精密溫度控制器具有熱梯度補(bǔ)償

準(zhǔn)確而穩(wěn)定的溫度控制對(duì)于有效使用許多熱敏元件和傳感器（例如半導(dǎo)體激光器和光學(xué)探測(cè)器）是必要的。一個(gè)行業(yè)已經(jīng)發(fā)展起來(lái)，提供熱控制器件，例如 TEC（熱電冷卻器）、溫度傳感器以及單片和混合專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器 IC，以促進(jìn)相關(guān)設(shè)計(jì)。這種可用性簡(jiǎn)化了具有良好動(dòng)態(tài)行為的高性能恒溫電子設(shè)備的實(shí)施，因?yàn)樗试S您組裝具有靈活和復(fù)雜控制特性的反饋環(huán)路，例如 PID（比例積分微分）反饋環(huán)路，只需適當(dāng)?shù)姆至?a target="_blank">電阻和電容的選擇。很遺憾，

每個(gè)熱控制系統(tǒng)在加熱源、冷卻源或兩者之間的傳熱路徑中都會(huì)產(chǎn)生非零熱阻。這些路徑包括熱負(fù)荷，即恒溫的對(duì)象；溫度傳感器——例如熱敏電阻；和環(huán)境溫度。如果這些阻抗的比率不能很好地平衡（不幸的是，通常是這種情況），那么即使傳感器完美的恒溫也不等于負(fù)載溫度的足夠穩(wěn)定性（圖 1 ）。

溫度控制器電路圖圖 1該電路部分抵消了負(fù)載熱阻抗中熱梯度的影響。它的工作原理是從 TEC 驅(qū)動(dòng)級(jí)提供可調(diào)節(jié)的正反饋路徑或負(fù)反饋路徑，將環(huán)境溫度的變化耦合到熱敏電阻設(shè)定點(diǎn)的補(bǔ)償變化中。

例如，如果Z 1 /Z 2大于Z 3 /Z 4，其中Z是阻抗，則環(huán)境溫度升高將導(dǎo)致負(fù)載溫度升高，而環(huán)境溫度下降將使負(fù)載冷卻。相反，如果Z 1 /Z 2小于Z 3 /Z 4，則環(huán)境溫度上升將導(dǎo)致負(fù)載溫度下降，反之亦然（圖2）。通過(guò)更緊密的熱耦合和更好的絕緣來(lái)降低寄生阻抗可以減少但很少消除誤差的梯度和幅度。

TEC 驅(qū)動(dòng)熱電流和冷電流額定值圖表圖 2 TEC 的驅(qū)動(dòng)熱電流和冷卻電流額定值決定了電流采樣電阻器 R C和 R H的選擇。

圖 1 中的電路提供了一種不同的解決方案：一種電子解決方案，可以至少部分消除阻抗中熱梯度的影響。它的工作原理是從 TEC 驅(qū)動(dòng)級(jí)提供可調(diào)節(jié)的正反饋路徑或負(fù)反饋路徑，將環(huán)境溫度的變化耦合起來(lái)，從而將 TEC 驅(qū)動(dòng)中的變化耦合到熱敏電阻設(shè)定點(diǎn)溫度的補(bǔ)償變化中。閱讀更多設(shè)計(jì)理念圖 1 中的實(shí)現(xiàn)使用流行的混合 TEC 控制器。跟蹤 TEC 驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)信號(hào)節(jié)點(diǎn) COOL_LIMIT 和 HEAT_LIMIT 是可調(diào)橋電路的輸入，該可調(diào)橋電路包括 R T1、 R T2、電位計(jì)和相關(guān)電路。通過(guò)正確調(diào)整 R T1和 R T2，測(cè)試確定熱敏電阻設(shè)定值必須隨環(huán)境溫度變化或相反變化，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載的凈穩(wěn)定性。