热电制冷器（TEC）的结构优化

由于热电制冷器（TEC）的性能受几何结构的影响很显著,一个有固定底面积的特定TEC的几何参数有多个,所有参数会耦合影响TEC的性能,因此,必须研究多参数的组合影响。为了设计最佳的TEC结构,结合热和电传导说明TEC中所有物理机制,在固定电流和固定温差下对三个参数同时进行优化。

基于粒子群算法的红外探测制冷系统

在红外探测制冷系统中,为了提高控制参数的准确性,采用粒子群优化算法,对传统Z-N算法得到的参数进行优化。优化过程包括适应度函数选择、参数编码以及参数提取。根据粒子群算法提取的PID控制参数,通过TEC制冷控制测试台控制红外光子探头工作。结果表明,优化后的算法能准确地控制红外探头工作在设定的温度,减少了系统的零点漂移,提高了制冷系统的稳定性。

一种具有衬底温度补偿功能的非制冷红外读出电路

针对非制冷红外探测器系统,设计了一种无需衬底温度稳定器——热电制冷器(TEC)的读出电路(ROIC)结构.首先分析了衬底温度对微测辐射热计的特性的影响,利用ROIC对衬底温度变化引起的微测辐射热计的特性的变化进行补偿,实现ROIC的输出信号与衬底无关.该ROIC已在0.5μm CMOS工艺下成功流片,并应用了到阵列大小为320×240的非制冷微测辐射热计焦平面上.测试结果表明:在衬底温度变化20 K时,ROIC输出信号仅变化2 mV,实现了去除TEC后衬底温度补偿的功能,有效地降低了系统功耗.该ROIC在低功耗,小体积的非制冷红外探测器上有着广泛的应用.

基于APD半导体制冷供能电路设计

雪崩光电二极管(APD)作为高灵敏光探测器件,为降低暗电流噪声需要半导体热电制冷器来降低其工作环境温度。用于制冷器的能源供应以及恒温控制的开关电源是该制冷系统重要的支持性配置,从半导体热电制冷控制需要电源功率输出较大、稳定性较好和受外界影响较少的要求出发,在开关电源的功率转换电路和脉宽调制(PWM)控制电路部分做了相应的改进。选择半桥式功率转换电路,以及利用控制芯片的功能实现脉宽调制电路,并根据探测和控制的反馈信号进行功率调整,实验结果证明这些方法对本设计电源是可行的。

半导体制冷-相变材料保温的电池组热管理

为提高户外基站备用电池组的工作性能、延长使用寿命,需要进行冷却和保温。将半导体制冷(TEC)与相变材料(PCM)保温相结合,对基站用48 V铅酸电池组进行热管理。模拟分析TEC的布置、制冷功率和环境温度对冷却保温效果的影响。TEC设置在电池组前后两侧、制冷功率为170 W时,可降低电池的温度、提高冷却阶段电池组温度场的一致性、延长保温时间。电池组经过连续的冷却保温过程,仍处于最佳工作温度范围,电池充放电时的最高温度可得到抑制。

基于半导体制冷-相变材料的电池热管理

相变材料用于锂离子电池冷却时,可能会受环境温度的影响;半导体制冷片用于电池冷却时,通常要对发热端进行液冷,结构较复杂。为解决上述问题并实现优势互补,提出一种半导体制冷片结合相变材料的锂离子电池热管理思路。建立三维传热模型,进行仿真计算。在散热工况下,环境温度分别为25℃、35℃和45℃时,5 C恒流放电的方形(70 mm×27 mm×90 mm)磷酸铁锂锂离子电池的最高温度始终都在60℃以下;在加热工况下,环境温度为-10℃、-20℃时,使本身不产热的电池的最低温度达到0℃,分别需加热223 s、479 s。该热管理结构既可满足电池在不同环境温度下的散热需求,也可实现低温下较好的加热效果。

基于PIC18F45J10的TEC半导体工业空调控制系统

本文首先介绍了TEC半导体工业空调控制系统的结构和优点,设计了基于PIC18F45J10的双极性控制器构成的TEC半导体工业空调,阐述了其功能和特点。接着研究TEC半导体工业空调控制系统的工作原理,设计输入主电路,输出负载控制电路等。实验结果表明低成本,高效率的TEC半导体工业空调控制系统的可行性。

基于ADN8830的非制冷红外焦平面温度控制系统

在光电领域中,有许多光器件对温度稳定性的要求很高。非制冷红外焦平面作为不需制冷的红外探测器有很好的应用前景。为了保证焦平面上各敏感元的温度稳定性,设计了一个高性能、高精度的温度控制系统。介绍了采用赛贝克效应工作的热电制冷器(TEC)的工作原理,详细讨论了基于ADN8830的温度控制电路的设计。通过实验对所设计的温控系统进行了测试,测试结果表明,所设计的温控系统完全符合焦平面上各敏感元对温度稳定性的要求。

基于TEC的高精度温控系统设计

设计一种基于热电制冷器(TEC)为温控元件的高精度温控系统。以高集成化MCU E523.05为核心控制器,以Pt1000为感温元件,通过数字PID控制算法进行温度闭环控制。经测试,该系统具有温度控制精度高、升、降温速度快、误差小、可靠性高的特点,在0~80℃温度范围内,温度采集精度可达0.03℃以内,控制精度可达0.1℃以内。

基于热电制冷的动力电池模组散热性能研究

本文研究了基于热电制冷(TEC)的电动汽车电池模组散热性能。圆柱电池模组按3×5阵列排布,两侧对称布置热电制冷系统,采用理论分析建立了电池模组的一维热阻网络,以评估热性能。通过改变TEC电流、电池单体温度、冷热端热阻、TEC布置方式来研究TEC的最大制冷功率Qtot,制冷效能COP(coefficient of performance)和最佳工作电流。结果表明TEC的冷端温度随着TEC电流的增大呈先减小后增大趋势,而热端温度则随着TEC输入电流的增大而逐渐增大。制冷功率随TEC电流增大呈先增大后减小趋势,而TEC的COP值随着电流的增大而逐渐减小,电池温度在30~50℃下制冷效率在0.45~0.60之间。最大制冷功率对应的最佳工作电流在5.5~6.25 A之间。冷、热端热阻影响TEC的制冷功率和最佳制冷电流。其中,最大制冷功率对应的最佳TEC电流受热端热阻的影响较大,受冷端热阻的影响较小。

基于树莓派的太阳能车内滞留主动安全防护系统设计

汽车内温度过高造成的车内滞留人员死亡事故时有发生。为了降低车内滞留人员事故发生率,设计了一种车内滞留主动安全防护系统。首先利用人脸识别摄像头、温度传感器和AI语音模块对车内滞留人员和车内温度进行识别和测量,其次利用TEC制冷器、风机、GSM通信模块实现汽车降温、散热,拨打求救电话,发送求救短信,帮助被困人员脱离险情。同时为满足长时间工作需求,利用柔性太阳能板和蓄电池组合供电使得产品能够长时间可靠工作。实物测试证实了装置的有效性。

一种用于半导体泵浦激光器的TEC温度控制系统

为了减小温度变化对半导体泵浦激光器应用质量的影响,设计了一种基于热电制冷器(Thermo-Electric Cooler,TEC)的温度控制系统。系统以STM32为核心控制器,通过温度采样与控制模块确定泵浦模块目标温度与实际温度之间的温差,结合TEC电源模块和主电路模块,并利用PID算法为TEC提供合适的驱动电流使其加热或制冷,以热传递的方式改变泵浦模块的温度,通过闭环控制保证泵浦模块温度的稳定。实验结果表明,温控系统控温精度不超过±1℃,具有良好的稳定性,在工业智能领域中具有一定的应用价值。

基于有源天线单元的3种散热方法分析

有源天线单元(AAU)是5G技术的关键设备。它通过Massive MIMO技术,实现了多输入多输出,使得AAU的功耗增加至RRU(射频拉远单元)的3倍,但为了满足射频需求,AAU的散热面积减少为一面。功耗增加,散热面积减小,使得AAU的散热面临极大的挑战。文章参照华为AAU5619,通过COMSOL仿真分析了基于TEC制冷、均温版及热管的单点热源散热,研究表明在单点热源散热中,TEC、热管和VC板都能有效地冷却芯片,使得PCB板的表面温度更均匀,3个芯片的平均温度分别下降了8.209℃、8.066℃和11.612℃,其中VC板的降温效果最佳。

激光器温度控制电路软启动算法研究

为满足激光甲烷传感器在煤矿、天然气等工矿环境应用中6km的传输距离和测量精度,首先设计了一种基于激光吸收峰和工作温度的高精度双闭环负反馈温度控制系统,基于集成的TEC温控芯片开展PI补偿网络设计和系统稳定性、响应特性仿真分析,系统控制误差达减小到约±1.37‰,减小温控系统对激光甲烷传感器测量值的影响;提出了基于逐步迭代逼近的温控软启动算法,整机启动瞬态大电流由0.5A@12VDC减小到0.12A@12VDC,最远传输距离达到6km以上;为激光甲烷传感器在煤矿、天然气等工矿领域的全面推广应用提供了技术支撑。

二极管激光器驱动电源的研制

为满足DPL(二极管泵浦固体激光器)表演系统中驱动电源系统的要求,设计了可连续或准连续工作的激光二极管驱动电源,采用TEC(半导体制冷器)作为二极管和倍频晶体的温度调节。二极管驱动电流达3A,当脉冲调制时,输出自动高于连续输出的30%。TEC温度控制精度达0.1℃。电源还具有过流、过热保护,防静电和浪涌等功能。

温度控制与温度补偿双模式的APD驱动电路设计

在车载激光雷达系统中,雪崩光电二级管(APD)检测微弱光信号时,其增益和灵敏度受温度偏移影响,导致输出信号失真,进而影响系统测距精度、实时性与稳定性。设计了这一种带有温度控制与温度补偿功能的APD驱动电路。温度控制模块由TEC制冷器、TMP117温度传感器等器件组成。温度补偿模块采用DS1841芯片。此设计以温控为主,温补为辅。由于TEC具有热惯性,温控模式不能立刻使温度达到设定的目标值,此时温补模式将被触发,自动补偿合适的APD偏压,达到温补目的。实验测试表明,温控模式的控制精度为±0.3℃,温补模式的偏压相对误差小于0.5%,系统的测量精度与稳定性显著提高。

高稳定度恒温控制器模块的设计与应用

研制一种高稳定度恒温控制器模块,采用表面贴装技术,模块体积小,预置温度的调节可通过远程控制实现,该系统采用TEC双向电流制冷(制热),温度传感器有多种选择,运用PID控制原理获得满意效果。

基于Bang-Bang和PID复合控制的红外探测器温控系统设计

红外探测器作为星载偏振探测载荷的核心部件,用于实现短波红外波段辐射偏振信息的光电转换。为保证应用性能,需要对探测器进行精密温控,保证其工作在较低且稳定的温度以降低探测器热噪声和暗电流。本文介绍了一种红外探测器温控系统,采用FPGA控制完成温度信号的采集并输出控制信号,数模转换器控制三极管驱动电流完成半导体制冷器的驱动,采用Bang-Bang和PID复合控制算法完成探测器的精密温控,测试结果表明,温控精度优于±0.1℃,温度稳定时间小于6 min,可将探测器在较短的时间内控制在目标温度范围内,为实现短波红外波段的高精度偏振信息测量提供保障。

一种灵活多速率直调激光器驱动电路设计

设计一种灵活多速率直调激光器驱动电路方案,该方案采用精确温度控制、宽带数字信号直接驱动及高稳定波长输出蝶形激光器相结合的方式,可实现直调方式下激光器驱动信号的长距离传输。测试结果表明:电路方案设计灵活,光性能参数优异,可实现50 Mb/s～2.7 Gb/s,最大调制电流为80 mA,距离为175 km的信号传输。

一种引入滤波的PID控制算法在温控系统的应用

为了使得温控系统响应更加稳定,在PID控制算法中引入了三阶离散滤波器对输入信号进行滤波,去除了抖动噪声,输出更为平稳的响应结果;此外,设计了一种基于STM32微控制器为控制核心的温度调控系统,由铂电阻Pt1000和MAX31865构成温度采集模块,由半导体制冷器TEC和H桥逻辑器构成温度调节模块,上位机软件与下位机系统使用USB串口通信,将接收的实时的温度数据进行引入滤波的PID调节,将调节输出值发送给下位机软件实现一次闭环的温度调节控制。实验结果表明,引入滤波器的PID控温度制方法要优于结合Bang-Bang的PID、引入微分先行PID、步进式PID、变积分PID,提高了抗干扰的能力,在工程温度控制方面具有一定的实用价值和应用价值。