使用单位阶跃响应稳定热电控制器环路

热电控制器（TEC）回路可以通过使用回路对阶跃函数的响应来确定稳定性来稳定。然后增益降低到电路稳定的点。本应用笔记描述了该过程，并使用MAX8521评估板演示该过程。

程序

拆下三个积分器组件（C16、C17和R16）和两个差分组件（R18和C18）。在运算放大器上放置一个500kΩ或更大的电位计（输出到反馈）。这形成了一个只有直流增益的误差放大器。将示波器探头放在THERM测试点上，并用R23快速改变温度设定点。使用已安装的电位计提高增益，直到从瞬态步长观察到强烈的振铃或振荡。注意不稳定的频率（环）。

请注意，TEC在加热模式下具有更强的热增益，这对于瞬态响应来说应该是最差的。通常，振铃是由TEC中第二极的相位裕量差引起的，可以使用PID的差分量（R18和C18）进行补偿。该差分器能够增加多达 90 度的超前相移。作为计算差分分量的示例，如果振铃为2Hz，R17为50kΩ，则微分器应在0.3Hz处开始加相，在12Hz处结束。

因此，要在 0.3Hz 处启动微分器：

要在 10Hz 处结束微分器：

再次安装 C18 和 R18 后，调整电位计以获得最佳瞬态。一旦获得良好的瞬态响应，就可以添加积分帽（C16）。C16 将积分器设置为零。该零点应与TEC模块的第一极匹配，通常为0.02Hz至0.06Hz。

因此：

通常环路增益足够高，积分器插入的零点的频率不需要精确。C16应该是陶瓷的，较小的电容器对电路性能更好。

环路增益应以至少比差分高两倍的频率滚降。在本应用笔记的示例中，该频率为24Hz或更高。C17滚离环路增益，其值可使用以下公式找到：

可能需要缩放所有电路值，直到找到实际元件。请注意，在加热模式（冷却环境）下，热回路增益较高，这是稳定性的最坏情况。

MAX8521评估板原理图

 

指定	数量	描述
C1， C2， C3， C5， C11， C20	6	1μF ±10%， 6.3V X5R （0603） 陶瓷电容器 村田制作所 GRM188R60J105K，太阳裕电 JMK107BJ105KA
C4， C10， C16	3	10μF ±20%， 6.3V X5R （0805） 陶瓷电容器 太阳裕电 JMK212BJ106MG
C6， C7， C12， C13， C14	5	0.1μF ±10%， 25V X5R （0603） 陶瓷电容器 村田制作所 GRM188R71E104K，太阳裕电 TMK107BJ104KA
C8	1	0.047μF ±10%， 10V X7R （0402） 陶瓷电容器 村田制作所 GRP155R71A473K
C9	0	未安装 （1206）
C15	0	未安装 （0603）
C17	1	0.022μF ±10%， 50V X7R （0603） 陶瓷电容器 村田制作所 GRM188R71H223K
C18	1	10μF ±20%， 4V X5R （0603） 陶瓷电容器 TDK C1608X5R0G106M
C21	1	150μF ±20%， 6.3V， 18m ESR， 2.8A， D2E 尺寸， POSCAP Sanyo 6TPE150MI
J1	1	DB25 直角公连接器
J2	1	2 针接头
J3-J6	0	未安装
J7， J8	2	3 针接头
L1、L2	2	2.2mH、1.6A 电感器 墨田 CDRH2D18/HP-2R2
第 1 季度、第 2 季度、第 3 季度	3	NPN 双极晶体管， 40V， SOT-23 中央半导体 CMPT3904
R1	1	0.1Ω ±1%， 0.25W （1206） 检测电阻 松下 ERJ8RSFR10
R3	1	47kΩ ±5% （0402） 电阻
R4	1	100kΩ ±1% （0402） 电阻
R5-R8， R24	0	未安装 （0402）
R9， R10， R11	3	4.7kΩ ±5% （0603） 电阻
R12-R15， R18	5	1kΩ ±5% （0603） 电阻
R16	1	240kΩ ±5% （0603） 电阻
R17	1	47kΩ ±1%， （0603） 电阻
R19	1	10Ω ±5% （0603） 电阻
R20	1	10kΩ ±0.1%， 25ppm/°C （0805） 电阻 松下 ERA6YEB103
R21， R22	0	未安装 （0603）
R23	1	10kΩ电位器（多圈）
SW1	1	开关，瞬时，常开
U1	1	电源驱动器，36引脚UCSP MAX8521EBX
U2	1	运算放大器，6引脚SOT23 MAX4238AUT-T
U3	0	未安装，8 针 SO
U4	1	串行、14位DAC、10引脚mMAX MAX5144EUB

数量	描述	E 编号
1	包装盒（标有评估板部件号和日期代码） 9.25英寸 x 7.25英寸 x 1.0125英寸 TTM普通牛皮纸	不适用
1	Maxim 数据手册的 WEB 说明	不适用
1	ESD袋，未密封（尺寸足以轻松拆卸电路板组件）	不适用
1	ESD泡沫包装材料（防止PC板在盒子内移动）	不适用
1	MAX8520/21软件盘	不适用
1	MAX8521评估板电路板组件	不适用

 

审核编辑：郭婷