基于半导体制冷片的温度控制器

合集下载

传感与控制-基于半导体制冷器的微机温控显微系统

基于半导体制冷器的微机温控显微系统徐晓斌刘长敏陈照章黄永红（江苏大学电气信息工程学院，212013，镇江）A microscope system with computer-controlled temperature based on thermal electrical coolerXu Xiaobin Liu Changmin Chen Zhaozhang Huang Yonghong( School of Electronics and Information Engineering, Jiangshu University, Zhenjiang 212013, China)摘要：本文介绍了一种精密温控显微系统，利用半导体制冷器进行降温、升温和恒温控制。

该系统使用PC 机作为控制平台，采用自整定PID算法，调节输出PWM波的占空比来控制半导体制冷器的输出功率。

人机界面友好，控制精度高，温度范围-20 o C～60 o C，温控精度可达±0.1o C。

关键词：温度控制半导体制冷器自整定PID算法 PWMAbstract: A precise temperature control system for microscope is provided in this paper. The system is made up of semiconductor cooler (TEC, thermal electrical cooler) which is controlled by a PC with PID arithmetic. And use the duty ratio of PWM to control the output power of TEC. Temperature range reaches -20 o C～60 o C and the error of the temperature controlled is±0.1o C.Keywords: temperature control semiconductor cooler self-setting PID arithmetic PWM中图分类号：TP273.24 ，TB663 文献标识码：A1 引言随着低温生物学、低温超导技术和低温光电子技术的发展，要求有能够提供低温环境的显微镜，观察样品在低温下的各种现象，如细胞内外冰晶的形成、细胞外形尺寸的变化，帮助探究某些材料的低温特性，也可为生物材料的低温保存提供依据。

基于半导体制冷器件的温度控制实验平台开发

航空测试系统等相关课程的教学工作．
Ｅｍａｌｙａｍ＠ｂａ．ｄ．ｎ－ｉ：ｕｎｕａｅｕｃ
７４
实
验
技
术
与
管
理
ｌ
’
！
Ｉ
｝
Ｐ机模块Ｃ
Ｐ机模块Ｃ
单片机实验板模块
单片机
温度控制单元
驱动控制模块
被控对象
～～一一～一一一～一～～～一一一～～一
∞ 二－蚕 ∞ 互如．叭
面板设计、度控制算法设计等多项实验，多门课程的教学实验服务。温度控制系统实验平台具有体积温为
小、耗低、用方便的特点，于教师和学生使用。功使便关键词：温度控制；验平台；导体制冷片；片机；ＰＤ控制算法实半单Ｉ
｝Ｐ串Ｃ口机
键／示块盘显模
ＥｘｅｉｎａｃｎｌｇｎａｇｍｅｔｐｒｍｅｔｌＴｅｈｏห้องสมุดไป่ตู้ｏｙａｄＭｎａｅｎ
Ｖ０７Ｎｏ１Ｄｅ．２１Ｌ２．２ｃ００
基于半导体制冷器件的温度控制实验平台开发
袁梅，张利军，董韶鹏
ＩＳＮ１００２Ｓ
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
－
－
４９６５
．．．．．．．．．．． — —

基于半导体制冷片的温度采集控制系统的设计

Ｄｅｓｉｇｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｃｈｉｌｌｉｎｇｐｌａｔｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｉｎｈｅｒｅｎｔａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｃｈｉｌｌｉｎｇｐｌａｔｅ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄ
ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅａｎｄｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｉｒｖｅｒｃｉｒｃｕｉｔ．ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｉｓｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｄｂｙＰＴＩＯ０ａｎｄｉｔｓｍｏｄｕｌａｔｏｒｃｉｒｃｕｉｔａｎｄＡ／Ｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ．ＩＲ２１１０ａｎｄＩＲＦＺ４４Ｎｃｏｍｐｉｓｒｅｄｔｈｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｒｉｖｅｒｃｉｒｃｕｉｔ；
基于半导体制冷片的温度采集控制系统的设计
李会冬，张建民，王浩州

基于Codex—MO的半导体制冷温度控制系统设计

的闭环控制．实现测试腔温度快速、稳定地变化。恒温系统部分软件流程
图如图３所示。
４２自整定Ｐｌ．Ｄ
算法
ＰＤ控制器是ｌ
３２温度检测模块＿
本设计采用Ｄ１Ｂ０作为温度检测元件。ＤＩＢ０Ｓ８２Ｓ８２是由ＤＬＡＡＬＳ公司生产的一款温度传感器芯片，体积小、ＲＭ公司于２Ｏ０ｌ初推出了Ｃｏｅ — ９年ｄｘＭ０内核处理器。
度设定值．对半导体制冷器和加热器进行输出控制，调节测试腔内温度。在温度调整的过程中，ＭＣ（控制器）Ｕ微根据温度传感器传输的数据。控制输
（Ｄ）进行控制的调
节器。比例控制能
快速反映误差，积分控制可以消除误差．微分控制可以
３３温度控制模块．
本设计选用的半导体制冷器型号为ＴＣ — ２０。在Ｅ１１７６热端温度为２ ℃ 的情况下．ＴＣ — ２０７Ｅ１１７６的最大Ｔ作电流为６Ａ，最大工作电压为１．Ｖ，最大制冷功率为５Ｗ，冷５４４热端最大温差为６ ℃ 。半导体制冷器采用Ｈ桥电路驱动，８
技术
便于控制电流大小及流向。本设计用采

基于PWM控制H桥驱动半导体制冷片的恒温系统

本文将ＰＷＭ控制Ｈ桥驱动半导体制冷片的恒温系统应用
号电压Ｕ２与参考电压Ｕ１差值Ｕ２一Ｕ１进行放大。由于产生ＰＷＭ波的芯片ＳＧ３５２５的２脚是误差放大器的同相输入端，而该放大器的供电电压是从０Ｖ到５．１Ｖ，所以２脚的输入电压必
ｃｏｎｔａｉｎｅｒ．ｓｔａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｆｏｒａｌｏｎｇｔｉｍｅ，ｕｐｔｏ０．５０Ｃａｃｃｕｒａｃｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＧ３５２５，ＴＥＣ，ＰＷＭ，ｄｅａｄｚｏｎｅ
输出占空比改变的ＰＷＭ，ＰＷＭ控制Ｈ桥电路，Ｈ桥电路驱动半导体制冷片。
２系统电路设计
２．１温度采集与处理电路如图２所示，Ｕ１为设定温度对应的电压值，Ｕ２为采集温度对应的电压值，电阻Ｒ为负温度系数的热敏电阻ＮＴＣ，ＮＴＣ是随温度上升电阻呈指数关系减小。我们正是利用ＮＴＣ的该特性来感应环境温度变化，当温度变化图１系统功能模块图
ｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｗｏｐａｔｓｒ，ｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｄｒｉｖｅｃｉｒｃｕｉｔ．ｉｓｏｌａｔｅｄｂｙｏｐｔｏｃｏｕｐｌｅｒＴｈｅｃｏｒｅｏｆｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｉｓＳＧ３５２５，ｉｎｃｏｒｐｏ — ｒａｔｅｓＮＴＣａｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｓｏｕｒｃｅ。ｇｅｎｅｒａｔｅｓｔｈｅＰＷＭｗａｖｅｏｆｔｈｅｄｕｔｙｃｙｃｌｅｃｈａｎｇｅｆｒ０ｍＯｔＯ１，ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｈｅｄｒｉｖｅｃｉｒｃｕｉｔ．Ｆｕｌｌ —ｂｒｉｄｇｅｄｒｉｖｅｒｃｉｒｃｕｉｔｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｆｏｕｒｆｉｅｌｄｅｆｅｃｔｔｕｂｅ，ｔｏｄｒｉｖｅＴＥＣ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｓｍａｌｌａｉｒｔｉｇｈｔ

基于单片机的半导体制冷智能控制

基于单片机的半导体制冷智能控制随着科技的发展，半导体制冷技术日益受到人们的关注和应用。

基于单片机的半导体制冷智能控制技术，是一种较为先进的电子控制技术。

下面，我将就该技术进行详细的介绍。

一、半导体制冷技术的基本原理半导体制冷技术是一种利用固体电子器件进行低温制冷的方法。

其基本原理是通过特定的材料和电流传输的方式，使局部材料温度下降，达到制冷的作用。

二、基于单片机的半导体制冷智能控制技术基于单片机的半导体制冷智能控制技术，是将单片机作为控制核心，通过程序控制半导体制冷器件工作的一种电子控制技术。

其主要特点包括：（1）智能化：利用单片机的程序控制技术，实现对制冷器件的精细控制，提高制冷效果。

（2）高效性：半导体制冷技术具有高效、低耗、噪音小等特点，在工业和生活中的应用前景广阔。

（3）稳定性：通过单片机的精细控制，提高了系统的稳定性和可靠性。

三、基于单片机的半导体制冷智能控制系统的设计方案基于单片机的半导体制冷智能控制系统可以分为硬件和软件两部分。

其中，硬件包括单片机主控板、半导体制冷器件、温度传感器、液晶显示屏等组成；软件则是利用单片机开发板进行编程设计，实现对半导体制冷器件的控制。

具体设计方案如下：（1）硬件部分：1.单片机主控板：采用STM32F103ZET6单片机核心板。

2.半导体制冷器件：采用TEC1-12706制冷片。

3.温度传感器：采用DS18B20数字温度传感器。

4.液晶显示屏：采用1602液晶显示屏，用于显示实时温度。

（2）软件部分：1.程序设计：采用Keil5编程，利用C语言进行编程设计。

2.软件设计功能：实现对制冷器件实时控制，同时获取实时温度，并通过液晶显示屏进行显示。

四、基于单片机的半导体制冷智能控制系统的应用基于单片机的半导体制冷智能控制系统的应用非常广泛，主要应用于以下几个方面：（1）食品加工领域：通过制冷器件，实现对食品进行冷藏、冷冻等过程的控制。

（2）医疗器械领域：通过制冷器件，实现对医疗器械进行低温保存。

基于半导体制冷器的激光器温度控制系统

ＶＯ１．３１ＮＯ．３
Ｊｎ２１ｕ．００
基于半导体制冷器的激光器温度控制系统
王博钰，贾文超
（春工业大学电气与电子工程学院，吉林长春１０１）长３０２
摘要：采用ＮＴＣ作为温度传感器进行温度采集，利用ＰＷＭ脉宽调制技术及ＰＤ补偿算法Ｉ实现温度调节，导体制冷器作为控制终端控制激光器温度。经过实验测试，激光器温度保半使
激光器温度检测电路主要完成对激光器温度
的作者简介：王博钰（９１）男，族，林吉林人，春工业大学硕士研究生，要从事数字化检测技术方向研究， — ｉ：１８一，汉吉长主Ｅｍａｌｗａｇｏｕｃｓ．ｄ．ｎ＊联系人：文超（９５）男，族，林松原人，春工业大学教授，士，ｎｂｙ＠ｕｔｅｕｃ．贾１６一，汉吉长博主要从事电气工程、达、拟仪器等方向研究，－ｉｊｗｅｃａ＠ｍａ．ｃｔｅｕａ．雷虚Ｅｍａｌｉｎｈｏ：ａｉｃｕ．ｄ．ｎｌ
Ａｂｓｒｃ：Ａｓｔｅｅｔａｔｈｔｍｐｅａｕｅｅｓｒ，ＮＴＣｓｕｓｄｔｓｍｐｌｈｅｔｍｐｅａｕｒ．Ｔｈｅｔｍｐｅａｕｒｓｒｔｒｓｎｏｉｅｏａｅｔｅｒｔｅｅｒｔｅｉ

半导体制冷片温控器

半导体制冷片温控器
图1 控制器实物图
一特性描述
TEC-10A是一款高功率密度的TEC温度控制器，额定工作负载5A，峰值电流可达10A。

此温度控制器可以连接专用调试器来进行参数的调节，参数调节完毕并保存后，撤去调试器，此温度控制器仍可以独立工作。

可以通过专用RS232调试线和电脑进行通讯，以进行参数设置和温度监视，以及进行温度程控。

性价比高，体积小安装省体积，无大电流脉冲工作，使得TEC工作寿命比普通开关工作时的寿命大大提高等优点。

二控制器指标
输入：DC12V
输出：近-12V到近+12V
额定电流：5A
控制温度范围：-55°~125°
控制器主板尺寸：64mm*40mm
定位孔尺寸：M3
三接线图
图3 TEC-10A应用接线图
这款温度控制模块可以制冷、加热两种功能，充分使用了TEC的全部特性。

广泛应用于实验、测试、生命、光电、材料、检测等领域，体积小，可靠性高。

采用半导体制冷片的温控系统的设计

采用半导体制冷片的温控系统的设计半导体制冷片的温控系统是一种常见的用来控制温度的技术，它利用半导体物质的特性，通过通过电流的通过来实现温度的控制。

首先，我们需要了解半导体制冷片的工作原理。

半导体制冷片是一种基于Peltier效应的制冷技术。

当电流通过半导体材料时，热量会从一个一端吸收，然后从另一端释放。

这样就可以实现温度的调控。

在设计温控系统时，我们需要考虑以下几个方面：1.温度传感器：温度传感器用于感知当前的温度值并将其传递给控制器。

常用的温度传感器有热电偶和热敏电阻等。

2.控制器：控制器是整个系统的核心，它会根据传感器得到的温度值来判断是否需要制冷或制热。

根据温度变化的速度和幅度来调整半导体制冷片的电流，以实现精确的温度控制。

3.电源：半导体制冷片需要一个特定的电源来提供工作电流。

一般情况下，我们会使用可调电源来提供合适的电流给制冷片。

4.散热器：半导体制冷片在工作过程中会产生大量的热量，为了保持制冷系统的稳定性，我们需要使用散热器将多余的热量散发出去。

在实际的应用中1.常规型：常规型温控系统使用一个PID控制器或者其他类似的控制算法来实现温度的调控。

PID控制算法根据当前的温度误差、误差的变化速度和误差的累积值来调整半导体制冷片的工作电流，以达到温度的稳定控制。

2.自适应型：自适应型温控系统则是根据实际的温度变化情况来自动地选择合适的控制策略。

例如，系统可以根据当前的温度变化速度和幅度来自动调整控制算法的参数，使得温度的控制更为精确。

在设计半导体制冷片的温控系统时，我们需要根据具体的应用需求来选择合适的温控策略，并进行相应的硬件和软件设计。

同时，我们还需要对温控系统进行充分的测试和验证，以确保系统的稳定性和可靠性。

总结而言，半导体制冷片的温控系统是一种实现温度控制的重要技术，它可以广泛应用于各种需要精确温度控制的领域。

在设计温控系统时，我们需要考虑传感器、控制器、电源和散热器等关键因素，并选择合适的控制算法来实现稳定的温度调控。

基于半导体制冷原理的小型高精度恒温控制器研究

恒温盒制冷器的散热器采用热管导热
式散热器，用这种类型是为了有效提高采
散热器的散热效率，同时可以减小散热器
体积。热管工作原理是利用中空的圆柱形管，热管两端产生温差的时候，蒸发端的液体就会迅速气化，将热量带向冷凝端，速度非常快。两端温差越大，蒸发速度越
３３绝热层材料选择．传统温箱采用的绝热材料一般为硅酸
铝纤维棉（热系数约为０２／・或导．Ｗｍｋ）苯板等（热系数约为０４／－，但导．Ｗｍｋ）
是一般采用较厚的绝热层来保证保温能力，这样就会增加系统体积，与恒温设备小型化的设计要求相矛盾。为了提高恒温盒的保温性能，绝热层采用微纳米超级绝热材料（又称超级绝热材料）这种材料是。以硅质微纳米多孔材料、无机纤维、黏合剂等纯无机材料组合而成。３４制冷片的设计．
帕尔帖效应。电荷载体在导体中运动时形成电流，由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，就会释放出多余的热量。其相反的
一
１３ＰＭ控制方式．ＷＰＭ控制方式主要是以一种脉冲形Ｗ式对器件进行供电，通过调节对供电器并
１２温度控制原理．
ＩＶｊＩ
铡
门ｎ厂蚺］
一
高精度恒温控制器，采用智能式Ｐ调节，ＩＤ可实现自整定控温。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

LD
基于半导体制冷片（TEC）的温度控制器
一、原理
半导体制冷片也叫热电制冷片，其原理是Pelti
er效应，它既可制冷又可加热，通过改变直流电
流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加
热，这个效果的产生就是通过热电的原理来实现
的。

其实在原理上半导体制冷器只是一个热传递
的工具。

其优缺点：
1、不需要任何制冷剂，可连续工作。

2、半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。

因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。

3、半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，，便于组成自动控制系统。

4、半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。

5、半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。

二、使用说明：
正确的安装、组装方法：1、制冷片一面安装散热片，一面安装导冷系统，安装表面平面度不大于0.03mm，要除去毛刺、污物。

2、制冷片与散热片和导冷块接触良好，接触面须涂有一薄层导热硅脂。

3、固定制冷片时既要使制冷片受力均匀，又要注意切勿过度，以防止瓷片压裂。

正确的使用条件：1、使用直流电源电压不得超过额定电压，电源波纹系数小于10％。

2、电流不得超过组件的额定电流。

3、制冷片正在工作时不得瞬间通反向电压(须在5分钟之后)。

4、制冷片内部不得进水。

5、制冷片周围湿度不得超过80％。

三、半导体制冷器的驱动电路设计
半导体制冷片根据流过半导体的电流方向和大小来决定其工作状态的（电流的方向决定制冷或者制热，电流的大小决定制冷或者制热的程度和效果）。

为了使半导体制冷片能够自动的进行恒温控制，就必须设计好其驱动电路和控制电路。

PID控制系统是目前精度较高的技术，可以用来对半导体制冷片的电流进行控制，以实现高精度的控温效果。

（一）、总体框图：
（二）、驱动电路：
基于H桥的驱动电路：
当设置OUT3为高、OUT4为低电平，OUT2为低、OUT1为高电平时，Q3和Q4断开，Q1和Q2导通，电流由TEC左至右；反之OUT3为低、OUT4为高电平，OUT2为高、OUT1为低电平时，Q3和Q4导通，Q1和Q2断开，电流由右至左。

通过单片机PID控制设置OUT1或者OUT4的PWM占空比，控制Q1或者Q4的导通时间来控制TEC的工作时间，从而达到控温的效果。