专利名称：一种基于智能电表设备的温度控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种温度控制装置，具体地说是一种基于智能电表设备的温度控 制装置。
背景技术：
在电力系统中，由于电表设备所处工作环境的区域性差异较大，再加上季节性带 来的温差，使其工作环境温度在较大范围内变化，低温可达-40°C以下，高温则可达到75。C 以上。在如此悬殊的温度下，电表设备中元器件的功能、性能、寿命等都将急剧下降，使得整 个设备系统的可靠性、安全性、稳定性受到了极大的威胁。正是由于这些隐患的存在，在电 表设备中加入温度控制装置是非常必要的。现有的智能电表系统一般还没有加入温度控制装置，在一些特殊功能仪器仪表中 (如在线测量仪表)存在类似的温度控制器，但其实现方式一般是利用温度传感器、单片机 处理器、固体继电器及由分立器件实现的电路板来驱动半导体制冷器。此方案除了成本较 高、体积较大外，还存在温度控制的线性度较差，且易受到外界因素的干扰，尤其对电压信 号要求其纹波较小。因此，为了提高电表设备的稳定性和可靠性，迫切的需要开发出一款可以控制电 表设备的工作环境温度在一个合理范围内的温度控制装置。
实用新型内容为了克服现有技术中的上述缺陷，本实用新型的目的在于提出一种可以提高电表 设备稳定性和可靠性的温度控制装置。本实用新型是通过下述技术方案实现的—种基于智能电表设备的温度控制装置，包括感应元件、控制电路、电源管理单元 和加热制冷器，所述控制电路分别与感应元件和加热制冷器相连，所述电源管理单元与控 制电路相连并将电表设备中的电源信号弓丨入到控制电路中。其中，所述控制电路包括稳压电路、基准电压源、温度检测电路、压控电流源、放大 电路、判决电路和驱动电路，所述稳压电路将电表设备传来的电源信号输出至基准电压源 和压控电流源中，所述压控电流源分别与温度检测电路和放大电路相连，将基准电压源输 出的参考电压与放大电路输出的感应电压传至判决电路中进行比较，比较得到的输出信号 经驱动电路后作为加热制冷器的控制信号。其中，所述温度检测电路包括电阻和感应元件，该感应元件可采用热敏电阻等。其中，所述压控电流源包括温度检测电路、运算放大器和PMOS管。其中，所述放大电路包括电阻和运算放大器。其中，所述判决电路包括迟滞比较器。其中，所述驱动电路包括缓冲寄存器。其中，所述加热制冷器采用半导体/加热制冷器。[0015]本实用新型的有益效果是1.体积小该实用新型主体结构采用全定制CMOS集成电路，采用较小的封装形 式，大大降低了整个装置的体积。2.外围部件少除了感应元件和加热/制冷器外其余部分均集成到控制电路中。3.线性度好控制电路具有良好的线性响应特性，可以满足实现精细温度控制的 要求。4.感应精度高决定感应电压的各项均可通过电路设计、布图设计和CMOS工艺控 制进行优化获得较好的感应特性。5.抗干扰能力强由控制电路特性可知该系统不易受到来自电源、衬底等外界因 素的干扰，具有较强的抗干扰能力。
图1为本实用新型所述温度控制装置的整体结构示意图；图2为控制电路的结构示意图；图3为控制电路的工作原理图；图4为本实用新型所述温度控制装置的V-T特性曲线；图中，1-电表设备，2-感应元件，3-控制电路，4-电源管理单元，5-加热/制冷器， 6-温度检测电路，7-稳压电路，8-基准电压源，9-压控电流源，10-放大电路，11-判决电 路，12-驱动电路。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的温度控制装置做进一步详细的说明。如图1所示，本实用新型的温度控制装置主要由感应元件2、控制电路3、电源管理 单元4和加热制冷器5组成，控制电路3分别与感应元件2和加热制冷器5相连，电源管理 单元4与控制电路3相连并将电表设备1中的电源信号弓丨入到控制电路3中。感应元件2(即图2中的Rth)是一个热敏电阻(PTC)，其阻值随温度成正比线性变 化，即温度上升，阻值变大；温度下降，阻值减小。感应元件2与控制电路3相连，其阻值随 温度变化的信息同时也传递给控制电路3。电源管理单元4与控制电路3和电表设备1的电源信号相连，负责将从电表设备 1端的电源信号引入到控制电路3中，并对该电源信号进行必要的滤波和稳压处理。加热/制冷器5由半导体加热/制冷器实现，其具有体积小的特点，可实现温度的 精细控制。其工作状态由控制电路3的输出信号Vctrl驱动，根据Vctrl的逻辑值来启动 或关闭加热/制冷器装置。当加热/制冷器5启动后，将使得环境温度发生变化，直至满足 系统正常工作要求，之后进入关闭状态。当环境温度再次发生偏离后，感应元件2和控制电 路3进入工作状态，通过控制信号Vctrl进行新一轮的温度调节。控制电路3与感应元件2和加热/制冷器5相连，起到桥梁的作用，将感应元件2 传递的温度信息进行分析和处理后，下达控制信号给加热/制冷器5。控制电路是由CMOS 集成电路实现的，采用CMOS集成电路可以获得低功耗、小尺寸、强抗干扰能力等优点。该装置中的控制电路3的结构如图2所示，主要由稳压电路7，基准电压源8，温度检测电路6，压控电流源9，放大电路10，判决电路11和驱动电路12组成，稳压电路7将电 表设备1传来的电源信号输出至基准电压源8和压控电流源9中，压控电流源9分别与温 度检测电路6和放大电路10相连，将基准电压源8输出的参考电压与放大电路10输出的 感应电压传至判决电路11中进行比较，比较得到的输出信号经驱动电路12后作为加热制 冷器5的控制信号。控制电路3的工作原理是，当环境温度发生变化时，首先由温度检测电路6检测 出环境的温度信息，并将该信息转化为可以处理的电学信号作为压控电流源9的输入信号 源；压控电流源9基于参考电压对该信号进行电压-电流转换，转换后的电流信号经放大电 路10进行放大处理，输出信号进入判决电路11与参考电压作比较，比较得到的输出信号经 驱动电路12作增强处理后作为加热/制冷器5的控制信号。稳压电路7主要负责对进来 的电源信号进行滤波和稳压处理，并输出到基准电压源8和压控电流源9中；基准电压源8 主要包含一个高精度带隙基准源，通过分压电路处理后输出特定的电压作为其他模块的参 考电压。控制电路3的核心电路结构如图3所示。该结构基于CMOS集成电路工艺，图中的 电阻一般由较高精度的Poly电阻实现。电路中电阻Rl、R2与感应元件2组成温度检测电 路6 ；并与运算放大器Al，PMOS管Ml、M2组成压控电流源9，电压由参考电压Vrefl提供； PMOS管Ml M4构成镜像电流源，通过设置M3、M4的尺寸可以获得与压控电流源9相关的 电流；电阻R3 R7与运算放大器A2组成放大电路10，其中电阻R3对镜像电流进行采样 并经过放大电路进行放大，得到感应电压Vsense ；迟滞比较器A3组成判决电路11，对感应 电压Vsense和参考电压Vref2作比较；驱动电路12由缓冲寄存器A4实现；图中参考电压 Vrefl和Vref2由基准电压源8提供。假定压控电流源得到的电流为I1,电流镜像得到的 电流为M · I1, Rl》Rth，R4 = R5，R6 = R7 = N · R4 ；经推导可得感应电压Vsense的表达式 为
权利要求1.一种基于智能电表设备的温度控制装置，该装置包括感应元件O)、控制电路(3)、 电源管理单元(4)和加热制冷器(5)，其特征在于所述控制电路C3)分别与感应元件(2) 和加热制冷器(5)相连，所述电源管理单元⑷与控制电路(3)相连并将电表设备⑴中 的电源信号引入到控制电路(3)中。
2.如权利要求1所述的温度控制装置，其特征在于所述控制电路(3)包括稳压电路 (7)、基准电压源(8)、温度检测电路(6)、压控电流源(9)、放大电路(10)、判决电路(11)和 驱动电路(12)，所述稳压电路(7)将电表设备(1)传来的电源信号输出至基准电压源(8) 和压控电流源(9)中，所述压控电流源(9)分别与温度检测电路(6)和放大电路(10)相连， 将基准电压源⑶输出的参考电压与放大电路(10)输出的感应电压传至判决电路(11)中 进行比较，比较得到的输出信号经驱动电路(12)后作为加热制冷器(5)的控制信号。
3.如权利要求2所述的温度控制装置，其特征在于所述温度检测电路(6)包括电阻 和感应元件(2)。
4.如权利要求2或3所述的温度控制装置，其特征在于所述压控电流源(9)包括温 度检测电路(6)、运算放大器和PMOS管。
5.如权利要求2所述的温度控制装置，其特征在于所述放大电路(10)包括电阻和运 算放大器组成。
6.如权利要求2所述的温度控制装置，其特征在于所述判决电路(11)包括迟滞比较器。
7.如权利要求2所述的温度控制装置，其特征在于所述驱动电路(1 包括缓冲寄存器。
8.如权利要求2所述的温度控制装置，其特征在于所述加热制冷器(5)采用半导体 加热制冷器。
专利摘要本实用新型涉及一种基于智能电表设备的温度控制装置，包括感应元件2、控制电路3、电源管理单元4和加热制冷器5，控制电路3分别与感应元件2和加热制冷器5相连，电源管理单元4与控制电路3相连并将电表设备1中的电源信号引入到控制电路3中。本实用新型的温度控制装置对电表设备的工作环境温度进行控制，使之维持在一个合理的范围之内，从而极大地提高了电表设备的稳定性和可靠性。
文档编号G05D23/20GK201845245SQ20102028049
公开日2011年5月25日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者原义栋, 王于波 申请人:中国电力科学研究院