Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2019
Системы терморегулирования на основе TEC (термоэлектрические охладители) часто имеют невысокую устойчивость. Причинами этого являются тепловые свойства системы, а не характеристики управляющей электроники. На реальные системы регулирования температуры влияют ненулевые тепловые сопротивления на путях теплопередачи между ТЕС, тепловая нагрузка, которая является объектом терморегулирования, датчик температуры – например, термистор, и температура окружающей среды.
Если соотношения этих сопротивлений не сбалансированы, то даже идеальный баланс с температурой датчика не означает адекватной стабильности температуры нагрузки. Схема на Рисунке 1 обеспечивает такую термоэлектрическую конструкцию, которая непосредственно измеряет тепловой поток, проходящий через TEC, а затем для лучшей оценки и устранения влияния тепловых сопротивлений использует дополнительное измерение. Работа схемы основана на том факте, что общее напряжение, которое вырабатывает каждый ТЕС, представляет собой сумму двух компонентов: омического компонента, пропорционального управляющему току, и напряжения Зеебека VS, пропорционального разности температур между поверхностями TEC и, следовательно, пропорционального тепловому потоку.
В этой схеме ток возбуждения переключается в ноль приблизительно каждые 100 мкс, что определяется асимметричной формой импульса выборки, который генерирует мультивибратор S2/S3. Каждый импульс выборки выключает транзистор Q1, который изолирует напряжение Зеебека и разрешает его выборку через ключ S1 и хранение на конденсаторе C1. Коэффициент заполнения импульсов выборки, задаваемый отношением сопротивлений резисторов R1 и R2, составляет менее 10%, что позволяет избежать значительного снижения эффективности работы драйвера ТЕС.
 |
||
| Рисунок 1. | Для обеспечения устойчивого управления температурой с реальными радиаторами и термопарами эта схема периодически выключает ток возбуждения термоэлектрического охладителя, чтобы измерить напряжение Зеебека и сохранить его в накопительном конденсаторе. |
|
Чтобы обеспечить наилучшую устойчивость, полученный сигнал Зеебека подается на схему регулируемого моста R3/R4/R5, которая эмпирически определяет коэффициент обратной связи для полярности и амплитуды. При правильной регулировке моста подавление отклонения можно сделать практически идеальным в широком диапазоне температур окружающей среды. Показанная на Рисунке 1 схема управления TEC является производной от предыдущего проекта, поскольку облегчает реализацию выборки напряжения Зеебека (cм. предыдущую статью в этом выпуске журнала). Однако вы можете адаптировать схему выборки напряжения Зеебека практически к любой топологии драйвера TEC. Вы можете дополнительно улучшить схему на Рисунке 1, используя для моста R3/R4/R5 энергонезависимые программируемые резисторы и автоматически оптимизируя подавление отклонения. Одним из привлекательных вариантов является семейство монолитных резисторов Rejustor компании Microbridge Technologies.
