一种基于电制冷技术的热循环温控系统技术方案

一种基于热电制冷技术的热循环温控系统，包括主控模块、温控电路模块、温控执行模块、反馈模块和热盖模块；该温控执行模块设有热电制冷器和样品槽，该热电制冷器位于样品槽下方以进行加热制冷；该温控电路模块与温控执行模块相连以对热电制冷器进行驱动、电流换向和控制温度升降循环；该热盖模块设置于样品槽上方以防止样品冷凝回流；该反馈模块与温控执行模块和热盖模块相连以检测温度，并将反馈信号转换成电压信号；该主控模块与反馈模块和温控电路模块相连以根据PI控制算法和电流反馈调制PWM控制信号从而调控温控电路模块，本发明专利技术可实现热电制冷器的大功率驱动、快速升降温、宽范围温差、高效率运行和高精度循环。高效率运行和高精度循环。高效率运行和高精度循环。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电制冷技术的热循环温控系统


[0001]本专利技术涉及医疗器械温度控制领域，特别是指一种基于热电制冷技术的热循环温度控制系统。

技术介绍

[0002]在医疗器械、通信电子、航空工业等重点领域，温度控制系统均是非常重要的技术指标和技术研发的瓶颈问题，尤其是目前市场广泛需求的实时定量PCR仪和基因测序仪等医疗器械产品。PCR基因扩增反应需要实现变性(94℃)、退火(55℃)、延伸(72℃)三个温度数十次反复循环，完成DNA的体外复制。因此这类产品的反应温度环境要求宽范围、快速升降、反复循环、稳定运行，该项温控技术成为国内PCR检测仪研发的难点，也为该产品的国内市场开发带来很多问题。
[0003]目前，国内大部分PCR检测仪产品的温度控制部分，对于半导体制冷器的控制多数无法实现大功率驱动、快速升降温、反复热循环的功能，不具备满足PCR检测所需的反应速度、精度和效率等温控技术指标，半导体制冷片实际运行电流较低，温度循环次数少，温控实现过程容易烧掉损坏，导致该部分医疗器械市场的主流产品主要依赖于进口。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于克服现有技术对于半导体制冷器的控制多数无法实现大功率驱动、快速升降温、反复热循环的功能，不具备满足PCR检测所需的反应速度、精度和效率等温控技术指标，提出一种基于热电制冷技术的热循环温度控制系统，可以实现热电制冷器的大功率驱动、快速升降温、宽范围温差、高效率运行和高精度循环。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于热电制冷技术的热循环温控系统，其特征在于：包括主控模块、温控电路模块、温控执行模块、反馈模块和热盖模块；该温控执行模块设有热电制冷器和样品槽，该热电制冷器位于样品槽下方以进行加热制冷；该温控电路模块与温控执行模块相连以对热电制冷器进行驱动、电流换向和控制温度升降循环；该热盖模块设置于样品槽上方以防止样品冷凝回流；该反馈模块与温控执行模块和热盖模块相连以检测温度，并将反馈信号转换成电压信号；该主控模块与反馈模块和温控电路模块相连以根据PI控制算法和电流反馈调制PWM控制信号从而调控温控电路模块。
[0007]优选的，所述温控电路模块包括AC
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DC电路、功率驱动电路、DC
‑
DC功率电路和全桥逆变电路；该AC
‑
DC电路输出端与DC
‑
DC功率电路和全桥逆变电路相连以将交流电转换为直流电进行供电；该功率驱动电路输入端与主控模块相连以接收PWM控制信号，输出端与DC
‑
DC功率电路和全桥逆变电路相连，该DC
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DC功率电路与热电制冷器相连以将直流电压进行降压后进行供电；该全桥逆变电路与热电制冷器相连以通过负载电流的换向实现热电制冷器的加热和制冷双向温控。
[0008]优选的，所述功率驱动电路包括MOSFET驱动电路、电气隔离模块以及辅助电源模
块；该MOSFET驱动电路与所述DC
‑
DC功率电路和所述全桥逆变电路相连；该电气隔离模块与MOSFET驱动电路相连以实现电气隔离；该辅助电源模与MOSFET驱动电路相连以供电。
[0009]优选的，所述DC
‑
DC功率电路采用BUCK电路。
[0010]优选的，所述功率驱动电路设有电流检测芯片，该电流检测芯片与所述热电制冷器和所述主控模块相连以检测电流并反馈至主控模块。
[0011]优选的，所述反馈模块包括若干温度传感器，该若干温度传感器用于采集被控对象和热盖模块的温度信息。
[0012]优选的，所述温控执行模块还包括散热片，该散热片位于所述加热制冷器下方。
[0013]优选的，热盖模块采用96孔板热盖。
[0014]优选的，所述温控执行模块包括至少四片串联的所述热电制冷器。
[0015]由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0016]1、本专利技术设计的热循环温控控制系统，选用热电制冷器作为执行对象，可采用至少四片串联，通过主控模块接收反馈电流信号并采用PI控制算法调控PWM控制信号从而控制调控温控电路模块，可实现热电制冷器的大功率驱动、快速升降温、宽范围温差、高效率运行和高精度循环。
[0017]2、本专利技术的系统，采用的热电制冷器可实现低电压高电流控温，电流可达19A，稳定运行功率可达600W以上，可实现0
‑
100℃的温差升降，循环次数可达二十万次。
[0018]3、本专利技术设计系统，其温控电路模块采用MOSFET驱动电路驱动BUCK电路与逆变电路，对比传统TEC驱动方式：采用H桥单独驱动，功率驱动效率低，容易引起波形尖峰，开关电源转换效率低；对比采用TEC驱动芯片MAX8521、MAX1978等，驱动电流较低，外围电路复杂，实际运行功率低。这类驱动方式多适用于小电流低功率TEC运行，无法满足PCR检测仪的大范围温差、快速升降、数万次的温度循环系统。
[0019]4、本专利技术的系统，设置有热盖模块，置于样品槽上方，用于防止试剂冷凝回流，该模块快速升温至恒温104℃，内置多个温度传感器，加以保险丝保护，自动调节接触压力和高度，全程稳定运行。
[0020]5、本专利技术设计的热循环温度控制系统，可以解决现有温控系统的技术难点，具备效率高、范围宽、重复性好、精度高的优点，不仅适用于实时定量PCR检测技术，也可广泛应用于基因检测以及半导体激光器控制等重点领域，适用范围广泛、研究意义深远。
附图说明
[0021]图1为本专利技术系统控制框图；
[0022]图2为本专利技术系统模块图；
[0023]图3为本专利技术BUCK电路原理图；
[0024]图4为本专利技术全桥逆变电路原理图；
[0025]图5为温控执行模块结构图；
[0026]图6为四个加热制冷器串联示意图；
[0027]其中：
[0028]10、热电制冷器，20、样品槽，21、试管，22、样品，30、热盖模块，40、散热片，50、温度传感器。
[0029]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详述。
具体实施方式
[0030]以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的描述。
[0031]本专利技术中，对于术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于描述中，采用了“上”、“下”、“左”、“右”、“前”和“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术保护范围的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0032]另外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热电制冷技术的热循环温控系统，其特征在于：包括主控模块、温控电路模块、温控执行模块、反馈模块和热盖模块；该温控执行模块设有热电制冷器和样品槽，该热电制冷器位于样品槽下方以进行加热制冷；该温控电路模块与温控执行模块相连以对热电制冷器进行驱动、电流换向和控制温度升降循环；该热盖模块设置于样品槽上方以防止样品冷凝回流；该反馈模块与温控执行模块和热盖模块相连以检测温度，并将反馈信号转换成电压信号；该主控模块与反馈模块和温控电路模块相连以根据PI控制算法和电流反馈调制PWM控制信号从而调控温控电路模块。2.如权利要求1所述的一种基于热电制冷技术的热循环温控系统，其特征在于：所述温控电路模块包括AC
‑
DC电路、功率驱动电路、DC
‑
DC功率电路和全桥逆变电路；该AC
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DC电路输出端与DC
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DC功率电路和全桥逆变电路相连以将交流电转换为直流电进行供电；该功率驱动电路输入端与主控模块相连以接收PWM控制信号，输出端与DC
‑
DC功率电路和全桥逆变电路相连，该DC
‑
DC功率电路与热电制冷器相连以将直流电压进行降压后进行供电；该全桥逆变电路与热电制冷器相连以通过负载电流的换向实现热电制冷器的加热和制冷双向温控。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：张建寰，高爽，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：