高频脉冲管制冷机的直流驱动与主动温控系统及设计方法

摘要

本发明公开了一种高频脉冲管制冷机的直流驱动与主动温控系统及其设计方法，该系统主要由DC-DC转换模块一、DC-DC转换模块二、温度信号运放模块、模拟-数字信号转换模块、数字信号处理器、数字-模拟信号转换模块、H桥功率放大模块以及热电偶测温电桥模块组成。通过热电偶测温电桥模块采集制冷机冷端温度，温度信号通过温度运放模块转换为合适电压信号，进一步通过模拟-数字信号转换、PID控制、SPWM信号调制及数字-模拟信号转换一系列信号处理，输出的控制信号能实现脉冲管制冷机在直流电源下的高效驱动，并能对制冷机的冷端温度进行主动反馈控制。本发明对于高频脉冲管制冷机在航天等特殊领域的应用具有非常积极的意义。

主权项

一种高频脉冲管制冷机的直流驱动与主动温控系统，它包括温度信号运放模块(1)、模拟‑数字信号转换模块(2)、数字信号处理器(3)、数字‑模拟信号转换模块(5)、H桥功率放大模块(6)、DC‑DC转换模块一(10)、DC‑DC转换模块二(11)以及热电偶测温电桥模块(13)，其特征在于：所述的外部直流总线(12)连接H桥功率放大模块(6)进行供电，DC‑DC转换模块一(10)连接温度信号运放模块(1)和H桥功率放大模块(6)进行供电，DC‑DC转换模块二(11)连接数字‑模拟信号转换模块(2)、数字信号处理器(3)以及数字‑模拟信号转换模块(5)进行供电；热电偶测温电桥模块(13)连接至脉冲管制冷机冷端换热器(9)，通过设置在脉冲管制冷机冷端换热器(9)上的热电偶(14)获取到温度信号，利用测温电桥(15)将热电偶电阻信号转化为电压信号(16)；电压信号(16)传送至温度信号运放模块(1)，经过温度信号运放模块(1)中的运放电路将电压信号(16)进一步转换为合适大小的模拟电压信号；此模拟电压信号输送至模拟‑数字信号转换模块(2)，利用模拟‑数字信号转换模块(2)的转换功能将输入的模拟信号转换为相对应的数字信号(17)；然后数字信号(17)被输送至数字信号处理器(3)后同时输出波形上互补的两路SPWM信号；上述两路SPWM信号送至数字‑模拟信号转换模块(5)，转换为相应的SPWM模拟信号一(24)和SPWM模拟信号二(25)；SPWM模拟信号一(24)和SPWM模拟信号二(25)分别连接至H桥功率放大模块(6)中的H桥电路一(26)和H桥电路二(27)，在外部直流总线(12)提供能量的前提下，H桥功率放大模块(6)以SPWM模拟信号作为控制信号，改变H桥电路一(26)和H桥电路二(27)上MOSFET管的通断时间，从而实现SPWM模拟信号一(24)和模拟信号二(25)的放大输出；输出的调制信号能提供高频脉冲管制冷机直线压缩机的直线电机一(7)和直线电机二(7′)正常的直流线性驱动，且控制信号反映到输入功的变化，进一步调整脉冲管制冷机冷指(8)的制冷效果，完成对脉冲管制冷机冷端换热器(9)的温度稳定性的控制；从而共同形成一种高频脉冲管制冷机的直流驱动与主动温控系统。