一种半导体温控箱的控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种半导体温控箱，包括电源电路、单片机控制器、半导体制冷片及其控制电路；其中电源电路为直接对半导制冷片供电电源和为硬件电路系统供电的转换电路；所述单片机控制器为系统控制核心，根据设定功能输出对制冷片的控制信号；控制电路接收单片机控制信号，输出对半导体制冷片工作模式和功率控制的驱动信号；本发明专利技术的半导体温控箱，利用单片机设计控制程序，通过控制电路简单、灵活地进行半导体制冷片工作模式转换和功率调节控制，能够现实高精度、加热/制冷双重模式的恒温控制效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体制冷
，特别涉及一种半导体温控箱的控制方法。
技术介绍
半导体制冷技术具有使用周期长、体积小、无污染、无噪音、可靠性高、易于高精度恒温控制及热惯性小等优点，是一种环保型的新兴制冷方法。市场上已有半导体制冷的产品，但多见于半导体冰箱，功能单一；半导体温控箱是通过控制制冷片的工作模式，实现加热和制冷两种应用功能。基于半导体制冷技术的温控箱产品，主要应用技术为半导体制冷片的驱动控制；其中加热与制冷工作模式的转换需要改变制冷片工作电源的极性，制冷量的调节需要对制冷片的工作功率进行控制，要求设计能够灵活转换工作电源极性和调节功率的控制电路；同时由于半导体制冷片的功率高，工作电流大，系统电路易产热，给产品设计带来了困难，应用电路需要安全、可靠地工作。常用的控制电路有基于MOS管、晶体管、固态继电器等的H桥控制电路，但由于受到电源极性、电流大小、开关频率等因素的限制，依然存在着驱动电路复杂、控制信号时序要求高、工作频率低、易发热等问题，从而使得温控箱产品成本高、控制不够灵活、控制精度低。根据半导体制冷片的工作特性，对工作功率的灵活控制可以实现温控箱制冷量的平滑连续调节，以达到恒温控制功能；目前的温控箱产品主要为分档控制，没有设计可调的恒温控制功能；控制制冷片的工作功率主要有工作电流控制和开关频率控制两种方式，在较大的工作电流下，对控制电路设计带来一定的困难，开关频率控制需要考虑元器件的开关损坏，以降低系统能耗，提高实际应用能力。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述问题的不足，提供了一种半导体温控箱的控制系统，包括电源电路、单片机控制器、半导体制冷片及其控制电路，本专利技术能够灵活控制半导体制冷片的工作模式和功率，使得半导体温控箱具有加热/制冷双重工作模式和恒温控制功能；并且能够降低温控箱硬件系统复杂性，使制冷片的控制操作简单、可靠，节约设计成本，提高实际应用能力。本专利技术采用的技术方案是：一种半导体温控箱的控制系统，包括电源电路、单片机、半导体制冷片及其控制电路。利用开关电源对半导体制冷片供电和转换电路电源对系统硬件电路供电，以单片机为控制器，根据设定功能输出控制信号，控制电路接收信号，对半导体制冷片工作电源的极性和开关进行控制，实现对半导体制冷片工作模式转换和功率调节的控制。所述的电源电路，以12V开关电源为系统供电装置对半导体制冷片进行供电，配置了220V的交流输入端口，同时设计5V电源转换电路，利用稳压器LM7805经滤波和稳压获得稳定的5V直流电源，为单片机和系统硬件电路供电。其中12V电源为半导体制冷片、照明灯、扰流风扇等设备进行供电，5V电源为硬件系统中单片机控制器、控制电路、指示灯等进行供电。本专利技术以单片机为控制器，单片机根据设定的温控箱工作模式和控制温度，输出对半导体制冷片的控制信号，其中控制信号为工作模式转换的高低电平信号和功率调节的开关频率控制信号。单片机输出的I/O控制信号，经过转换后，对半导体制冷片的工作模式及功率进行控制。所述的控制电路包括控制信号的转换电路和半导体器件的驱动电路，其中控制信号转换电路是将单片机输出信号转换为驱动电路所需的信号，驱动电路则实现对半导体制冷片的功能控制。所述控制信号的转换电路的输入是单片机的I/O口控制信号，转换电路利用光耦进行信号的隔离，光耦隔离的输出端接三极管，通过配置基极和集电极电阻，输出为驱动电路所需幅值的电压信号；所述驱动电路的输入是信号转换电路的输出电压信号，通过控制双组继电器的开闭对半导体制冷片的工作电源的极性进行转换，实现加热/制冷模式的转换；双组继电器的开闭同时也能用于控制温控箱的启停状态；利用MOS管作为半导体制冷片的开关器件，在制冷片供电电路低端进行开关控制，根据输入的控制电压信号频率，实现对半导体制冷片工作功率的调节。温控箱对多个半导体制冷片对应设计了相同组数驱动电路，分别对多个TEC制冷片的工作模式和功率进行控制；多组控制接收一组信号转换电路的控制信号，同步控制多个制冷片，具有相同的工作模式和功率。所述控制电路中的驱动电路可以根据实际半导体制冷片的数量和功率改变使用的组数，信号转换电路只需设计一组，通过接收单片机控制信号，同步作用于多组驱动电路，并经多组驱动电路实现多个半导体制冷片的控制。在温控箱两侧安装两个TEC127-12半导体制冷片，制冷片接继电器和MOS管组成的驱动电路接口，根据单片机输出的控制信号，经信号转换电路和驱动电路，实现TEC半导体片工作模式和功率的控制。根据半导体制冷片工作特性，加热和制冷模式不宜频繁切换，设计自动模式转换的功能，通过单片机对转换时间间隔的计时，输出控制制冷片工作电源极性的信号，以保障温控箱制冷设备安全、可靠地工作。温控箱的储藏室根据半导体制冷片的工作模式，可用于加热和制冷的使用环境，同时通过对工作功率的调节，使得储藏室控制温度均匀稳定，提高了温控箱的实际应用能力。利用单片机输出信号，同时控制多个半导体制冷片的工作模式，即多个制冷片具有相同的工作模式，且通过对转换时间间隔的计时，自动进行模式转换。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：1、本专利技术能够灵活控制半导体制冷片的工作模式和功率，使得半导体温控箱具有加热/制冷双重工作模式和恒温控制功能；2、本专利技术能够降低温控箱硬件系统复杂性，使制冷片的控制操作简单、可靠，节约设计成本，提高实际应用能力；3、本专利技术可用于加热和制冷的使用环境，同时通过对工作功率的调节，使得储藏室控制温度均匀稳定；4、本专利技术设计自动模式转换的功能，通过单片机对转换时间间隔的计时，输出控制制冷片工作电源极性的信号，以保障温控箱制冷设备安全、可靠地工作。附图说明图1为半导体温控箱的控制系统结构示意图；图2为半导体温控箱控制系统的一个实施例的结构示意图；图3为半导体温控箱控制系统的控制流程实例示意图；图4为半导体TEC制冷片工作模式和制冷量的控制关系示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术所提供的半导体温控箱的具体实施方式，进行详细的说明，对控制过程的说明以制冷模式为例，但本专利技术不限于制冷，同时可应用于加热模式。图1是半导体温控箱的控制系统结构图，在图中分别给出本专利技术所述的供电电源、单片机控制器、半导体制冷片及其控制电路。其中供电电源是系统能量供应的部件，是实现基本功能的基础；单片机是控制核心，主要根据设定功能，实时输出对半导体制冷片控制信息；控制电路是根据半导体制冷片的工作特性，在控制信号的作用下，对制冷片的工作模式和功率进行驱动控制；半导体制冷片是温控箱系统的核心控制部件，是基于半导体制冷技术的温控箱功能设计的关键。根据以上说明及图示，供电电源分别为单片机、控制电路和半导体制冷片进行供电，单片机输出控制信号，经控制电路的作用对两个半导体制冷片进行控制。通过温控箱控制系统的作用，储藏室具有加热和制冷两种工作状态，充分利用了半导体制冷技术的功能优势，提高了温控箱的应用范围。图2是半导体温控箱的一个实例示意图，其中开关电源是根据TEC制冷片的工作原理及参数，选择了12V的开关电源作为系统整体的供电装置，同时由于单片机控制器、控制电路等需要5V电压的工作电源，利用LM7805设计了5V的电源转换电路，只需要滤波电容和稳压器的作用便可获得稳定的5V电源。电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体温控箱的控制系统，包括电源电路、单片机、半导体制冷片及控制电路，其特征在于：利用开关电源对半导体制冷片供电和转换电路电源对系统硬件电路供电，以单片机为控制器，根据设定功能输出控制信号，控制电路接收信号，对半导体制冷片工作电源的极性和开关进行控制，实现对半导体制冷片工作模式转换和功率调节的控制。

【技术特征摘要】
1.一种半导体温控箱的控制系统，包括电源电路、单片机、半导体制冷片及控制电路，其特征在于：利用开关电源对半导体制冷片供电和转换电路电源对系统硬件电路供电，以单片机为控制器，根据设定功能输出控制信号，控制电路接收信号，对半导体制冷片工作电源的极性和开关进行控制，实现对半导体制冷片工作模式转换和功率调节的控制。2.根据权利要求1所述的一种半导体温控箱的控制系统，其特征在于：所述的电源电路，以12V开关电源为系统供电装置对半导体制冷片进行供电，并利用稳压器LM7805经滤波和稳压获得稳定的5V电源转换电路，为单片机和系统硬件电路供电。3.根据权利要求1所述的一种半导体温控箱的控制系统，其特征在于：所述的单片机根据设定的温控箱工作模式和控制温度，输出对半导体制冷片的控制信号，其中控制信号为工作模式转换的高低电平信号和功率调节的开关频率控制信号。4.根据权利要求1所述的一种半导体温控箱的控制系统，其特征在于：所述的控制电路包括控制信号的转换电路和半导体器件的驱动电路，其中控制信号转换电路是将单片机输出信号转换为驱动电路所需的信号，驱动电路则实现对半导体制冷片的功能控制。5.根据权利要求4所述的一种半导体温控箱的控制系统，其特征在于：所述控制信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：安攀峰，张传杰，石征锦，马晓爽，时艺，
申请(专利权)人：沈阳理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21