一种数字电源模块恒温控制系统的制作方法

本发明涉及数字电源领域，具体的是一种数字电源模块恒温控制系统。

背景技术：

数字电源以数字信号处理器(dsp)或微控制器(mcu)为核心，将数字电源驱动器、pwm控制器等作为控制对象，能实现控制、管理和监测功能的电源产品。它是通过设定开关电源的内部参数来改变其外在特性，并在“电源控制”的基础上增加了“电源管理”。所谓电源管理是指将电源有效地分配给系统的不同组件，最大限度地降低损耗。数字电源的管理(如电源排序)必须全部采用数字技术。与传统的模拟电源相比，数字电源的主要区别是控制与通信部分。在简单易用、参数变更要求不多的应用场合，模拟电源产品更具优势，因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现，而在可控因素较多、实时反应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的、复杂的高性能系统应用中，数字电源则具有优势。

数字电源产品需要成功实现产品的功能之外，还必须充分考虑产品的稳定性、工作寿命、环境适应能力等指标。数字电源产品热流密度增加，大量热量若不能及时散发出去将极大影响设备的工作，高温是影响电源长时间稳定工作的最重要故障因素，高温成为系统稳定工作和性能提升的绊脚石。数字电源中主要的发热元器件为半导体开关管，大功率二极管，高频变压器，滤波电感等磁性元件以及假负载等。数字电源设备内部过高的温升将会导致对温度敏感的半导体器件、电解电容等元器件的失效，当温度超过一定值时，失效率呈指数规律增加。数字电源这一类拥有大功率发热器件的设备，温度是影响其可靠性的最重要因素，对整体的热设计具有严格的要求，热设计主要包括两方面：控制发热量和散热。

现有的数字电源通常采用外壳散热翅片散热，或采用内置散热风扇辅助散热，散热效果一般，电源长时间工作时温度仍会缓慢上升，同时现有的数字电源不具备保温功能，在超低温度的极端环境中(如极地高山等)易出现功能故障，因此，数字电源模块在具备良好散热性能的同时还应具有一定的保温功能，从而使数字电源模块能够具有较为广阔的应用场景。因此，有必要开发一种可以准确控制数字电源温度的恒温控制系统。

技术实现要素：

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种数字电源模块恒温控制系统，本发明使用逻辑控制电路代替专用的全桥整流芯片，将单片机产生的pwm信号、温控板的使能信号、h桥导通切换信号配合逻辑电路实现控制半导体制冷器的加热和制冷，采用变速积分分离pid算法使在控温过程中温度能够平稳、高精度地达到设定温度，通过恒温控制盒辅助数字电源模块进行散热和保温，提高了数字电源模块恒温控制系统的温度调控效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种数字电源模块恒温控制系统，包括上位机、单片机、温度采集电路、逻辑控制电路、h桥电路和半导体制冷器，温度采集电路通过热敏电阻完成数字电源模块的温度采集，通过上位机完成数字电源模块的温度设定，通过单片机将采集到的数字电源模块温度与设定值偏差值经pid计算后得到pwm信号的占空比的值，将pwm信号、使能信号、h桥导通切换信号经过逻辑控制电路后产生的信号送到hip2101来驱动h桥来使半导体制冷器tec的升温与降温。

进一步优选地，数字电源模块恒温控制系统还包括恒温控制盒，恒温控制盒包括散热模块和保温模块，散热模块和保温模块均与单片机电性连接，单片机在半导体制冷器tec升温时保温模块工作，单片机在半导体制冷器tec降温时控制散热模块工作。

进一步优选地，温度采集电路采用10kω电阻和热敏电阻rt对模拟电源vdda分压，通过单片机内部a/d转化得到当前温度下的热敏电阻rt的电压，根据热敏电阻rt的温度电压对照表查询得到所测量的温度。

进一步优选地，单片机为基于stm32f103rct的最小化系统。

进一步优选地，逻辑控制电路中h桥导通切换信号控制h桥的不同方向的导通从而来实现半导体制冷器的加热与制冷，使能信号控制半导体制冷器工作，pwm信号的占空比决定半导体制冷器加热与制冷的时间。

进一步优选地，恒温控制系统通过变积分pid算法进行控温，从而改变积分项的累加速度，当温度偏差比较大时，使积分变慢，积分作用变弱，温度偏差比较小时，使积分变快，积分作用变强；变积分pid算法的表达式如下：

式(ⅰ)、(ⅱ)中，e(k)为偏差值。

进一步优选地，恒温控制盒包括底座，底座顶部中间固定安装数字电源模块，底座上方对称设有防护罩，防护罩相离一侧外壁均通过铰链与底座铰接，防护罩内壁设有保温层，防护罩前后侧壁均开设有通风口，防护罩前侧外壁对应通风口处固定安装进气格栅，防护罩后侧外壁对应通风口处固定安装排风扇，防护罩前后侧内壁对应通风口处对称固定安装保温板，保温板与防护罩内壁滑动连接，底座内部固定安装循环水箱，循环水箱的出液口通过管道与增压泵的进液端连接，增压泵的出液端通过管道与换热器的进液端连接，换热器固定安装在底座的顶板内部，换热器的出液端与三通电磁阀连接，三通电磁阀一端通过管道与循环水箱进液口连接，三通电磁阀的剩余一端与散热管的进液端连接，散热管固定安装在底座下方一侧，散热管的出液端通过管道与循环水箱连接。

进一步优选地，底座底部固定安装支脚，支脚为弹性橡胶垫，底座顶部固定安装环形挡板，环形挡板设置在数字电源模块和防护罩之间，防护罩相近一侧边缘均开设有卡槽，防护罩顶部相近一侧均固定安装把手。

进一步优选地，保温板的尺寸与防护罩前后侧壁契合，保温板远离防护罩一侧边缘固定安装第一固定座和第二固定座，第一固定座上固定安装滚轮，防护罩靠近第一固定座一侧内壁固定安装导向板，导向板倾斜设置，滚轮沿导向板的坡面滚动，第二固定座上铰接l型杆，l型杆中间转角处固定安装转动轴，l型杆的转动轴贯穿防护罩侧壁，l型杆通过转动轴与防护罩侧壁转动连接，l型杆远离第二固定座一端固定安装限位杆，导向板下方的防护罩内壁固定安装固定杆，固定杆和限位杆之间通过弹簧连接，弹簧为挂钩式弹簧。

进一步优选地，防护罩相离一侧外壁中间固定安装电机，电机两侧对称设有驱动轮，驱动轮与防护罩侧壁转动连接，驱动轮均通过齿轮与电机的输出轴啮合，驱动轮通过皮带与同侧l型杆的转动轴连接。

进一步优选地，循环水箱内壁固定安装加热管，换热器包括呈阵列排布的换热管，换热管通过弧形管首尾相连，冷却管为直径小于mm的金属管，底座下方对应冷却管处开设有散热槽，冷却管呈s型环绕设置在散热槽中。

本发明的有益效果：

1、本发明数字电源模块恒温控制系统使用逻辑控制电路代替专用的全桥整流芯片，将单片机产生的pwm信号、温控板的使能信号、h桥导通切换信号配合逻辑电路实现控制半导体制冷器的加热和制冷，使得电路在工作过程中h桥仅有一个半桥在工作，使得系统电路功耗降低，效率提高。在pid算法上，由于积分分离pid算法在系统中进行控温时会在温度控制过程中出现温度抖动，所以采用变速积分分离pid算法使在控温过程中温度能够平稳、高精度地达到设定温度；

2、本发明数字电源模块恒温控制系统通过恒温控制盒辅助数字电源模块进行散热和保温，提高了数字电源模块恒温控制系统的温度调控效果。其中，防护罩侧壁开设有通风口，通风口处固定安装排风扇和进气格栅，通过排风扇将数字电源模块表面散热翅片的热量带出，较内置的散热风扇效果更好。防护罩内壁设置有保温板，在需要保温时可以通过电机驱动保温板由防护罩顶部滑动至通风口处堵住通风口，提高防护罩的保温效果。底座顶板内部设有换热器，底座内部设有循环水箱，通过增压泵将循环水箱中的循环液倒入换热器中并与数字电源模块底部进行换热，换热后的循环液通过三通电磁阀可以直径回流入循环水箱也可通过散热管冷却口流回循环水箱，从而根据数字电源模块的散热或保温需要灵活选择，提高数字电源模块的温控效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，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是本发明数字电源模块恒温控制系统的整体框架图；

图2是本发明变速积分pid算法控制流程图；

图3是本发明恒温控制盒的整体结构示意图；

图4是本发明恒温控制盒的前视图；

图5是本发明恒温控制盒的左视图；

图6是本发明恒温控制盒防护罩打开状态示意图；

图7是本发明防护罩的结构示意图；

图8是本发明图7位置a处放大示意图；

图9是本发明保温板的结构示意图；

图10是本发明底座的剖视结构示意图。

图中：

1-底座，2-数字电源模块，3-防护罩，301-通风口，302-卡槽，5-进气格栅，6-排风扇，7-保温板，8-循环水箱，9-增压泵，10-换热器，11-三通电磁阀，12-散热管，14-支脚，15-环形挡板，16-把手，17-第一固定座，18-第二固定座，19-滚轮，20-导向板，21-l型杆，22-限位杆，23-固定杆，24-弹簧，25-电机，26-驱动轮，27-加热管，28-换热管，29-弧形管，30-散热槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种数字电源模块恒温控制系统，包括上位机、单片机、温度采集电路、逻辑控制电路、h桥电路和半导体制冷器，温度采集电路通过热敏电阻完成数字电源模块的温度采集，通过上位机完成数字电源模块的温度设定，通过单片机将采集到的数字电源模块温度与设定值偏差值经pid计算后得到pwm信号的占空比的值，将pwm信号、使能信号、h桥导通切换信号经过逻辑控制电路后产生的信号送到hip2101来驱动h桥来使半导体制冷器tec的升温与降温；

数字电源模块恒温控制系统还包括恒温控制盒，恒温控制盒包括散热模块和保温模块，散热模块和保温模块均与单片机电性连接，单片机在半导体制冷器tec升温时保温模块工作，单片机在半导体制冷器tec降温时控制散热模块工作。

温度采集电路采用10kω电阻和热敏电阻rt对模拟电源vdda分压，通过单片机内部a/d转化得到当前温度下的热敏电阻rt的电压，根据热敏电阻rt的温度电压对照表查询得到所测量的温度。

单片机为基于stm32f103rct的最小化系统。

逻辑控制电路中h桥导通切换信号控制h桥的不同方向的导通从而来实现半导体制冷器的加热与制冷，使能信号控制半导体制冷器工作，pwm信号的占空比决定半导体制冷器加热与制冷的时间。

恒温控制系统通过变积分pid算法进行控温(图2所示)，从而改变积分项的累加速度，当温度偏差比较大时，使积分变慢，积分作用变弱，温度偏差比较小时，使积分变快，积分作用变强；变积分pid算法的表达式如下：

式(ⅰ)、(ⅱ)中，e(k)为偏差值。

如图3-6所示，恒温控制盒包括底座1，底座1顶部中间固定安装数字电源模块2，底座1上方对称设有防护罩3，防护罩3相离一侧外壁均通过铰链与底座1铰接，防护罩3内壁设有保温层，防护罩3前后侧壁均开设有通风口301，防护罩3前侧外壁对应通风口301处固定安装进气格栅5，防护罩3后侧外壁对应通风口301处固定安装排风扇6，防护罩3前后侧内壁对应通风口301处对称固定安装保温板7，保温板7与防护罩3内壁滑动连接，底座1内部固定安装循环水箱8，循环水箱8的出液口通过管道与增压泵9的进液端连接，增压泵9的出液端通过管道与换热器10的进液端连接，换热器10固定安装在底座1的顶板内部，换热器10的出液端与三通电磁阀11连接，三通电磁阀11一端通过管道与循环水箱8进液口连接，三通电磁阀11的剩余一端与散热管12的进液端连接，散热管12固定安装在底座1下方一侧，散热管12的出液端通过管道与循环水箱8连接。

底座1底部固定安装支脚14，支脚14为弹性橡胶垫，底座1顶部固定安装环形挡板15，环形挡板15设置在数字电源模块2和防护罩3之间，防护罩3相近一侧边缘均开设有卡槽302，防护罩3顶部相近一侧均固定安装把手16。

如图7、8所示，保温板7的尺寸与防护罩3前后侧壁契合，保温板7远离防护罩3一侧边缘固定安装第一固定座17和第二固定座18，第一固定座17上固定安装滚轮19，防护罩3靠近第一固定座17一侧内壁固定安装导向板20，导向板20倾斜设置，滚轮19沿导向板20的坡面滚动，第二固定座18上铰接l型杆21，l型杆21中间转角处固定安装转动轴，l型杆21的转动轴贯穿防护罩3侧壁，l型杆21通过转动轴与防护罩3侧壁转动连接，l型杆21远离第二固定座18一端固定安装限位杆22，导向板20下方的防护罩3内壁固定安装固定杆23，固定杆23和限位杆22之间通过弹簧24连接，弹簧24为挂钩式弹簧。

如图9所示，防护罩3相离一侧外壁中间固定安装电机25，电机25两侧对称设有驱动轮26，驱动轮26与防护罩3侧壁转动连接，驱动轮26均通过齿轮与电机25的输出轴啮合，驱动轮26通过皮带与同侧l型杆21的转动轴连接。

如图10所示，循环水箱8内壁固定安装加热管27，换热器10包括呈阵列排布的换热管28，换热管28通过弧形管29首尾相连，冷却管12为直径小于5mm的金属管，底座1下方对应冷却管12处开设有散热槽30，冷却管12呈s型环绕设置在散热槽30中。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。