精密温度控制器具有热梯度补偿

接线图 2024年10月20日 19:22 30 admin

准确而稳定的温度控制对于有效使用许多热敏元件和传感器（如半导体激光器和光学探测器）必不可少。为促进相关设计，一个行业应运而生，提供热控制设备，如 TEC（热电冷却器）、温度传感器以及单片和混合专用驱动器 IC。这种可用性简化了具有良好动态行为的高性能恒温电子设备的实现，因为它允许您组装具有灵活和复杂控制特性的反馈回路（例如 PID（比例积分微分）反馈回路），只需选择适当的分流电阻和电容即可。不幸的是，实现良好的静态稳定性有时更加困难，因为系统的热特性（而不是电子设备）通常会导致有限的温度控制回路静态稳定性。

　　每个热控制系统在加热源、冷却源或两者之间的热传递路径中都会产生非零热阻抗。这些路径包括热负载（即恒温的对象）、温度传感器（例如热敏电阻）和环境温度。如果这些阻抗的比率不能很好地平衡（不幸的是，这种情况通常存在），那么即使传感器具有完美的恒温性，也不等同于负载温度具有足够的稳定性（图 1）。

精密温度控制器具有热梯度补偿第1张

　　例如，如果 Z 1 /Z 2大于 Z 3 /Z 4（其中 Z 为阻抗），则环境温度升高将导致负载温度升高，而环境温度下降将使负载冷却。相反，如果 Z 1 /Z 2小于 Z 3 /Z 4，则环境温度升高将导致负载温度下降，反之亦然（图 2）。通过更紧密的热耦合和更好的绝缘来降低寄生阻抗可以减少但很少能消除误差的梯度和幅度。

精密温度控制器具有热梯度补偿第2张

　　TEC 最大驱动热电流和冷却电流额定值图表图 2 TEC 的最大驱动热电流和冷却电流额定值决定了电流采样电阻器 R C和 R H的选择。

　　图 1 中的电路提供了一种不同的解决方案：一种电子变通方法，至少可以部分消除阻抗中的热梯度影响。它的工作原理是提供一条可调节的正反馈或负反馈路径，从 TEC 驱动级耦合环境温度的变化，从而将 TEC 驱动的变化耦合到热敏电阻设定点温度的补偿变化中。图 1 中的实现使用了一种流行的混合 TEC 控制器。跟踪 TEC 驱动的两个信号节点 COOL_LIMIT 和 HEAT_LIMIT 是可调桥式电路的输入，该电路由 R T1、R T2、电位计和相关电路组成。通过正确调整 R T1和 R T2，测试确定热敏电阻设定点必须与环境温度一起或相反移动，从而实现负载的净稳定性。

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