控制方波BB;电阻R21—端与主控电路内部推动极CB相连，R21另一端与功率驱动电路相连，输出控制方波CB ο C3为0.1UF旁路无极性磁介电容为主控电路输入电源提供滤波，C3—端连接点与电源输入VOUT相接，C3另一端接地；电阻R15—端连接到主控电路基准源VR，R15另一端与C6的一端相连，连接点与主控电路振荡器相连，C6的另一端接地。主控电路内的限流比较器外接限流电路反馈，位置反馈电路接电机HALL器件经滤波电路的反馈信号Hl、H2、H3;通过VOUT供电，C3为主控电路电源旁路滤波，R15与C6设定主控电路内部三角波频率，本发明将主控电路工作频率设定在25KHz左右;R9、C5并联，与制冷测温反馈电路中的R8构成主控电路内部误差放大器的低通高增益，主控电路通过误差放大器判断斯特林制冷机是否到达设定温度值，通过H1、H2、H3处得到的反馈HALL位置信号得到电机转子位置，主控电路根据上述输入值，通过位置编码器经过上拉电阻1?10、1?11、1?12、1?13、1?16、1?18输出相应的!1桥1'(^端控制方波信号AT、BT、CT，通过匹配电阻R17、R19、R21输出H桥BOTTOM端的控制方波信号，从而推动三相无刷电机运转，带动制冷机工作。当到达设定温度电平值后，主控电路相应输出PWM方波，控制功率驱动电路，对三相无刷电机进行调速，从而达到控制制冷温度目的。
[0055]如图10所示，为斯特林制冷机控温正常调制工作状态时，制冷机驱动控制器内的误差放大器输出调制电平与振荡器产生的三角波。可以看到经过滤波与去高频干扰、去毛刺处理，输出电平与三角波均平滑完整。
[0056]如图11所示，为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，如果采用外接放大器模式同样适用本发明。根据分析，电路的传递函数H( j ω )在ω c处分界，ω c为截止频率。在ω < ω c时，表示输入信号幅值没有变化的通过；ω 1> ω > ω c时，表示输入信号幅值被衰减，当ω > ω I时，输入信号衰减较大。其归一化的传递函数如下式:
[0057]H( j ω ) =HO/(1+j ω / ω 0)
[0058]其中:H0= _R2/R1;
[0059]oO = l/RC；
[0060]电路传递函数对应的伯德图如图12所示。
[0061 ] 本发明中截至频率ω C经计算约为2.3ΗΖ，单位增益频率ω I为800Hz左右。实际应用具有高增益，敏感度高，抗高频干扰能力强。
[0062]综上所述，可知本发明驱动旋转式斯特林制冷机工作过程为:外部电源通过防接反滤波电路供电VOUT，在斯特林制冷机开始加电工作初始阶段，测温元件的反馈电压值小于设定点电平值，斯特林制冷机全功率输出制冷;当反馈电压值到控温设定点附近时，制冷机驱动电路控制器开始进入温度调节模式，驱动电路控制器根据控温设定电路设定的电压值与测温元件反馈电压值进行比较，经主控电路Ul内的误差放大器放大、滤波产生一个调制电压值后与其内部振荡器产生的三角波对比，输出一个PWM方波，功率驱动电路根据该方波占空比来调整三相无刷电机转子从而达到调整斯特林制冷机输出功率目的。当误差放大器得到测温元件反馈电压值在误差范围内大于设定电压值时，经过电路比较放大后，PWM调节功率驱动电路减慢电机转速，从而降低制冷机输出的制冷功率；当比较放大电路得到测温元件反馈电压值在误差范围内小于设定电压时，功率驱动电路增大功率输出，使制冷机制冷量增大，形成闭环控制系统。整体工作过程示意图如图13所示。
[0063]虽然通过实施例描述了本申请，本领域的技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种旋转式斯特林制冷机驱动主控电路，其特征在于，包括:误差放大器、转子位置编码器和处理器； 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； 所述处理器，用于接收到所述调制电压值后，生成HVM波形控制信号，并将其输出至所述转子位置编码器； 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。2.如权利要求1所述的旋转式斯特林制冷机驱动主控电路，其特征在于，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； 所述处理器，具体用于将所述调制电压值与所述三角波进行对比，生成所述PWM波形控制信号。3.如权利要求2所述的旋转式斯特林制冷机驱动主控电路，其特征在于，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; 所述电阻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。4.如权利要求1所述的旋转式斯特林制冷机驱动主控电路，其特征在于，所述主控电路还包括:电阻R8、电阻R9和电容C5 ； 所述电阻R8—端与测温元件侧相连，另一端连接电阻R9;所述电容C5与所述电阻R9并联;所述电容C5与电阻R9的两个连接点分别外接到所述误差放大器。5.如权利要求1所述的旋转式斯特林制冷机驱动主控电路，其特征在于，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。6.如权利要求5所述的旋转式斯特林制冷机驱动主控电路，其特征在于，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;其中，所述推动极AT、BT、CT连接到与其对应的上拉电阻;所述推动极AB、BB、CB连接到与其对应的输出匹配电阻； 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。7.如权利要求5或6所述的旋转式斯特林制冷机驱动主控电路，其特征在于，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。8.如权利要求1至6任意一项所述的旋转式斯特林制冷机驱动主控电路，其特征在于，所述设定的误差范围为±0.5mV。9.如权利要求1至6任意一项所述的旋转式斯特林制冷机驱动主控电路，其特征在于，所述主控电路还包括:基准源，用于对外提供基准电源VR。
【专利摘要】本发明公开了一种旋转式斯特林制冷机驱动主控电路，其对制冷温度的电平值与设定的目标温度的电平值进行比较得到制冷温度信号差，当制冷温度远高于目标温度时，结合电机位置信号，经位置编码器输出固定脉宽的方波控制信号，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，将二者的电压差值经过放大、滤波处理后与三角波进行对比，输出一个脉宽调节的方波，驱动功率驱动电路根据该方波占空比的调整来控制输出功率，即采用PWM方式驱动直流无刷电机工作，从而实现基本恒定的闭环动态制冷温度控制。本发明所述方案实现了对旋转式斯特林制冷机的精准控温。
【IPC分类】F25B49/02
【公开号】CN105571227
【申请号】CN201510963872
【发明人】温建国, 陈晓月, 刘湘德, 饶启超
【申请人】中国电子科技集团公司第十一研究所
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月21日