0-10A智能PID半導體TEC加熱制冷模式自適應(yīng)驅(qū)動源
型號：TEC-10A
一．特性描述
TEC-10A是一款高功率密度的TEC溫度控制器，額定工作負載12V10A，峰值可達12V15A。此溫度控制器可以連接專用調(diào)試器來進行參數(shù)的調(diào)節(jié)，參數(shù)調(diào)節(jié)完畢并保存后，撤去調(diào)試器，此溫度控制器仍可以獨立工作?？梢酝ㄟ^專用RS232調(diào)試線和電腦進行通訊，以進行參數(shù)設(shè)置和溫度監(jiān)視，以及進行溫度程控。
輸入： 9VDC ~15VDC
輸出：電壓自動適應(yīng)TEC（額定電流小于10A）。
效率：>95%
電流過沖：二．驅(qū)動源原理框圖
控制器的工作原理圖如下圖所示
圖2 TEC驅(qū)動源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖
驅(qū)動源的核心是PID智能控制器，他分別控制MOS管驅(qū)動器、溫度傳感器以及和調(diào)試器通訊口和外接通訊。原理圖中，Q1和Q3組成同步整流橋臂，Q4和Q2組成同步整流橋臂，通過導通的占空比實現(xiàn)TEC兩端電壓的自動控制，然后分別控制下橋臂Q3和Q4的導通來控制TEC的加熱制冷模式切換。電路中采用了兩組L-C的濾波網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，消除了開關(guān)過程中大電流對TEC壽命的影響，為了確保電路的可靠性，這里采用10mOHM的電流取樣電阻進行電流采集，當出現(xiàn)過流情況時，自動采取限制電壓的措施。
三． 連接示意圖
為了設(shè)定當前需要設(shè)定的參數(shù)，驅(qū)動源連接調(diào)試器，在調(diào)試屏上可以直接修改設(shè)定溫度，P，I，D參數(shù)。
圖3.1 四片TEC調(diào)試模式連接示意圖
圖3.2 二片TEC調(diào)試模式連接示意圖
圖3.3 一片TEC調(diào)試模式連接示意圖
調(diào)試模式接線圖，
本驅(qū)動器可以連接4片TEC制冷片，制冷片串并聯(lián)，如圖3.1所示，輸入電壓為15V。
本驅(qū)動器可以連接2片TEC制冷片，制冷片串并聯(lián)，如圖3.2所示，輸入電壓為12V。
本驅(qū)動器可以連接1片TEC制冷片，制冷片串并聯(lián)，如圖3.2所示，輸入電壓為12V。
該模塊在工作時，工作溫度不宜超過60°，在正常使用中，應(yīng)該有自然風通過該驅(qū)動源，實現(xiàn)風冷。
調(diào)試器可以連接驅(qū)動源使用，也可以在調(diào)試完畢后，將調(diào)試器斷開，單獨讓驅(qū)動源獨立工作。
四．驅(qū)動源輸出狀態(tài)
如圖4所示，PIN4和PIN5的狀態(tài)為TTL電平，系統(tǒng)和溫度正常的時候為高電平。
當溫度傳感器錯誤或者保險燒毀的時候，SYS_ERROR 為低電平，相應(yīng)LED被點亮。
圖4 驅(qū)動源的接線口標示
當溫度不在設(shè)定范圍的時候，TEMP_ERROR為低電平，相應(yīng)LED被點亮。
TEMP_ERROR的狀態(tài)由當前溫度和Th和Tl決定，小于Tl或者大于Th 狀態(tài)TEMP_ERROR 為低。
五．調(diào)試器說明
調(diào)試器在連接后會顯示TEC-10A的基本信息，包括設(shè)定溫度，溫度上下限，PID，以及產(chǎn)品序列號。調(diào)試器示意圖如圖5所示。
圖5 調(diào)試器的布置示意圖
調(diào)試器包括液晶顯示屏和4個按鍵，按鍵分別為ESC、UP、DW、EN。
調(diào)試步驟如下：
步：長按EN鍵進入?yún)?shù)設(shè)置界面，如圖6所示。
第二步：進入此界面，會有光標在Ts溫度的位閃動，繼續(xù)按EN鍵可以向前跳動光標，按UP或DW增大或減小設(shè)定值。
第三步：在此界面按UP鍵或DW鍵，可以設(shè)置目標溫度、PID等參數(shù)。
圖6 調(diào)試器調(diào)試界面
第四步：修改完畢后長按EN鍵可以將參數(shù)保存。
調(diào)試器可以連接驅(qū)動源使用，也可以在調(diào)試完畢后，將調(diào)試器斷開，單獨讓驅(qū)動源獨立工作。
六．PID參數(shù)經(jīng)驗
要想得到精密的溫度控制，必須設(shè)置好PID的值。要得到快速的溫度控制響應(yīng)，冷端的溫度傳感器請盡量靠近TEC的冷端。設(shè)置PID時，確定目標溫度后將I設(shè)置為0.000，逐步將P從0以5的步進緩緩增加，每次增加，請等待幾分鐘，以觀察當前溫度和目標溫度的差異，直至得到一個P值，能使當前溫度盡可能的接近目標溫度并且不產(chǎn)生振蕩。0.5度以下的溫度差異為佳，這個時候設(shè)定積分相參數(shù)I，將I從0.00以0.01的步進增加，以消除誤差。I太小則誤差消除慢，溫度穩(wěn)定時間加長，I太大，則容易產(chǎn)生溫度振蕩，溫度不宜穩(wěn)定。一般不使用微分參數(shù)D也可以得到和快速響應(yīng)的溫度控制，這里D=0.000。如果溫度變化比較頻繁，可以適當設(shè)置D的值，以得到穩(wěn)定的控制。默認參數(shù)是經(jīng)過反復實驗得到的經(jīng)驗參數(shù)，在開機時同時按住UP和DW，系統(tǒng)將恢復出廠默認參數(shù)。
七．TEC-10A驅(qū)動源尺寸
圖7 驅(qū)動源和調(diào)試器尺寸
圖7的左圖為驅(qū)動源尺寸，長*寬*高為61mm*40mm*25mm；右圖為調(diào)試器的尺寸，長*寬*高為63.5mm*39.5mm*25mm。
八．TEC-10A通信協(xié)議
TEC-10A通信協(xié)議為，RS232.SetSettings("115200,n,8,1")
------上位機發(fā)送字符‘%’，表示需要TEC-10A恢復出廠參數(shù)，操作成功返回‘%‘。
------上位機發(fā)送字符‘@’，表示需要TEC-10A保存當前參數(shù)，操作成功返回’@‘。
------上位機發(fā)送字符‘#’，表示需要TEC-10A發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，上位機發(fā)送‘#’，直到TEC-10A傳回字符‘#’，表示TEC-10A已經(jīng)識別指令，并處于等待上位機的進一步指令，上位機得到TEC-10A的識別指令后需立即發(fā)送參數(shù)索引號，否則TEC-10A將做超時處理。TEC-10A得到參數(shù)索引后，根據(jù)索引發(fā)送參數(shù)數(shù)據(jù)，上位機將得到4個字節(jié)的float型數(shù)據(jù)。------上位機發(fā)送字符‘$’，表示需要TEC-10A接受相關(guān)數(shù)據(jù)，上位機發(fā)送‘$’后，等待TEC-10A傳回‘$’，表示TEC-10A已經(jīng)識別指令，并處于等待上位機的進一步指令，上位機得到TEC-10A的識別指令后需立即發(fā)送參數(shù)索引號（1字節(jié)）以及參數(shù)（4字節(jié)），否則TEC-10A將做超時處理。TEC-10A得到參數(shù)索引和參數(shù)數(shù)據(jù)后，根據(jù)索引更新參數(shù)數(shù)據(jù)。參數(shù)索引即Member[Index]中的Index，Index=0到10。寫入操作成功將返回此次參數(shù)索引即Index，否則返回0xFF。
數(shù)據(jù)在TEC-10A的存儲結(jié)構(gòu)為float型數(shù)組
floatmember[12]
Member[0] Tset 設(shè)定溫度
Member[1] Th 溫度窗口上限
Member[2] Tl 溫度窗口下限
Member[3] P
Member[4] I
Member[5] D
Member[6] PID 驅(qū)動器輸出百分比。-100到100，負數(shù)表示加熱
Member[7] Tcur 當前溫度
Member[8] SN，BYTE[4]
Member[9] TEC 電流
Member[10] TEC 電壓
Member[11] 保留
Member[0]到Member[5] 可讀可寫。
Member[6]到Member[10] 只讀。
Member[11] 讀寫對系統(tǒng)無影響。
關(guān)于Tcur當前溫度的傳回值：
當Tcur=-700，則表示保險絲和溫度傳感器均發(fā)生錯誤。
當Tcur=-300，表示傳感器錯誤，保險絲正常。
如果Tcur>900，表示溫度傳感器正常，保險絲錯誤，當前溫度=Tcur-1000
其他Tcur，表示保險絲，溫度傳感器都正常，當前溫度=Tcur
關(guān)于C51和VC++中的float型數(shù)據(jù)儲存結(jié)構(gòu)
在C51中，float按Bye[0]-Byte[3]儲存
在VC++中，float按Byte[3]-Byte[0]儲存
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時需注意！
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