基于A(yíng)DN8830的非制冷紅外焦平面溫度控制電路設計

摘要：這里利用AD公司的熱電制冷控制器ADN8830設計出高性能、高穩定性的TEC控制電路。該電路通過(guò)簡(jiǎn)單的電容、電阻構成的外部PID(比例積分微分)補償網(wǎng)絡(luò )，能夠使探測器溫度在10 S內穩定在最佳工作點(diǎn)，溫度控制精度可達0．01℃。實(shí)驗結果表明該方案具有效率高、功耗低、體積小等優(yōu)點(diǎn)，是一種較好的溫控設計方案。
關(guān)鍵詞：ADN8830；溫度控制；TEC；PID；非制冷紅外焦平面陣列

紅外技術(shù)作為一種發(fā)現、探測和識別目標的重要手段在軍民兩用技術(shù)中有著(zhù)廣泛的應用，非制冷紅外焦平面陣列技術(shù)的發(fā)展極大地提高了系統的性能。非制冷紅外熱像儀采用的是不需要制冷的熱探測器焦平面陣列，利用紅外輻射使焦平面上敏感像元的溫度改變，從而使電阻隨之改變，來(lái)探測目標的溫度特性。所以，只有盡可能地保證焦平面陣列中各敏感像元自身基準溫度穩定且一致，才能夠提高熱像儀的探測靈敏度，減小系統后期非均勻性校正的難度，最終從根本上提高熱像儀的探測靈敏度，改善熱像儀的成像性能。目前，在實(shí)際的非制冷紅外焦平面陣列探測器中采用半導體熱電制冷器(TEC)來(lái)穩定基準溫度。在此著(zhù)重介紹一種基于ADN8830的高性能TEC溫度控制電路及其PID補償網(wǎng)絡(luò )的調節方法。

1 溫度控制電路設計
TEC(Thermo Electric Cooler)是用兩種不同半導體材料(P型和N型)組成PN結，當PN結中有直流電通過(guò)時(shí)，由于兩種材料中的電子和空穴在跨越PN結移動(dòng)過(guò)程中的吸熱或放熱效應(帕爾帖效應)，就會(huì )使PN結表現出制冷或制熱效果，改變電流方向即可實(shí)現TEC的制冷或制熱，調節電流大小即可控制制熱制冷量輸出。
利用TEC穩定目標溫度的方法如圖1所示。

圖1中第一部分是溫度傳感器。這個(gè)傳感器是用來(lái)測量安放在TEC端的目標物體的溫度。期望的目標物體溫度是用一個(gè)設定點(diǎn)電壓來(lái)表示，與溫度傳感器產(chǎn)生的代表實(shí)際目標物體溫度的電壓通過(guò)高精度運算放大器進(jìn)行比較，然后產(chǎn)生誤差電壓。這個(gè)電壓通過(guò)高增益的放大器放大，同時(shí)也對因為目標物體的冷熱端引起的相位延遲進(jìn)行補償，然后再驅動(dòng)H橋輸出，H橋同時(shí)控制TEC電流的方向和大小。當目標物體的溫度低于設定點(diǎn)溫度時(shí)，H橋朝TEC致熱的方向按一定的幅值驅動(dòng)電流；當目標物體的溫度高于設定點(diǎn)溫度時(shí)，H橋會(huì )減少TEC的電流甚至反轉TEC的電流方向來(lái)降低目標物體溫度。當控制環(huán)路達到平衡時(shí)，TEC的電流方向和幅值就調整好了，目標物體溫度也等于設定的溫度。