2 配套电源设计

2.1 控制器电源设计

（3）图1是根据上述思想设计的控制器电源电路,其核心是美国POWER INTERATIONS公司专门为设计开关电源而产持的四端记线式开关控制集成电路－TNY255P。TNY255P是Tinystch系列的一种,在器件的内部集成有晶振及波形发生器、检测的一种,在器件的内部集成有晶振及波形发生器、检测和逻辑电路、5.8V稳压器、欠压电路、热滞式过热保护控制电路、限流电路、前沿消隐电路和一个Vds≥700V的功率MOSFET开关及驱动电路,使天关电源结构最简、元件数目最少,因此是开关电源进一步小型化的重大突破。

   图中,以脉冲变压器为界,衩级回路前为一次整流滤电路,次级绕组后为二次整流滤波电路,电阻R2、电容C9和二极管1N4937组成限幅钳位电路,R3－R6和C10、C11组成缓冲保护电路,电阻R9－R12、C16、光偶4N35及基准TL431构成取样、比较放大电路,产生与输出电压高低变一样致的开／关控制信号,对TNT255P内部的功率器件进行开关控制保护,从而实现对输出电压的调节。当TNY255P内部的功率器件导通时,变压器储存能量（0.5LI2）;当功率器件开关断时,储存的能量经磁耦合传递到次级绕组,经二次整流滤波,得到直流输出。

2.2 制冷的供电系统

     本文采用TOP2×系列构成热电制冷器各级的供电电源,其应用电路文献[3]、[4]中已有介绍。TopSwitch三端离线式脉宽调制开关集成电路也是美国POWER INTEFRATIONS公司生产的功率集成电路,是对TinySwitch的改进和发展,其内集成有高压功率MOSFET器件及其驱动电路、PWM控制器的电源的各种保护电路,是功能齐全的开关电源器件。该器件不仅继承了TinySwitch开关控制器小型化的优点,而且改进的三端式结构使外部电路的连接更为简单;PWN控制使输出滤波的要求降低;负载能力也大大加强,由TOP2xx构成的开关电源的输出率在0－150W的范围内可调。

      与图1相比,不同是的：单一的15V／8A、3.2V／3A输出使变压器次级的找绕组及整流滤波电路减少一组;为减小电路损耗,在变压器初级线圈回路中采用瞬变电压抑制二极管和超快恢复二极管反向串联结构成限幅钳位电路、,替代电阻R2、电容C9和二极管1N4937组成的限幅钳位电路（参见[4]）;TOP227Y三端式PWM控制器替换TNY255P四端开关控制器,并增加一组偏置绕组,其中,大功率MOSFET器件为PWN控制。除此之外,其它电路及其作用相同,这里不再赘述。

     此外,在电源设计中还充分考虑了电源性能指标对电源体积和重量的影响。一般来说,纹波电压越小,滤波电路的体积和重量越大,而且LC滤波电路的重量增加更为明显。为满足热电制冷器大电流工作的需要,并简化电路加工的工艺,同时又不致因电流的纹波系数要求过高而使电源体积和重量增加过大,所有电源的二次滤波全部采用一级倒L型LC滤波电路,并选择适当的电路参数,从而使控制器电源的纹波系数达到0.8％,制冷器电源的纹波系数在小负载时达0.7％,大负载时为3％,满足了不同电源的特殊需要。

2.3 恒温控制

      热电制冷恒温控制是本文的关键。由电源设计及原理分析可知,对电源输出电压的调整,是通过输出取样放大电路、光偶电路,再经过率开关或PWM控制实现的。在制冷降温和恒温控制的过程中,要求制冷器电源的输出功率随着实际温度与设定温度差的大小成比例地变化,即温差信号替代电源取样信号才能实现恒温要求对电源输出功率的动态控制。结合恒温控制可视化的要求以及控制精确度的要,热电制冷恒温控制电路设计的结构如图2所示。

     其中,温度定值器提供设定的温度的电信号,该信号一路送往定值限幅器,由指示灯显示设定温度是否在许可范围内,并在正常设定的情况下产生电源开关信号,接通供电电源;另一路送往面板温度显示器,指示设定温度的高低;再一路送往比较器。温度传感器产生实际温度的电信号,也分别送往比较器和面板温度显示器。比较显示器产生设定温度和实际温度的偏差信号,经μV放大器放大后送PID控制器进行运算,输出具有PID调节规律的信号作为制冷供电电源控制回路的控制信号对其进行控制,从而实现为成像器件提供低温和恒温的工作环境;控制状态显示过零比较器和显示电路组成,由偏差信号产生显示电路开关信号,反映控制状态。