一種用于非制冷紅外焦平面溫度控制電路制造技術

本發明專利技術涉及一種用于非制冷紅外焦平面溫度控制電路，對溫度傳感器輸出信號經過濾波調理再經過運算放大器跟隨輸出，此處電路設計考慮對信號傳輸路徑進行阻抗匹配，尤其是對小信號進行無損傳輸。本文采用MAX1978作為主控制器，該芯片具有溫度控制精度±0.001℃能力，滿足使用要求。整個溫度控制系統采用閉環控制策略，非制冷紅外焦平面的反饋溫度信號輸入至一階低通濾波后，再經高精度運算放大器跟隨后輸入至H橋電路送入MAX1978的內部運算放大器的反相輸入端，形成負反饋。本發明專利技術中選擇高精密電阻電容，構建出穩定控制參數的模擬PID補償網絡是核心，溫度監控輔助功能便于對電路工作情況進行分析。經試驗驗證，非制冷紅外焦平面溫度控制系統運行有效可靠。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于溫度控制
，涉及一種用于非制冷紅外焦平面溫度控制電路，
技術介紹
近年來，紅外成像技術飛速發展，已從最初的軍事應用領域延伸到工業以及民用領域。制冷型成像設備價格昂貴、體積大、功耗高等因素使得其較多應用于軍隊。非制冷型成像設備價格低、體積小、重量輕、功耗低，在軍民兩用領域都有不可估量的前景，而對非制冷紅外焦平面的溫度控制是紅外成像領域中的關鍵技術之一。非制冷紅外焦平面技術分微測輻射熱計和熱釋電技術兩種。基于微測輻射熱計原理的非制冷紅外焦平面是利用紅外輻射引起熱敏像元溫度上升，導致自身阻值變化，改變讀出電壓值，從而探測目標溫度特性。因此，熱敏像元的性能將直接影響非制冷紅外焦平面的探測靈敏度，只有盡量使非制冷紅外焦平面陣列所有像元溫度保持在均勻、恒定的溫度下，才能從根本上提高非制冷紅外焦平面的探測靈敏度，抑制由此引起的工作點漂移，所以設計一個高精度的溫度控制系統，是高性能非制冷紅外焦平面系統的重要環節。
技術實現思路
要解決的技術問題為了避免現有技術的不足之處，本專利技術提出一種用于非制冷紅外焦平面溫度控制電路，驅動法國ULIS03191-019型384×288分辨率長波(8～12μm)非制冷紅外探測器，該探測器內置熱電制冷器(TEC)，穩定非制冷紅外焦平面溫度，減小某型連續變焦非制冷紅外熱像儀非均勻校正難度，從根本上提高非制冷紅外熱像儀系統的成像質量。技術方案一種用于非制冷紅外焦平面溫度控制電路，其特征在于包括信號濾波調理單元、PID補償網絡參數配置單元、MAX1978主控制器單元、頻率相位控制單元和TEC驅動單元；所述濾波調理單元的輸入與非制冷紅外焦平面溫度信號VTEMP輸出端連接，輸出端連接MAX1978主控制器的第18引腳；所述頻率相位控制單元輸出端連接MAX1978主控制器的第36引腳，設置主控制器PWM控制電路的開關頻率；所述TEC限壓限流控制單元的輸出連接MAX1978主控制器的第41引腳，設置主控制器單元的最大輸出電壓電流；所述PID補償網絡參數配置單元包括C1電容、C2電容、C3電容、R1電阻、R2電阻、R3電阻；主控制器第17引腳輸入到R1和C1公共端，C1電容串聯R1電阻后與R2電阻并聯連接主控制器的第15引腳，R3電阻串聯C2電容后與C3電容并聯后連接輸出至主控制器14引腳，控制信號經PID運算后控制信號被送入主控制器單元的PWM控制電路；所述MAX1978主控制器的場效應管FET驅動電路輸出端，第1引腳和第48引腳連接非制冷紅外焦平面的TEC，對焦平面工作溫度進行穩定控制，達到閉環控制。所述MAX1978開關頻率選定500KHz，第41引腳VMAXV≤0.875V。所述TEC輸出電感電容值滿足TEC兩端最大工作電壓VTEC≤3.5V。所述C2＝10μF，R3＝100KΩ，C1＝0.47μF，R2＝1MΩ，C3＝0.047μF，R1＝20K。所述信號濾波調理單元包括R9電阻、R6電阻、R17電阻、R18電阻、C26電容、C25電容和運算放大器A；信號輸入端通過R9電阻連接運算放大器A的正端，C26電容跨接在運算放大器A的正端與接地端，R6電阻跨接在運算放大器A的負端與輸出端，運算放大器A的供電端連接5V電源，同時通過C25電容接地，運算放大器A的輸出端通過R17電阻信號輸出，同時通過R18電阻接地。有益效果本專利技術提出的一種用于非制冷紅外焦平面溫度控制電路，對溫度傳感器輸出信號經過濾波調理再經過運算放大器跟隨輸出，此處電路設計考慮對信號傳輸路徑進行阻抗匹配，尤其是對小信號進行無損傳輸。本文采用MAX1978作為主控制器，該芯片具有溫度控制精度±0.001℃能力，滿足使用要求。整個溫度控制系統采用閉環控制策略，非制冷紅外焦平面的反饋溫度信號輸入至一階低通濾波后，再經高精度運算放大器跟隨后輸入至H橋電路送入MAX1978的內部運算放大器的反相輸入端，形成負反饋。本專利技術中選擇高精密電阻電容，構建出穩定控制參數的模擬PID補償網絡是核心，溫度監控輔助功能便于對電路工作情況進行分析。經試驗驗證，非制冷紅外焦平面溫度控制系統運行有效可靠。優越性在于：1溫控電路尺寸小，便于機芯集成：該溫控電路參數通過電阻電容配置，選擇高精度電阻電容，參數一旦確定，電路便可模塊化，尺寸可設計為30×30mm，可集成到非制冷成像機芯中。2閉環控制，PID控制：該電路為閉環控制，通過配置電阻電容參數，PID補償網絡能夠使得該溫度控制系統得到最優的穩定性，并在保證穩定性的同時使系統在最快的時間內達到要求。附圖說明圖1：TEC工作原理圖其中：1-N型及P型半導體，2-絕緣體(陶瓷片)，3-金屬導體，A-吸熱，B放熱，C冷端(接被控物)，D熱端(接散熱片)圖2：本專利技術溫度控制電路原理圖圖3：PID補償網絡原理圖圖4：VTEMP濾波調理原理圖具體實施方式現結合實施例、附圖對本專利技術作進一步描述：用于非制冷紅外焦平面溫度控制電路，由濾波調理單元、PID補償網絡單元、主控制器單元和TEC驅動單元組成，溫度控制電路的核心是濾波調理單元和PID補償網絡單元。設計中通過對非制冷紅外焦平面溫度反饋信號進行調理濾波，選擇合適運算放大器及PID控制所需的電阻電容，來獲得快速精確的閉環控制系統。連接關系：濾波調理單元的輸入與非制冷紅外焦平面溫度信號VTEMP輸出端連接，輸出端連接MAX1978主控制器的第18引腳；頻率相位控制單元輸出端連接MAX1978主控制器的第36引腳，設置主控制器PWM控制電路的開關頻率；TEC限壓限流控制單元的輸出連接MAX1978主控制器的第41引腳，設置主控制器單元的最大輸出電壓電流；PID補償網絡參數配置單元包括C1電容、C2電容、C3電容、R1電阻、R2電阻、R3電阻；主控制器第17引腳輸入到R1和C1公共端，C1電容串聯R1電阻后與R2電阻并聯連接主控制器的第15引腳，R3電阻串聯C2電容后與C3電容并聯后連接輸出至主控制器14引腳，控制信號經PID運算后控制信號被送入主控制器單元的PWM控制電路；所述MAX1978主控制器的場效應管FET驅動電路輸出端，第1引腳和第48引腳連接非制冷紅外焦平面的TEC，對焦平面工作溫度進行穩定控制，達到閉環控制。各單元特征：(1)非制冷紅外焦平面溫度信號VTEMP輸入到濾波調理單元進行濾波調理，濾波調理單元主要由運算放大器及RC(電阻電容)網絡構成，這樣設計的目的是增加輸入信號驅動能力，并進行低通濾波，抑制高頻噪聲，處理后信號送入主控制器單元MAX1978芯片的第18引腳；(2)PID補償網絡連接至主控制器單元MAX1978芯片的第14、15和第17引腳，控制信號經PID運算后被送入主控制器單元的PWM控制電路，其中PID補償網絡選擇高精度電阻電容是關鍵；(3)TEC限壓限流控制單元主要是運用電阻網絡設置主控制器單元的最大輸出電壓電流，TEC限壓限流控制單元和主控制器單元的第41引腳連接；頻率相位控制單元設置主控制器PWM控制電路的開關頻率，連接至主控制器第36引腳，設置該引腳為高電平即可；(4)主控制器根據TEC限壓限流控制單元及頻率相位控制單元解算TEC驅動電流，最后經主控制器的場效應管FET驅動電路輸出給TEC，對焦平面工作溫度進行穩定控制，達到閉本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于非制冷紅外焦平面溫度控制電路，其特征在于包括信號濾波調理單元、PID補償網絡參數配置單元、MAX1978主控制器單元、頻率相位控制單元和TEC驅動單元；所述濾波調理單元的輸入與非制冷紅外焦平面溫度信號VTEMP輸出端連接，輸出端連接MAX1978主控制器的第18引腳；所述頻率相位控制單元輸出端連接MAX1978主控制器的第36引腳，設置主控制器PWM控制電路的開關頻率；所述TEC限壓限流控制單元的輸出連接MAX1978主控制器的第41引腳，設置主控制器單元的最大輸出電壓電流；所述PID補償網絡參數配置單元包括C1電容、C2電容、C3電容、R1電阻、R2電阻、R3電阻；主控制器第17引腳輸入到R1和C1公共端，C1電容串聯R1電阻后與R2電阻并聯連接主控制器的第15引腳，R3電阻串聯C2電容后與C3電容并聯后連接輸出至主控制器14引腳，控制信號經PID運算后控制信號被送入主控制器單元的PWM控制電路；所述MAX1978主控制器的場效應管FET驅動電路輸出端，第1引腳和第48引腳連接非制冷紅外焦平面的TEC，對焦平面工作溫度進行穩定控制，達到閉環控制。

【技術特征摘要】
1.一種用于非制冷紅外焦平面溫度控制電路，其特征在于包括信號濾波調理單元、PID補償網絡參數配置單元、MAX1978主控制器單元、頻率相位控制單元和TEC驅動單元；所述濾波調理單元的輸入與非制冷紅外焦平面溫度信號VTEMP輸出端連接，輸出端連接MAX1978主控制器的第18引腳；所述頻率相位控制單元輸出端連接MAX1978主控制器的第36引腳，設置主控制器PWM控制電路的開關頻率；所述TEC限壓限流控制單元的輸出連接MAX1978主控制器的第41引腳，設置主控制器單元的最大輸出電壓電流；所述PID補償網絡參數配置單元包括C1電容、C2電容、C3電容、R1電阻、R2電阻、R3電阻；主控制器第17引腳輸入到R1和C1公共端，C1電容串聯R1電阻后與R2電阻并聯連接主控制器的第15引腳，R3電阻串聯C2電容后與C3電容并聯后連接輸出至主控制器14引腳，控制信號經PID運算后控制信號被送入主控制器單元的PWM控制電路；所述MAX1978主控制器的場效應管FET驅動電路輸出端，第1引腳和第48引腳連接非制冷紅外焦平面的TEC，對焦...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周海艦，楊逸柳，梁錫寧，
申請(專利權)人：中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所，
類型：發明
國別省市：河南;41