专利名称：一种用于脉宽调制模式的温度控制系统中的保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种温度控制器保护电路，特别是涉及一种用于微重力流体试验中，使用的脉宽调制模式的温度控制系统中的保护器。
背景技术：
温度是各类工业控制生产中常见的、而又十分重要的控制参数。脉宽调制(PWM)技术的基础是正弦波PWM(SPWM)，其思想是用正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲代替正弦波，即调制波。脉宽调制(PWM)的应用研究一直受到关注，首要是PWM的数字化实现技术。随着微电子技术和电力电子技术的发展，控制系统的数字化已经得到广泛认同的必然趋势。
目前已经研制出各种针对不同控制对象的温度控制系统，但在硬件设计尤其是功率控制部分中存在着一些缺点硬件结构复杂、分离元件比较多、结构比较封闭、出现故障时往往需要人为参与等，在空间任务中的温度控制系统中，这些缺点更加突出。
在《光学与光电技术》2004年4月第二卷第二期“一种微型高精度PWM温度控制器”中做了介绍，其温度控制器由温度传感器驱动及信号变换电路、信号放大和PID调节回路、热电制冷器TEC驱动电路等组成，除采用了放大器OPA2340、由Burr-Brown公司(现已经被TI收购)生产的专门用于TEC温度控制的精密前端放大器INA330、和一个单声道BTL模式的D类音频功率放大器，另外还使用了大量的阻容器件，如图1所示。一方面，有的器件没有军级以上等级的器件，无法在空间任务中应用，另一方面，该控制器没有保护功能，无法满足空间任务的特殊需求。
微重力流体科学实验研究是载人空间活动的主要项目之一，意义重大。被控对象为进行微重力流体科学实验的液池，控制元件电阻膜安装在实验液池上端，液池为40mm×30mm×42mm的立方体，内部装有液体，用电阻膜加热器在实验液池两端建立温度梯度场。液池是微重力流体科学实验的关键部件，不仅是液滴迁移实验的场所，其本身就是一个干涉系统，为了保证系统的工作稳定性，要求控制电路必须是无人自动控制、自动应对故障，保证液池安全、可靠地工作。
发明内容
本实用新型的目的是克服上述现有温度控制系统没有保护功能的缺陷，从而提供一种适用于空间任务的特殊需求的、满足微重力流体科学实验用的温度控制系统的保护器，该保护器体积小、费用低、可靠性高的、不需要人为参与的、具有自动保护功能的。
本实用新型的目的是这样实现的本实用新型提供的用于脉宽调制模式的温度控制系统中的保护器，包括一片可重触发的单稳触发器7、一个或门8、和一个电阻R2与一个电容C2串联，再与可重触发的单稳触发器7电连接，电阻R2与可重触发的单稳触发器7电连接；可重触发的单稳触发器7的输出和脉宽调制信号发生器2中的D触发器9的输出共同作为或门10的输入端，或门8的输出则为具有保护功能的控制信号的输出量。通过调整可重触发的单稳触发器的外接阻容器件，设计输出脉冲的宽度TW，使TW＞nT，保证发生故障时，诸如CPU死、失控等连续出现高电平加热时，防止无控制的持续加热电阻膜烧毁仪器。
在上述的技术方案中，所述的脉宽调制信号发生器2，采用一片D触发器，一个电阻R1与一个电容C1并联后与D触发器电连接；其中电阻R1和电容C1的连接决定了将上电的初始状态设定为低电平，即为电阻膜不加热的安全态，根据中央控制单元1输出的电阻膜加热时间t，产生脉宽调制信号，如图2所示。
在上述的技术方案中，所述的温度测量元件6为热电偶。
本实用新型的优点在于本实用新型的用于脉宽调制模式的温度控制系统中的保护器，使用在温度控制器采用脉宽调制方式，控制元件为电阻膜，电路输出的高电平控制信号为电阻膜加热，低电平控制信号为电阻膜不加热，通过调整脉宽调制信号的占空比改变加热程度，上电初始状态输出为电阻膜不加热的安全态。当发生故障时，诸如CPU死、失控等连续出现高电平时，无控制的持续加热电阻膜会烧毁仪器，当在该PWM温度控制器中安装了本实用新型的保护电路，就能保证发生故障时电路输出为低电平，停止电阻膜加热。本实用新型结构简单，体积小、功耗低、重量轻，安全可靠，尤其适合航空航天领域等人无法直接干预试验的控制系统。
图1是已有温度控制器电路图图2是具有本实用新型的保护器的PWM温度控制器组成图图3是本实用新型的保护器电路组成框图图4是本实用新型的脉宽调制信号与保护信号关系的时序图图面说明中央控制单元-1；脉宽调制信号发生器-2；保护电路-3；驱动和出口保护电路-4；控制量输出电路-5； 温度测量元件-6；可重触发的单稳触发器-7；输出端或门-8；D触发器-9； 输入端或门-10；具体实施方式
参考图2和3，制作一本实用新型的用于脉宽调制模式的温度控制系统中的保护器。该保护器采用了一片型号为54HC123的可重触发的单稳触发器1、一个54HC32或门、外接一个电阻R2(510kΩ)、和一个电容C2(0.33μ)。可重触发的单稳触发器1的输出和脉宽调制信号发生器2中的D触发器4的输出共同作为或门5的输入端，或门3的输出则为具有保护功能的控制信号的输出量。
脉宽调制信号发生器2硬件设计采用了一片D触发器54HC273、一个或门54HC32和一个电阻R1(4.7kΩ)、一个电容C1(0.1μ)；一个电阻R1与一个电容C1并联后与D触发器电连接；电阻R1和电容C1的阻值决定了将上电的初始状态设定为低电平，即为电阻膜不加热的安全态，根据中央控制单元1输出的电阻膜加热时间t，产生脉宽调制信号。
通过调整可重触发的单稳触发器的外接阻容器件R2和C2，设计输出脉冲的宽度TW，输出脉冲的宽度TW＝0.7×C2×R2，使TW＞nT，保证发生故障时，诸如CPU死、失控等连续出现高电平加热时，防止无控制的持续加热电阻膜烧毁仪器。
本实用新型应用在PWM温度控制器中，作成一具有保护功能的PWM温度控制器，如图2所示。该PWM温度控制器采用单片机为中央控制单元1，中央控制单元1根据被控对象的设定温度和实际温度之差，和一定的控制算法计算出在一个脉宽调制周期T内电路需要输出电阻膜加热的高电平时间t，即控制量，在一个脉宽调制周期T内的前t时间内输出高电平给脉宽调制信号发生器2，在T-t时间内输出低电平给脉宽调制信号发生器2。使用2个定时器定时，t时间到输出低电平给脉宽调制信号发生器2，T时间到输出高电平给脉宽调制信号发生器2的D触发器，根据中央控制单元1的输出电阻膜加热时间t，产生脉宽调制信号，D触发器一路输出给本实用新型的保护器的或门，另一路输出给本实用新型的保护器的可重触发的单稳触发器，可重触发的单稳触发器输出到或门，经本实用新型的保护器或门输出则为具有保护功能的控制信号的输出量，该控制信号输入驱动和出口保护电路4的达林顿电路的输出端外接一电阻R3，达林顿电路与一开关控制模块做控制量输出电路5电连接，该控制量输出电路5输出的控制信号，直接控制控制电阻膜的加热电压的通断，温度测量元件6检测到的信号再输入中央控制单元1，实现温度控制。
权利要求1.一种用于脉宽调制模式的温度控制系统中的保护器，包括一片可重触发的单稳触发器(7)、一个或门(8)、和一个电阻(R2)与一个电容(C2)串联，再与可重触发的单稳触发器(7)电连接，电阻(R2)与可重触发的单稳触发器(7)电连接；可重触发的单稳触发器(7)的输出和脉宽调制信号发生器(2)中的D触发器(9)的输出共同作为或门(10)的输入端，或门(8)的输出则为具有保护功能的控制信号的输出量。
2.按权利要求1所述的用于脉宽调制模式的温度控制系统中的保护器，其特征在于所述的脉宽调制信号发生器(2)，采用一片D触发器，一个电阻(R1)与一个电容(C1)并联后与D触发器电连接；其中电阻(R1)和电容(C1)的连接将上电的初始状态设定为低电平，根据中央控制单元(1)输出的电阻膜加热时间t，产生脉宽调制信号。
专利摘要本实用新型涉及一种用于脉宽调制模式的温度控制系统中的保护器，包括采用一片可重触发的单稳触发器，一个或门、和一个电阻R2与一个电容C2串联，再与可重触发的单稳触发器电连接，电阻R2与可重触发的单稳触发器电连接；可重触发的单稳触发器的输出和脉宽调制信号发生器中的D触发器的输出共同作为或门的输入端，或门的输出则为具有保护功能的控制信号的输出量。该保护电器保证发生故障时电路输出为低电平，停止电阻膜加热。该电路设计简单、体积小、安全可靠，尤其适合航空航天领域等人无法直接干预试验的控制系统。
文档编号G05D23/22GK2775721SQ20042012252
公开日2006年4月26日 申请日期2004年12月31日 优先权日2004年12月31日
发明者姜秀杰, 陈小敏 申请人:中国科学院空间科学与应用研究中心