大功率LED有源溫控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)
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半導(dǎo)體制冷器的基本致冷單元，是把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體用金屬連接片焊接起來(lái)組成的電偶，如圖1(a)所示。載流子通過(guò)結(jié)點(diǎn)時(shí)，必然與周?chē)h(huán)境進(jìn)行能量交換，能級(jí)的改變是現(xiàn)象的本質(zhì)。N型半導(dǎo)體有多余的電子，具有負(fù)溫差電勢(shì)，P型半導(dǎo)體多數(shù)載流子子是空穴，電子不足，具有正溫差電勢(shì)，當(dāng)電子從P型半導(dǎo)體穿過(guò)結(jié)點(diǎn)到N型半導(dǎo)體時(shí)，其能量必然增加，而且增加的能量相當(dāng)于結(jié)點(diǎn)所消耗的能量，結(jié)點(diǎn)溫度降低。相反，當(dāng)電子從N型半導(dǎo)體流至P型半導(dǎo)體時(shí)，結(jié)點(diǎn)的溫度就升高。由于單個(gè)電偶產(chǎn)生的熱效應(yīng)較小，所以實(shí)際應(yīng)用的半導(dǎo)體制冷器，是將多個(gè)這樣的電偶對(duì)一起串聯(lián)使用，如圖1(b)所示，這樣才能夠同時(shí)吸收或者釋放更多的熱量。通過(guò)改變TEC兩端的電流流向就能夠控制熱量吸收和釋放，同時(shí)控制電流的大小，就能控制TEC發(fā)熱或者制冷的功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LED溫度的控制。由于對(duì)于LED來(lái)說(shuō)主要是控制其溫度不能超過(guò)其允許范圍，因此只需控制電流的大小而不必控制方向。
1．2 溫度測(cè)量方法
控制溫度需要溫度檢測(cè)裝置，這里采用熱敏電阻元件作為溫度的傳感器，通過(guò)測(cè)量其電阻值的大小來(lái)判斷溫度的大小。這樣希望溫度控制在某個(gè)值就有了溫度的給定，到溫度執(zhí)行機(jī)構(gòu)，再到溫度的檢測(cè)作為反饋就構(gòu)成了溫度的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。
溫度信號(hào)首先要變成比較容易處理的電信號(hào)，這里采用溫度傳感器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。常見(jiàn)的溫度傳感器有熱電偶、熱敏電阻、RTD和集成溫度傳感器。熱敏電阻主要用于點(diǎn)溫度、小溫差的測(cè)量，遠(yuǎn)距離多點(diǎn)測(cè)量與控制，溫度的補(bǔ)償和電路的自動(dòng)調(diào)節(jié)等。測(cè)溫范圍為-50～+450℃。與其他溫度傳感器相比，熱敏電阻溫度系數(shù)大、靈敏度高、響應(yīng)迅速、測(cè)量線路簡(jiǎn)單，體積小、壽命長(zhǎng)、價(jià)格便宜，由于本身電阻值很大，因此可以不考慮引線長(zhǎng)度帶來(lái)的誤差，適于遠(yuǎn)距離的測(cè)量和控制。
熱敏電阻的溫度系數(shù)有正有負(fù)，大概可分為NTC，PTC和CTR。NTC是一種具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，PTC是正溫度系數(shù)熱敏電阻，CTR是臨界溫度熱敏電阻。NTC主要用于溫度測(cè)量和補(bǔ)償。本課題采用的是NTC型熱敏電阻。它的主要參數(shù)指標(biāo)有標(biāo)稱(chēng)電阻值Rt、額定功率、電阻溫度系數(shù)α、測(cè)量功率、時(shí)間常數(shù)、耗散系數(shù)、穩(wěn)壓范圍等。
一般而言，溫度的測(cè)量由溫度傳感器和電橋2部分組成。本課題研究的LED溫度的測(cè)量利用熱敏電阻和差分輸入電橋兩部分組成。采用單電橋的測(cè)溫電路如圖2所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/168216.htm
圖中RX為熱敏電阻；UR為參考基準(zhǔn)電壓，要求參考電壓輸出必須精確穩(wěn)定，一旦紋波過(guò)大，則會(huì)影響電橋的測(cè)量精度。橋臂上其余電阻也采用高精度的精密電阻，以保證精確測(cè)量的需要。根據(jù)電路以及運(yùn)算放大器的原理可以得到UO與UR的關(guān)系式：
通過(guò)電路仿真得到UO與RX的關(guān)系曲線如圖3所示。圖中UR選取5 V，經(jīng)過(guò)合理配置R1=1 kΩ，R2=R3，當(dāng)RX大約在0．33～3 kΩ之間變化時(shí)，UO的輸出在范圍為0～5 V。本論文中0～5 V作為計(jì)算機(jī)信號(hào)代表LED的溫度信號(hào)變化范圍為-20～+200℃。因此通過(guò)熱敏電阻將溫度信號(hào)反饋到320單片機(jī)的A／D，再通過(guò)單片機(jī)控制TEC的電流就可以形成LED的溫度反饋控制。
評(píng)論