CN109799328B - 一种带温度控制的样本温育装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的一种带温度控制的样本温育装置,包括孔板组件机构、托盘组件机构、半导体温控组件机构和散热组件机构,所述的孔板组件机构、托盘组件机构均为一框架式盘状体,两者自上而下套叠在一起;所述的半导体温控组件机构紧挨着托盘组件机构的托盘底部设置;并通过与半导体温控组件机构直接连接的散热组件机构构成一体化的带温度控制的样本温育装置。这种带温度控制的样本温育装置,不仅整个机构更紧凑,大大节省了空间;实现双向温度控制,可按照用户测试要求设置温育温度;通过采用水作为温育介质,更好保证细胞孔板各孔内温度一致;当设置温度相对环境温度很低时,托盘内产生的水露不会对仪器造成损伤;具有良好的推广使用价值。
Description
技术领域
本发明涉及测试人体血液、尿液等样本的体外诊断医疗器械,具体是一种实现对样本进行实时温育并可实现温度控制的一种带温度控制的样本温育装置。
背景技术
医用体外诊断设备主要实现对人体血液、尿液等样本进行检测,而部分测试(如血液细胞测试),尤其在细胞孔板的批量测试过程中,为保证细胞活性,需要对样本进行温度控制,以取得最优的测试结果。同时,针对不同的样本测试项目,所需控制的温度也不同,一般温度要求范围在4~37℃。
目前市场上医用体外检测设备主要是给试剂和反应物质(试剂和样本的混合体)进行温度控制,其中试剂温育试剂制冷为主,反应物质的温育一般控制在37℃左右。对细胞孔板的样本进行温育较少。
此外,在医学领域中的流式细胞仪及各种蛋白检测仪的使用过程中,经常需要搭配自动进样器。自动进样器是一种智能化、自动化的进样仪器,只需设置好进样参数(包括仪器内细胞环境温度)、放入待检测样品,即可完成自动进样过程。考虑到被检测细胞中含有的各种酶在最适宜温度范围内时酶活性最强,酶促反应速度最快。譬如:在适宜的温度范围内,温度每升高10℃,酶促反应速度可以相应提高1-2倍。由于不同生物体内酶的最适宜温度各不相同,因此进样平台温度可控尤为重要。
此外,在细胞检测中还需要添加荧光燃料,不同的细胞被荧光燃料染色后,在同一种激光的照射下会激发出不同波长的荧光信号,在此过程中,被测细胞的环境需保持稳定性,要求精度在±0.1℃以内。许多实验不仅需要在一定的温度下才能完成,或是要通过温度进行对比试验,因此,实验人员经常会对反应物的温度进行精确控制。
因此,为了对温度进行精确的控制,满足检验过程对环境温度的要求,本发明提供了一种用于自动进样***的高效温度控制***。
发明内容
本发明的目的包括以下两个方面:其一,旨在提供一种能构按照用户测试需求的带温度控制的样本温育装置;其二,旨在提供一种用于样本温育装置的自动进样***的高效温度控制***,其目的通过对温度的精准控制,保障检验数据的准确性和可靠性。
这种带温度控制的样本温育装置,包括样本温育机构和高效温度控制***;孔板组件、托盘组件、半导体温控组件和散热组件,其特征在于:所述的孔板组件、托盘组件机构均为一框架式盘状体,两者自上而下套叠在一起;所述的半导体温控组件机构紧挨着托盘组件机构的托盘底部设置;并通过与半导体温控组件机构直接连接的散热组件机构构成一体化的带温度控制的样本温育装置;
所述的托盘组件由托盘3、温育底板4、温度传感器6、弹簧夹9组成;所述的温育底板4通过六个托盘联接螺钉13固定在托盘3内底面上,构成盛装盘式孔板组件机构的接触盘面;所述的温育底板4上设有温度传感器6和半导体制冷器5;并且在托盘3和温育底板4之间的接触面之间设有防水层14;
所述的散热组件由散热片7和风扇8组成,所述的散热片7直接贴置在半导体制冷器5设置,并通过半导体制冷器5附带的风扇8组成样本温育装置的散热机构;
所述的孔板组件为一由细胞孔板1和孔板支撑框2组成框架式盛水盘,其中孔板支撑框2内侧底面设有凹球面,其与细胞孔板1的底部球面相吻合,其液面不超过细胞孔板1的顶面;更好的保证了温育的效果;
所述的半导体温控组件由紧贴温育底板4下部、左右分设的半导体制冷器5构成;它包括:主控电路,用于输出第一控制信号,第二控制信号;
第一驱动电路,与所述主控电路电连接,用于接收所述主控电路输出的第一控制信号,并按照所述第一控制信号进行驱动;
第二驱动电路,与所述主控电路电连接,用于接收所述主控电路输出的第二控制信号,并按照所述第二控制信号进行驱动;
温控单元,分别与所述第一驱动电路、第二驱动电路电连接,所述第一驱动电路、第二驱动电路驱动控制所述温控单元的工作模式;
供电电路,与所述第一驱动电路、第二驱动电路电连接,用于向所述第一驱动电路、第二驱动电路供电。
所述第一驱动电路包括相互电连接的第一左半桥驱动子电路和第一右半桥驱动子电路:
所述第一左半桥驱动子电路的输入端分别与所述主控电路的输出端电连接,所述第一左半桥驱动子电路的输出端与所述温控单元电连接,所述第一左半桥驱动子电路的电源端与所述供电电路电连接;
所述第一右半桥驱动子电路的输入端分别与所述主控电路的输出端电连接,所述第一右半桥驱动子电路的输出端与所述温控单元电连接,所述第一右半桥驱动子电路的电源端与所述供电电路电连接。
进一步地,所述第二驱动电路包括相互电连接的第二左半桥驱动子电路和第二右半桥驱动子电路:
所述第二左半桥驱动子电路的输入端分别与所述主控电路的输出端电连接,所述第二左半桥驱动子电路的输出端与所述温控单元电连接,所述第二左半桥驱动子电路的电源端与所述供电电路电连接;
所述第二右半桥驱动子电路的输入端分别与所述主控电路的输出端电连接,所述第二右半桥驱动子电路的输出端与所述温控单元电连接,所述第二右半桥驱动子电路的电源端与所述供电电路电连接。
进一步地,所述第一左半桥驱动子电路包括:
第一左半桥驱动芯片,所述第一左半桥驱动芯片的输入端与所述主控电路电连接,用于接收所述主控电路输出的第一控制信号;
所述第一左半桥驱动芯片的第一输出端通过电阻R8与场效应管M2的栅极电连接,所述第一左半桥驱动芯片的第一输出端还与二极管D1的阴极电连接,所述二极管D1的阳极与所述场效应管M2的栅极电连接,所述场效应管M2的漏极与所述供电电路电连接;
所述第一左半桥驱动芯片的第二输出端通过电阻R14与场效应管M3的栅极电连接,所述第一左半桥驱动芯片的第二输出端还与二极管D5的阴极电连接,所述二极管D5的阳极与所述场效应管M3的栅极电连接,所述场效应管M3的漏极与所述场效应管M2的源极电连接,所述场效应管M3的源极接地;
所述第一左半桥驱动芯片的第三输出端分别与所述场效应管M2的源极、所述场效应管M3的漏极电连接,所述第一左半桥驱动芯片的第三输出端还通过电感L1与所述温控单元电连接。
进一步地,所述第一右半桥驱动子电路包括:
第一右半桥驱动芯片,所述第一右半桥驱动芯片的输入端与所述主控电路电连接,用于接收所述主控电路输出的第一控制信号;
所述第一右半桥驱动芯片的第一输出端通过电阻R9与场效应管M1的栅极电连接,所述第一右半桥驱动芯片的第一输出端还与二极管D2的阴极电连接,所述二极管D2的阳极与所述场效应管M1的栅极电连接,所述场效应管M1的漏极与所述供电电路电连接;
所述第一右半桥驱动芯片的第二输出端通过电阻R15与场效应管M4的栅极电连接,所述第一右半桥驱动芯片的第二输出端还与二极管D6的阴极电连接,所述二极管D6的阳极与所述场效应管M4的栅极电连接,所述场效应管M4的漏极与所述场效应管M1的源极电连接,所述场效应管M4的源极接地;
所述第一右半桥驱动芯片的第三输出端分别与所述场效应管M1的源极、所述场效应管M4的漏极电连接,所述第一右半桥驱动芯片的第三输出端还通过电感L2与所述温控单元电连接。
进一步地,所述第二左半桥驱动子电路包括:
第二左半桥驱动芯片,所述第二左半桥驱动芯片的输入端与所述主控电路电连接,用于接收所述主控电路输出的第二控制信号;
所述第二左半桥驱动芯片的第一输出端通过电阻R23与场效应管M5的栅极电连接,所述第二左半桥驱动芯片的第一输出端还与二极管D7的阴极电连接,所述二极管D7的阳极与所述场效应管M5的栅极电连接,所述场效应管M5的漏极与所述供电电路电连接;
所述第二左半桥驱动芯片的第二输出端通过电阻R29与场效应管M7的栅极电连接,所述第二左半桥驱动芯片的第二输出端还与二极管D11的阴极电连接,所述二极管D11的阳极与所述场效应管M7的栅极电连接,所述场效应管M7的漏极与所述场效应管M5的源极电连接,所述场效应管M7的源极接地;
所述第二左半桥驱动芯片的第三输出端分别与所述场效应管M5的源极、所述场效应管M7的漏极电连接,所述第二左半桥驱动芯片的第三输出端还通过电感L3与所述温控单元电连接。
进一步地,所述第二右半桥驱动子电路包括:
第二右半桥驱动芯片,所述第二右半桥驱动芯片的输入端与所述主控电路电连接,用于接收所述主控电路输出的第二控制信号;
所述第二右半桥驱动芯片的第一输出端通过电阻R24与场效应管M6的栅极电连接,所述第二右半桥驱动芯片的第一输出端还与二极管D8的阴极电连接,所述二极管D8的阳极与所述场效应管M6的栅极电连接,所述场效应管M6的漏极与所述供电电路电连接;
所述第二右半桥驱动芯片的第二输出端通过电阻R30与场效应管M8的栅极电连接,所述第二右半桥驱动芯片的第二输出端还与二极管D12的阴极电连接,所述二极管D12的阳极与所述场效应管M8的栅极电连接,所述场效应管M8的漏极与所述场效应管M6的源极电连接,所述场效应管M8的源极接地;
所述第二右半桥驱动芯片的第三输出端分别与所述场效应管M6的源极、所述场效应管M8的漏极电连接,所述第二右半桥驱动芯片的第三输出端还通过电感L3与所述温控单元电连接。
进一步地,所述供电电路包括:
电压转换芯片,所述电压转换芯片的输入端通过线圈电感L22、保险器件F1与供电电源电连接;所述电压转换芯片还与所述第一驱动电路、第二驱动电路电连接,为所述第一驱动电路、第二驱动电路电连接提供第一电源;
所述电压转换芯片的第一场效应管接口端连接到场效应管Mp1的栅极,所述电压转换芯片的第二场效应管接口端连接到场效应管Mp1的源极,所述场效应管Mp1的漏极与所述电压转换芯片的输入端电连接;
所述电压转换芯片的电流检测端与二极管Dcs的阳极电连接,所述二极管Dcs的阴极通过线圈电感Lout1与所述电压转换芯片的电压输出端电连接,所述电压转换芯片的电压输出端与第一驱动电路和第二驱动电路电连接。
进一步地,所述温控单元包括第一温控器件和第二温控器件:
所述第一温控器件与所述第一驱动电路电连接,所述第二温控器件与所述第二驱动电路电连接。
根据以上技术方案提供的这种带温度控制的样本温育装置,不仅整个机构更紧凑,大大节省了空间。
同时具有以下技术特点:
1)实现双向温度控制,可按照用户测试要求设置温育温度;
2)采用水作为温育介质,更好保证细胞孔板各孔内温度一致;
3)防水功能,当设置温度相对环境温度很低时,托盘内产生的水露不会对仪器造成损伤;
4)对细胞孔板设有弹簧夹,可有效保证测试过程中细胞孔板位置不发生移动。
5)温度控制***,能够对温度进行精确控制,保障了实验时数据的准确性、可靠性;同时可以尽可能减小散发出的热量,提高制冷效率
6)通过使用TEC来进行温度控制,具有体积小,稳定度高,清洁等优点。
7)采用的供电电路转化效率高,产生的热量小,对于环境温度的影响小,利于本温度控制***对温度的精确控制。
附图说明
图1为本发明的样本温育装置的整体状态示意图;
图2为图1的纵向剖面图;
图3为本发明孔板组件机构的示意图;
图4为本发明托盘组件机构的示意图;
图5为本发明散热组件机构的示意图;
图6为本发明的高效温控***的温控原理框图;
图7为本发明的高效温控***的温控原理结构示意图;
图8为本发明的温控单元的温度分布模型示意图;
图9为本发明中高效温控***中的第一驱动电路的电路结构图;
图10为本发明中高效温控***中的第二驱动电路的电路结构图;
图11为本发明中高效温控***的供电电路结构图;
图12为本发明的一个实施例中的卡诺循环系数分布示意图;
图13为本发明的一个实施例中的供电电压与制冷功率的关系图。
图中:
1-细胞孔板2-孔板支撑框3-托盘4-温育底板5-半导体制冷器6-温度传感器7-散热片8-风扇9-弹簧夹10-弹簧夹联接螺钉11-风扇联接螺钉12-散热片联接螺钉13-托盘联接螺钉14-防水密封胶层15-主控电路16-第一驱动电路17-第二驱动电路18-温控单元19-供电电路51-第一温控器件52-第二温控器件。
具体实施方式
以下结合说明书附体进一步描述本发明,并给本发明的实施例。
图1为本发明的整体结构示意图;
图2为本发明总体结构的示意图,本装置实现细胞孔板1内所盛样本的温度控制,主要有以下4部分组成:孔板组件,托盘组件,半导体制冷器5以及散热组件。其中半导体制冷器5可实现制冷和制热,由通过它两个端口的电流方向决定。半导体制冷器5顶面紧贴温育底板4,并在接触面涂有导热硅胶,保证良好的接触和传导性能;温育底板4孔内安装温度传感器6,实现温育底板4温度的实时监测;温育底板4与托盘3通过托盘联接螺钉固接,顶部放置孔板组件,从而将温育底板4的温度传导到孔板组件上;孔板组件的孔板支撑框2的侧面受弹簧夹9的弹力,保证孔板组件在托盘3内固定不动半导体制冷器5底面紧贴散热组件,并在接触面涂有导热硅胶,保证良好的接触和传导性能;其中孔板支撑框2内侧底面设有凹球面,其与细胞孔板1的底部球面相吻合,其液面不超过细胞孔板1的顶面;更好的保证了温育的效果。
图3为本发明孔板组件的示意图,孔板组件由细胞孔板1和孔板支撑框2组成,其中细胞孔板1为市场上医用标准产品,一般为PC或其他塑料材质产品,细胞孔板采用铝合金或其他导热较好的材质,在孔板支撑框2内注入适量的水保证水的液面不超过细胞孔板1的顶面。
图4为本发明托盘组件的示意图,托盘组件位于孔板组件和半导体制冷器5之间,主要由托盘3、温育底板4、温度传感器6、弹簧夹9组成,温育底板4通过六个托盘联接螺钉13固定在托盘上,当温育底板4的设置温度相对环境温度很低且环境湿度较大时,温育底板4表面会有水露产生,为保护温育底板4底部的半导体制冷器5,在托盘3和温育底板4之间接触面涂有防水密封胶,以保证水露保持在托盘3内;温度传感器6用于测试文娱底板4的实时温度,其安装在温育底板4的孔内;弹簧夹9通过弹簧夹联接螺钉10固定在托盘3上。
图5为本发明散热组件的示意图,散热组件主要功能是给半导体制冷器5的底面进行散热,其主要散热片7和风扇8组成,风扇8通过四个风扇联接螺钉11固定在散热片7上,且风扇8是对着散热片吹风,其进风为装置所处环境的空气。当装置需要对温育底板4进行制冷(制热),即设置温度低于(高于)环境温度时,半导体制冷器5的底面温度升高(降低),从而传导到散热片7上,通过风扇8的运转实现对流而平衡环境温度和散热片温度。
如图6、7所示,本发明提供了一种用于自动进样***的高效温度控制***的一个实施例,包括:
主控电路15,用于输出第一控制信号,第二控制信号;
第一驱动电路16,与所述主控电路15电连接,用于接收所述主控电路15输出的第一控制信号,并按照所述第一控制信号进行驱动;
第二驱动电路17,与所述主控电路15电连接,用于接收所述主控电路15输出的第二控制信号,并按照所述第二控制信号进行驱动;
温控单元18,分别与所述第一驱动电路16、第二驱动电路17电连接,所述第一驱动电路16、第二驱动电路17驱动控制所述温控单元18的工作模式;
供电电路19,与所述第一驱动电路16、第二驱动电路17电连接,用于向所述第一驱动电路16、第二驱动电路17供电。
具体的,在实验室中,实验人员经常需要对实验反应的温度进行精确控制。例如与细胞相关的实验中,细胞中的酶在最优温度范围下,活性最强,酶促反应速度最大。在适宜的温度范围内,温度每升高10℃,酶促反应速度可以相应提高1~2倍。除此之外,在细胞检测中,需要添加荧光染料,不同的细胞被荧光染料染色后,在同一种激光的照射下会激发出不同波长的荧光信号,在此过程中,细胞环境温度需保持稳定,精度在±0.1℃内。
本实施例中,可以通过温控单元18、第一驱动电路16、第二驱动电路17、主控电路15、供电电路19来完成温度的控制。主控电路可以通过MCU来输出第一控制信号和第二控制信号。工作人员可以通过MCU来实现对温度的把控。
温控单元18可以由半导体温度控制器件TEC(ThermoelectricCooler)组成,本实施例中使用TEC做为温控核心器件,是利用半导体材料的珀尔帖效应,是直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时,其一端吸热,一端放热。TEC包括一些P型和N型对(组),它们通过电极连在一起,并且夹在两个陶瓷电极之间;当有电流从TEC流过时,电流产生的热量会从TEC的一侧传到另一侧,在TEC上产生″热″侧和″冷″侧。使用TEC进行温度控制,具有体积小,稳定度高,清洁等优点。
针对上述实施例的改进,本实施例中,所述第一驱动电路16,如图9所示,包括第一左半桥驱动子电路和第一右半桥驱动子电路。
所述第一左半桥驱动子电路包括第一左半桥驱动芯片U2,其芯片型号可以是IR2011S;第一左半桥驱动芯片U2的输入端与所述主控电路1电连接,具体的,第一左半桥驱动芯片U2的输入端包括Hin输入端和Lin输入端,分别接收所述主控电路1输出的第一控制信号。
所述第一左半桥驱动芯片U2的第一输出端(即图9中第一左半桥驱动芯片U2的HO接口端)通过电阻R8与场效应管M2的栅极电连接,所述第一左半桥驱动芯片U2的第一输出端还与二极管D1的阴极电连接,所述二极管D1的阳极与所述场效应管M2的栅极电连接,所述场效应管M2的漏极与所述供电电路19电连接。
所述第一左半桥驱动芯片U2的第二输出端(即图9中第一左半桥驱动芯片U2的LO接口端)通过电阻R14与场效应管M3的栅极电连接,所述第一左半桥驱动芯片U2的第二输出端还与二极管D5的阴极电连接,所述二极管D5的阳极与所述场效应管M3的栅极电连接,所述场效应管M3的漏极与所述场效应管M2的源极电连接,所述场效应管M3的源极接地。
所述第一左半桥驱动芯片U2的第三输出端(即图9中第一左半桥驱动芯片U2的Vs接口端)分别与所述场效应管M2的源极、所述场效应管M3的漏极电连接,所述第一左半桥驱动芯片U2的第三输出端还通过电感L1与所述温控单元4电连接,给温控单元4提供控制正电压。
第一左半桥驱动芯片U2的Vb接口端通过电容C7连接到第一左半桥驱动芯片U2的第三输出端,第一左半桥驱动芯片U2的Vb接口端还通过电阻R11连接到二极管D3的阴极,所述二极管D3的阳极连接到第一左半桥驱动芯片U2的电源Vcc接口端;第一左半桥驱动芯片U2的电源Vcc接口端通过电阻R12连接到电源12V;第一左半桥驱动芯片U2的电源Vcc接口端还通过电容C13连接到第一左半桥驱动芯片U2的COM接口端,第一左半桥驱动芯片U2的COM接口端接地。
所述第一右半桥驱动子电路包括第一右半桥驱动芯片U3,其芯片型号可以是IR2011S;第一右半桥驱动芯片U3的输入端与所述主控电路1电连接,具体的,第一右半桥驱动芯片U3的输入端也包括Hin输入端和Lin输入端,分别接收所述主控电路1输出的第一控制信号。
所述第一右半桥驱动芯片U3的第一输出端(即图9中第一右半桥驱动芯片U3的HO接口端)通过电阻R9与场效应管M1的栅极电连接,所述第一右半桥驱动芯片U3的第一输出端还与二极管D2的阴极电连接,所述二极管D2的阳极与所述场效应管M1的栅极电连接,所述场效应管M1的漏极与所述供电电路5电连接。
所述第一右半桥驱动芯片U3的第二输出端(即图9中第一右半桥驱动芯片U3的LO接口端)通过电阻R15与场效应管M4的栅极电连接,所述第一右半桥驱动芯片U3的第二输出端还与二极管D6的阴极电连接,所述二极管D6的阳极与所述场效应管M4的栅极电连接,所述场效应管M4的漏极与所述场效应管M1的源极电连接,所述场效应管M4的源极接地。
所述第一右半桥驱动芯片U3的第三输出端(即图9中第一右半桥驱动芯片U3的Vs接口端)分别与所述场效应管M1的源极、所述场效应管M4的漏极电连接,所述第一右半桥驱动芯片U3的第三输出端还通过电感L2与所述温控单元18电连接,给温控单元18提供控制负电压。
第一右半桥驱动芯片U3的Vb接口端通过电容C8连接到第一右半桥驱动芯片U3的第三输出端,第一右半桥驱动芯片U3的Vb接口端还通过电阻R10连接到二极管D4的阴极,所述二极管D4的阳极连接到第一右半桥驱动芯片U3的电源Vcc接口端;第一右半桥驱动芯片U3的电源Vcc接口端通过电阻R13连接到工作电源12V;第一右半桥驱动芯片U3的电源Vcc接口端还通过电容C14连接到第一右半桥驱动芯片U3的COM接口端,第一右半桥驱动芯片U3的COM接口端接地。
所述第一左半桥驱动自电路中的场效应管M2的漏极还与第一右半桥驱动自电路中的场效应管M1的漏极电连接;场效应管M2的漏极和场效应管M1的漏极还通过电容C4接地;场效应管M2的漏极和场效应管M1的漏极还通过电容C5接地。
电感L1的一端与第一左半桥驱动芯片U2的第三输出端电连接,电感L1的另一端与所述温控单元4电连接,电感L1的另一端还通过电容C11接地;电感L2的一端与第一右半桥驱动芯片U3的第三输出端电连接,电感L2的另一端与所述温控单元4电连接,电感L2的另一端还通过电容C12接地;电感L1的另一端通过电容C6和电感L2的另一端电连接。
针对上述实施例的改进,本实施例中,所述第二驱动电路3,如图10所示,包括第二左半桥驱动子电路和第二右半桥驱动子电路。
所述第二左半桥驱动子电路包括第二左半桥驱动芯片U6,其芯片型号可以是IR2011S;第二左半桥驱动芯片U6的输入端与所述主控电路1电连接,具体的,第二左半桥驱动芯片U6的输入端包括Hin输入端和Lin输入端,分别接收所述主控电路1输出的第一控制信号。
所述第二左半桥驱动芯片U6的第一输出端(即图10中第二左半桥驱动芯片U6的HO接口端)通过电阻R23与场效应管M5的栅极电连接,所述第二左半桥驱动芯片U6的第一输出端还与二极管D7的阴极电连接,所述二极管D7的阳极与所述场效应管M5的栅极电连接,所述场效应管M2的漏极与所述供电电路5电连接。
所述第二左半桥驱动芯片U6的第二输出端(即图10中第二左半桥驱动芯片U6的LO接口端)通过电阻R29与场效应管M7的栅极电连接,所述第二左半桥驱动芯片U6的第二输出端还与二极管D11的阴极电连接,所述二极管D11的阳极与所述场效应管M7的栅极电连接,所述场效应管M7的漏极与所述场效应管M5的源极电连接,所述场效应管M7的源极接地。
所述第二左半桥驱动芯片U6的第三输出端(即图10中第二左半桥驱动芯片U6的Vs接口端)分别与所述场效应管M5的源极、所述场效应管M7的漏极电连接,所述第二左半桥驱动芯片U6的第三输出端还通过电感L3与所述温控单元18电连接,给温控单元18提供控制正电压。
第二左半桥驱动芯片U6的Vb接口端通过电容C7连接到第二左半桥驱动芯片U6的第三输出端,第二左半桥驱动芯片U6的Vb接口端还通过电阻R26连接到二极管D9的阴极,所述二极管D9的阳极连接到第二左半桥驱动芯片U6的电源Vcc接口端;第二左半桥驱动芯片U6的电源Vcc接口端通过电阻R27连接到工作电源12V;第二左半桥驱动芯片U6的电源Vcc接口端还通过电容C27连接到第二左半桥驱动芯片U6的COM接口端,第二左半桥驱动芯片U6的COM接口端接地。
所述第二右半桥驱动子电路包括:第二右半桥驱动芯片U7,其芯片型号可以是IR2011S;第二右半桥驱动芯片U7的输入端与所述主控电路1电连接,具体的,第一右半桥驱动芯片U7的输入端也包括Hin输入端和Lin输入端,分别接收所述主控电路1输出的第一控制信号。
所述第二右半桥驱动芯片U7的第一输出端(即图10中第二右半桥驱动芯片U7的HO接口端)通过电阻R24与场效应管M6的栅极电连接,所述第二右半桥驱动芯片U7的第一输出端还与二极管D8的阴极电连接,所述二极管D8的阳极与所述场效应管M6的栅极电连接,所述场效应管M6的漏极与所述供电电路5电连接。
所述第二右半桥驱动芯片U7的第二输出端(即图10中第二右半桥驱动芯片U7的LO接口端)通过电阻R30与场效应管M8的栅极电连接,所述第二右半桥驱动芯片U7的第二输出端还与二极管D12的阴极电连接,所述二极管D12的阳极与所述场效应管M8的栅极电连接,所述场效应管M8的漏极与所述场效应管M6的源极电连接,所述场效应管M8的源极接地。
所述第二右半桥驱动芯片U7的第三输出端(即图10中第一右半桥驱动芯片U3的Vs接口端)分别与所述场效应管M6的源极、所述场效应管M8的漏极电连接,所述第二右半桥驱动芯片U7的第三输出端还通过电感L2与所述温控单元4电连接,给温控单元4提供控制负电压。
第二右半桥驱动芯片U7的Vb接口端通过电容C24连接到第二右半桥驱动芯片U7的第三输出端,第二右半桥驱动芯片U7的Vb接口端还通过电阻R25连接到二极管D10的阴极,所述二极管D10的阳极连接到第二右半桥驱动芯片U7的电源Vcc接口端;第二右半桥驱动芯片U7的电源Vcc接口端通过电阻R28连接到工作电源12V;第二右半桥驱动芯片U7的电源Vcc接口端还通过电容C28连接到第二右半桥驱动芯片U7的COM接口端,第二右半桥驱动芯片U7的COM接口端接地。
所述第二左半桥驱动自电路中的场效应管M5的漏极还与第二右半桥驱动自电路中的场效应管M6的漏极电连接;场效应管M5的漏极和场效应管M6的漏极还通过电容C19接地;场效应管M5的漏极和场效应管M6的漏极还通过电容C18接地。
电感L3的一端与第二左半桥驱动芯片U6的第三输出端电连接,电感L3的另一端与所述温控单元4电连接,电感L3的另一端还通过电容C25接地;电感L4的一端与第二右半桥驱动芯片U7的第三输出端电连接,电感L4的另一端与所述温控单元4电连接,电感L4的另一端还通过电容C26接地;电感L3的另一端通过电容C20和电感L4的另一端电连接。
TEC驱动电路采用全桥驱动方式,可实现TEC能工作在制冷和制热两种模式之下,如附图9、图10所示的第一驱动电路16和第二驱动电路17,本实施例中的第一驱动信号包括HOT_TEC1、COOL_TEC1;第二驱动信号包括HOT_TEC2、COOL_TEC2。HOT_TEC1、COOL_TEC1、HOT_TEC2、COOL_TEC2为外部主控电路中的控制器MCU输入的PWM信号,HOT_TEC1和HOT_TEC2启动时,COOL_TEC1和COOL_TEC2关闭,此时TEC处于加热模式;反之HOT_TEC1和HOT_TEC2关闭,COOL_TEC1和COOL_TEC2启动时,TEC处于制冷模式,本驱动方式实现制冷制热双模式,可达到范围为4℃到37℃的温度控制,且提高了达到预设温度值得调节速度。
本实施例可以运用在实验的温度控制中,例如:在流式细胞仪及各种蛋白检测仪的使用中,经常要搭配自动进样器。自动进样器就是一种智能化、自动化的进样仪器,只需设置好进样参数(包括仪器内细胞环境温度)、放入待检测样品,即可完成自动进样过程。
为了使自动进样***与流式细胞仪的流体部分良好的结合,需将自动进样***整体嵌入式安装到细胞分析仪的侧部且处于较为封闭的区域中。如果温度控制***产生的热量不能及时散去,温度控制***经过长时间的工作,温度会逐渐累积到一定阈值,使工作环境不断恶化,本实施例的温度控制***可以尽可能减小散发出的热量,提高制冷效率。
针对上述实施例的改进,本发明提供的实施例中,如图7所示,温控单元18包括:第一温控器件(TEC1)和第二温控器件(TEC2),所述第一温控器件51与所述第一驱动电路16电连接,所述第二温控器件52与所述第二驱动电路17电连接。根据受控平台即冷面的尺寸、TEC控制的温度范围为4℃到37℃,细胞分析仪及自动进样***工作环境温度通常为25℃,考虑到自动进样***处于较为封闭的环境,内部温度可能达到30℃,即散热片温度为30℃,在TEC选型中,计算和构建温度分布模型如图6所示。
TEC冷面和热面的温差最大为30.85℃,根据图7卡诺循环系数得到卡诺系数为1.2,所以需要的制冷功率为30.85*1.2=37W。
选择Ferrotec公司接触面为39.7mm*39.7mm,型号72005/127/060B的TEC,TEC的接触面越大,热阻越小。
因此,最优化的TEC供电***对于TEC工作尤为重要。本供电设计采用DC/DC降压,将外部输入的电源降压到TEC工作合适的电压,本实施例中的供电电路7原理图,如图11所示,使用LM25088作为控制核心,采用图11的电路结构,转化效率可达到98%,这意味着仅仅有2%的功耗转化为了该供电***的热能,对于封闭的安装环境,***自身产生的热量越少,对于TEC的工作环境越有利,否则自身产生的热量随时间不断累计会导致TEC的散热片端温度逐步升高,TEC的冷面和热面之间的温差会增加,导致需要的制冷功率随之增加。
在选择供电***输出的电压时,针对该专利选择的TEC型号,进行对比测试,测试结果如附图13所示,TEC供电电压与制冷功率的关系图。通过比对的数据,在外部输入电压为24V时,使TEC工作到最大制冷功率,即制冷温度为4℃,此时供电电压输出为8.5V,需要的电源功率P=外部输入电压×外部输入电流=24V*1.22A=29.28W,此时MCU输出的占空比最小为0.8335,即在当前***中TEC供电***输出电压为8.5V时,TEC的制冷效率最高。
针对上述实施例的改进,本实施例中,如图11所示,供电电路19包括电压转换芯片Up1,所述电压转换芯片Up1与所述第一驱动电路16、第二驱动电路17电连接,为所述第一驱动电路16、第二驱动电路17电连接提供第一电源。
电压转换芯片Up1的VIN输入接口端通过线圈电感L22、保险器件F1与供电电源电连接;电压转换芯片Up1的VIN输入接口端还通过电容C87接地;电压转换芯片Up1的VIN接口端还通过电阻Ruv1连接到电压转换芯片Up1的EN接口端;电压转换芯片Up1的EN接口端通过电阻Ruv2接地。
电压转换芯片Up1的VIN输入接口端还与场效应管Mp1的漏极电连接。所述电压转换芯片Up1的第一场效应管接口端(即电压转换芯片Up1的HG接口端)连接到场效应管Mp1的栅极,所述电压转换芯片Up1的第二场效应管接口端(即电压转换芯片Up1的SW接口端)连接到场效应管Mp1的源极。所述电压转换芯片Up1的电流检测端(即电压转换芯片Up1的CS接口端)与二极管Dcs的阳极电连接,所述二极管Dcs的阴极通过线圈电感Lout1与所述电压转换芯片Up1的电压输出端电连接,所述电压转换芯片Up1的电压输出端与第一驱动电路16和第二驱动电路17电连接,为第一驱动电路16和第二驱动电路17供电。
电压转换芯片Up1的第二场效应管接口端还通过电阻Rsns连接到电压转换芯片Up1的CSG接口,电压转换芯片Up1的CSG接口接地;电压转换芯片Up1的电压输出端(即电压转换芯片Up1的OUT接口端)还分别通过电容Cout1、电容Cout2接地;电压转换芯片Up1的电压输出端还依次通过电阻Rfbt1、电阻Rfbb1接地;电压转换芯片Up1的FB接口端通过电阻Rfbb1接地,Rfbb1接地的FB接口端还通过电容Chf1连接到电压转换芯片Up1的COMP接口端,电压转换芯片Up1的FB接口端还依次通过电阻Rcomp1、电容Ccomp1连接到电压转换芯片Up1的COMP接口端。
电压转换芯片Up1的GND接地端接地;电压转换芯片Up1的AGND接口端接地;电压转换芯片Up1的SS接口端通过电容Css1接地;电压转换芯片Up1的RT接口端通过电阻R11接地;电压转换芯片Up1的RAMP端通过电容Cramp1接地;电压转换芯片Up1的VCC接口端依次通过电阻Rramp1、电容Cramp1接地,电压转换芯片Up1的VCC接口端还通过电容Cvcc1接地;电压转换芯片Up1的DITH接口端通过电容Cdthr1接地。
最后,有必要说明的是:上述内容仅用于帮助理解本发明的技术方案,不能理解为对本发明保护范围的限制;本领域技术人员根据本发明的上述内容所做出的非本质改进和调整,均属本发明所要求的保护范围。
以上仅是本申请人依照基本技术方案给出的本发明的基本实施例,本行业的技术人员参照上述基本构思所做的不具有创造性的改进均应属于本发明保护的范畴。
Claims (8)
1.一种带温度控制的样本温育装置,包括孔板组件、托盘组件、半导体温控组件和散热组件,其特征在于:所述的孔板组件、托盘组件各为一框架式盘状体,所述的孔板组件自上而下套叠在托盘组件中;所述的半导体温控组件紧挨着构成托盘组件的托盘的底部外侧设置;并通过与半导体温控组件直接连接的散热组件构成一体化的带温度控制的样本温育装置;
所述的托盘组件由托盘(3)、温育底板(4)、温度传感器(6)、弹簧夹(9)组成;所述的温育底板(4)通过六个托盘联接螺钉(13)固定在托盘(3)内底面上,构成盛装盘式孔板组件的接触盘面;所述的温育底板(4)上设有温度传感器(6)和半导体制冷器(5);并且在温育底板(4)和半导体制冷器(5)之间的接触面之间设有防水层(14);
所述的散热组件由散热片(7)和风扇(8)组成,所述的散热片(7)直接贴置在半导体制冷器(5)下部设置,并通过半导体制冷器(5)及附带的风扇(8)组成样本温育装置的散热机构;
所述的孔板组件为一由细胞孔板(1)和孔板支撑框(2)组成的框架式盛水盘,其中孔板支撑框(2)内侧底面设有凹球面,其与细胞孔板(1)的底部球面相吻合,其液面不超过细胞孔板(1)的顶面;更好的保证了温育的效果;
所述的半导体温控组件由紧贴温育底板(4)下部、左右分设的半导体制冷器(5)构成;它包括:主控电路,用于输出第一控制信号,第二控制信号;
第一驱动电路,与所述主控电路电连接,用于接收所述主控电路输出的第一控制信号,并按照所述第一控制信号进行驱动;
第二驱动电路,与所述主控电路电连接,用于接收所述主控电路输出的第二控制信号,并按照所述第二控制信号进行驱动;
温控单元,分别与所述第一驱动电路、第二驱动电路电连接,所述第一驱动电路、第二驱动电路驱动控制所述温控单元的工作模式;
供电电路,与所述第一驱动电路、第二驱动电路电连接,用于向所述第一驱动电路、第二驱动电路供电;
所述第一驱动电路包括相互电连接的第一左半桥驱动子电路和第一右半桥驱动子电路:
所述第一左半桥驱动子电路的输入端分别与所述主控电路的输出端电连接,所述第一左半桥驱动子电路的输出端与所述温控单元电连接,所述第一左半桥驱动子电路的电源端与所述供电电路电连接;
所述第一右半桥驱动子电路的输入端分别与所述主控电路的输出端电连接,所述第一右半桥驱动子电路的输出端与所述温控单元电连接,所述第一右半桥驱动子电路的电源端与所述供电电路电连接。
2.如权利要求1所述的一种带温度控制的样本温育装置,其特征在于:所述第二驱动电路包括相互电连接的第二左半桥驱动子电路和第二右半桥驱动子电路:
所述第二左半桥驱动子电路的输入端分别与所述主控电路的输出端电连接,所述第二左半桥驱动子电路的输出端与所述温控单元电连接,所述第二左半桥驱动子电路的电源端与所述供电电路电连接;
所述第二右半桥驱动子电路的输入端分别与所述主控电路的输出端电连接,所述第二右半桥驱动子电路的输出端与所述温控单元电连接,所述第二右半桥驱动子电路的电源端与所述供电电路电连接。
3.如权利要求1所述的一种带温度控制的样本温育装置,其特征在于:所述第一左半桥驱动子电路包括:
第一左半桥驱动芯片,所述第一左半桥驱动芯片的输入端与所述主控电路电连接,用于接收所述主控电路输出的第一控制信号;
所述第一左半桥驱动芯片的第一输出端通过电阻R8与场效应管M2的栅极电连接,所述第一左半桥驱动芯片的第一输出端还与二极管D1的阴极电连接,所述二极管D1的阳极与所述场效应管M2的栅极电连接,所述场效应管M2的漏极与所述供电电路电连接;
所述第一左半桥驱动芯片的第二输出端通过电阻R14与场效应管M3的栅极电连接,所述第一左半桥驱动芯片的第二输出端还与二极管D5的阴极电连接,所述二极管D5的阳极与所述场效应管M3的栅极电连接,所述场效应管M3的漏极与所述场效应管M2的源极电连接,所述场效应管M3的源极接地;
所述第一左半桥驱动芯片的第三输出端分别与所述场效应管M2的源极、所述场效应管M3的漏极电连接,所述第一左半桥驱动芯片的第三输出端还通过电感L1与所述温控单元电连接。
4.如权利要求1所述的一种带温度控制的样本温育装置,其特征在于:所述第一右半桥驱动子电路包括:
第一右半桥驱动芯片,所述第一右半桥驱动芯片的输入端与所述主控电路电连接,用于接收所述主控电路输出的第一控制信号;
所述第一右半桥驱动芯片的第一输出端通过电阻R9与场效应管M1的栅极电连接,所述第一右半桥驱动芯片的第一输出端还与二极管D2的阴极电连接,所述二极管D2的阳极与所述场效应管M1的栅极电连接,所述场效应管M1的漏极与所述供电电路电连接;
所述第一右半桥驱动芯片的第二输出端通过电阻R15与场效应管M4的栅极电连接,所述第一右半桥驱动芯片的第二输出端还与二极管D6的阴极电连接,所述二极管D6的阳极与所述场效应管M4的栅极电连接,所述场效应管M4的漏极与所述场效应管M1的源极电连接,所述场效应管M4的源极接地;
所述第一右半桥驱动芯片的第三输出端分别与所述场效应管M1的源极、所述场效应管M4的漏极电连接,所述第一右半桥驱动芯片的第三输出端还通过电感L2与所述温控单元电连接。
5.如权利要求2所述的一种带温度控制的样本温育装置,其特征在于:所述第二左半桥驱动子电路包括:
第二左半桥驱动芯片,所述第二左半桥驱动芯片的输入端与所述主控电路电连接,用于接收所述主控电路输出的第二控制信号;
所述第二左半桥驱动芯片的第一输出端通过电阻R23与场效应管M5的栅极电连接,所述第二左半桥驱动芯片的第一输出端还与二极管D7的阴极电连接,所述二极管D7的阳极与所述场效应管M5的栅极电连接,所述场效应管M5的漏极与所述供电电路电连接;
所述第二左半桥驱动芯片的第二输出端通过电阻R29与场效应管M7的栅极电连接,所述第二左半桥驱动芯片的第二输出端还与二极管D11的阴极电连接,所述二极管D11的阳极与所述场效应管M7的栅极电连接,所述场效应管M7的漏极与所述场效应管M5的源极电连接,所述场效应管M7的源极接地;
所述第二左半桥驱动芯片的第三输出端分别与所述场效应管M5的源极、所述场效应管M7的漏极电连接,所述第二左半桥驱动芯片的第三输出端还通过电感L3与所述温控单元电连接。
6.如权利要求2所述的一种带温度控制的样本温育装置,其特征在于:所述第二右半桥驱动子电路包括:
第二右半桥驱动芯片,所述第二右半桥驱动芯片的输入端与所述主控电路电连接,用于接收所述主控电路输出的第二控制信号;
所述第二右半桥驱动芯片的第一输出端通过电阻R24与场效应管M6的栅极电连接,所述第二右半桥驱动芯片的第一输出端还与二极管D8的阴极电连接,所述二极管D8的阳极与所述场效应管M6的栅极电连接,所述场效应管M6的漏极与所述供电电路电连接;
所述第二右半桥驱动芯片的第二输出端通过电阻R30与场效应管M8的栅极电连接,所述第二右半桥驱动芯片的第二输出端还与二极管D12的阴极电连接,所述二极管D12的阳极与所述场效应管M8的栅极电连接,所述场效应管M8的漏极与所述场效应管M6的源极电连接,所述场效应管M8的源极接地;
所述第二右半桥驱动芯片的第三输出端分别与所述场效应管M6的源极、所述场效应管M8的漏极电连接,所述第二右半桥驱动芯片的第三输出端还通过电感L3与所述温控单元电连接。
7.如权利要求1~6中任意一项所述的一种带温度控制的样本温育装置,其特征在于:所述供电电路包括:
电压转换芯片,所述电压转换芯片的输入端通过线圈电感L22、保险器件F1与供电电源电连接;所述电压转换芯片还与所述第一驱动电路、第二驱动电路电连接,为所述第一驱动电路、第二驱动电路电连接提供第一电源;
所述电压转换芯片的第一场效应管接口端连接到场效应管Mp1的栅极,所述电压转换芯片的第二场效应管接口端连接到场效应管Mp1的源极,所述场效应管Mp1的漏极与所述电压转换芯片的输入端电连接;
所述电压转换芯片的电流检测端与二极管Dcs的阳极电连接,所述二极管Dcs的阴极通过线圈电感Lout1与所述电压转换芯片的电压输出端电连接,所述电压转换芯片的电压输出端与第一驱动电路和第二驱动电路电连接。
8.如权利要求1~6中任意一项所述的一种带温度控制的样本温育装置,其特征在于:所述温控单元包括第一温控器件和第二温控器件;所述第一温控器件与所述第一驱动电路电连接,所述第二温控器件与所述第二驱动电路电连接。
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