[发明专利]一种斯特林制冷机精准控温驱动电路及控制方法

说明书

本发明公开了一种斯特林制冷机精准控温驱动电路，包括用于与计算机或者系统平台实时通讯的MCU主控电路；用于进行温度数据采集处理、模糊PID控制算法实现以及SPWM波形产生的FPGA模块；以及用于增强驱动能力的全桥驱动模块；所述MCU主控电路与FPGA模块电连接，所述FPGA模块与全桥驱动模块电连接，全桥驱动模块通过接口电路与声能压缩机以及温度采集模块电连接，声能压缩机与温度采集模块电连接，温度采集模块通过温度信号调理电路与FPGA模块连接。本发明将FPGA与MCU的共同使用，最大程度地发挥了二者的特点，有利于更加精准地控温和进行参数的交互。

技术领域

本发明涉及一种精准控温驱动电路的及其控制方法，特别涉及一种斯特林制冷机精准控温驱动电路及控制方法，属于电子电路领域。

背景技术

斯特林制冷机作为低温技术的重要分支，广泛应用于军事、气象、航空航天、低温电子学、低温医学等领域。同时随着其应用的推广，制冷量的提高，大冷量的斯特林制冷机也将在普冷行业如民用制冷具备极大的发展潜力，发展前景十分广阔。但由于斯特林制冷机的技术成本过高，斯特林制冷机目前主要运用于军事和航天领域。斯特林制冷机在普冷领域的研究仍处于起步阶段，对斯特林电机的驱动控制研究也还主要针对小功率、小冷量的小型斯特林电机。国内对于大功率大冷量的斯特林机还未有相应的控制器研制和应用推广。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种斯特林制冷机精准控温驱动电路及控制方法，其将FPGA+MCU相结合，有利于更加精准的控温和进行参数的交互。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，一种斯特林制冷机精准控温驱动电路，包括

—用于与计算机或者系统平台实时通讯的MCU主控电路；

—用于进行温度数据采集处理、模糊PID控制算法实现以及SPWM波形产生的FPGA模块；以及

—用于增强驱动能力的全桥驱动模块；

所述MCU主控电路与FPGA模块电连接，所述FPGA模块与全桥驱动模块电连接，全桥驱动模块通过接口电路与声能压缩机以及温度采集模块电连接，声能压缩机与温度采集模块电连接，温度采集模块通过温度信号调理电路与FPGA模块连接。

在本专利中，所述MCU主控电路与FPGA模块电连接，进行温度、电压、电流、频率的设置和读取，所述FPGA模块与全桥驱动模块电连接，全桥驱动电路采用正弦逆变驱动模式，加电工作后由FPGA产生SPWM波，SPWM波的占空比和频率可以通过FPGA可编程进行调节，通过驱动与变换电路生成两路互补SPWM控制信号控制场效应管全桥电路进行功率输出。经整形滤波电路后输出正弦波，全桥驱动模块通过接口电路与声能压缩机连接，将输出的正弦波用于驱动声能压缩制冷机全速工作。声能压缩机与温度采集模块电连接，温度采集模块通过温度信号调理电路与FPGA模块连接，将温度信息变化量反馈给FPGA内部的PID控制器作为PID控制器的输入变化量来产生其输出控制量，输出控制量会使得FPGA输出一个经过调整后的SPWM波，从而构成一个精准控制温度变化的闭环。

本发明提出的具体思路为：采用FPGA+MCU的驱动控制电路设计模式，克服目前国内已有的斯特林制冷机驱动控制电路采用单片机控制中程序编写复杂，响应适时性和计算处理能力不理想等问题。FPGA具有速度快、事件处理能力强，控温精度高等特点，因此我们采用以FPGA为核心的数字控制正弦逆变驱动模块式，提高驱动效率；利用FPGA的强大处理能力及内部资源加入大量算法结合外部温度反馈电路达到更高的控温精度；采用特殊的接口处理和相应的电路设计来消除电磁干扰对系统的影响；选用高效的MOSFET/IGBT全桥结合相应设计的整形滤波电路达到输出大功率的驱动能力，同时考虑人机交互的功能，通过MCU进行人机对话处理，下述具体实施方式中有详细描述。

电路中控制功能由MCU主控电路和FPGA模块共同完成，是整个电路的核心部分。