專(zhuān)利名稱(chēng)：儀器用恒溫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于恒溫控制的裝置，屬于開(kāi)關(guān)電源、溫度控制技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景 傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)一般都包括供電系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)。在溫度控制系統(tǒng)里 一般又分為控制制冷器工作的部分以及檢測(cè)被控物體進(jìn)行反饋控制的部分。這樣電 源的工作效率比較低。因?yàn)檫@樣三個(gè)部分的結(jié)構(gòu)，供電系統(tǒng)往往只是起到一個(gè)提供電源的、輸出能量的作用，而且電源只是在飽和狀態(tài)下或截至狀態(tài)下工作，溫度的 控制主要是靠控制制冷器工作的部分和檢測(cè)被控物體進(jìn)行反饋控制的部分來(lái)協(xié)調(diào)。 這樣電源將頻繁的開(kāi)啟關(guān)閉，工作效率得不到提高。在如今高效率的開(kāi)關(guān)電源流行的情況下，將溫控部分與供電的電源部分集成在 一起，進(jìn)一歩提高了電源的效率，使整個(gè)電路的工作效率也得到了提高。發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種儀器用恒溫裝置，該裝置集成了輔助開(kāi)關(guān) 電源、半橋開(kāi)關(guān)電源、微控器、數(shù)字測(cè)溫設(shè)備以及半導(dǎo)體制冷器，提升了整個(gè)儀器 的工作效率。技術(shù)方案本發(fā)明的儀器用恒溫裝置包括輔助電源、微控制器、半橋式開(kāi)關(guān)電 源、溫度控制電路、光耦反饋回路；其中，輔助電源的輸出端分別接微控制器、半 橋式開(kāi)關(guān)電源、光耦反饋回路，其中輔助電源的電源公用端接半橋式開(kāi)關(guān)電源的電 源輸入端，微控制器P麗控制輸出端接半橋式開(kāi)關(guān)電源的P麗控制接收端，微控制 器的開(kāi)關(guān)控制輸出端接溫度控制電路的開(kāi)關(guān)控制輸入端，半橋開(kāi)關(guān)電源的大功率電 壓輸出端接溫度控制電路的大功率電壓輸入端，溫度控制電路的電壓檢測(cè)輸出端接 光耦反饋回路的電壓檢測(cè)輸入端，光耦反饋回路的反饋控制輸出端接半橋式開(kāi)關(guān)電 源的反饋輸入端。輔助電源采用型號(hào)為"TOPSwitch-II"系列的三端隔離、反激式脈寬調(diào)制單片 開(kāi)關(guān)電源集成電路，微控制器采用型號(hào)為"PIC16F877A"的微控制器電路，半橋式 開(kāi)關(guān)電源采用型號(hào)為"SG3525"脈寬調(diào)制控制器和"IR2110"功率集成驅(qū)動(dòng)芯片，溫 度控制電路由四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管組成。輔助電源中的開(kāi)關(guān)電源集成電路的5V電壓輸出端接微控制器中微控制器電路 的5V電壓輸入端，所述的輔助電源中的開(kāi)關(guān)電源集成電路的15V電壓輸出端接半橋 式開(kāi)關(guān)電源中的15V電壓第一輸入端，所述的輔助電源中的開(kāi)關(guān)電源集成電路的12V 電壓輸出端和15V電壓輸出端接光耦反饋回路中的12V電壓輸入端和15V電壓第二 輸入端。輔助電源是基于三端隔離、反激式脈沖寬度調(diào)制器的雙路輸出的開(kāi)關(guān)電源，輔 助電源的反饋控制回路是從變壓器次級(jí)輸出端接第一二極管和第二二極管，再經(jīng)過(guò) 第一電阻，反饋到三端穩(wěn)壓器。半橋式丌關(guān)電源由脈寬調(diào)制控制器"SG3525"和功率集成驅(qū)動(dòng)芯片"IR2110" 以及兩個(gè)大功率M0S開(kāi)關(guān)管"IRFP460"組成，并且微控制器部分的P麗控制輸出端 直接控制半橋式開(kāi)關(guān)電源的中的PWM控制接收端，通過(guò)由第一光耦、第二電阻和第 三電阻、第一電容組成的反饋，送到脈寬調(diào)制控制器"SG3525"的關(guān)斷引腳。光耦反饋回路中，檢泖j到的信號(hào)從溫度控制電路的電壓檢測(cè)輸出端送入電壓檢 測(cè)輸入端，經(jīng)過(guò)由第四電阻、第五電阻、第六電阻、運(yùn)放組成的比例放大器進(jìn)行放 后，經(jīng)過(guò)第一三極管、第七電阻、第二光耦、第八電阻的調(diào)節(jié)后，從反饋控制輸出 端輸出送入半橋式開(kāi)關(guān)電源的反饋輸入端。有益效果區(qū)別于傳統(tǒng)溫度控制中主要集中對(duì)溫度控制電路的操作不同，本設(shè) 計(jì)發(fā)明最顯著的特點(diǎn)是電路的高度集成，主要體現(xiàn)在電源電路與溫度控制電路通過(guò) 反饋集成在一塊。另外，微控制也可以通過(guò)P麗波直接控制電源的工作。具體的特點(diǎn)如下電路集成度高，將電源、控制電路、反饋電路、決策生成電路集成在一起。 反饋電路從溫度控制電路中檢測(cè)信號(hào)，直接反饋控制電源產(chǎn)生電路，使得電源 輸出為恒流源。微控制器通過(guò)PWM直接控制電源產(chǎn)生電路，控制電源的工作來(lái)調(diào)控溫度。反饋部分、溫度控制部分都是直接作用與電源產(chǎn)生電路，通過(guò)控制電源的工作， 既使得溫度控制電路在恒流下工作，有能調(diào)節(jié)、控制制冷器進(jìn)行溫度控制。


圖1是本發(fā)明的電路原理框圖。圖2是輔助電源電路原理圖。 圖3是微控制器部分電路原理圖。 圖4是半橋開(kāi)關(guān)電源電路原理圖。 圖5是溫度控制電路電路原理圖。 圖6是光耦反饋電路原理圖。其中有輔助電源K微控制器2、半橋式開(kāi)關(guān)電源3、溫度控制電路4、光耦 反饋回路5。
具體實(shí)施方式
輔助電源1:采用PI公司TOPSwitch-II系列的三端隔離、反激式脈寬調(diào)制單 片開(kāi)關(guān)電源集成電路，設(shè)計(jì)制作的電路的輔助電源。分別有12V和15V兩路輸出， 其中15V輸出的那路同時(shí)作為反饋。這兩路輸出為別給控制電路(12V)和半橋開(kāi)關(guān)電路電源工作電路(15V)供電。 這個(gè)輔助電源的功率設(shè)計(jì)成10W左右。另外，電路設(shè)計(jì)中控制部分與電源部分需要有效的隔離，也是這里將輔助電源 設(shè)計(jì)成兩路輸出的原因。微控制器2:微控器采用Microchip公司的PIC16F877A，工作電源由輔助電源 的12V輸出通過(guò)7805變換后提供。它主要負(fù)責(zé)提供按鍵、LED顯示、與數(shù)字測(cè)溫設(shè) 備DS18b20通信采集實(shí)時(shí)溫度大小、進(jìn)行一定的算法的處理產(chǎn)生PWM波控制半橋開(kāi) 關(guān)電源的工作。半橋式開(kāi)關(guān)電源3:半橋開(kāi)關(guān)電源的組成主要包括脈寬調(diào)制控制器SG3525，高 壓高速功率M0SFET驅(qū)動(dòng)電路IR2110以及兩個(gè)功率M0SFET開(kāi)關(guān)管IRFP460。設(shè)計(jì)功 率100W.溫度控制電路4:溫度控制電路主要由四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管組成，通過(guò)打幵不同的管 子變換電路中電流的流向，從而控制半導(dǎo)體制冷與制熱。反饋回路5:反饋部分通過(guò)采集檢流電阻的電壓，通過(guò)運(yùn)放放大再經(jīng)過(guò)光耦反饋到SG3525的反饋輸入端。在運(yùn)放與光耦之間用一個(gè)三極管銜接，這樣可以通過(guò)調(diào) 節(jié)運(yùn)放反向輸入端上的電阻的比例調(diào)節(jié)運(yùn)放的放大倍數(shù)，從而可以調(diào)節(jié)半橋開(kāi)關(guān)電源恒流輸出的電流的大小。輔助電源給電路板供電，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)反饋部分的運(yùn)放的放大倍數(shù)，從而 設(shè)定檢流電阻兩端的電壓值。由于反饋控制直接作用于半橋式開(kāi)關(guān)電源的脈寬調(diào)制 控制器，從而直接控制半橋式電源的工作，是輸出為恒流源，直接作用與半導(dǎo)體制 冷器，使其在高效率下工作。另外，微控器的P麗輸出端也通過(guò)光耦直接控制于半橋開(kāi)關(guān)電壓的脈寬調(diào)制控 制器的"關(guān)斷"弓l腳，結(jié)合采集到的實(shí)時(shí)的溫度變化，通過(guò)一定的PID算法控制電源的工作，從而對(duì)溫度進(jìn)行控制。.本發(fā)明的裝置包括輔助電源l、微控制器2、半橋式開(kāi)關(guān)電源3、溫度控制電路 4、光耦反饋回路5;其中，輔助電源l的輸出端分別接微控制器2、半橋式開(kāi)關(guān)電 源3、光耦反饋回路5，其中輔助電源1的電源公用端1-2接半橋式開(kāi)關(guān)電源1的電 源輸入端3-1，微控制器2PWM控制輸出端2-2接半橋式開(kāi)關(guān)電源3的P麗控制接收 端3-4，微控制器2的開(kāi)關(guān)控制輸出端2-3接溫度控制電路4的開(kāi)關(guān)控制輸入端4-2， 半橋開(kāi)關(guān)電源3的大功率電壓輸出端3-5接溫度控制電路4的大功率電壓輸入端4- 1，溫度控制電路4的電壓檢測(cè)輸出端4-3接光耦反饋回路5的電壓檢測(cè)輸入端5- 3，光耦反饋回路5的反饋控制輸出端5-4接半橋式開(kāi)關(guān)電源3的反饋輸入端3-3。于輔助電源1中的開(kāi)關(guān)電源集成電路的5V電壓輸出端1-1接微控制器2中微 控制器電路的5V電壓輸入端2-1，所述的輔助電源1中的開(kāi)關(guān)電源集成電路的15V 電壓輸出端1-3接半橋式開(kāi)關(guān)電源3中的15V電壓第一輸入端3-2，所述的輔助電 源1中的開(kāi)關(guān)電源集成電路的12V電壓輸出端1-4和15V電壓輸出端1-3接光耦反 饋回路5中的12V電壓輸入端5-2和15V電壓第二輸入端5-1。半橋式開(kāi)關(guān)電源3 由脈寬調(diào)制控制器"SG3525"和功率集成驅(qū)動(dòng)芯片"IR2110"以及兩個(gè)大功率M0S 開(kāi)關(guān)管"IRFP460"組成，并且微控制器2部分的PWM控制輸出端2-2直接控制半橋 式開(kāi)關(guān)電源的3中的PWM控制接收端3-4，通過(guò)由第一光耦3-6、第二電阻3-7和第 三電阻3-8、第一電容3-9組成的反饋，送到脈寬調(diào)制控制器"SG3525"的關(guān)斷引 腳3-10。光耦反饋回路5中，檢測(cè)到的信號(hào)從溫度控制電路4的電壓檢測(cè)輸出端4-3 送入電壓檢測(cè)輸入端5-3，經(jīng)過(guò)由第四電阻5-5、第五電阻5-6、第六電阻5-7、運(yùn) 放5-8組成的比例放大器進(jìn)行放后，經(jīng)過(guò)第一三極管5-9、第七電阻5-10、第二光 耦(5-11)、第八電阻(5-12)的調(diào)節(jié)后，從反饋控制輸出端5-4輸出送入半橋式開(kāi) 關(guān)電源的反饋輸入端3-3。將反饋信號(hào)部分直接反饋到半橋開(kāi)關(guān)電源，通過(guò)控制此開(kāi)關(guān)電源的工作來(lái)控制 制冷器的工作。另外，溫度控制電路部分通過(guò)控制，使得給半導(dǎo)體制冷器的供電部 分一直工作在恒流的狀態(tài)下，通過(guò)PWT波調(diào)節(jié)控制的節(jié)奏。使得半導(dǎo)體制冷器的工 作效率得到提高，同時(shí)提升了整個(gè)儀器的工作效率。進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的主要部件是半導(dǎo)體制冷器帕爾帖，由于半導(dǎo)體的特性，這種制 冷器工作在恒流情況下的效率最高。設(shè)計(jì)中將半橋開(kāi)關(guān)電源、溫度控制電路、反饋 控制作為一個(gè)整體。在微控制器的統(tǒng)一決策下既能通過(guò)控制電路達(dá)到雙向控溫，又 能保證電路工作在恒流狀態(tài)下。電路的原理框圖如圖1。.電路直接接受220V的交流電，1是一個(gè)有兩路輸出的開(kāi)關(guān)電源。功率較低，10W 左右。2是微控制器部分，主要用來(lái)控制溫控電路的工作以及人機(jī)交互。另外與3 半橋開(kāi)關(guān)電源部分有一接口，用來(lái)通過(guò)P麗控制半橋開(kāi)關(guān)電源的工作。半橋開(kāi)關(guān)電 源3主要由脈寬調(diào)制控制器以及高壓高速功率M0SFET驅(qū)動(dòng)電路組成，并且通過(guò)檢測(cè) 4溫度控制電路中的信號(hào)通過(guò)5反饋回3，達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制的目的。4溫度控制電 路通過(guò)設(shè)計(jì)成雙向橋，可以通過(guò)控制不同的開(kāi)關(guān)的打開(kāi)與關(guān)閉控制電流的流向，從 而使半導(dǎo)體制冷器分別產(chǎn)生制冷制熱功能。另外，功率部分與控制電路部分采用光 電耦合電路隔開(kāi)。電路集成度高，將電源、控制電路、反饋電路、決策生成電路集成在一起。 反饋電路從溫度控制電路中檢測(cè)信號(hào)，直接反饋控制電源產(chǎn)生電路，使得電源 輸出為恒流源微控制器通過(guò)PWM直接控制電源產(chǎn)生電路，控制電源的工作來(lái)調(diào)控溫度。 反饋部分、溫度控制部分都是直接作用與電源產(chǎn)生電路，通過(guò)控制電源的工作， 既使得溫度控制電路在恒流下工作，有能調(diào)節(jié)、控制制冷器進(jìn)行溫度控制。
權(quán)利要求
1.一種儀器用恒溫裝置，其特征在于該裝置包括輔助電源(1)、微控制器(2)、半橋式開(kāi)關(guān)電源(3)、溫度控制電路(4)、光耦反饋回路(5)；其中，輔助電源(1)的輸出端分別接微控制器(2)、半橋式開(kāi)關(guān)電源(3)、光耦反饋回路(5)，其中輔助電源(1)的電源公用端(1-2)接半橋式開(kāi)關(guān)電源(1)的電源輸入端(3-1)，微控制器(2)PWM控制輸出端(2-2)接半橋式開(kāi)關(guān)電源(3)的PWM控制接收端(3-4)，微控制器(2)的開(kāi)關(guān)控制輸出端(2-3)接溫度控制電路(4)的開(kāi)關(guān)控制輸入端(4-2)，半橋開(kāi)關(guān)電源(3)的大功率電壓輸出端(3-5)接溫度控制電路(4)的大功率電壓輸入端(4-1)，溫度控制電路(4)的電壓檢測(cè)輸出端(4-3)接光耦反饋回路(5)的電壓檢測(cè)輸入端(5-3)，光耦反饋回路(5)的反饋控制輸出端(5-4)接半橋式開(kāi)關(guān)電源(3)的反饋輸入端(3-3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的儀器用恒溫裝置，其特征在于輔助電源(1)采用型 號(hào)為"TOPSwitch-II"系列的三端隔離、反激式脈寬調(diào)制單片開(kāi)關(guān)電源集成電路， 微控制器(2)采用型號(hào)為"PIC16F877A"的微控制器電路，半橋式開(kāi)關(guān)電源(3) 采用型號(hào)為"SG3525"脈寬調(diào)制控制器和"IR2110"功率集成驅(qū)動(dòng)芯片，溫度控制 電路(4)由四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀器用恒溫裝置，其特征在于輔助電源(1)中的開(kāi) 關(guān)電源集成電路的5V電壓輸出端(1-1)接微控制器(2)中微控制器電路的5V電 壓輸入端(2-l)，所述的輔助電源(l)中的開(kāi)關(guān)電源集成電路的15V電壓輸出端(1-3) 接半橋式幵關(guān)電源(3)中的15V電壓第一輸入端(3-2)，所述的輔助電源(1)中 的開(kāi)關(guān)電源集成電路的12V電壓輸出端(1-4)和15V電壓輸出端(1-3)接光耦反 饋回路(5)中的12V電壓輸入端(5-2)和15V電壓第二輸入端(5-1)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀用恒溫裝置，其特征在于輔助電源(1)是基于三 端隔離、反激式脈沖寬度調(diào)制器的雙路輸出的開(kāi)關(guān)電源，輔助電源(1)的反饋控制 回路是從變壓器次級(jí)輸出端(1-5)接第一二極管(1-6)和第二二極管(1-7)，再 經(jīng)過(guò)第一電阻(1-8)，反饋到三端穩(wěn)壓器(1-9)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀器用恒溫裝置，其特征在于半橋式開(kāi)關(guān)電源(3) 由脈寬調(diào)制控制器"SG3525"和功率集成驅(qū)動(dòng)芯片"IR2110"以及兩個(gè)大功率MOS開(kāi)關(guān)管"IRFP460"組成，并且微控制器(2)部分的P麗控制輸出端(2-2)直接控 制半橋式開(kāi)關(guān)電源的(3)中的P麗控制接收端(3-4)，通過(guò)由第一光耦(3-6)、第 二電阻(3-7)和第三電阻(3-8)、第一電容(3-9)組成的反饋，送到脈寬調(diào)制控 制器"SG3525"的關(guān)斷引腳(3-10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器用恒溫裝置，其特征在于光耦反饋回路(5)中， 檢測(cè)到的信號(hào)從溫度控制電路(4)的電壓檢測(cè)輸出端(4-3)送入電壓檢測(cè)輸入端(5-3)，經(jīng)過(guò)由第四電阻(5-5)、第五電阻(5-6)、第六電阻(5-7)、運(yùn)放(5-8) 組成的比例放大器進(jìn)行放后，經(jīng)過(guò)第一三極管(5-9)、第七電阻(5-10)、第二光耦(5-11)、第八電阻(5-12)的調(diào)節(jié)后，從反饋控制輸出端(5-4)輸出送入半橋式 開(kāi)關(guān)電源的反饋輸入端(3-3)。
全文摘要
儀器用恒溫裝置集成了輔助開(kāi)關(guān)電源、半橋開(kāi)關(guān)電源、微控器、數(shù)字測(cè)溫設(shè)備以及半導(dǎo)體制冷器，提升了整個(gè)儀器的工作效率。該裝置包括輔助電源(1)、微控制器(2)、半橋式開(kāi)關(guān)電源(3)、溫度控制電路(4)、光耦反饋回路(5)；其中，輔助電源(1)的輸出端分別接微控制器(2)、半橋式開(kāi)關(guān)電源(3)、光耦反饋回路(5)，輔助電源(1)采用型號(hào)為“TOPSwitch-II”系列的三端隔離、反激式脈寬調(diào)制單片開(kāi)關(guān)電源集成電路，微控制器(2)采用型號(hào)為“PIC16F877A”的微控制器電路，半橋式開(kāi)關(guān)電源(3)采用型號(hào)為“SG3525”脈寬調(diào)制控制器和“IR2110”功率集成驅(qū)動(dòng)芯片，溫度控制電路(4)由四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管組成。
文檔編號(hào)G05D23/19GK101221450SQ200710191029
公開(kāi)日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者張旭蘋(píng), 杜洪偉, 順 王, 路元?jiǎng)?申請(qǐng)人:南京大學(xué)