專利名稱：一種用于脈寬調制模式的溫度控制系統中的保護器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種溫度控制器保護電路，特別是涉及一種用于微重力流體試驗中，使用的脈寬調制模式的溫度控制系統中的保護器。
背景技術：
溫度是各類工業控制生產中常見的、而又十分重要的控制參數。脈寬調制(PWM)技術的基礎是正弦波PWM(SPWM)，其思想是用正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖代替正弦波，即調制波。脈寬調制(PWM)的應用研究一直受到關注，首要是PWM的數字化實現技術。隨著微電子技術和電力電子技術的發展，控制系統的數字化已經得到廣泛認同的必然趨勢。
目前已經研制出各種針對不同控制對象的溫度控制系統，但在硬件設計尤其是功率控制部分中存在著一些缺點硬件結構復雜、分離元件比較多、結構比較封閉、出現故障時往往需要人為參與等，在空間任務中的溫度控制系統中，這些缺點更加突出。
在《光學與光電技術》2004年4月第二卷第二期“一種微型高精度PWM溫度控制器”中做了介紹，其溫度控制器由溫度傳感器驅動及信號變換電路、信號放大和PID調節回路、熱電制冷器TEC驅動電路等組成，除采用了放大器OPA2340、由Burr-Brown公司(現已經被TI收購)生產的專門用于TEC溫度控制的精密前端放大器INA330、和一個單聲道BTL模式的D類音頻功率放大器，另外還使用了大量的阻容器件，如圖1所示。一方面，有的器件沒有軍級以上等級的器件，無法在空間任務中應用，另一方面，該控制器沒有保護功能，無法滿足空間任務的特殊需求。
微重力流體科學實驗研究是載人空間活動的主要項目之一，意義重大。被控對象為進行微重力流體科學實驗的液池，控制元件電阻膜安裝在實驗液池上端，液池為40mm×30mm×42mm的立方體，內部裝有液體，用電阻膜加熱器在實驗液池兩端建立溫度梯度場。液池是微重力流體科學實驗的關鍵部件，不僅是液滴遷移實驗的場所，其本身就是一個干涉系統，為了保證系統的工作穩定性，要求控制電路必須是無人自動控制、自動應對故障，保證液池安全、可靠地工作。
發明內容
本實用新型的目的是克服上述現有溫度控制系統沒有保護功能的缺陷，從而提供一種適用于空間任務的特殊需求的、滿足微重力流體科學實驗用的溫度控制系統的保護器，該保護器體積小、費用低、可靠性高的、不需要人為參與的、具有自動保護功能的。
本實用新型的目的是這樣實現的本實用新型提供的用于脈寬調制模式的溫度控制系統中的保護器，包括一片可重觸發的單穩觸發器7、一個或門8、和一個電阻R2與一個電容C2串聯，再與可重觸發的單穩觸發器7電連接，電阻R2與可重觸發的單穩觸發器7電連接；可重觸發的單穩觸發器7的輸出和脈寬調制信號發生器2中的D觸發器9的輸出共同作為或門10的輸入端，或門8的輸出則為具有保護功能的控制信號的輸出量。通過調整可重觸發的單穩觸發器的外接阻容器件，設計輸出脈沖的寬度TW，使TW＞nT，保證發生故障時，諸如CPU死、失控等連續出現高電平加熱時，防止無控制的持續加熱電阻膜燒毀儀器。
在上述的技術方案中，所述的脈寬調制信號發生器2，采用一片D觸發器，一個電阻R1與一個電容C1并聯后與D觸發器電連接；其中電阻R1和電容C1的連接決定了將上電的初始狀態設定為低電平，即為電阻膜不加熱的安全態，根據中央控制單元1輸出的電阻膜加熱時間t，產生脈寬調制信號，如圖2所示。
在上述的技術方案中，所述的溫度測量元件6為熱電偶。
本實用新型的優點在于本實用新型的用于脈寬調制模式的溫度控制系統中的保護器，使用在溫度控制器采用脈寬調制方式，控制元件為電阻膜，電路輸出的高電平控制信號為電阻膜加熱，低電平控制信號為電阻膜不加熱，通過調整脈寬調制信號的占空比改變加熱程度，上電初始狀態輸出為電阻膜不加熱的安全態。當發生故障時，諸如CPU死、失控等連續出現高電平時，無控制的持續加熱電阻膜會燒毀儀器，當在該PWM溫度控制器中安裝了本實用新型的保護電路，就能保證發生故障時電路輸出為低電平，停止電阻膜加熱。本實用新型結構簡單，體積小、功耗低、重量輕，安全可靠，尤其適合航空航天領域等人無法直接干預試驗的控制系統。
圖1是已有溫度控制器電路圖圖2是具有本實用新型的保護器的PWM溫度控制器組成圖圖3是本實用新型的保護器電路組成框圖圖4是本實用新型的脈寬調制信號與保護信號關系的時序圖圖面說明中央控制單元-1；脈寬調制信號發生器-2；保護電路-3；驅動和出口保護電路-4；控制量輸出電路-5； 溫度測量元件-6；可重觸發的單穩觸發器-7；輸出端或門-8；D觸發器-9； 輸入端或門-10；具體實施方式
參考圖2和3，制作一本實用新型的用于脈寬調制模式的溫度控制系統中的保護器。該保護器采用了一片型號為54HC123的可重觸發的單穩觸發器1、一個54HC32或門、外接一個電阻R2(510kΩ)、和一個電容C2(0.33μ)。可重觸發的單穩觸發器1的輸出和脈寬調制信號發生器2中的D觸發器4的輸出共同作為或門5的輸入端，或門3的輸出則為具有保護功能的控制信號的輸出量。
脈寬調制信號發生器2硬件設計采用了一片D觸發器54HC273、一個或門54HC32和一個電阻R1(4.7kΩ)、一個電容C1(0.1μ)；一個電阻R1與一個電容C1并聯后與D觸發器電連接；電阻R1和電容C1的阻值決定了將上電的初始狀態設定為低電平，即為電阻膜不加熱的安全態，根據中央控制單元1輸出的電阻膜加熱時間t，產生脈寬調制信號。
通過調整可重觸發的單穩觸發器的外接阻容器件R2和C2，設計輸出脈沖的寬度TW，輸出脈沖的寬度TW＝0.7×C2×R2，使TW＞nT，保證發生故障時，諸如CPU死、失控等連續出現高電平加熱時，防止無控制的持續加熱電阻膜燒毀儀器。
本實用新型應用在PWM溫度控制器中，作成一具有保護功能的PWM溫度控制器，如圖2所示。該PWM溫度控制器采用單片機為中央控制單元1，中央控制單元1根據被控對象的設定溫度和實際溫度之差，和一定的控制算法計算出在一個脈寬調制周期T內電路需要輸出電阻膜加熱的高電平時間t，即控制量，在一個脈寬調制周期T內的前t時間內輸出高電平給脈寬調制信號發生器2，在T-t時間內輸出低電平給脈寬調制信號發生器2。使用2個定時器定時，t時間到輸出低電平給脈寬調制信號發生器2，T時間到輸出高電平給脈寬調制信號發生器2的D觸發器，根據中央控制單元1的輸出電阻膜加熱時間t，產生脈寬調制信號，D觸發器一路輸出給本實用新型的保護器的或門，另一路輸出給本實用新型的保護器的可重觸發的單穩觸發器，可重觸發的單穩觸發器輸出到或門，經本實用新型的保護器或門輸出則為具有保護功能的控制信號的輸出量，該控制信號輸入驅動和出口保護電路4的達林頓電路的輸出端外接一電阻R3，達林頓電路與一開關控制模塊做控制量輸出電路5電連接，該控制量輸出電路5輸出的控制信號，直接控制控制電阻膜的加熱電壓的通斷，溫度測量元件6檢測到的信號再輸入中央控制單元1，實現溫度控制。
權利要求1.一種用于脈寬調制模式的溫度控制系統中的保護器，包括一片可重觸發的單穩觸發器(7)、一個或門(8)、和一個電阻(R2)與一個電容(C2)串聯，再與可重觸發的單穩觸發器(7)電連接，電阻(R2)與可重觸發的單穩觸發器(7)電連接；可重觸發的單穩觸發器(7)的輸出和脈寬調制信號發生器(2)中的D觸發器(9)的輸出共同作為或門(10)的輸入端，或門(8)的輸出則為具有保護功能的控制信號的輸出量。
2.按權利要求1所述的用于脈寬調制模式的溫度控制系統中的保護器，其特征在于所述的脈寬調制信號發生器(2)，采用一片D觸發器，一個電阻(R1)與一個電容(C1)并聯后與D觸發器電連接；其中電阻(R1)和電容(C1)的連接將上電的初始狀態設定為低電平，根據中央控制單元(1)輸出的電阻膜加熱時間t，產生脈寬調制信號。
專利摘要本實用新型涉及一種用于脈寬調制模式的溫度控制系統中的保護器，包括采用一片可重觸發的單穩觸發器，一個或門、和一個電阻R2與一個電容C2串聯，再與可重觸發的單穩觸發器電連接，電阻R2與可重觸發的單穩觸發器電連接；可重觸發的單穩觸發器的輸出和脈寬調制信號發生器中的D觸發器的輸出共同作為或門的輸入端，或門的輸出則為具有保護功能的控制信號的輸出量。該保護電器保證發生故障時電路輸出為低電平，停止電阻膜加熱。該電路設計簡單、體積小、安全可靠，尤其適合航空航天領域等人無法直接干預試驗的控制系統。
文檔編號G05D23/22GK2775721SQ20042012252
公開日2006年4月26日 申請日期2004年12月31日 優先權日2004年12月31日
發明者姜秀杰, 陳小敏 申請人:中國科學院空間科學與應用研究中心