大功率LED有源溫控系統(tǒng)的開發(fā)
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半導(dǎo)體制冷器的基本致冷單元，是把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體用金屬連接片焊接起來組成的電偶，如圖1(a)所示。載流子通過結(jié)點時，必然與周圍環(huán)境進行能量交換，能級的改變是現(xiàn)象的本質(zhì)。N型半導(dǎo)體有多余的電子，具有負溫差電勢，P型半導(dǎo)體多數(shù)載流子子是空穴，電子不足，具有正溫差電勢，當(dāng)電子從P型半導(dǎo)體穿過結(jié)點到N型半導(dǎo)體時，其能量必然增加，而且增加的能量相當(dāng)于結(jié)點所消耗的能量，結(jié)點溫度降低。相反，當(dāng)電子從N型半導(dǎo)體流至P型半導(dǎo)體時，結(jié)點的溫度就升高。由于單個電偶產(chǎn)生的熱效應(yīng)較小，所以實際應(yīng)用的半導(dǎo)體制冷器，是將多個這樣的電偶對一起串聯(lián)使用，如圖1(b)所示，這樣才能夠同時吸收或者釋放更多的熱量。通過改變TEC兩端的電流流向就能夠控制熱量吸收和釋放，同時控制電流的大小，就能控制TEC發(fā)熱或者制冷的功率，從而實現(xiàn)對LED溫度的控制。由于對于LED來說主要是控制其溫度不能超過其允許范圍，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，通過測量其電阻值的大小來判斷溫度的大小。這樣希望溫度控制在某個值就有了溫度的給定，到溫度執(zhí)行機構(gòu)，再到溫度的檢測作為反饋就構(gòu)成了溫度的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。
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(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴３Ｒ姷臏囟葌鞲衅饔袩犭娕?、熱敏電阻、RTD和集成溫度傳感器。熱敏電阻主要用于點溫度、小溫差的測量，遠距離多點測量與控制，溫度的補償和電路的自動調(diào)節(jié)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(shù)大、靈敏度高、響應(yīng)迅速、測量線路簡單，體積小、壽命長、價格便宜，由于本身電阻值很大，因此可以不考慮引線長度帶來的誤差，適于遠距離的測量和控制。
熱敏電阻的溫度系數(shù)有正有負，大概可分為NTC，PTC和CTR。NTC是一種具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻，PTC是正溫度系數(shù)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(shù)指標(biāo)有標(biāo)稱電阻值Rt、額定功率、電阻溫度系數(shù)α、測量功率、時間常數(shù)、耗散系數(shù)、穩(wěn)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://www.ex-cimer.com/article/168216.htm
圖中RX為熱敏電阻；UR為參考基準(zhǔn)電壓，要求參考電壓輸出必須精確穩(wěn)定，一旦紋波過大，則會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(jù)電路以及運算放大器的原理可以得到UO與UR的關(guān)系式：
通過電路仿真得到UO與RX的關(guān)系曲線如圖3所示。圖中UR選取5 V，經(jīng)過合理配置R1=1 kΩ，R2=R3，當(dāng)RX大約在0．33～3 kΩ之間變化時，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℃。因此通過熱敏電阻將溫度信號反饋到320單片機的A／D，再通過單片機控制TEC的電流就可以形成LED的溫度反饋控制。
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