基于ADN8830的非制冷紅外焦平面溫度控制電路設計

圖2中的電阻RTH即是非制冷紅外焦平面組件中自帶的熱敏電阻。電阻R4阻值的選擇與熱敏電阻RTH。的溫度特性和環(huán)境溫度有關。熱敏電阻RTH的阻值并不是隨著溫度的升高而線性下降的，電阻R4的阻值應該按式(1)計算：

式中RT1和RT3分別表示熱敏電阻在工作溫度的兩個上、下極限時的阻值，RT2為熱敏電阻在平均溫度下的阻值。在實際應用中，可取工作溫度的兩個極限分別為5℃、45℃，則平均溫度為25℃。通過查閱熱敏電阻溫度曲線可以得到RT1=10．735kΩ，RT2=4．700kΩ，RT3=2．250 kΩ，從而計算出電阻R4的值為3．304kΩ，取R4=3．300kΩ。
ADN8830溫控電路的控制原理是通過采樣熱敏電阻上的電壓與非制冷紅外焦平面正常工作所設定的溫度相比較，從而調整致冷器中流過的電流的方向和大小來控制溫度的。ADN8830的管腳4(TEMPSET)的設定電壓值應該按式(2)計算：

設定溫度=25℃時，熱敏電阻RTH=4．7 kΩ，參考電壓VREF由芯片內部提供，為2．47V，則VSET為1．45V。

2 PID網絡調節(jié)及參數設定
PID(Proportion Integrator Differentiator)積分微分比例調節(jié)補償網絡是TEC溫度控制最關鍵的部分，是影響到TEC控制器的響應速度和溫度穩(wěn)定性的一個關鍵因素。用PID控制技術作為核心，以減少靜態(tài)誤差、提高控制精度。PID相當于放大倍數可調的放大器，用比例運算和積分運算來提高調節(jié)精度，用微分運算加速過渡過程，較好地解決了調節(jié)速度與精度的矛盾。PID的數學模型可用式(3)表示：

式中：KP為比例系數；T1為積分時間常數；TD為微分時間常數。
ADN8830 TEC控制器采用外部補償網絡，僅需要幾個電阻和電容，如圖3所示。不同的應用設計者可以根據自己的熱負載特性來調整補償網絡，從而達到最佳的溫度設定時間和穩(wěn)定性容限，但補償網絡的轉換周期對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較大。為了確保溫度控制的穩(wěn)定性，補償網絡的轉換周期必須小于TEC和溫度傳感器的熱時間常數。但是TEC和溫度傳感器的熱時間常數是一個難以描述的因素，無法通過計算方式來設計網絡參數。針對圖3的PID網絡通?？梢酝ㄟ^以下調試步驟來優(yōu)化參數：
(1)將電容C9短路、C11開路，僅只留下電阻R6和R5構成一簡單的補償比例網絡；
(2)增加電阻R6和R5的比例，從而增加增益直至TEC兩端的電壓開始出現振蕩，然后將R6和R5的比例縮小至原來的1／2；
(3)將電容C9串接到補償網絡，并減小該電容的值直至TEC兩端的電壓開始出現振蕩，然后將電容C9的值增加1倍，電容C9的初始值基于式(4)使單位增益為0．1 Hz；