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半导体制冷器的基本致冷单元，是把P型半导体和N型半导体用金属连接片焊接起来组成的电偶，如图1(a)所示。载流子通过结点时，必然与周围环境进行能量交换，能级的改变是现象的本质。N型半导体有多余的电子，具有负温差电势，P型半导体多数载流子子是空穴，电子不足，具有正温差电势，当电子从P型半导体穿过结点到N型半导体时，其能量必然增加，而且增加的能量相当于结点所消耗的能量，结点温度降低。相反，当电子从N型半导体流至P型半导体时，结点的温度就升高。由于单个电偶产生的热效应较小，所以实际应用的半导体制冷器，是将多个这样的电偶对一起串联使用，如图1(b)所示，这样才能够同时吸收或者释放更多的热量。通过改变TEC两端的电流流向就能够控制热量吸收和释放，同时控制电流的大小，就能控制TEC发热或者制冷的功率，从而实现对LED温度的控制。由于对于LED来说主要是控制其温度不能超过其允许范围，因此只需控制电流的大小而不必控制方向。
1．2 温度测量方法
控制温度需要温度检测装置，这里采用热敏电阻元件作为温度的传感器，通过测量其电阻值的大小来判断温度的大小。这样希望温度控制在某个值就有了温度的给定，到温度执行机构，再到温度的检测作为反馈就构成了温度的闭环自动控制系统。
温度信号首先要变成比较容易处理的电信号，这里采用温度传感器将温度信号转变为电信号。常见的温度传感器有热电偶、热敏电阻、RTD和集成温度传感器。热敏电阻主要用于点温度、小温差的测量，远距离多点测量与控制，温度的补偿和电路的自动调节等。测温范围为-50～+450℃。与其他温度传感器相比，热敏电阻温度系数大、灵敏度高、响应迅速、测量线路简单，体积小、寿命长、价格便宜，由于本身电阻值很大，因此可以不考虑引线长度带来的误差，适于远距离的测量和控制。
热敏电阻的温度系数有正有负，大概可分为NTC，PTC和CTR。NTC是一种具有负温度系数的热敏电阻，PTC是正温度系数热敏电阻，CTR是临界温度热敏电阻。NTC主要用于温度测量和补偿。本课题采用的是NTC型热敏电阻。它的主要参数指标有标称电阻值Rt、额定功率、电阻温度系数α、测量功率、时间常数、耗散系数、稳压范围等。
一般而言，温度的测量由温度传感器和电桥2部分组成。本课题研究的LED温度的测量利用热敏电阻和差分输入电桥两部分组成。采用单电桥的测温电路如图2所示。

图中RX为热敏电阻；UR为参考基准电压，要求参考电压输出必须精确稳定，一旦纹波过大，则会影响电桥的测量精度。桥臂上其余电阻也采用高精度的精密电阻，以保证精确测量的需要。根据电路以及运算放大器的原理可以得到UO与UR的关系式：

通过电路仿真得到UO与RX的关系曲线如图3所示。图中UR选取5 V，经过合理配置R1=1 kΩ，R2=R3，当RX大约在0．33～3 kΩ之间变化时，UO的输出在范围为0～5 V。本论文中0～5 V作为计算机信号代表LED的温度信号变化范围为-20～+200℃。因此通过热敏电阻将温度信号反馈到320单片机的A／D，再通过单片机控制TEC的电流就可以形成LED的温度反馈控制。

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关键词： 系统 开发 温控 有源 LED 大功率