一種旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)驅(qū)動(dòng)主控電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)驅(qū)動(dòng)主控電路。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外探測(cè)器件，是一種被動(dòng)式對(duì)溫度高靈敏的半導(dǎo)體成像器件，通常情況需要在穩(wěn)定的低溫環(huán)境下工作，才能達(dá)到最佳的紅外成像效果，得到高質(zhì)量的紅外圖像。為了提供紅外探測(cè)器件所需穩(wěn)定的低溫環(huán)境，通過驅(qū)動(dòng)電路控制器進(jìn)行精準(zhǔn)控溫的旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)為其主要的制冷載體之一。隨著紅外探測(cè)器在軍民各領(lǐng)域的應(yīng)用的普及，研發(fā)一款集成度與性價(jià)比高，功能完善，實(shí)用可靠，能成批量生產(chǎn)以滿足大部分紅外探測(cè)器件使用的驅(qū)動(dòng)控制電路變得非常急迫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)驅(qū)動(dòng)主控電路，用以提高控溫效率和控溫精度。
[0004]具體的，本發(fā)明提供的旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)驅(qū)動(dòng)主控電路，包括:誤差放大器、轉(zhuǎn)子位置編碼器和處理器；
[0005]所述誤差放大器，用于對(duì)布設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)式制冷機(jī)內(nèi)的測(cè)溫元件反饋的制冷溫度的電壓值和設(shè)定的目標(biāo)溫度的電壓值進(jìn)行比較，得到制冷溫度信號(hào)差，若該信號(hào)差在設(shè)定的誤差范圍內(nèi)，則對(duì)該信號(hào)差進(jìn)行放大、濾波處理，得到調(diào)制電壓值后輸出至所述處理器；否則將所述制冷溫度信號(hào)差輸出至所述轉(zhuǎn)子位置編碼器；
[0006]所述處理器，用于接收到所述調(diào)制電壓值后，生成PWM波形控制信號(hào)，并將其輸出至所述轉(zhuǎn)子位置編碼器；
[0007]所述轉(zhuǎn)子位置編碼器，用于根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)內(nèi)的霍爾傳感器反饋的霍爾信號(hào)，得到電機(jī)轉(zhuǎn)子位置；以及在接收到所述制冷溫度信號(hào)差時(shí)，根據(jù)該信號(hào)差，判斷制冷溫度是否大于目標(biāo)溫度，若是，則生成固定脈寬的方波脈沖控制信號(hào)，并根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，輸出所述方波脈沖控制信號(hào)，以調(diào)控所述旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)全功率輸出；否則，輸出電機(jī)停轉(zhuǎn)控制信號(hào)；以及，在接收到所述PWM波形控制信號(hào)時(shí)，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，輸出所述PWM波形控制信號(hào)，以微調(diào)所述旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)的功率輸出。
[0008]本發(fā)明有益效果如下:
[0009]本發(fā)明通過選用通用、集成化的元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化得到所述主控電路，該主控電路具有控溫設(shè)定快速可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，能夠保證對(duì)旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)控制；
[0010]另外，所述主控電路具有整體結(jié)構(gòu)小、電路功能通用、調(diào)試安裝方便快捷，稍作調(diào)整即可廣泛適于三相無(wú)刷電機(jī)控制的各方面應(yīng)用，具備產(chǎn)品化量產(chǎn)能力。
【附圖說明】
[0011]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0012]圖1為本發(fā)明提供的旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)驅(qū)動(dòng)主控電路的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖2為本發(fā)明提供的旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的原理框圖；
[0014]圖3為本發(fā)明中電源防接反及濾波電路原理圖；
[0015]圖4為本發(fā)明中控溫設(shè)定電路原理圖；
[0016]圖5為本發(fā)明中制冷測(cè)溫反饋電路原理圖；
[0017]圖6為本發(fā)明中HALL信號(hào)反饋濾波電路原理圖；
[0018]圖7為本發(fā)明中中功率驅(qū)動(dòng)電路原理圖；
[0019]圖8為本發(fā)明中限流電路原理圖；
[0020]圖9為本發(fā)明中HALL供電電路原理圖；
[0021]圖10為本發(fā)明中調(diào)制電平與三角波實(shí)測(cè)圖；
[0022]圖11為本發(fā)明中主控電路內(nèi)部誤差放大器增益放大部分的低通濾波電路原理示意圖；
[0023]圖12為本發(fā)明中電路傳遞函數(shù)對(duì)應(yīng)的伯德圖；
[0024]圖13為本發(fā)明中驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)工作的閉環(huán)控制示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026]本發(fā)明實(shí)施例提供一種旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)驅(qū)動(dòng)主控電路，該主控電路通過斯特林制冷機(jī)制冷腔內(nèi)溫度元件反饋信號(hào)與設(shè)定溫度值比較，對(duì)斯特林制冷機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速，從而調(diào)節(jié)斯特林制冷機(jī)輸出功率，達(dá)到精準(zhǔn)控制低溫冷頭溫度恒定的目的，使紅外探測(cè)器件工作在最近狀態(tài)，從而得到高質(zhì)量的紅外圖像。且本發(fā)明，通用性強(qiáng)、控溫精度高、控溫調(diào)節(jié)方便、具有通用化和小型化特點(diǎn)，性價(jià)比高具有工程實(shí)用價(jià)值，具備量產(chǎn)條件。
[0027]具體的，本發(fā)明實(shí)施例提供的旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)驅(qū)動(dòng)主控電路，如圖1所示，包括:誤差放大器、轉(zhuǎn)子位置編碼器和處理器;其中:
[0028]誤差放大器，用于對(duì)布設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)式制冷機(jī)內(nèi)的測(cè)溫元件反饋的制冷溫度的電壓值和設(shè)定的目標(biāo)溫度的電壓值進(jìn)行比較，得到制冷溫度信號(hào)差，若該信號(hào)差在設(shè)定的誤差范圍內(nèi)，則對(duì)該信號(hào)差進(jìn)行放大、濾波處理，得到調(diào)制電壓值后輸出至處理器;否則將所述制冷溫度信號(hào)差輸出至轉(zhuǎn)子位置編碼器；
[0029]處理器，用于接收到所述調(diào)制電壓值后，生成Pmi波形控制信號(hào)，并將其輸出至轉(zhuǎn)子位置編碼器；
[0030]轉(zhuǎn)子位置編碼器，用于根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)內(nèi)的霍爾傳感器反饋的霍爾信號(hào)，得到電機(jī)轉(zhuǎn)子位置；以及在接收到所述制冷溫度信號(hào)差時(shí)，根據(jù)該信號(hào)差，判斷制冷溫度是否大于目標(biāo)溫度，若是，則生成固定脈寬的方波脈沖控制信號(hào)，并根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，輸出所述方波脈沖控制信號(hào)，以調(diào)控所述旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)全功率輸出；否則，輸出電機(jī)停轉(zhuǎn)控制信號(hào)；以及，在接收到所述PWM波形控制信號(hào)時(shí)，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，輸出所述PWM波形控制信號(hào)，以微調(diào)所述旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)的功率輸出。
[0031]基于上述結(jié)構(gòu)框架及實(shí)施原理，下面給出在上述結(jié)構(gòu)下的幾個(gè)具體及優(yōu)選實(shí)施方式，用以細(xì)化和優(yōu)化本發(fā)明所述主控電路結(jié)構(gòu)及功能，以使本發(fā)明方案的實(shí)施更方便，準(zhǔn)確。具體涉及如下內(nèi)容:
[0032]本發(fā)明實(shí)施例中，所述的誤差范圍可以靈活設(shè)定，本實(shí)施例中給出一個(gè)具體示例值為 ±0.5mV。
[0033]本發(fā)明實(shí)施例中，所述主控電路還包括:振蕩器，用于根據(jù)設(shè)定的三角波頻率，產(chǎn)生三角波；
[0034]處理器通過將調(diào)制電壓值與所述三角波進(jìn)行對(duì)比，生成所述PffM波形控制信號(hào)。
[0035]進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例中，所述主控電路還包括:用于設(shè)定三角波頻率的電阻R15和電容C6。其中，電阻R15—端連接到基準(zhǔn)電源VR、另一端與所述電容C6的一端相連，連接點(diǎn)與所述振蕩器相連;所述電容C6的另一端接地。
[0036]進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例中，所述主控電路還包括:電阻R8、電阻R9和電容C5。其中，電阻R8—端與測(cè)溫元件側(cè)相連，另一端連接電阻R9;電容C5與所述電阻R9并聯(lián)；電容C5與電阻R9的兩個(gè)連接點(diǎn)分別外接到所述誤差放大器。電阻R8、電阻R9和電容C5組成的電路構(gòu)成了誤差放大器的低通高增益。
[0037]進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例中，所述主控電路輸出控制信號(hào)至功率驅(qū)動(dòng)電路，以控制所述功率驅(qū)動(dòng)電路對(duì)旋轉(zhuǎn)式斯特林制冷機(jī)的三相無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。
[0038]具體的，所述主控電路將控制信號(hào)輸出到主控電路內(nèi)部的推動(dòng)極AT、BT、CT、AB、BB、CB;
[0039]其中，推動(dòng)極AT、BT、CT連接到與其對(duì)應(yīng)的上拉電阻;推動(dòng)極AB、BB、CB連接到與其對(duì)應(yīng)的輸出匹配電阻；
[0040]所述主控電路通過上拉電阻輸出H橋TOP端控制信號(hào)AT、BT、CT至功率驅(qū)動(dòng)電路，通過輸出匹配電阻輸出H橋BOTTOM端的控制信號(hào)AB、BB、CB至功率驅(qū)動(dòng)電路。
[0041]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述主控電路還包括:限流比較器，用于獲取所述功率驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)載電壓值，檢測(cè)所述負(fù)載電壓值是否超過設(shè)定的電壓值，在是的情況下，觸發(fā)過載保護(hù)。
[0042]進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例中，所述主控電路還包括:基準(zhǔn)源，用于對(duì)外提供基準(zhǔn)電源VR ο
[0043]綜上可知，本發(fā)明所述主控電路對(duì)測(cè)溫元件反饋的制冷溫度電平值與設(shè)定的目標(biāo)溫度的電平值進(jìn)行比較，當(dāng)測(cè)溫元件反饋的電平值遠(yuǎn)小于目標(biāo)溫度的電平值時(shí)(即當(dāng)前制冷溫度遠(yuǎn)高于目標(biāo)溫度)，主控電路結(jié)合通過電機(jī)定子中的HALL傳感器獲取的電機(jī)位置信號(hào)，經(jīng)位置編碼器輸出固定脈寬方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)電路控制三相直流無(wú)刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)斯特林制冷機(jī)全速工作；當(dāng)制冷溫度到達(dá)控溫設(shè)定點(diǎn)附近時(shí)(即在誤差范圍內(nèi)時(shí))，主控電路開始進(jìn)入溫度調(diào)節(jié)模式，對(duì)設(shè)定的目標(biāo)溫度的電壓值與測(cè)溫元件反饋的電壓值進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果經(jīng)過放大、濾波后與在主控電路內(nèi)部生成的PWM調(diào)制三角波進(jìn)行對(duì)比處理，最終主控電路輸出一個(gè)脈寬調(diào)節(jié)的方波，功率驅(qū)動(dòng)電路