專利名稱：一種基于智能電表設(shè)備的溫度控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種溫度控制裝置，具體地說是一種基于智能電表設(shè)備的溫度控 制裝置。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中，由于電表設(shè)備所處工作環(huán)境的區(qū)域性差異較大，再加上季節(jié)性帶 來的溫差，使其工作環(huán)境溫度在較大范圍內(nèi)變化，低溫可達-40°C以下，高溫則可達到75。C 以上。在如此懸殊的溫度下，電表設(shè)備中元器件的功能、性能、壽命等都將急劇下降，使得整 個設(shè)備系統(tǒng)的可靠性、安全性、穩(wěn)定性受到了極大的威脅。正是由于這些隱患的存在，在電 表設(shè)備中加入溫度控制裝置是非常必要的。現(xiàn)有的智能電表系統(tǒng)一般還沒有加入溫度控制裝置，在一些特殊功能儀器儀表中 (如在線測量儀表)存在類似的溫度控制器，但其實現(xiàn)方式一般是利用溫度傳感器、單片機 處理器、固體繼電器及由分立器件實現(xiàn)的電路板來驅(qū)動半導(dǎo)體制冷器。此方案除了成本較 高、體積較大外，還存在溫度控制的線性度較差，且易受到外界因素的干擾，尤其對電壓信 號要求其紋波較小。因此，為了提高電表設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，迫切的需要開發(fā)出一款可以控制電 表設(shè)備的工作環(huán)境溫度在一個合理范圍內(nèi)的溫度控制裝置。

實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本實用新型的目的在于提出一種可以提高電表 設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性的溫度控制裝置。本實用新型是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的—種基于智能電表設(shè)備的溫度控制裝置，包括感應(yīng)元件、控制電路、電源管理單元 和加熱制冷器，所述控制電路分別與感應(yīng)元件和加熱制冷器相連，所述電源管理單元與控 制電路相連并將電表設(shè)備中的電源信號弓丨入到控制電路中。其中，所述控制電路包括穩(wěn)壓電路、基準電壓源、溫度檢測電路、壓控電流源、放大 電路、判決電路和驅(qū)動電路，所述穩(wěn)壓電路將電表設(shè)備傳來的電源信號輸出至基準電壓源 和壓控電流源中，所述壓控電流源分別與溫度檢測電路和放大電路相連，將基準電壓源輸 出的參考電壓與放大電路輸出的感應(yīng)電壓傳至判決電路中進行比較，比較得到的輸出信號 經(jīng)驅(qū)動電路后作為加熱制冷器的控制信號。其中，所述溫度檢測電路包括電阻和感應(yīng)元件，該感應(yīng)元件可采用熱敏電阻等。其中，所述壓控電流源包括溫度檢測電路、運算放大器和PMOS管。其中，所述放大電路包括電阻和運算放大器。其中，所述判決電路包括遲滯比較器。其中，所述驅(qū)動電路包括緩沖寄存器。其中，所述加熱制冷器采用半導(dǎo)體/加熱制冷器。[0015]本實用新型的有益效果是1.體積小該實用新型主體結(jié)構(gòu)采用全定制CMOS集成電路，采用較小的封裝形 式，大大降低了整個裝置的體積。2.外圍部件少除了感應(yīng)元件和加熱/制冷器外其余部分均集成到控制電路中。3.線性度好控制電路具有良好的線性響應(yīng)特性，可以滿足實現(xiàn)精細溫度控制的 要求。4.感應(yīng)精度高決定感應(yīng)電壓的各項均可通過電路設(shè)計、布圖設(shè)計和CMOS工藝控 制進行優(yōu)化獲得較好的感應(yīng)特性。5.抗干擾能力強由控制電路特性可知該系統(tǒng)不易受到來自電源、襯底等外界因 素的干擾，具有較強的抗干擾能力。

圖1為本實用新型所述溫度控制裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為控制電路的工作原理圖；圖4為本實用新型所述溫度控制裝置的V-T特性曲線；圖中，1-電表設(shè)備，2-感應(yīng)元件，3-控制電路，4-電源管理單元，5-加熱/制冷器， 6-溫度檢測電路，7-穩(wěn)壓電路，8-基準電壓源，9-壓控電流源，10-放大電路，11-判決電 路，12-驅(qū)動電路。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的溫度控制裝置做進一步詳細的說明。如圖1所示，本實用新型的溫度控制裝置主要由感應(yīng)元件2、控制電路3、電源管理 單元4和加熱制冷器5組成，控制電路3分別與感應(yīng)元件2和加熱制冷器5相連，電源管理 單元4與控制電路3相連并將電表設(shè)備1中的電源信號弓丨入到控制電路3中。感應(yīng)元件2(即圖2中的Rth)是一個熱敏電阻(PTC)，其阻值隨溫度成正比線性變 化，即溫度上升，阻值變大；溫度下降，阻值減小。感應(yīng)元件2與控制電路3相連，其阻值隨 溫度變化的信息同時也傳遞給控制電路3。電源管理單元4與控制電路3和電表設(shè)備1的電源信號相連，負責將從電表設(shè)備 1端的電源信號引入到控制電路3中，并對該電源信號進行必要的濾波和穩(wěn)壓處理。加熱/制冷器5由半導(dǎo)體加熱/制冷器實現(xiàn)，其具有體積小的特點，可實現(xiàn)溫度的 精細控制。其工作狀態(tài)由控制電路3的輸出信號Vctrl驅(qū)動，根據(jù)Vctrl的邏輯值來啟動 或關(guān)閉加熱/制冷器裝置。當加熱/制冷器5啟動后，將使得環(huán)境溫度發(fā)生變化，直至滿足 系統(tǒng)正常工作要求，之后進入關(guān)閉狀態(tài)。當環(huán)境溫度再次發(fā)生偏離后，感應(yīng)元件2和控制電 路3進入工作狀態(tài)，通過控制信號Vctrl進行新一輪的溫度調(diào)節(jié)?？刂齐娐?與感應(yīng)元件2和加熱/制冷器5相連，起到橋梁的作用，將感應(yīng)元件2 傳遞的溫度信息進行分析和處理后，下達控制信號給加熱/制冷器5。控制電路是由CMOS 集成電路實現(xiàn)的，采用CMOS集成電路可以獲得低功耗、小尺寸、強抗干擾能力等優(yōu)點。該裝置中的控制電路3的結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由穩(wěn)壓電路7，基準電壓源8，溫度檢測電路6，壓控電流源9，放大電路10，判決電路11和驅(qū)動電路12組成，穩(wěn)壓電路7將電 表設(shè)備1傳來的電源信號輸出至基準電壓源8和壓控電流源9中，壓控電流源9分別與溫 度檢測電路6和放大電路10相連，將基準電壓源8輸出的參考電壓與放大電路10輸出的 感應(yīng)電壓傳至判決電路11中進行比較，比較得到的輸出信號經(jīng)驅(qū)動電路12后作為加熱制 冷器5的控制信號?？刂齐娐?的工作原理是，當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，首先由溫度檢測電路6檢測 出環(huán)境的溫度信息，并將該信息轉(zhuǎn)化為可以處理的電學信號作為壓控電流源9的輸入信號 源；壓控電流源9基于參考電壓對該信號進行電壓-電流轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電流信號經(jīng)放大電 路10進行放大處理，輸出信號進入判決電路11與參考電壓作比較，比較得到的輸出信號經(jīng) 驅(qū)動電路12作增強處理后作為加熱/制冷器5的控制信號。穩(wěn)壓電路7主要負責對進來 的電源信號進行濾波和穩(wěn)壓處理，并輸出到基準電壓源8和壓控電流源9中；基準電壓源8 主要包含一個高精度帶隙基準源，通過分壓電路處理后輸出特定的電壓作為其他模塊的參 考電壓?？刂齐娐?的核心電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。該結(jié)構(gòu)基于CMOS集成電路工藝，圖中的 電阻一般由較高精度的Poly電阻實現(xiàn)。電路中電阻Rl、R2與感應(yīng)元件2組成溫度檢測電 路6 ；并與運算放大器Al，PMOS管Ml、M2組成壓控電流源9，電壓由參考電壓Vrefl提供； PMOS管Ml M4構(gòu)成鏡像電流源，通過設(shè)置M3、M4的尺寸可以獲得與壓控電流源9相關(guān)的 電流；電阻R3 R7與運算放大器A2組成放大電路10，其中電阻R3對鏡像電流進行采樣 并經(jīng)過放大電路進行放大，得到感應(yīng)電壓Vsense ；遲滯比較器A3組成判決電路11，對感應(yīng) 電壓Vsense和參考電壓Vref2作比較；驅(qū)動電路12由緩沖寄存器A4實現(xiàn)；圖中參考電壓 Vrefl和Vref2由基準電壓源8提供。假定壓控電流源得到的電流為I1,電流鏡像得到的 電流為M · I1, Rl》Rth，R4 = R5，R6 = R7 = N · R4 ；經(jīng)推導(dǎo)可得感應(yīng)電壓Vsense的表達式 為
權(quán)利要求1.一種基于智能電表設(shè)備的溫度控制裝置，該裝置包括感應(yīng)元件O)、控制電路(3)、 電源管理單元(4)和加熱制冷器(5)，其特征在于所述控制電路C3)分別與感應(yīng)元件(2) 和加熱制冷器(5)相連，所述電源管理單元⑷與控制電路(3)相連并將電表設(shè)備⑴中 的電源信號引入到控制電路(3)中。
2.如權(quán)利要求1所述的溫度控制裝置，其特征在于所述控制電路(3)包括穩(wěn)壓電路 (7)、基準電壓源(8)、溫度檢測電路(6)、壓控電流源(9)、放大電路(10)、判決電路(11)和 驅(qū)動電路(12)，所述穩(wěn)壓電路(7)將電表設(shè)備(1)傳來的電源信號輸出至基準電壓源(8) 和壓控電流源(9)中，所述壓控電流源(9)分別與溫度檢測電路(6)和放大電路(10)相連， 將基準電壓源⑶輸出的參考電壓與放大電路(10)輸出的感應(yīng)電壓傳至判決電路(11)中 進行比較，比較得到的輸出信號經(jīng)驅(qū)動電路(12)后作為加熱制冷器(5)的控制信號。
3.如權(quán)利要求2所述的溫度控制裝置，其特征在于所述溫度檢測電路(6)包括電阻 和感應(yīng)元件(2)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的溫度控制裝置，其特征在于所述壓控電流源(9)包括溫 度檢測電路(6)、運算放大器和PMOS管。
5.如權(quán)利要求2所述的溫度控制裝置，其特征在于所述放大電路(10)包括電阻和運 算放大器組成。
6.如權(quán)利要求2所述的溫度控制裝置，其特征在于所述判決電路(11)包括遲滯比較器。
7.如權(quán)利要求2所述的溫度控制裝置，其特征在于所述驅(qū)動電路(1 包括緩沖寄存器。
8.如權(quán)利要求2所述的溫度控制裝置，其特征在于所述加熱制冷器(5)采用半導(dǎo)體 加熱制冷器。
專利摘要本實用新型涉及一種基于智能電表設(shè)備的溫度控制裝置，包括感應(yīng)元件2、控制電路3、電源管理單元4和加熱制冷器5，控制電路3分別與感應(yīng)元件2和加熱制冷器5相連，電源管理單元4與控制電路3相連并將電表設(shè)備1中的電源信號引入到控制電路3中。本實用新型的溫度控制裝置對電表設(shè)備的工作環(huán)境溫度進行控制，使之維持在一個合理的范圍之內(nèi)，從而極大地提高了電表設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號G05D23/20GK201845245SQ20102028049
公開日2011年5月25日 申請日期2010年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者原義棟, 王于波 申請人:中國電力科學研究院