非制冷红外焦平面温控电路设计

作     者：贺驰光 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马泳

授予年度：2013年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：非制冷红外焦平面 热电制冷器 温度控制 MAX1978 PID 

摘      要：非制冷红外焦平面是红外成像技术史上最引人瞩目的技术革命，也是当前红外成像技术领域极具市场前景的研究热点之一。由于其低成本、低功耗和高可靠性的性能特点，使得非制冷红外焦平面在众多领域中都得到了广泛的应用。 非制冷红外焦平面有两种主要技术：热释电技术和微测辐射热计。不需要超低温工作环境（77K～80K）是这两种不同原理的焦平面的共有特点。但是人们对红外图像质量的苛刻要求又必须使焦平面工作在一个稳定不变的室温温度点上。因此，非制冷红外成像系统都带有智能温度控制电路，为焦平面提供一个高稳定度、低漂移的工作温度。 半导体热电制冷器被用于控制非制冷红外焦平面的温度。半导体热电制冷器是一种由简单的P、N半导体材料构成的电子器件，它被集成在焦平面内部，通过外部电路的补偿达到温度控制的目的。 本文在理论分析和数学推导的基础上，为温控电路的各个环节建立了数理模型，并利用MATLAB仿真工具，精确分析了电路的行为。在这一模型的帮助下，确定了一组工程实用的工作参数，并为后续的电路设计及调试过程提供了理论依据。 最后，在综合考虑系统集成度和控制精度的基础上，选取了美信公司半导体热电制冷器专用温控芯片MAX1978作为主控芯片，用硬件电路实现了对焦平面的温度控制。温控电路结构简单、外围器件少、面积小且控制精度高，经过测试达到了0.045°С的控制精度。