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作者：Mathew Hann，德州儀器 (TI) SAR 產(chǎn)品線(xiàn)經(jīng)理 使用模擬比例積分微分 (PID) 控制器的溫度控制是一種非常簡(jiǎn)單的電路，是確保熱電冷卻器 (TEC) 的設置點(diǎn)能夠對溫度或者激光進(jìn)行調節的有效方法。比例積分項協(xié)同工作，精確地伺服TEC的電流，以維持控制器的溫度設置點(diǎn)。與此同時(shí)，微分項對完成上述工作的速率進(jìn)行調節，從而優(yōu)化總體系統響應。如果可以對總體系統響應H (s) 進(jìn)行描述，則為其設計 PID 控制器G (s) 的最為方便和有效的方法是利用 SPICE 進(jìn)行仿真。 步驟1：確定SPICE模型的TEC/Temp傳感器熱阻抗。 要想把 SPICE 作為 PID 環(huán)路設計的一種有效工具，獲取溫度環(huán)路的熱響應非常重要，目的是獲得 PCBàTECà 激光二極管à 溫度傳感器接線(xiàn)的實(shí)際熱敏電阻、電容和傳輸函數。記住，由于實(shí)際熱特性會(huì )出現高達50%的變化，因此最好是向實(shí)際系統注入一個(gè)熱步進(jìn)輸入，并對其進(jìn)行測量，以獲得最佳的 SPICE 仿真熱模型。 如果對熱連接線(xiàn)進(jìn)行描述，請使用“外環(huán)路、內環(huán)路”程序來(lái)確定G (s) 模塊中控制放大器的總體環(huán)路響應和穩定性。在所有情況下，都會(huì )使用一個(gè)非常大的電感來(lái)中斷外環(huán)路和內環(huán)路，并通過(guò)一個(gè)大電容器和 AC 電源激勵環(huán)路。 步驟 2：中斷G(s)和H(s)之間的外環(huán)路 外環(huán)路定義為圍繞G（s）和H（s）模塊的一條通路。使用圖 1 進(jìn)行模擬的目標是中斷外環(huán)路，獲得H（s）、G（s）和總環(huán)路增益，以驗證熱環(huán)路穩定性。這種情況下，圖 2 顯示相位降至零度以下，而環(huán)路增益變?yōu)?0 dB，其表明整個(gè)環(huán)路不穩定。因此，改變 G（s）應加強 PID 控制，并增加溫度環(huán)路的穩定性。 
圖 1 仿真電路獲得環(huán)路增益和相位
圖 2 圖 1 的環(huán)路增益和相位曲線(xiàn)圖 圖 3 中改進(jìn)型G (s) 模塊包括 PID 組件。微分電路的角頻由 R7 和 C3 設定；R3 設置比例增益；C2 和 R6 設置積分電路角頻。
圖 3 補償G (s) 的仿真電路 步驟3：中斷G（s）“內環(huán)路”，確定本地放大器穩定性 構建完整 PID 組件的最后一步是中斷內環(huán)路，檢查本地放大器 (OPA2314) 的穩定性，從而確保其穩定性與總環(huán)路增益無(wú)關(guān)。在這種情況下，放大器要求使用一個(gè)50 pF電容器（請參見(jiàn)圖 4），以維持本地環(huán)路的穩定運行。
圖 4 經(jīng)過(guò)補償的本地G (s) 環(huán)路的最終電路 下次，我們將討論一種 20W 放大器毀掉 100W 揚聲器的糟糕設計，敬請期待。 參考文獻 《運算放大器穩定性，第2部分（共15部分）：運算放大器網(wǎng)絡(luò )，SPICE分析》，作者：Green, Timothy，發(fā)表于2006年《En-Genius》（原《模擬地帶》）。 《熱電冷卻器的 PSPICE 兼容等效電路》，作者：Simon Lenvkin, Sam Ben-Yaakov，發(fā)表于2005年“電力電子專(zhuān)家大會(huì )” PESC’05. IEEE 36th。 《包括熱效應在內的熱電元件SPICE模型》，作者Chavez, J.A., Salazar, J, Ortega, J.A.和Garcia, M.J.，發(fā)表于2000年“儀器測試與測量技術(shù)大會(huì )”第17屆IEEE會(huì )議記錄。 |
