[發明專利]超低溫制冷機智能控制器

有效

• 申請號: 201610312504.6
• 申請日: 2016-05-11
• 公開（公告）號: CN107367093B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 廖曉濱
• 申請（專利權）人: 廣東特信超導技術有限公司
• 主分類號: F25B49/00
• 分類號: F25B49/00
• 代理公司: 北京聯瑞聯豐知識產權代理事務所(普通合伙) 11411
• 代理人: 張清彥

本發明公開了超低溫制冷機智能控制器，應用于超導電子系統的超低溫制冷機的高速精確控制，包括主控模塊以及與所述主控模塊連接的溫度采集模塊、電流檢測模塊、電壓檢測模塊、逆變電路模塊、按鍵/顯示模塊和風扇驅動模塊。所述主控模塊采用ARM架構處理器、SPWM技術和PID閉環控制算法，控制精度≤0.1K，制冷爬坡時間短、功耗低。實施本發明的超低溫制冷機智能控制器，具有以下有益效果：制冷速度快、效率高、體積小、控制精度高、輸出電壓和頻率可調，適用于0.3W～15W冷量的超低溫制冷機，有效EMC和EMI防護。

技術領域

本發明涉及超低溫制冷機控制領域，更具體地說，涉及一種基于斯特林超低溫制冷機系統的高速精確控制及方法。

背景技術

在過去幾十年里，超低溫制冷機的應用和發展保持著穩定的增長速度。隨著高溫超導和航空航天技術的發展，對微型低溫制冷機的制冷量、效率和可靠性提出了更高的要求。在早期低溫制冷機的應用主要限于低溫泵和紅外探測中，在低溫泵和核磁共振儀中主要使用的GM制冷機，而紅外探測器和高溫超導電子領域更多的是使用斯特林制冷機。斯特林制冷機具有高效率、快速制冷、小尺寸、重量輕、低功耗、低振動、高可靠性和長壽命等優點，因此微型斯特林制冷機被廣泛地應用于紅外探測器和高溫超導電子領域。低溫制冷機和控制技術受到國際上的封鎖。

傳統的超低溫制冷機控制器直接采用方波驅動，制冷效率不高、震動噪音較大，且溫度控制精度不高，誤差在±0.5K左右，造成超導濾波器中心頻率漂移，無法應用在要求制冷效率高、制冷速度快和溫度控制精度高的場合。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供超低溫制冷機智能控制器，采用ARM架構處理器、SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦波脈寬調制)技術和PID(Proportion Integral Derivative，比例積分微分)閉環控制算法，解決了上述傳統控制器的缺點，具有制冷速度快、效率高、控制精度高、輸出電壓和頻率可調的特點。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造超低溫制冷機智能控制器，應用于超導電子系統的超低溫制冷機的高速精確控制，包括主控模塊以及與所述主控模塊連接的溫度采集模塊、電流檢測模塊、電壓檢測模塊、逆變電路模塊、按鍵/顯示模塊和風扇驅動模塊；所述主控模塊采用ARM架構處理器、SPWM技術和PID閉環控制算法，控制精度≤0.1K。

在本發明所述的超低溫制冷機智能控制器中：

溫度采集模塊，用于對制冷溫度進行實時采樣和放大，并輸入到所述主控模塊進行量化和處理；

電流檢測模塊，用于對所述超低溫制冷機的電流進行實時采樣；

電壓檢測模塊，用于對輸入電壓進行檢測；

逆變電路模塊，用于使所述主控模塊根據驅動所述超低溫制冷機所需要的功率，控制開關的通斷時間，將直流電變成幅度變化頻率不變的正弦波，驅動所述超低溫制冷機工作；

按鍵/顯示模塊，用于控制所述超低溫制冷機的啟動和關閉、參數設置和顯示狀態信息；

風扇驅動模塊，用于驅動調速風扇，對所述超低溫制冷機的壓縮機、膨脹機及超導電子系統設備機箱內進行散熱。

在本發明所述的超低溫制冷機智能控制器中，采用全金屬屏蔽外殼和連接器，降低所述超低溫制冷機智能控制器對系統的干擾、并且有利于散熱，提高系統的可靠性和穩定性。

實施本發明的超低溫制冷機智能控制器，具有以下有益效果:制冷速度快、效率高、體積小、控制精度高、輸出電壓和頻率和幅值可調，適用于0.3W～15W冷量的超低溫制冷機，可調有效EMC和EMI防護；其中，控制精度≤0.1K，頻率可調范圍為10Hz～200Hz，電壓可調范圍為0～33V。

附圖說明