a. Khối đầu vào
Hình 3.14 mô tả mạch cầu vi sai đầu vào đặt nhiệt độ làm việc cho pin Peltier. Biến trở R đặt tại mặt máy có chức năng đặt chế độ “nóng” hay “lạnh” cho tấm tản nhiệt trên pin Peltier so với nhiệt độ phòng. RTpin là điện trở nhiệt của cảm biến điện trở bán dẫn loại 10 k được áp sát vào mặt trên của tấm tản nhiệt trên pin Peltier nơi
Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Ngoan
Radj
R
Hình 3.14. Mạch cầu vi sai đầu vào đặt nhiệt độ làm việc cho pin Peltier
Nhánh cầu thứ nhất được thiết lập bởi biến trở R và RTpin . Điện áp đưa ra tại A sẽ do người sử dụng vặn chiết áp. Qui ước chiều điểu chỉnh của biến trở R như sau:
Vặn cùng chiều kim đồng hồ tức là giảm giá trị R đểđặt chếđộ “nóng” – tăng nhiệt độ
tấm tản nhiệt trên pin peltier so với nhiệt độ phòng. Vặn ngược chiều kim đồng hồ (tăng giá trị R) để đặt chế độ “lạnh” – giảm nhiệt độ so với nhiệt độ phòng. Như vậy,
điện áp đưa ra tại điểm A đặc trưng cho nhiệt độngười dùng muốn đặt
Nhánh cầu thứhai được thiết lập bởi RTphòng và Radj. RTphòng cũng là một điện trở
nhiệt loại cảm biến điện trở bán dẫn loại NTC 10K để phản ánh nhiệt độ môi trường.
Điện áp đưa ra tại B là điện áp tham chiếu cho nhiệt độmôi trường (To phòng) tại thời
điểm hoạt động.
Điện áp tại điểm B (đặc trưng cho nhiệt độ phòng) và điện áp tại điểm A (đặc
trưng cho nhiệt độ tấm tản nhiệt trên pin peltier muốn đặt) được đưa vào mạch khuếch
đại vi sai mô tả trên hình 3.15. Thực chất của khuếch đại vi sai là thực hiện phép trừ
giữa hai lối vào (+) và (-) của IC khuếch đại. Khuếch đại vi sai như trên hình 3.15 có hệ số khuếch đại A = . = 3.3 và transistor tại đầu ra của khuếch đại vi sai có tác dụng lặp lại thế vì VB ≈ . Như vậy, ΔU tại đầu ra sẽ thể hiện sự chênh lệch giữa nhiệt độ phòng và nhiệt độ muốn đặt. Điện áp phản ánh ΔU qua đó sẽ được đưa sang để điều khiển tầng tiếp theo (khối tạo xung PWM).
Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Ngoan
Hình 3.15. Mạch khuếch đại vi sai của khối điều khiển đầu vào của mạch điều khiển pin Peltier
b. Khối tạo xung (PWM – Pulse Width Modulation)
Trong khối tạo xung chúng tôi đã sử dụng IC chuyên dụng KA 3843. Sơ đồ mạch
được mô tả trên hình 3.16.
Ở đây chúng ta cần đặc biệt lưu ý rằng khi cấp nguồn +Vc = 12V vào chân 7 của IC thì chân 8 phải có điện áp +5V ngay. Điện áp này là ổn định và đưa từ trong IC
+VC -VC +VC 3.3k 1k 1k 560 UB + UA 3.3k
Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Ngoan
ra nhằm cấp điện áp cho R, C là mạch định thời gian ( = RC) cho IC. Với trị số R,C
đã nêu (hình 3.16) thì f = 10 kHz. Sự phóng nạp của RC được đưa vào chân 4. Tần số xung ra được quyết định bởi trị số R, C. Đểđiều khiển độ rộng xung lối ra ta có thể điều khiển hai chân là chân 2 và chân 3. Ở mạch này, ta đưa điện áp chênh lệch ∆U từ
khối đầu vào vào chân 2. Nên tại chân 3 (Isensing ) ta sẽ thay đổi biến trở RV1 tại chân 3 với mục đích tạo xung ra có độ rộng bằng độ rỗng (khi nhiệt độ phòng bằng nhiệt độ
tại mặt làm việc). Chân 1 là chân phản hồi và 2 đi ốt được mắc như trên mạch là tương đương với tác dụng của một điện trở hồi tiếp giúp hạn chếđiện áp được đưa vào chân 1. Điện áp đưa vào tại chân 2 điều khiển độ rộng xung ra, và nằm trong dải từ 1.2 V tới 2.2 V. Do vậy việc vặn biến trở R trên mặt máy ta có thể quyết định được dạng xung lối ra tại chân 6 của khối PWM. Dạng xung này có thể được kiểm tra trên điểm TP ở
mặt máy.
Sau đây là hoạt động của mạch IC trên hình 3.17:
Trạng thái 1 (hình 3.18 và 3.19): Ton = Toff (thời gian nghỉ của xung bằng thời gian làm việc) khi đó sẽ không có dòng qua pin Peltier. Lúc này nhiệt độ phòng bằng nhiệt độ trên mặt làm việc của pin.
Hình 3.18: Mô tả dạng xung khi Peltier cân bằng nhiệt độ với môi trường
Hình 3.19 : Dạng xung đo được tại lối ra của khối PWM trên mạch điện điều khiển
Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Ngoan
Trạng thái 2 (hình 3.20 và 3.21): Ton > Toff (thời gian làm việc lớn hơn
thời gian nghỉ) tương ứng với đặt chế độ “nóng” cho pin Peltier (vặn chiết áp điều chỉnh theo chiều kim đồng hồ).
Hình 3.20: Mô tả dạng xung khi đặt nhiệt độ Peltier cao hơn nhiệt độ với môi trường
Hình 3.21 : Dạng xung đo được tại lối ra của khối PWM khi đặt chếđộ ‘nóng’ cho pin peltier
Trạng thái 3 (hình 3.22 và 3.23): Toff = 0 tương ứng với chế độ làm việc nóng nhất (nhiệt độ cao nhất) của pin Peltier (điều chỉnh chiết áp hết thang theo chiều
kim đồng hồ).
Hinh 3.22 : Mô tả dạng thế một chiều khi đặt nhiệt độ Peltier cao. Dòng cấp trở
Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Ngoan
Hình 3.23 : Dạng xung đo được tại lối ra của khối PWM khi đặt chếđộ ‘nóng’ nhất cho pin peltier
Trạng thái 4 (hình 3.24 và 3.25): Ton < Toff (thời gian làm việc ngắn hơn
thời gian nghỉ) tương ứng với đặt chế độ “lạnh” cho pin Peltier (vặn chiết áp điều chỉnh ngược chiều kim đồng hồ).
Hình 3.24: Mô tả dạng xung khi đặt nhiệt độ Peltier thấp hơn nhiệt độ môi trường
Hình 3.25: Dạng xung đo được tại lối ra của khối PWM khi đặt chếđộ ‘lạnh’ cho peltier
Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Ngoan
Trạng thái 5 (hình 3.26 và 3.27): Ton = 0 tương ứng với chế độ làm việc lạnh nhất (nhiệt độ thấp nhất) của pin Peltier (điều chỉnh chiết áp hết thang ngược chiều kim đồng hồ).
Hình 3.26. Mô tả dạng thế một chiều khi đặt nhiệt độ Peltier lạnh nhất. Dòng cấp trở
thành liên tục và chạy ngược chiều so với lúc đặt nóng.
Hình 3.27: Dạng xung đo được tại lối ra của khối PWM khi đặt chếđộ ‘lạnh’ nhất cho pin peltier
c. Khối công suất
Sau khi các xung điều khiển được tạo ra ở khối tạo xung, chúng được đưa sang
khối công suất để tạo dòng điện một chiều cấp cho Peltier theo tín hiệu điều khiển từ
cảm biến nhiệt độ. Sơ đồ mạch điện của khối công suất được mô tả trên hình 3.28. Đây
là một mạch cầu H, chúng tôi sử dụng mạch cầu H ở đây để dễ dàng có thể thay đổi phân cực của pin peltier.
Trong khối công suất các xung có cực tính ngược nhau Q và được đưa vào
hai nhánh của mạch cầu công suất H. Tại một thời điểm khi có xung cực tính dương tác động vào nhánh cầu bên trái của cầu H thì ngược lại sẽ có một xung cực tính âm
tác động vào bên phải của cầu H. Khi có xung cực tính dương thì các MOSFET kênh n (60N06) sẽ dẫn và ngược lại khi có tác động của xung cực tính âm thì MOSFET kênh p (60P06) sẽ dẫn. Do đó, khi bên trái cầu có xung cực tính dương và bên phải là xung
Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Ngoan
cực tính âm tác động thì dòng điện sẽ chạy từ +Vc qua MOSFET QB-P qua pin peltier rồi qua QB’-N rồi xuống đất.Và trong trường hợp ngược lại thì dòng điện sẽ chạy theo chiều ngược lại tức là từ nguồn qua QA-P rồi qua pin peltier và QB’-N rồi xuống đất. Do vậy, tại một thời điểm làm việc sẽ có từng cặp MOSFET thông (QA-P và QA’-N cùng thông hoặc QB-P và QB’-Ncùng thông). Điều này sẽ quyết định chiều dòng điện chạy qua pin, dẫn đến làm nóng hay làm lạnh. Trong trường hợp làm nóng đồng hồ
hiển thị dòng dương và khi làm lạnh nó hiển thi dòng âm. Nóng hay lạnh ở mức độ
nào là do mức độ dòng chạy qua pin Peltier quyết định. Vai trò của các cuộn cảm và tụ điện ởđây là lọc dòng để có dòng một chiều cấp cho pin Peltier.
Hình 3.28: Mạch điện của khối công suất cấp dòng cho pin Peltier
Hình 3.29: Dạng xung đo được của Q và trên mạch điện điều khiển bộổn định nhiệt độ với C1 là Q và C2 là
Luận văn thạc sỹ Nguyễn Thị Ngoan