電學(xué)半導(dǎo)體制冷器(tec)的驅(qū)動與控制(編輯修改稿)
2024-08-03 16:01 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 制冷制熱頻率響應(yīng)相差大概有6dB。該模塊的其他因素，如散熱，環(huán)境溫度，和內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，也可能改變響應(yīng)曲線。從不同的模塊制造商也會有不同的反應(yīng)。如果一個(gè)TEC模塊沒有內(nèi)部的熱敏電阻，所用的TEC和熱敏電阻的頻率響應(yīng)要單獨(dú)測定。圖1 TEC頻率響應(yīng)補(bǔ)償回路比例積分微分（PID）控制器，如圖2所示，是一個(gè)很好補(bǔ)償方法。在這里可以對電路進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化TEC響應(yīng)。為了達(dá)到高的直流增益，積分器是必要的。在圖2中的積分器是由C2構(gòu)成的，并且積分器添加了響應(yīng)曲線的第三極，R3使得電路更加使得穩(wěn)定。R3插入一個(gè)零到之前的積分單位增益交叉。理想情況下，這應(yīng)該發(fā)生在第一極點(diǎn)20mHz。并且可以推高到70mHz而沒有任何穩(wěn)定性問題。雖然這個(gè)過程中創(chuàng)建了一個(gè)從20mHz到70mHz的二階響應(yīng)，但是相位從未達(dá)到振蕩條件（180度）。如圖1中的紅色虛線所示。圖2 PID控制器的電路。圖2中由C1，R1和R2形成的差分網(wǎng)絡(luò)，又增加了零點(diǎn)來抹去第二1Hz的極點(diǎn)。這個(gè)零點(diǎn)提供了額外的相位裕度，使閉環(huán)在在更高的頻率處截止。如圖1中所示的藍(lán)色虛線。雖然具有高環(huán)路帶寬的快速響應(yīng)是不需要的，高DC增益和小電容卻是必不可少的。該補(bǔ)償器使用C3使增益衰減到30Hz，從而減少噪聲注入閉環(huán)。在TEC的應(yīng)用中，這允許閉環(huán)在2Hz交叉，并為閉環(huán)在很寬的范圍內(nèi)提供良好的相位裕度。圖三所示TEC熱閉環(huán)中為2Hz的交叉補(bǔ)償?shù)睦?。盡量選擇高阻值的R3以使積分電容C2盡可能小。然而這種方法也有弊端，它會使得PID的增益變小。因?yàn)槲覀儽仨氃?0mHz插入一個(gè)零點(diǎn)，我們使用關(guān)系：FZ1 = 1 /（2πC2R3）圖3 熱閉環(huán)原理簡圖前文已經(jīng)說過，F(xiàn)Z1 = 70mHZ，如果選擇R3 =243kΩ，那么C2 。我們選擇10μF設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在我們選擇R1 =10kΩ。這使得前端放大器（U2）有足夠的增益以減少反射積分器（U1）的錯(cuò)誤，同時(shí)保持合理的電容器的尺寸?，F(xiàn)在，我們必須插入一個(gè)零點(diǎn)以抹去第二個(gè)在1Hz的TEC響應(yīng)曲線極點(diǎn)。因?yàn)槲覀兿Ｍ玫搅己玫南辔辉６取＿@給出了一個(gè)在交叉頻率的一個(gè)更好的相位裕度。然后通過放置由R1創(chuàng)建的、至少5倍于交叉頻率，或者10Hz的極點(diǎn)終止該零點(diǎn)。這限制了積分器的的增益。所以，因?yàn)椋篎Z2 = 1 /（2πC1R2）并且FZ2 = =510KΩ，我們可以算出C1 =。我們選擇C1為1μF。
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