大功率LED有源溫控系統的開(kāi)發(fā)
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半導體制冷器的基本致冷單元，是把P型半導體和N型半導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)結點(diǎn)時(shí)，必然與周?chē)h(huán)境進(jìn)行能量交換，能級的改變是現象的本質(zhì)。N型半導體有多余的電子，具有負溫差電勢，P型半導體多數載流子子是空穴，電子不足，具有正溫差電勢，當電子從P型半導體穿過(guò)結點(diǎn)到N型半導體時(shí)，其能量必然增加，而且增加的能量相當于結點(diǎn)所消耗的能量，結點(diǎn)溫度降低。相反，當電子從N型半導體流至P型半導體時(shí)，結點(diǎn)的溫度就升高。由于單個(gè)電偶產(chǎn)生的熱效應較小，所以實(shí)際應用的半導體制冷器，是將多個(gè)這樣的電偶對一起串聯(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)現對LED溫度的控制。由于對于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 溫度測量方法
控制溫度需要溫度檢測裝置，這里采用熱敏電阻元件作為溫度的傳感器，通過(guò)測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，到溫度執行機構，再到溫度的檢測作為反饋就構成了溫度的閉環(huán)自動(dòng)控制系統。
溫度信號首先要變成比較容易處理的電信號，這里采用溫度傳感器將溫度信號轉變?yōu)殡娦盘?。常?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、小溫差的測量，遠距離多點(diǎn)測量與控制，溫度的補償和電路的自動(dòng)調節等。測溫范圍為-50～+450℃。與其他溫度傳感器相比，熱敏電阻溫度系數大、靈敏度高、響應迅速、測量線(xiàn)路簡(jiǎn)單，體積小、壽命長(cháng)、價(jià)格便宜，由于本身電阻值很大，因此可以不考慮引線(xiàn)長(cháng)度帶來(lái)的誤差，適于遠距離的測量和控制。
熱敏電阻的溫度系數有正有負，大概可分為NTC，PTC和CTR。NTC是一種具有負溫度系數的熱敏電阻，PTC是正溫度系數熱敏電阻，CTR是臨界溫度熱敏電阻。NTC主要用于溫度測量和補償。本課題采用的是NTC型熱敏電阻。它的主要參數指標有標稱(chēng)電阻值Rt、額定功率、電阻溫度系數α、測量功率、時(shí)間常數、耗散系數、穩壓范圍等。
一般而言，溫度的測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。采用單電橋的測溫電路如圖2所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/168216.htm
圖中RX為熱敏電阻；UR為參考基準電壓，要求參考電壓輸出必須精確穩定，一旦紋波過(guò)大，則會(huì )影響電橋的測量精度。橋臂上其余電阻也采用高精度的精密電阻，以保證精確測量的需要。根據電路以及運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(xiàn)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作為計算機信號代表LED的溫度信號變化范圍為-20～+200℃。因此通過(guò)熱敏電阻將溫度信號反饋到320單片機的A／D，再通過(guò)單片機控制TEC的電流就可以形成LED的溫度反饋控制。
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