出端。工作时，两个滤波 电感起到滤波作用，共模电感起到扼流作用，由此一方面保证了TEC芯片的稳定工作，另一 方面降低了系统噪声。
[0021 ] 所述增量式PID控制器采用C语言或verilog或VHDL编程实现。
[0022] -种低成本的数字自适应TEC控温方法(该方法是采用本发明所述的一种低成本 的数字自适应TEC控温装置实现的），该方法是采用如下步骤实现的： a. 主控数字芯片上电启动，并根据控温目标的热响应特性依次设置PWM周期、设置参考 温度值、设置增量式PID控制器的PID系数、设置温差门限阈值、使能功率电路单元，由此完 成主控数字芯片的初始化； b. 温度传感器采集控温目标的实时温度值和环境温度值，并将采集到的实时温度值和 环境温度值发送至主控数字芯片； c. 在每个PWM周期内，主控数字芯片根据参考温度值和接收到的实时温度值计算实时 温差值，并利用增量式PID控制器判断计算出的实时温差值是否属于超调； 如果实时温差值属于超调，则主控数字芯片将输出的PWM占空比设置为0，由此使得功 率电路单元不工作，从而利用环境温度值对控温目标的实时温度值进行自然回调，使得控 温目标的实时温度值上升或下降至参考温度值； 如果实时温差值不属于超调，则主控数字芯片将实时温差值与温差门限阈值进行比 较； 如果实时温差值2温差门限阈值，则主控数字芯片将输出的P丽占空比设置为1，由此 使得功率电路单元以全功率方式工作，功率电路单元的输出电压由此先经滤波扼流单元进 行滤波和扼流，然后以全电压方式加载到TEC芯片上，TEC芯片由此对控温目标进行加热或 制冷，从而使得控温目标的实时温度值快速接近参考温度值； 如果实时温差值< 温差门限阈值，则主控数字芯片将增量式PID控制器的输出值线性 映射到输出的PWM占空比，由此使得功率电路单元以PWM方式工作，功率电路单元的输出电 压由此先经滤波扼流单元进行滤波和扼流，然后以PWM方式加载到TEC芯片上，TEC芯片由此 对控温目标进行加热或制冷，从而使得控温目标的实时温度值上升或下降至参考温度值； 具体的线性映射公式如下：
上式中：Au(k)为增量式PID控制器在k时刻输出的增量差值;u(k)为增量式PID控制 器在k时刻的输出值;u(k-l)为PID控制器在k-Ι时刻的输出值;心为增量式PID控制器的比 例系数；A e(k)为k时刻的实时温差值与k-Ι时刻的实时温差值之差;Ki为增量式PID控制 器的积分系数;e(k)为k时刻的实时温差值;K d为增量式PID控制器的微分系数；Ae(k-l) 为k-1时刻的实时温差值与k-2时刻的实时温差值之差。
【主权项】
1. 一种低成本的数字自适应TEC控温装置，其特征在于:包括控温目标、温度传感器、主 控数字芯片、功率电路单元、滤波扼流单元、TEC芯片;其中，温度传感器的输入端与控温目 标连接;温度传感器的输出端与主控数字芯片的输入端连接;主控数字芯片的输出端与功 率电路单元的控制端连接;功率电路单元的输出端与滤波扼流单元的输入端连接;滤波扼 流单元的输出端与TEC芯片的输入端连接;TEC芯片贴装于控温目标上。2. 根据权利要求1所述的一种低成本的数字自适应TEC控温装置，其特征在于:所述温 度传感器为ADT7410型温度传感器。3. 根据权利要求1所述的一种低成本的数字自适应TEC控温装置，其特征在于:所述主 控数字芯片为内置有增量式PID控制器的MCU或CPU或DSP或FPGA或CPLD。4. 根据权利要求1所述的一种低成本的数字自适应TEC控温装置，其特征在于:所述功 率电路单元为BD6211型Η桥集成功率芯片或MOS集成功率模块或IGBT集成功率模块。5. 根据权利要求1所述的一种低成本的数字自适应TEC控温装置，其特征在于:所述滤 波扼流单元包括两个滤波电感和一个共模电感;两个滤波电感的首端分别作为滤波扼流单 元的两个输入端;两个滤波电感的尾端分别与共模电感的两个线圈的首端连接;共模电感 的两个线圈的尾端分别作为滤波扼流单元的两个输出端。6. 根据权利要求3所述的一种低成本的数字自适应TEC控温装置，其特征在于:所述增 量式PID控制器采用C语言或ver i log或VHDL编程实现。7. -种低成本的数字自适应TEC控温方法，该方法是采用如权利要求1所述的一种低成 本的数字自适应TEC控温装置实现的，其特征在于:该方法是采用如下步骤实现的： a. 主控数字芯片上电启动，并根据控温目标的热响应特性依次设置PWM周期、设置参考 温度值、设置增量式PID控制器的PID系数、设置温差门限阈值、使能功率电路单元，由此完 成主控数字芯片的初始化； b. 温度传感器采集控温目标的实时温度值和环境温度值，并将采集到的实时温度值和 环境温度值发送至主控数字芯片； c .在每个HVM周期内，主控数字芯片根据参考温度值和接收到的实时温度值计算实时 温差值，并利用增量式PID控制器判断计算出的实时温差值是否属于超调； 如果实时温差值属于超调，则主控数字芯片将输出的PWM占空比设置为0，由此使得功 率电路单元不工作，从而利用环境温度值对控温目标的实时温度值进行自然回调，使得控 温目标的实时温度值上升或下降至参考温度值； 如果实时温差值不属于超调，则主控数字芯片将实时温差值与温差门限阈值进行比 较； 如果实时温差值2温差门限阈值，则主控数字芯片将输出的PWM占空比设置为1，由此 使得功率电路单元以全功率方式工作，功率电路单元的输出电压由此先经滤波扼流单元进 行滤波和扼流，然后以全电压方式加载到TEC芯片上，TEC芯片由此对控温目标进行加热或 制冷，从而使得控温目标的实时温度值快速接近参考温度值； 如果实时温差值< 温差门限阈值，则主控数字芯片将增量式PID控制器的输出值线性 映射到输出的PWM占空比，由此使得功率电路单元以PWM方式工作，功率电路单元的输出电 压由此先经滤波扼流单元进行滤波和扼流，然后以PWM方式加载到TEC芯片上，TEC芯片由此 对控温目标进行加热或制冷，从而使得控温目标的实时温度值上升或下降至参考温度值； 具体的线性映射公式如下：上式中：Au(k)为增量式PID控制器在k时刻输出的增量差值;u(k)为增量式PID控制 器在k时刻的输出值;u(k-l)为PID控制器在k-Ι时刻的输出值;心为增量式PID控制器的比 例系数；A e(k)为k时刻的实时温差值与k-Ι时刻的实时温差值之差;Ki为增量式PID控制 器的积分系数;e(k)为k时刻的实时温差值;Kd为增量式PID控制器的微分系数；Ae(k-l) 为k-1时刻的实时温差值与k-2时刻的实时温差值之差。
【专利摘要】本发明涉及TEC控温技术，具体是一种低成本的数字自适应TEC控温装置及方法。本发明解决了现有TEC控温技术控温功耗和控温效率难以优化、适用范围严重受限、控温精度难以保证、体积过大、成本过高的问题。一种低成本的数字自适应TEC控温装置，包括控温目标、温度传感器、主控数字芯片、功率电路单元、滤波扼流单元、TEC芯片；其中，温度传感器的输入端与控温目标连接；温度传感器的输出端与主控数字芯片的输入端连接；主控数字芯片的输出端与功率电路单元的控制端连接；功率电路单元的输出端与滤波扼流单元的输入端连接；滤波扼流单元的输出端与TEC芯片的输入端连接；TEC芯片贴装于控温目标上。本发明适用于各种控温场合。
【IPC分类】G05D23/20
【公开号】CN105607675
【申请号】CN201610155458
【发明人】林阔, 黄东海, 李英娇
【申请人】山西国惠光电科技有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年3月18日