0-10A智能PID半導體TEC加熱制冷模式自適應驅動源

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試器來進行參數的調節，參數調節完畢并保存后，撤去調試器，此溫度控制器仍可以獨立工作。可以通過專用RS232調試線和電腦進行通訊，以進行參數設置和溫度監視，以及進行溫度程控。

輸入： 9VDC ~15VDC

輸出：電壓自動適應TEC（額定電流小于10A）。

效率：>95%

電流過沖：二．驅動源原理框圖

控制器的工作原理圖如下圖所示

圖2 TEC驅動源的內部結構框圖

驅動源的核心是PID智能控制器，他分別控制MOS管驅動器、溫度傳感器以及和調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的濾波網絡結構，消除了開關過程中大電流對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

為了設定當前需要設定的參數，驅動源連接調試器，在調試屏上可以直接修改設定溫度，P，I，D參數。

圖3.1 四片TEC調試模式連接示意圖

圖3.2 二片TEC調試模式連接示意圖

圖3.3 一片TEC調試模式連接示意圖

調試模式接線圖，

本驅動器可以連接4片TEC制冷片，制冷片串并聯，如圖3.1所示，輸入電壓為15V。

本驅動器可以連接2片TEC制冷片，制冷片串并聯，如圖3.2所示，輸入電壓為12V。

本驅動器可以連接1片TEC制冷片，制冷片串并聯，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，應該有自然風通過該驅動源，實現風冷。

調試器可以連接驅動源使用，也可以在調試完畢后，將調試器斷開，單獨讓驅動源獨立工作。

四．驅動源輸出狀態

如圖4所示，PIN4和PIN5的狀態為TTL電平，系統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LED被點亮。

圖4 驅動源的接線口標示

當溫度不在設定范圍的時候，TEMP_ERROR為低電平，相應LED被點亮。

TEMP_ERROR的狀態由當前溫度和Th和Tl決定，小于Tl或者大于Th 狀態TEMP_ERROR 為低。

五．調試器說明

調試器在連接后會顯示TEC-10A的基本信息，包括設定溫度，溫度上下限，PID，以及產品序列號。調試器示意圖如圖5所示。

圖5 調試器的布置示意圖

調試器包括液晶顯示屏和4個按鍵，按鍵分別為ESC、UP、DW、EN。

調試步驟如下：

步：長按EN鍵進入參數設置界面，如圖6所示。

第二步：進入此界面，會有光標在Ts溫度的后位閃動，繼續按EN鍵可以向前跳動光標，按UP或DW增大或減小設定值。

第三步：在此界面按UP鍵或DW鍵，可以設置目標溫度、PID等參數。

圖6 調試器調試界面

第四步：修改完畢后長按EN鍵可以將參數保存。

調試器可以連接驅動源使用，也可以在調試完畢后，將調試器斷開，單獨讓驅動源獨立工作。

六．PID參數經驗

要想得到精密的溫度控制，必須設置好PID的值。要得到快速的溫度控制響應，冷端的溫度傳感器請盡量靠近TEC的冷端。設置PID時，確定目標溫度后將I設置為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生振蕩。0.5度以下的溫度差異為佳，這個時候設定積分相參數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，溫度穩定時間加長，I太大，則容易產生溫度振蕩，溫度不宜穩定。一般不使用微分參數D也可以得到和快速響應的溫度控制，這里D=0.000。如果溫度變化比較頻繁，可以適當設置D的值，以得到穩定的控制。默認參數是經過反復實驗得到的經驗參數，在開機時同時按住UP和DW，系統將恢復出廠默認參數。

七．TEC-10A驅動源尺寸

圖7 驅動源和調試器尺寸

圖7的左圖為驅動源尺寸，長*寬*高為61mm*40mm*25mm；右圖為調試器的尺寸，長*寬*高為63.5mm*39.5mm*25mm。

八．TEC-10A通信協議

TEC-10A通信協議為，RS232.SetSettings("115200,n,8,1")

------上位機發送字符‘%’，表示需要TEC-10A恢復出廠參數，操作成功返回‘%‘。

------上位機發送字符‘@’，表示需要TEC-10A保存當前參數，操作成功返回’@‘。

------上位機發送字符‘#’，表示需要TEC-10A發送相關數據，上位機發送‘#’，直到TEC-10A傳回字符‘#’，表示TEC-10A已經識別指令，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送參數索引號，否則TEC-10A將做超時處理。TEC-10A得到參數索引后，根據索引發送參數數據，上位機將得到4個字節的float型數據。------上位機發送字符‘$’，表示需要TEC-10A接受相關數據，上位機發送‘$’后，等待TEC-10A傳回‘$’，表示TEC-10A已經識別指令，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送參數索引號（1字節）以及參數（4字節），否則TEC-10A將做超時處理。TEC-10A得到參數索引和參數數據后，根據索引更新參數數據。參數索引即Member[Index]中的Index，Index=0到10。寫入操作成功將返回此次參數索引即Index，否則返回0xFF。

數據在TEC-10A的存儲結構為float型數組

floatmember[12]

Member[0] Tset 設定溫度

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 驅動器輸出百分比。-100到100，負數表示加熱

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] 讀寫對系統無影響。

關于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

關于C51和VC++中的float型數據儲存結構

在C51中，float按Bye[0]-Byte[3]儲存

在VC++中，float按Byte[3]-Byte[0]儲存

數據轉換時需注意！

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