一种温控功率放大电路的制作方法

本发明涉及温度控制领域，具体涉及一种温控功率放大电路。

背景技术：

目前，在高端测量仪器(如惯性传感器、激光传感器)中需要精确控温的场合，测量仪器的温度需要保持在适当范围内，因此需要对其温度进行控制。

在这种小功率的温控系统中，当温度偏离设定值时，加热状态与制冷状态的自动切换、执行器的加热与制冷速率以及功率、温度采集系统反馈温度差值的精度成为影响整个系统的控制精度、可靠性和稳定性的关键因素。现有温控系统中由于所处地理环境位置不同，气候环境不同，原有的闭环温控系统不能适应以上变化，导致温度控制范围超过设计范围，使温控系统的使用受到限制。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种温控功率放大电路，以解决现有的温控系统的温度控制精度低，不能达到快速精确调控温度的问题。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种温度控制电路，包括：温度测量单元，用于测量被测对象的温度值；比较单元，用于比较所述温度值与设定温度值，并根据比较结果输出控制信号；功率控制单元，用于根据所述温度值与所述设定温度值的差值输出功率信号；执行单元，用于接收所述控制信号和所述功率信号，并根据所述控制信号和所述功率信号调整所述被测对象的温度值。

可选地，当所述温度值与所述设定温度值不相等时，所述比较单元输出所述控制信号。

可选地，所述功率控制单元与所述比较单元相连，当接收到所述控制信号时，根据所述温度值与所述设定温度值的差值输出功率信号。

可选地，所述功率控制单元包括：信号切换电路，其输入端接收所述被测对象的温度值、所述设定温度值以及所述控制信号，当接收到所述控制信号时，其输出端所述被测对象的温度值和所述设定温度值；差分放大电路，其输入端接收所述被测对象的温度值和所述设定温度值，其输出端输出所述被测对象的温度值和所述设定温度值的差值；线性功率放大电路，其输入端接收所述差值，其输出端输出放大后的差值。

可选地，所述差分放大电路包括两级差值放大电路，其中第一级差值放大电路由两运放组成电压跟随器形式将所述被测对象的温度值和所述设定温度值同时送入第二级差分放大电路进行相减，得到温度偏差值。

可选地，所述执行单元包括：制冷器，通过开关单元与所述功率控制单元连接，并根据所述功率信号执行制冷动作；加热器，通过所述开关单元与所述功率控制单元连接，并根据所述功率信号执行加热动作；所述开关单元，与所述比较单元连接，并根据所述比较单元输出的控制信号控制所述制冷器和所述加热器与所述功率控制单元的连通状态。

可选地，所述开关单元包括：继电器，当所述继电器处于第一状态时，使所述制冷器与所述功率控制单元连通，当所述继电器处于第二状态时，使所述加热器与所述功率控制单元连通；受控开关，其控制端与所述比较单元连接，并根据所述控制信号控制所述继电器的状态。

可选地，所述制冷器和所述加热器一体设置为半导体制冷片，所述半导体制冷片在与所述功率控制单元的不同连通状态下进行加热或制冷动作。

可选地，所述执行单元还包括散热器，用于为所述半导体制冷片散热。

根据本发明实施例的温度控制电路，其通过比较单元根据实测温度和设定温度发出不同的控制信号，以及通过功率控制单元根据实测温度值与设定温度值的偏差来确定功率信号，最终执行单元可以根据不同的控制信号确定执行加热或制冷等控温动作，并进一步可以根据功率信号确定控温动作的力度，该电路具有较高的控制精度以及灵敏度，由此可以提高控温操作的可靠性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是根据本发明实施例的温度控制电路的一个电路结构图；

图2是根据本发明优选实施例的温度控制电路的差分放大电路的电路结构图；

图3是根据本发明优选实施例的温度控制电路的另一个电路结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

在本实施例中提供了一种温度控制电路，图1是根据本发明实施例的温度控制电路的一个电路结构图，如图1所示，该电路包括用于测量被测对象15的温度值的温度测量单元11，用于比较该温度值与设定温度值，并根据比较结果输出控制信号的比较单元12，用于根据温度值与设定温度值的差值输出功率信号的功率控制端13，以及用于接收控制信号和功率信号，并根据该控制信号和功率信号调整被测对象15的温度值的执行单元14。例如，高端测量仪器的使用环境需要保持温度恒定，否则会影响仪器测量精度，因此需要精确控制仪器的环境温度，温度测量单元11测量高端测量仪的温度值，并将该温度信号转换为电压信号发送给比较单元12，比较单元将该电压信号与基准电压比较，该基准电压是由设定的温度值转换，是恒定的，如果比较结果为测量的温度值大于设定温度值，则输出制冷控制信号，如果比较结果为测量的温度值小于设定温度值，则输出加热控制信号，功率控制单元13将测量温度值转换的电压与基准电压之间的差值进行放大，得到可以驱动加热器和制冷器工作的功率，执行单元14根据制冷控制信号对高端测量仪器的工作环境进行制冷，降低其温度，根据加热控制信号对高端测量仪器的工作环境进行加热，升高其温度，以此达到自动调节被测对象的温度。本实施例中的温度控制电路根据测量温度与设定温度偏差的大小确定功率控制单元的输出，使加热器与制冷器的功率随测量温度与设定温度偏差线性变化，有效的提高了温度的控制精度。

在一个可选实施方式中，上述功率控制单元13包括信号切换电路，其输入端接收被测对象的温度值、设定温度值以及控制信号，当接收到比较单元输出的控制信号时，具体地，当被测对象的温度值大于设定温度值时，比较单元输出高电平信号，信号切换电路的第一输出端输出被测对象的温度值，第二输出端输出设定温度值；当被测对象的温度小于设定温度时，比较单元输出低电平信号，信号切换电路的第一输出端输出设定温度值，第二输出端输出被测对象的温度值；

在本实施方式中，上述功率控制单元13还包括差分放大电路，差分放大电路的同相端连接上述信号切换电路的第一输出端，反相端连接上述信号切换电路的第二输出端，其输出端输出被测对象的温度值和设定温度值的差值的绝对值，线性功率放大电路的输入端接收该差值电压，并对该电压进行放大，其输出端输出放大后的差值电压，通过测量温度与设定温度的差值直接调节输出功率，在温度差值大时，输出的功率就大，可以快速调节温度使其保持在设定温度值，在温度差值小时，输出的功率就小，精确控制温度达到设定温度值，电路控制精度高。

图2是根据本发明优选实施例的温度控制电路的差分放大电路的电路结构图，如图2所示，在一个可选实施方式中，上述差分放大电路包括两级差值放大电路，其中第一级差值放大电路由两运放组成电压跟随器形式将被测对象的温度采集值和设定温度值同时送入第二级差分放大电路进行相减，得到温度偏差值，其中第一电压跟随器的输入端连接信号切换电路的第一输出端，用于将接收到的电压降低阻抗等值输出，第二电压跟随器的输入端连接信号切换电路的第二输出端，用于将接收到的电压降低阻抗等值输出，第二级差分电路，即减法器，其同相端连接所述第一电压跟随器，其反相端连接所述第一电压跟随器，用于将第一电压跟随器输出的电压和第二电压跟随器输出的电压相减，输出差值电压。

在一个可选实施方式中，上述执行单元还包括制冷器、加热器和开关单元，该制冷器通过开关单元与功率控制单元连接，并根据功率控制信号执行制冷动作，加热器通过开关单元与功率控制单元连接，并根据功率信号执行加热动作，开关单元与比较单元连接，并根据比较单元输出的控制信号控制制冷器和加热器与功率控制单元的连通状态。具体地，开关单元包括继电器和受控开关，其中受控开关的受控端与比较单元连接，并根据控制信号控制继电器的状态，当受控开关接收到比较单元的第一控制信号，如高电平信号时，控制继电器处于第一状态，使制冷器与功率控制单元连通，制冷器工作；当受控开关接收到比较单元的第二控制信号，如低电平信号时，控制继电器处于第二状态，使加热器与功率控制单元连通，加热器工作。通过比较单元输出的控制信号来实现开关单元与加热器制冷器之间的切换连接，使温度变化得到快速准确的控制。

在一个具体实施方式中，上述制冷器和加热器一体设置为半导体制冷片，该半导体制冷片在与功率控制单元的不同连通状态下进行加热或制冷动作，在继电器处于第一状态时，半导体制冷片的正极连接继电器的开关，负极连接接地端，对控制对象制冷；在继电器处于第二状态时，半导体制冷片的正极连接接地端，负极连接继电器的开关，对控制对象加热。为了保护半导体制冷片，执行单元还包括散热器，用于为半导体制冷片散热。

图3是根据本发明优选实施例的温度控制电路的另一个电路结构图，如图3所示，在一个具体实施方式中，温度传感器检测出控制对象的温度，发送给温控器，温控器将该温度信号转换为电压信号，发送给信号切换电路和比较电路，设定值电路即基准电压电路，可以提供恒定的基准电压，设定值电路将设定电压发送给比较电路和信号切换电路，比较电路将接收到的温度采集值(电压)与基准电压相比较，如果温度采集值对应的电压大于基准电压，则比较电路发出高电平信号给信号切换电路和三极管q1，此时信号自动切换电路控制输出x为温度采集值对应的电压，输出y为设定值温度对应的电压，差分放大电路的输出电压为x-y，差分放大电路将差值电压发送给信号线性功率放大电路进行线性放大，三极管q1的基极接收高电平信号，三极管q1导通，继电器k1的线圈带电，继电器k1吸合，常开触点闭合，此时tec半导体制冷片的正极连接接地端，负极连接信号线性功率放大电路的输出端，放大后的功率启动半导体制冷片开始制冷工作，对控制对象制冷；如果温度采集值对应的电压小于基准电压，则比较电路发出低电平信号给信号切换电路和三极管q1，此时信号自动切换电路控制输出x为设定值温度对应的电压，输出y为温度采集值对应的电压，差分放大电路的输出电压为x-y，差分放大电路将差值电压发送给信号线性功率放大电路进行线性放大，三极管q1的基极接收低电平信号，三极管q1截止，继电器k1的线圈断电，继电器k1的常开触点断开，常闭触点闭合，此时tec半导体制冷片的负极连接接地端，正极连接信号线性功率放大电路的输出端，放大后的功率启动半导体制冷片开始加热工作，对控制对象加热。

如图3所示，继电器的线圈两端还并联一个二极管d1，该二极管d1的正极连接三极管q1的集电极，二极管的负极连接系统电源，用于在三极管q1截止时，保护三极管q1不被击穿。

综上所述，本发明实施例的温度控制电路可跟据输入电压与设定电压的偏差在单电源的情况下控制加热器和制冷器的无缝切换，有效的降低了设备成本，提高了控制的精度；温度信号采集方便，温度设定方便灵活；根据测量温度与设定温度偏差的大小确定功率放大器的输出，使加热器与制冷器的功率随测量温度与设定温度偏差线性变化，有效的提高了温度的控制精度；电路所用器件全部采用线性器件，对其他设备不会产生电磁辐射；通过系统级及器件的可靠性设计保证单机的高可靠性；温控系统采用高精度温控器和温度传感器，加热与制冷采用tec半导体制冷片结合线性功率放大电路，提高了系统的控制精度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。