抗輻照紅外探測(cè)器制冷電機(jī)的精確控溫電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一種抗輻照紅外探測(cè)器制冷電機(jī)的精確控溫電路，包括溫度控制采樣電路，溫度控制電路和PWM生成電路；溫度控制采樣電路包括加載在紅外探測(cè)器中測(cè)溫二極管兩端的負(fù)反饋恒流源電路；測(cè)溫二極管兩端輸出電壓信號(hào)；所述的溫度控制電路包括差分放大電路，基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路，隔離電路和誤差放大電路；差分放大電路的輸入端連接到測(cè)溫二極管兩端，用于提取測(cè)溫二極管隨溫度變化的差模信號(hào)；基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路包括依次串聯(lián)在電源上的四個(gè)分壓電阻；誤差放大電路的一個(gè)輸入端連接差分放大電路的輸出端，另一個(gè)輸出端經(jīng)隔離電路連接參考電壓，誤差放大電路的輸出端輸出比較放大電平；PWM生成電路包括比較電路和三角波發(fā)生電路。
【專利說(shuō)明】
抗輻照紅外探測(cè)器制冷電機(jī)的精確控溫電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體混合集成電路，具體為抗輻照紅外探測(cè)器制冷電機(jī)的精確控溫電路。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外探測(cè)器是紅外系統(tǒng)的核心部件，其原理是將接收到的物體輻射的紅外線轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量或觀察的能量，以便對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、追蹤?？馆椪占t外焦平面探測(cè)器制冷系統(tǒng)是將接收到的紅外線轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的溫度，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前溫度值判斷目標(biāo)當(dāng)前狀態(tài)。目標(biāo)當(dāng)前狀態(tài)判斷是否準(zhǔn)確，與探測(cè)器的溫度控制密切相關(guān)。
[0003]無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路屬于通用產(chǎn)品，已廣泛應(yīng)用于與汽車、電子等領(lǐng)域。但普通民用的在可靠性和綜合抗輻照方面無(wú)法達(dá)到現(xiàn)有軍事要求。傳統(tǒng)軍事領(lǐng)域還沒(méi)有能夠綜合抗輻照的閉環(huán)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，通常是抗輻照驅(qū)動(dòng)電路或常態(tài)控制驅(qū)動(dòng)電路，且一般由分立器件構(gòu)成，可靠性不高、體積大、重量大、無(wú)法內(nèi)置于電機(jī)內(nèi)部。
[0004]近年來(lái)，隨著技術(shù)的高速發(fā)展的需要，對(duì)航天系統(tǒng)中的國(guó)產(chǎn)化、小型化和綜合性能提出了更高的需求。系統(tǒng)迫切需要體積小、精度高、可靠性高、綜合抗輻照能力強(qiáng)的伺服驅(qū)動(dòng)控制器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種抗輻照紅外探測(cè)器制冷電機(jī)的精確控溫電路;具有綜合抗輻照能力、精度高、高可靠、體積小、可內(nèi)置于電機(jī)中，滿足航天型號(hào)的需求。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0007]抗輻照紅外探測(cè)器制冷電機(jī)的精確控溫電路，包括溫度控制采樣電路，溫度控制電路和PffM生成電路；
[0008]所述的溫度控制采樣電路包括加載在紅外探測(cè)器中測(cè)溫二極管兩端的負(fù)反饋恒流源電路;測(cè)溫二極管兩端輸出電壓信號(hào)；
[0009]所述的溫度控制電路包括差分放大電路，基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路，隔離電路和誤差放大電路;差分放大電路的輸入端連接到測(cè)溫二極管兩端，用于提取測(cè)溫二極管隨溫度變化的差模信號(hào);基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路包括依次串聯(lián)在電源上的四個(gè)分壓電阻，用于設(shè)置并輸出參考電壓和偏置電壓;誤差放大電路的一個(gè)輸入端連接差分放大電路的輸出端，另一個(gè)輸出端經(jīng)隔離電路連接參考電壓，誤差放大電路的輸出端輸出比較放大電平；
[0010]PWM生成電路包括比較電路和三角波發(fā)生電路；比較電路的一個(gè)輸入端連接比較放大電平，另一個(gè)輸入端連接三角波發(fā)生電路的輸出端，比較電路的輸出端輸出PWM信號(hào)用于控制電機(jī)。
[0011]優(yōu)選的，基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路還包括設(shè)置在分壓電阻之間的穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管用于提供設(shè)定的基準(zhǔn)電壓。
[0012]優(yōu)選的，三角波發(fā)生電路中引入偏置電壓，用于設(shè)定PffM信號(hào)占空比。
[0013]優(yōu)選的，負(fù)反饋恒流源電路采用電阻分壓跟隨方式引入負(fù)反饋。
[0014]優(yōu)選的，差分放大電路的正向端接地，正反向采用對(duì)稱設(shè)置。
[0015]優(yōu)選的，誤差放大電路用于差分放大電路輸出的溫度信號(hào)和基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路輸出的設(shè)定信號(hào)進(jìn)行誤差放大，并用于控制溫度平衡時(shí)間。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0017]本發(fā)明將系統(tǒng)的溫度反饋電壓值進(jìn)行采樣、提取、放大等一系列信號(hào)處理后，與設(shè)定溫度電壓信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生HVM脈沖信號(hào)，根據(jù)反饋溫度，調(diào)節(jié)HVM脈沖信號(hào)的占空比，控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，即控制制冷機(jī)的制冷速度，精確控制溫度，最終使制冷溫度保持在設(shè)定溫度的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。通過(guò)采用了抗輻照精密溫度控制容差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，保證在輻照環(huán)境中該電路的各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足系統(tǒng)需求。溫度控制采樣電路采用恒流源方式對(duì)制冷機(jī)系統(tǒng)的反饋溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，減小電流變化對(duì)測(cè)溫二極管Dl置于電路外部?jī)啥穗妷翰領(lǐng)V+-V-的影響，保證測(cè)溫二極管兩端的電壓變化只受采樣溫度影響。
[0018]進(jìn)一步的，恒流源采用電阻分壓、電壓跟隨方式，引入電壓負(fù)反饋，使輸出恒壓;并通過(guò)基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路設(shè)定參考電壓時(shí)增大該級(jí)回路電流，減小電流變化對(duì)主回路的影響，保證溫度采樣準(zhǔn)確?？朔丝臻g輻照環(huán)境中的帶電粒子導(dǎo)致電子器件發(fā)生的如上升時(shí)間、電壓、電流等特性變化。
[0019]進(jìn)一步的，應(yīng)用差分放大電路對(duì)采樣溫度進(jìn)行精確量化放大提取，再與設(shè)定溫度，表征為參考電壓Vl進(jìn)行比較，判斷目標(biāo)的當(dāng)前溫度是否達(dá)到系統(tǒng)要求狀態(tài)，從而調(diào)整PffM脈沖信號(hào)的占空比，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0020]進(jìn)一步的，通過(guò)調(diào)整基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路中的電流比例關(guān)系，能夠減少中子對(duì)參考電壓Vl、偏置電壓V3的影響，保證系統(tǒng)在PWM的占空比為50 %時(shí)，采樣溫度的反饋電壓值達(dá)到設(shè)定值，系統(tǒng)達(dá)到平衡。
[0021]進(jìn)一步的，P麗占空比的控制由三角波發(fā)生器的位置、幅值、比較放大電平V2共同控制。三角波的位置由偏置電壓V3決定，根據(jù)系統(tǒng)要求，調(diào)整外圍電阻、電容即可方便的設(shè)定三角波的幅度和頻率。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)例中所述精確控溫電路的電路圖。
[0023]圖中:10為溫度控制采樣電路，20為差分放大電路，30為基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路，40為PffM生成電路，401為三角波發(fā)生電路，402為比較電路。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0025]本發(fā)明所述的電路集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的控制部分，體積小、集成度高，滿足紅外探測(cè)器對(duì)小體積、多功能、高可靠性的要求。
[0026]本發(fā)明抗輻照紅外探測(cè)器制冷電機(jī)的精確控溫電路，如圖1所示，包括溫度控制采樣電路1，溫度控制電路20和PffM生成電路40 ；通過(guò)調(diào)整偏置電阻R3、R4、R20、R21，設(shè)置負(fù)反饋恒流源電路中運(yùn)放和三角波發(fā)生電路401中運(yùn)放的偏置狀態(tài)，增大運(yùn)放工作電流，減小運(yùn)放失調(diào)電壓，增強(qiáng)運(yùn)放的抗干擾能力，減小輻照環(huán)境中運(yùn)放失調(diào)電流、失調(diào)電壓的變化對(duì)采樣精度、基準(zhǔn)電壓等參數(shù)的影響。
[0027]其中，溫度控制采樣電路10通過(guò)加載在測(cè)溫二極管Dl兩端的負(fù)反饋恒流源電路將測(cè)溫二極管Dl兩端的電壓差進(jìn)行準(zhǔn)確采樣，利用恒流特性使測(cè)溫二極管兩端的電壓只隨溫度變化，使溫度采集更加精確;負(fù)反饋恒流源電路采用電阻分壓跟隨方式引入負(fù)反饋，使輸出恒壓，通過(guò)負(fù)載電阻R5設(shè)置恒流，決定該級(jí)回路電流;使流經(jīng)電阻R1、R2的電流盡量小，增強(qiáng)回路穩(wěn)定性，確保在輻照環(huán)境中采樣所得的測(cè)溫二極管兩端電壓的準(zhǔn)確性。
[0028]溫度控制電路20包括差分放大電路，基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路30，隔離電路和誤差放大電路;差分放大電路連接到測(cè)溫二極管兩端，提取測(cè)溫二極管隨溫度變化的差模信號(hào);差分放大電路的正向端接地，正反向采用對(duì)稱設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)更加精確的差模提取;基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路30包括依次串聯(lián)在電源上的四個(gè)分壓電阻，用于設(shè)置參考電壓和偏置電壓;在分壓電阻之間設(shè)置一端接地的穩(wěn)壓二極管，用于提供設(shè)定的基準(zhǔn)電壓，避免電源在輻照中的波動(dòng)對(duì)參考電壓和偏置電壓的影響；誤差放大電路用于溫度信號(hào)和設(shè)定信號(hào)進(jìn)行誤差放大，并用于控制溫度平衡時(shí)間。具體的，如圖1所示，基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路30由電阻R6、R7、R8、R9分壓完成，一端接地的穩(wěn)壓二極管設(shè)置在電阻R8和電阻R9之間，電阻R9的一端連接電源;設(shè)定參考電壓V1、偏置電壓V3的電壓值。同時(shí)控制該級(jí)回路電流大小，使基準(zhǔn)電壓V1、偏置電壓V3支路上的電流小于該級(jí)回路電流，減小輻照環(huán)境中V1、V3的波動(dòng)，降低系統(tǒng)溫度控制偏差。
[0029]差分放大電路20對(duì)采樣溫度進(jìn)行量化提取，與參考電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生比較放大電平V2。該單元采用正向端與反向端對(duì)稱結(jié)構(gòu)，即電阻RlO與電阻Rll阻值相同，電阻R13與電阻R12阻值相同，抑制輸出端零漂。調(diào)整電阻R14、R15阻值的比例關(guān)系，即可調(diào)節(jié)系統(tǒng)從初始狀態(tài)到系統(tǒng)平衡的所需時(shí)間。
[0030]PWM生成電路40包含兩部分，一部分是三角波發(fā)生電路401，另一部分是比較電路402。三角波距離零線的位置由偏置電壓V3決定，幅值、頻率由電容C6的容值，電阻R17、R18、R19的阻值決定。三角波與比較放大電平V2進(jìn)行比較，產(chǎn)生PffM。當(dāng)V2的電壓值大于三角波幅值時(shí)，PffM的占空比為100%，電機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)快速制冷;隨著系統(tǒng)溫度的降低，V2的電壓值逐漸下降，P麗的占空比隨之降低，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度降低，當(dāng)P麗的占空比降低到50%時(shí)，系統(tǒng)溫度達(dá)到平衡，電機(jī)勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)溫度維持在設(shè)定溫度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.抗輻照紅外探測(cè)器制冷電機(jī)的精確控溫電路，其特征在于，包括溫度控制采樣電路(10)，溫度控制電路(20)和PffM生成電路(40)； 所述的溫度控制采樣電路(10)包括加載在紅外探測(cè)器中測(cè)溫二極管兩端的負(fù)反饋恒流源電路;測(cè)溫二極管兩端輸出電壓信號(hào)； 所述的溫度控制電路(20)包括差分放大電路，基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路(30)，隔離電路和誤差放大電路;差分放大電路的輸入端連接到測(cè)溫二極管兩端，用于提取測(cè)溫二極管隨溫度變化的差模信號(hào);基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路(30)包括依次串聯(lián)在電源上的四個(gè)分壓電阻，用于設(shè)置并輸出參考電壓和偏置電壓;誤差放大電路的一個(gè)輸入端連接差分放大電路的輸出端，另一個(gè)輸出端經(jīng)隔離電路連接參考電壓，誤差放大電路的輸出端輸出比較放大電平； PffM生成電路(40)包括比較電路(402)和三角波發(fā)生電路(401);比較電路(402)的一個(gè)輸入端連接比較放大電平，另一個(gè)輸入端連接三角波發(fā)生電路(401)的輸出端，比較電路(402)的輸出端輸出PffM信號(hào)用于控制電機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗輻照紅外探測(cè)器制冷電機(jī)的精確控溫電路，其特征在于，基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路(30)還包括設(shè)置在分壓電阻之間的穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管用于提供設(shè)定的基準(zhǔn)電壓。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗輻照紅外探測(cè)器制冷電機(jī)的精確控溫電路，其特征在于，三角波發(fā)生電路(401)中引入偏置電壓，用于設(shè)定PffM信號(hào)占空比。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗輻照紅外探測(cè)器制冷電機(jī)的精確控溫電路，其特征在于，負(fù)反饋恒流源電路采用電阻分壓跟隨方式引入負(fù)反饋。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗輻照紅外探測(cè)器制冷電機(jī)的精確控溫電路，其特征在于，差分放大電路的正向端接地，正反向采用對(duì)稱設(shè)置。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗輻照紅外探測(cè)器制冷電機(jī)的精確控溫電路，其特征在于，誤差放大電路用于差分放大電路輸出的溫度信號(hào)和基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路(30)輸出的設(shè)定信號(hào)進(jìn)行誤差放大，并用于控制溫度平衡時(shí)間。
【文檔編號(hào)】G05D23/20GK106020278SQ201610351656
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月24日
【發(fā)明人】王玲, 王曉利
【申請(qǐng)人】中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七研究所, 中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七一研究所