热电制冷摄像机配套电源的研究

开关电源器件。该器件不仅继承了TinySwitch开关控制器小型化的优点,而且改进的三端式结构使外部电路的连接更为简单;PWN控制使输出滤波的要求降低;负载能力也大大加强,由TOP2xx构成的开关电源的输出率在0－150W的范围内可调。

与图1相比,不同是的：单一的15V／8A、3.2V／3A输出使变压器次级的找绕组及整流滤波电路减少一组;为减小电路损耗,在变压器初级线圈回路中采用瞬变电压抑制二极管和超快恢复二极管反向串联结构成限幅钳位电路、,替代电阻R2、电容C9和二极管1N4937组成的限幅钳位电路（参见[4]）;TOP227Y三端式PWM控制器替换TNY255P四端开关控制器,并增加一组偏置绕组,其中,大功率MOSFET器件为PWN控制。除此之外,其它电路及其作用相同,这里不再赘述。

此外,在电源设计中还充分考虑了电源性能指标对电源体积和重量的影响。一般来说,纹波电压越小,滤波电路的体积和重量越大,而且LC滤波电路的重量增加更为明显。为满足热电制冷器大电流工作的需要,并简化电路加工的工艺,同时又不致因电流的纹波系数要求过高而使电源体积和重量增加过大,所有电源的二次滤波全部采用一级倒L型LC滤波电路,并选择适当的电路参数,从而使控制器电源的纹波系数达到0.8％,制冷器电源的纹波系数在小负载时达0.7％,大负载时为3％,满足了不同电源的特殊需要。

2.3 恒温控制

热电制冷恒温控制是本文的关键。由电源设计及原理分析可知,对电源输出电压的调整,是通过输出取样放大电路、光偶电路,再经过率开关或PWM控制实现的。在制冷降温和恒温控制的过程中,要求制冷器电源的输出功率随着实际温度与设定温度差的大小成比例地变化,即温差信号替代电源取样信号才能实现恒温要求对电源输出功率的动态控制。结合恒温控制可视化的要求以及控制精确度的要,热电制冷恒温控制电路设计的结构如图2所示。

其中,温度定值器提供设定的温度的电信号,该信号一路送往定值限幅器,由指示灯显示设定温度是否在许可范围内,并在正常设定的情况下产生电源开关信号,接通供电电源;另一路送往面板温度显示器,指示设定温度的高低;再一路送往比较器。温度传感器产生实际温度的电信号,也分别送往比较器和面板温度显示器。比较显示器产生设定温度和实际温度的偏差信号,经μV放大器放大后送PID控制器进行运算,输出具有PID调节规律的信号作为制冷供电电源控制回路的控制信号对其进行控制,从而实现为成像器件提供低温和恒温的工作环境;控制状态显示过零比较器和显示电路组成,由偏差信号产生显示电路开关信号,反映控制状态。

这里,温度定值器由恒流源和精密电阻组成,是一个稳定的直流信号源,能比较精确地给出支流毫伏信号;μＶ放大器采用高性能集成电路,工作稳定,共模块抑制能力强,PID控制器的参数连续可调,而且还增加了智能补偿环节;温度传感器采用文献[5]介绍的电路,利用集成温度传感器AD590对热电偶的自由端进行补偿,既可以提高测量温度的范围,又能利用热电偶降低测量的成本,同时也避免了直接用热电偶测量温度需要的补偿装置;温度显示器由三位半的液晶屏及驱动电路组成,通过开关转换,分时显示设定温度和实际温度。

不难看出,恒温控制的目标是设定温度,控制的对象则是给热电制冷器供电电源的输出功率。由于控制对象和传感器响应的延时、被控参数的超高和波动在所难免,为保证电源的输出功率在调节的过程中,热电制冷器两端电压的脉冲系数在许可的范围内,尽量减速少温度及电源电压的超调是提高恒 控制器品持的关键。为此,给PID控制器增加了智能比例、积分补偿环节（电路略）。当温差较大时,控制器有较大的比例放大倍数、较小的积时间常数,比例、积分作用强,能较快地缩小温左;反之,启动补偿电路,削弱控制器的比例和积分作用,从而有效在减速少被控参数的超调波动。通过仔细调整P、I、D参数和补偿电路和参数以及启动补偿电路的参考电压,可保证控制温度的精度达0.1℃。图3是增是加智能补偿环节前后温度变化的对比曲线。很明显,采取智能补偿之后、控制器的品质大为改善。这种控制方法不仅成本低、实现容易,而且直观、形象地再现人们根据 况的变化,不断调整控制策略的智能活动过程。

3 结论

（1）根据热电制冷摄像机对配套电源的特殊要求,采用优化思想,分别从电源结构、电路结构和恒温控制的设计入手,采取相应措施减速少体积、提高电路性能,制作了一体化电源。实验结果表明;该电源结构合理,体积小,功能齐全,性能可靠。

（2）虽然该电涛是为热电源制冷摄像机设计的,但是也可以作为类似设备的供电电源。而且,电路设计中的小型化思想和恒温控制器中的智