抗辐照红外探测器制冷电机的精确控温电路的制作方法
【专利摘要】本发明一种抗辐照红外探测器制冷电机的精确控温电路，包括温度控制采样电路，温度控制电路和PWM生成电路；温度控制采样电路包括加载在红外探测器中测温二极管两端的负反馈恒流源电路；测温二极管两端输出电压信号；所述的温度控制电路包括差分放大电路，基准电压设定电路，隔离电路和误差放大电路；差分放大电路的输入端连接到测温二极管两端，用于提取测温二极管随温度变化的差模信号；基准电压设定电路包括依次串联在电源上的四个分压电阻；误差放大电路的一个输入端连接差分放大电路的输出端，另一个输出端经隔离电路连接参考电压，误差放大电路的输出端输出比较放大电平；PWM生成电路包括比较电路和三角波发生电路。
【专利说明】
抗辐照红外探测器制冷电机的精确控温电路
技术领域
[0001]本发明涉及半导体混合集成电路，具体为抗辐照红外探测器制冷电机的精确控温电路。
【背景技术】
[0002]红外探测器是红外系统的核心部件，其原理是将接收到的物体辐射的红外线转换为便于测量或观察的能量，以便对目标进行探测、追踪。抗辐照红外焦平面探测器制冷系统是将接收到的红外线转换为可测量的温度，系统根据当前温度值判断目标当前状态。目标当前状态判断是否准确，与探测器的温度控制密切相关。
[0003]无刷电机驱动电路属于通用产品，已广泛应用于与汽车、电子等领域。但普通民用的在可靠性和综合抗辐照方面无法达到现有军事要求。传统军事领域还没有能够综合抗辐照的闭环控制电机驱动电路，通常是抗辐照驱动电路或常态控制驱动电路，且一般由分立器件构成，可靠性不高、体积大、重量大、无法内置于电机内部。
[0004]近年来，随着技术的高速发展的需要，对航天系统中的国产化、小型化和综合性能提出了更高的需求。系统迫切需要体积小、精度高、可靠性高、综合抗辐照能力强的伺服驱动控制器。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种抗辐照红外探测器制冷电机的精确控温电路;具有综合抗辐照能力、精度高、高可靠、体积小、可内置于电机中，满足航天型号的需求。
[0006]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0007]抗辐照红外探测器制冷电机的精确控温电路，包括温度控制采样电路，温度控制电路和PffM生成电路；
[0008]所述的温度控制采样电路包括加载在红外探测器中测温二极管两端的负反馈恒流源电路;测温二极管两端输出电压信号；
[0009]所述的温度控制电路包括差分放大电路，基准电压设定电路，隔离电路和误差放大电路;差分放大电路的输入端连接到测温二极管两端，用于提取测温二极管随温度变化的差模信号;基准电压设定电路包括依次串联在电源上的四个分压电阻，用于设置并输出参考电压和偏置电压;误差放大电路的一个输入端连接差分放大电路的输出端，另一个输出端经隔离电路连接参考电压，误差放大电路的输出端输出比较放大电平；
[0010]PWM生成电路包括比较电路和三角波发生电路；比较电路的一个输入端连接比较放大电平，另一个输入端连接三角波发生电路的输出端，比较电路的输出端输出PWM信号用于控制电机。
[0011]优选的，基准电压设定电路还包括设置在分压电阻之间的稳压二极管，稳压二极管用于提供设定的基准电压。
[0012]优选的，三角波发生电路中引入偏置电压，用于设定PffM信号占空比。
[0013]优选的，负反馈恒流源电路采用电阻分压跟随方式引入负反馈。
[0014]优选的，差分放大电路的正向端接地，正反向采用对称设置。
[0015]优选的，误差放大电路用于差分放大电路输出的温度信号和基准电压设定电路输出的设定信号进行误差放大，并用于控制温度平衡时间。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0017]本发明将系统的温度反馈电压值进行采样、提取、放大等一系列信号处理后，与设定温度电压信号进行比较，产生HVM脉冲信号，根据反馈温度，调节HVM脉冲信号的占空比，控制电机运转速度，即控制制冷机的制冷速度，精确控制温度，最终使制冷温度保持在设定温度的动态平衡状态。通过采用了抗辐照精密温度控制容差补偿等技术，保证在辐照环境中该电路的各项指标均能满足系统需求。温度控制采样电路采用恒流源方式对制冷机系统的反馈温度进行实时采样，减小电流变化对测温二极管Dl置于电路外部两端电压差IV+-V-的影响，保证测温二极管两端的电压变化只受采样温度影响。
[0018]进一步的，恒流源采用电阻分压、电压跟随方式，引入电压负反馈，使输出恒压;并通过基准电压设定电路设定参考电压时增大该级回路电流，减小电流变化对主回路的影响，保证温度采样准确。克服了空间辐照环境中的带电粒子导致电子器件发生的如上升时间、电压、电流等特性变化。
[0019]进一步的，应用差分放大电路对采样温度进行精确量化放大提取，再与设定温度，表征为参考电压Vl进行比较，判断目标的当前温度是否达到系统要求状态，从而调整PffM脉冲信号的占空比，控制电机转速。
[0020]进一步的，通过调整基准电压设定电路中的电流比例关系，能够减少中子对参考电压Vl、偏置电压V3的影响，保证系统在PWM的占空比为50 %时，采样温度的反馈电压值达到设定值，系统达到平衡。
[0021]进一步的，P丽占空比的控制由三角波发生器的位置、幅值、比较放大电平V2共同控制。三角波的位置由偏置电压V3决定，根据系统要求，调整外围电阻、电容即可方便的设定三角波的幅度和频率。
【附图说明】
[0022]图1为本发明实例中所述精确控温电路的电路图。
[0023]图中:10为温度控制采样电路，20为差分放大电路，30为基准电压设定电路，40为PffM生成电路，401为三角波发生电路，402为比较电路。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0025]本发明所述的电路集成电机驱动电路的控制部分，体积小、集成度高，满足红外探测器对小体积、多功能、高可靠性的要求。
[0026]本发明抗辐照红外探测器制冷电机的精确控温电路，如图1所示，包括温度控制采样电路1，温度控制电路20和PffM生成电路40 ；通过调整偏置电阻R3、R4、R20、R21，设置负反馈恒流源电路中运放和三角波发生电路401中运放的偏置状态，增大运放工作电流，减小运放失调电压，增强运放的抗干扰能力，减小辐照环境中运放失调电流、失调电压的变化对采样精度、基准电压等参数的影响。
[0027]其中，温度控制采样电路10通过加载在测温二极管Dl两端的负反馈恒流源电路将测温二极管Dl两端的电压差进行准确采样，利用恒流特性使测温二极管两端的电压只随温度变化，使温度采集更加精确;负反馈恒流源电路采用电阻分压跟随方式引入负反馈，使输出恒压，通过负载电阻R5设置恒流，决定该级回路电流;使流经电阻R1、R2的电流尽量小，增强回路稳定性，确保在辐照环境中采样所得的测温二极管两端电压的准确性。
[0028]温度控制电路20包括差分放大电路，基准电压设定电路30，隔离电路和误差放大电路;差分放大电路连接到测温二极管两端，提取测温二极管随温度变化的差模信号;差分放大电路的正向端接地，正反向采用对称设计，实现更加精确的差模提取;基准电压设定电路30包括依次串联在电源上的四个分压电阻，用于设置参考电压和偏置电压;在分压电阻之间设置一端接地的稳压二极管，用于提供设定的基准电压，避免电源在辐照中的波动对参考电压和偏置电压的影响；误差放大电路用于温度信号和设定信号进行误差放大，并用于控制温度平衡时间。具体的，如图1所示，基准电压设定电路30由电阻R6、R7、R8、R9分压完成，一端接地的稳压二极管设置在电阻R8和电阻R9之间，电阻R9的一端连接电源;设定参考电压V1、偏置电压V3的电压值。同时控制该级回路电流大小，使基准电压V1、偏置电压V3支路上的电流小于该级回路电流，减小辐照环境中V1、V3的波动，降低系统温度控制偏差。
[0029]差分放大电路20对采样温度进行量化提取，与参考电压进行比较，产生比较放大电平V2。该单元采用正向端与反向端对称结构，即电阻RlO与电阻Rll阻值相同，电阻R13与电阻R12阻值相同，抑制输出端零漂。调整电阻R14、R15阻值的比例关系，即可调节系统从初始状态到系统平衡的所需时间。
[0030]PWM生成电路40包含两部分，一部分是三角波发生电路401，另一部分是比较电路402。三角波距离零线的位置由偏置电压V3决定，幅值、频率由电容C6的容值，电阻R17、R18、R19的阻值决定。三角波与比较放大电平V2进行比较，产生PffM。当V2的电压值大于三角波幅值时，PffM的占空比为100%，电机全速运转，系统快速制冷;随着系统温度的降低，V2的电压值逐渐下降，P丽的占空比随之降低，电机运转速度降低，当P丽的占空比降低到50%时，系统温度达到平衡，电机匀速运转，系统温度维持在设定温度。
【主权项】
1.抗辐照红外探测器制冷电机的精确控温电路，其特征在于，包括温度控制采样电路(10)，温度控制电路(20)和PffM生成电路(40)； 所述的温度控制采样电路(10)包括加载在红外探测器中测温二极管两端的负反馈恒流源电路;测温二极管两端输出电压信号； 所述的温度控制电路(20)包括差分放大电路，基准电压设定电路(30)，隔离电路和误差放大电路;差分放大电路的输入端连接到测温二极管两端，用于提取测温二极管随温度变化的差模信号;基准电压设定电路(30)包括依次串联在电源上的四个分压电阻，用于设置并输出参考电压和偏置电压;误差放大电路的一个输入端连接差分放大电路的输出端，另一个输出端经隔离电路连接参考电压，误差放大电路的输出端输出比较放大电平； PffM生成电路(40)包括比较电路(402)和三角波发生电路(401);比较电路(402)的一个输入端连接比较放大电平，另一个输入端连接三角波发生电路(401)的输出端，比较电路(402)的输出端输出PffM信号用于控制电机。2.根据权利要求1所述的抗辐照红外探测器制冷电机的精确控温电路，其特征在于，基准电压设定电路(30)还包括设置在分压电阻之间的稳压二极管，稳压二极管用于提供设定的基准电压。3.根据权利要求1所述的抗辐照红外探测器制冷电机的精确控温电路，其特征在于，三角波发生电路(401)中引入偏置电压，用于设定PffM信号占空比。4.根据权利要求1所述的抗辐照红外探测器制冷电机的精确控温电路，其特征在于，负反馈恒流源电路采用电阻分压跟随方式引入负反馈。5.根据权利要求1所述的抗辐照红外探测器制冷电机的精确控温电路，其特征在于，差分放大电路的正向端接地，正反向采用对称设置。6.根据权利要求1所述的抗辐照红外探测器制冷电机的精确控温电路，其特征在于，误差放大电路用于差分放大电路输出的温度信号和基准电压设定电路(30)输出的设定信号进行误差放大，并用于控制温度平衡时间。
【文档编号】G05D23/20GK106020278SQ201610351656
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】王玲, 王晓利
【申请人】中国航天科技集团公司第九研究院第七七研究所, 中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所