基于ADN8830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(wěn)定性的TEC控制電路。該電路通過簡單的電容、電阻構(gòu)成的外部PID(比例積分微分)補償網(wǎng)絡，能夠使探測器溫度在10 S內(nèi)穩(wěn)定在最佳工作點，溫度控制精度可達0．01℃。實驗結(jié)果表明該方案具有效率高、功耗低、體積小等優(yōu)點，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(xiàn)、探測和識別目標的重要手段在軍民兩用技術(shù)中有著廣泛的應用，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(tǒng)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(wěn)定且一致，才能夠提高熱像儀的探測靈敏度，減小系統(tǒng)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)來穩(wěn)定基準溫度。在此著重介紹一種基于ADN8830的高性能TEC溫度控制電路及其PID補償網(wǎng)絡的調(diào)節(jié)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(jié)，當PN結(jié)中有直流電通過時，由于兩種材料中的電子和空穴在跨越PN結(jié)移動過程中的吸熱或放熱效應(帕爾帖效應)，就會使PN結(jié)表現(xiàn)出制冷或制熱效果，改變電流方向即可實現(xiàn)TEC的制冷或制熱，調(diào)節(jié)電流大小即可控制制熱制冷量輸出。
利用TEC穩(wěn)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。這個傳感器是用來測量安放在TEC端的目標物體的溫度。期望的目標物體溫度是用一個設定點電壓來表示，與溫度傳感器產(chǎn)生的代表實際目標物體溫度的電壓通過高精度運算放大器進行比較，然后產(chǎn)生誤差電壓。這個電壓通過高增益的放大器放大，同時也對因為目標物體的冷熱端引起的相位延遲進行補償，然后再驅(qū)動H橋輸出，H橋同時控制TEC電流的方向和大小。當目標物體的溫度低于設定點溫度時，H橋朝TEC致熱的方向按一定的幅值驅(qū)動電流；當目標物體的溫度高于設定點溫度時，H橋會減少TEC的電流甚至反轉(zhuǎn)TEC的電流方向來降低目標物體溫度。當控制環(huán)路達到平衡時，TEC的電流方向和幅值就調(diào)整好了，目標物體溫度也等于設定的溫度。