基于ADN8830的非制冷紅外焦平面溫度控制電路設(shè)計(jì)
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在該設(shè)計(jì)中，對(duì)于TEC的控制選用ADI公司的TEC控制器ADN8830。ADN8830是目前最優(yōu)秀的單芯片高集成度、高輸出效率、高性能的TEC功率驅(qū)動(dòng)模塊之一，用于設(shè)定和穩(wěn)定TEC的溫度，在典型應(yīng)用中，最大溫漂電壓低于250 mV，能夠使目標(biāo)溫度誤差低于±0．01℃。每個(gè)加載在ADN8830輸入端的電壓對(duì)應(yīng)一個(gè)目標(biāo)溫度設(shè)定點(diǎn)。適當(dāng)?shù)碾娏魍ㄟ^TEC將驅(qū)動(dòng)TEC對(duì)紅外焦平面供熱或制冷。紅外焦平面的溫度由負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻來測(cè)量并反饋給ADN8830，用于調(diào)整系統(tǒng)回路和驅(qū)動(dòng)TEC工作。
這里所設(shè)計(jì)的用ADN8830實(shí)現(xiàn)非制冷紅外焦平面溫度控制電路如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/163205.htm
圖2中的電阻RTH即是非制冷紅外焦平面組件中自帶的熱敏電阻。電阻R4阻值的選擇與熱敏電阻RTH。的溫度特性和環(huán)境溫度有關(guān)。熱敏電阻RTH的阻值并不是隨著溫度的升高而線性下降的，電阻R4的阻值應(yīng)該按式(1)計(jì)算：
式中RT1和RT3分別表示熱敏電阻在工作溫度的兩個(gè)上、下極限時(shí)的阻值，RT2為熱敏電阻在平均溫度下的阻值。在實(shí)際應(yīng)用中，可取工作溫度的兩個(gè)極限分別為5℃、45℃，則平均溫度為25℃。通過查閱熱敏電阻溫度曲線可以得到RT1=10．735kΩ，RT2=4．700kΩ，RT3=2．250 kΩ，從而計(jì)算出電阻R4的值為3．304kΩ，取R4=3．300kΩ。
ADN8830溫控電路的控制原理是通過采樣熱敏電阻上的電壓與非制冷紅外焦平面正常工作所設(shè)定的溫度相比較，從而調(diào)整致冷器中流過的電流的方向和大小來控制溫度的。ADN8830的管腳4(TEMPSET)的設(shè)定電壓值應(yīng)該按式(2)計(jì)算：
設(shè)定溫度=25℃時(shí)，熱敏電阻RTH=4．7 kΩ，參考電壓VREF由芯片內(nèi)部提供，為2．47V，則VSET為1．45V。
2 PID網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)及參數(shù)設(shè)定
PID(Proportion Integrator Differentiator)積分微分比例調(diào)節(jié)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)是TEC溫度控制最關(guān)鍵的部分，是影響到TEC控制器的響應(yīng)速度和溫度穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵因素。用PID控制技術(shù)作為核心，以減少靜態(tài)誤差、提高控制精度。PID相當(dāng)于放大倍數(shù)可調(diào)的放大器，用比例運(yùn)算和積分運(yùn)算來提高調(diào)節(jié)精度，用微分運(yùn)算加速過渡過程，較好地解決了調(diào)節(jié)速度與精度的矛盾。PID的數(shù)學(xué)模型可用式(3)表示：
式中：KP為比例系數(shù)；T1為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)。
ADN8830 TEC控制器采用外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，僅需要幾個(gè)電阻和電容，如圖3所示。不同的應(yīng)用設(shè)計(jì)者可以根據(jù)自己的熱負(fù)載特性來調(diào)整補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到最佳的溫度設(shè)定時(shí)間和穩(wěn)定性容限，但補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換周期對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較大。為了確保溫度控制的穩(wěn)定性，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換周期必須小于TEC和溫度傳感器的熱時(shí)間常數(shù)。但是TEC和溫度傳感器的熱時(shí)間常數(shù)是一個(gè)難以描述的因素，無(wú)法通過計(jì)算方式來設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。針對(duì)圖3的PID網(wǎng)絡(luò)通?？梢酝ㄟ^以下調(diào)試步驟來優(yōu)化參數(shù)：
(1)將電容C9短路、C11開路，僅只留下電阻R6和R5構(gòu)成一簡(jiǎn)單的補(bǔ)償比例網(wǎng)絡(luò)；
(2)增加電阻R6和R5的比例，從而增加增益直至TEC兩端的電壓開始出現(xiàn)振蕩，然后將R6和R5的比例縮小至原來的1／2；
(3)將電容C9串接到補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，并減小該電容的值直至TEC兩端的電壓開始出現(xiàn)振蕩，然后將電容C9的值增加1倍，電容C9的初始值基于式(4)使單位增益為0．1 Hz；
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