CN111694387A - 用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置及方法。该装置包括恒温控制电路和多组并行设置的加热器、温度传感器、电源调制驱动电路。方法为：初始上电后，恒温控制电路读取温度传感器的温度值，将该温度值与预设的恒温温度门限值进行比较，若小于恒温温度门限值，则进入满功率加热模式，若大于恒温温度门限值则将该温度值与保护温度门限值进行比较，若小于保护温度门限值，则进入非满功率加热模式，若大于保护温度门限值则进入不加热模式；恒温控制电路实时读取温度传感器的温度值，并将其与恒温温度门限值和保护温度门限值进行比较，确定下一时刻的工作模式。本发明提高了加热效率，降低了加热温差，加热均匀、实时性好。

Description

用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置及方法

技术领域

本发明属于射频模组恒温加热技术领域，特别是一种应用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置及方法。

背景技术

精密射频模组通常对增益、噪声系数等技术指标参数的温度稳定性有极高的要求，绝大部分射频元器件的工作参数对温度都较为敏感。为了消除温度因素对工作参数的影响，精密射频模组一般采取恒温加热的方法来使射频模组在上电后短时间内即进入恒温状态，该恒温状态不随外界环境温度变化而变化，从而达到射频模组工作状态相对恒定的目的。

现有技术一般通过单一加热器进行恒温加热，这个方法对于小体积的精密射频模组是适合的，但随着精密射频模组功能的增加，其体积也逐渐增大，在这种情况下，如果依旧采取单一加热器进行恒温加热，必然需要加大加热器的加热功率。即便如此，仍然不可避免的会带来加热时间长、温度分布不均匀、恒温状态不恒温等缺点，极端情况下会导致加热器附近的元器件损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加热效率高、加热温差小、加热均匀、实时性好的恒温加热装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置，包括恒温控制电路和多组并行设置的温度调节模块，每一组温度调节模块均包括加热器、温度传感器、电源调制驱动电路；

所述温度传感器，用于感知加热器所在区域的温度，然后输出温度信息；

所述恒温控制电路，用于将接收到的温度信息与预置的恒温温度门限、保护温度门限进行比较，产生电源调制信号输出；

所述电源调制驱动电路，根据接收到的电源调制信号，将加热器的电源进行调制驱动后输出至加热器；

所述加热器，用于将驱动电源的电能转换为热能；

所述温度传感器的温度输出端口与恒温控制电路的温度输入端口相连，恒温控制电路的加热器控制信号输出端口连接到电源调制驱动电路的输入端口，电源调制驱动电路的输出端口与加热器的供电输入端口连接。

进一步地，所述每组温度调节模块中的加热器均匀分布于精密射频模组的各个部位。

进一步地，所述恒温控制电路包括多路电源调制电路，每一路电源调制电路对应一组温度调节模块，每一路电源调制电路分别包括第一比较器、第二比较器和调制脉冲产生器，所述第一比较器用于将温度传感器输出的温度与恒温温度门限进行比较，输出温度差值至调制脉冲产生器；所述第二比较器用于将温度传感器输出的温度与预设的保护温度门限进行比较，输出使能至调制脉冲产生器，产生电源调制信号输出至电源调制驱动电路；所述保护温度门限高于恒温温度门限。

进一步地，该恒温加热装置包括满功率加热模式、非满功率加热模式和不加热模式三种工作模式。

进一步地，所述满功率加热模式具体如下：

当温度传感器输出的温度低于恒温温度门限时，恒温控制电路输出占空比为100％的脉冲调制信号，该脉冲调制信号通过电源调制驱动电路对加热器电源进行调制实现满功率加热模式，此时加热电源调制脉冲占空比τ为100％。

进一步地，所述非满功率加热模式具体如下：

当温度传感器输出的温度不低于恒温温度门限但低于保护温度门限时，恒温控制电路输出占空比为τ0的脉冲调制信号，τ0为预设的恒温状态所需加热功率所对应的调制脉冲信号的占空比数值，该脉冲调制信号通过电源调制驱动电路对加热器电源进行调制实现非满功率加热模式。

进一步地，所述不加热模式具体如下：

当温度传感器输出的温度高于保护温度门限时，第二比较器输出的使能为使能无效信号，调制脉冲产生器不输出脉冲调制信号，电源调制驱动电路不输出加热器电源驱动信号，此时加热电源调制脉冲占空比τ为0％，为不加热模式。

一种用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热方法，基于所述用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置，包括以下步骤：

步骤1、初始上电后，恒温控制电路读取温度传感器的温度值，将该温度值与预设的恒温温度门限值进行比较，若小于恒温温度门限值，则进入满功率加热模式，若大于恒温温度门限值则进入步骤2；

步骤2、将该温度值与保护温度门限值进行比较，若小于保护温度门限值，则进入非满功率加热模式，若大于保护温度门限值则进入步骤3；

步骤3、进入不加热模式；

步骤4、恒温控制电路实时读取温度传感器的温度值，并将该温度值与恒温温度门限值和保护温度门限值进行比较，从而确定下一时刻的工作模式。

进一步地，所述满功率加热模式具体为：当温度传感器输出的温度低于恒温温度门限时，恒温控制电路输出占空比为100％的脉冲调制信号，该脉冲调制信号通过电源调制驱动电路对加热器电源进行调制实现满功率加热模式，此时加热电源调制脉冲占空比τ为100％；

所述非满功率加热模式具体为：当温度传感器输出的温度不低于恒温温度门限但低于保护温度门限时，恒温控制电路输出占空比为τ0的脉冲调制信号，τ0为预设的恒温状态所需加热功率所对应的调制脉冲信号的占空比数值，该脉冲调制信号通过电源调制驱动电路对加热器电源进行调制实现非满功率加热模式；

所述不加热模式具体为：当温度传感器输出的温度高于保护温度门限时，第二比较器输出的使能为使能无效信号，调制脉冲产生器不输出脉冲调制信号，电源调制驱动电路不输出加热器电源驱动信号，此时加热电源调制脉冲占空比τ为0％，为不加热模式。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采取多个小功率加热器均匀分布于精密射频模组的各个部位，近似于模组整体加热，在加热器总功率相当的情况下，比现单一大功率加热器更快进入恒温状态，减少了加热时间，提高了加热效率；(2)采用分布式小功率加热器对精密射频模组的加热，模组内部个各部位在加热过程中不会出现温差过大的情况，不会对射频元器件造成损伤；(3)自适应恒温控制电路通过双门限温控法可以有效的保持模组加热和散热的动态平衡，从而保证精密射频模组工作在恒温状态时的参数不变化，实时性好。

附图说明

图1为本发明一种应用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置的结构示意图。

图2为本发明中恒温控制电路的结构示意图。

图3为本发明一种应用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热方法的流程示意图。

图4为本发明实施例中加热电压V的调制占空比τ与加热时间t的关系图。

图5为本发明实施例中采取多个小功率加热器均匀分布于精密射频模组的结构示意图。

具体实施方式

结合图1，本发明用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置，包括恒温控制电路和多组并行设置的温度调节模块，每一组温度调节模块均包括加热器、温度传感器、电源调制驱动电路；

所述温度传感器，用于感知加热器所在区域的温度，然后输出温度信息；

所述恒温控制电路，用于将接收到的温度信息与预置的恒温温度门限、保护温度门限进行比较，产生电源调制信号输出；

所述电源调制驱动电路，根据接收到的电源调制信号，将加热器的电源进行调制驱动后输出至加热器；

所述加热器，用于将驱动电源的电能转换为热能；

所述温度传感器的温度输出端口与恒温控制电路的温度输入端口相连，恒温控制电路的加热器控制信号输出端口连接到电源调制驱动电路的输入端口，电源调制驱动电路的输出端口与加热器的供电输入端口连接。

进一步地，所述每组温度调节模块中的加热器均匀分布于精密射频模组的各个部位。

结合图2，所述恒温控制电路包括多路电源调制电路，每一路电源调制电路对应一组温度调节模块，每一路电源调制电路分别包括第一比较器、第二比较器和调制脉冲产生器，所述第一比较器用于将温度传感器输出的温度与恒温温度门限进行比较，输出温度差值至调制脉冲产生器；所述第二比较器用于将温度传感器输出的温度与预设的保护温度门限进行比较，输出使能至调制脉冲产生器，产生电源调制信号输出至电源调制驱动电路；所述保护温度门限高于恒温温度门限。

本发明用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置，包括满功率加热模式、非满功率加热模式和不加热模式三种工作模式。

进一步地，所述满功率加热模式具体如下：

当温度传感器输出的温度低于恒温温度门限时，恒温控制电路输出占空比为100％的脉冲调制信号，该脉冲调制信号通过电源调制驱动电路对加热器电源进行调制实现满功率加热模式，此时加热电源调制脉冲占空比τ为100％。

进一步地，所述非满功率加热模式具体如下：

当温度传感器输出的温度不低于恒温温度门限但低于保护温度门限时，恒温控制电路输出占空比为τ0的脉冲调制信号，τ0为预设的恒温状态所需加热功率所对应的调制脉冲信号的占空比数值，该脉冲调制信号通过电源调制驱动电路对加热器电源进行调制实现非满功率加热模式。

进一步地，所述不加热模式具体如下：

当温度传感器输出的温度高于保护温度门限时，第二比较器输出的使能为使能无效信号，调制脉冲产生器不输出脉冲调制信号，电源调制驱动电路不输出加热器电源驱动信号，此时加热电源调制脉冲占空比τ为0％，为不加热模式。

结合图3，用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热方法，基于所述用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置，包括以下步骤：

步骤1、初始上电后，恒温控制电路读取温度传感器的温度值，将该温度值与预设的恒温温度门限值进行比较，若小于恒温温度门限值，则进入满功率加热模式，若大于恒温温度门限值则进入步骤2；

步骤2、将该温度值与保护温度门限值进行比较，若小于保护温度门限值，则进入非满功率加热模式，若大于保护温度门限值则进入步骤3；

步骤3、进入不加热模式；

步骤4、恒温控制电路实时读取温度传感器的温度值，并将该温度值与恒温温度门限值和保护温度门限值进行比较，从而确定下一时刻的工作模式。

结合图4，所述满功率加热模式具体为：当温度传感器输出的温度低于恒温温度门限时，恒温控制电路输出占空比为100％的脉冲调制信号，该脉冲调制信号通过电源调制驱动电路对加热器电源进行调制实现满功率加热模式，此时加热电源调制脉冲占空比τ为100％；

所述非满功率加热模式具体为：当温度传感器输出的温度不低于恒温温度门限但低于保护温度门限时，恒温控制电路输出占空比为τ0的脉冲调制信号，τ0为预设的恒温状态所需加热功率所对应的调制脉冲信号的占空比数值，该脉冲调制信号通过电源调制驱动电路对加热器电源进行调制实现非满功率加热模式；

所述不加热模式具体为：当温度传感器输出的温度高于保护温度门限时，第二比较器输出的使能为使能无效信号，调制脉冲产生器不输出脉冲调制信号，电源调制驱动电路不输出加热器电源驱动信号，此时加热电源调制脉冲占空比τ为0％，为不加热模式。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例

结合图1，一种应用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置，至少包括加热器1、加热器2、温度传感器3、温度传感器4、恒温控制电路5以及电源调制驱动电路 6、电源调制驱动电路7。其中加热器1和温度传感器3、加热器2和温度传感器4为配对分布，即一个加热器附近配置一个温度传感器，在模组内分布应不少于两组这样的配置，其具体数量视精密射频模组的加热需求而定。温度传感器3、温度传感器4的温度输出端口与恒温控制电路5的温度输入端口相连，恒温控制电路5的加热器控制信号输出端口连接到电源调制驱动电路6、电源调制驱动电路7的输入端口，电源调制驱动电路6、电源调制驱动电路7的输出端口与对应的加热器1、加热器2的供电输入端口连接。

图1中的加热器1、加热器2的作用是将驱动电源的电能转换为热能，温度传感器3、温度传感器4的作用是分别感知加热器1、加热器2附近的温度后输出温度信息，恒温控制电路5的作用是将接收到温度信息与预置的恒温温度门限、超温保护温度门限进行比较，产生电源调制信号输出至电源调制驱动电路6、电源调制驱动电路7，电源调制驱动电路6、电源调制驱动电路7的作用是将电源进行调制驱动后分别输出至加热器1、加热器2。

结合图2，恒温控制电路中的比较器51、比较器54将接收到的温度1(来自图1 中的温度传感器3)、温度2(来自图1中的温度传感器4)分别与预设的恒温温度门限进行比较后输出温度差值1、温度差值2至调制脉冲产生器53、调制脉冲产生器56，比较器52、比较器55将接收到的温度1(来自图1中的温度传感器3)、温度2(来自图1中的温度传感器4)分别与预设的保护温度门限进行比较后输出使能1、使能2至调制脉冲产生器53、调制脉冲产生器56，其中保护温度门限高于恒温温度门限。

本实施例装置依据加热功率大小可以分为三种工作模式，一是满功率加热模式，当温度1或温度2低于恒温温度门限、结合图4，调制脉冲产生器53或调制脉冲产生器 56分别输出占空比为100％的脉冲调制信号1、脉冲调制信号2，该脉冲调制信号通过图1中的电源调制驱动电路6、电源调制驱动电路7对加热器电源进行调制实现满功率加热模式，结合图4，此时加热电源调制脉冲占空比τ为100％；二是非满功率加热模式 (或称为脉冲加热模式)，当温度1或温度2不低于恒温温度门限但低于保护温度门限，调制脉冲产生器53、调制脉冲产生器56输出占空比为τ0的脉冲调制信号，结合图4，τ0为预设的恒温状态所需加热功率所对应的调制脉冲信号的占空比数值，该脉冲调制信号通过图1中的电源调制驱动电路6、电源调制驱动电路7对加热器电源进行调制实现非满功率加热模式(或称为脉冲加热模式)；三是不加热模式。当温度1或温度2低于恒温温度门限，图2中的比较器52、比较器55输出的使能1或使能2为使能无效信号，调制脉冲产生器53、调制脉冲产生器56不输出脉冲调制信号，即图1中的电源调制驱动电路6、电源调制驱动电路7不输出加热器电源，结合图4，此时加热电源调制脉冲占空比τ为0％，此时为不加热模式。

结合图3，本实施例装置的一种正常工作流程如下：本实施例装置初始上电后，读取温度传感器温度值，将该温度值与预设恒温温度门限值进行比较，若小于该温度门限值，则进入满功率加热模式，反之则将该温度值与保护温度门限值进行比较，若小于该保护温度门限值，则进入非满功率加热模式(脉冲加热模式)，反之则进入不加热模式。在三种工作模式下，本装置均实时读取温度传感器温度值，并将其与相应的温度门限值进行比较，从而确认下一时刻的工作模式。

如图5所示，本发明采取多个小功率加热器均匀分布于精密射频模组的各个部位，近似于模组整体加热，在加热器总功率相当的情况下，比现单一大功率加热器更快进入恒温状态，减少了加热时间，提高了加热效率；采用分布式小功率加热器对精密射频模组的加热，模组内部个各部位在加热过程中不会出现温差过大的情况，不会对射频元器件造成损伤；自适应恒温控制电路通过双门限温控法可以有效的保持模组加热和散热的动态平衡，从而保证精密射频模组工作在恒温状态时的参数不变化，实时性好。

Claims (9)

1.一种用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置，其特征在于，包括恒温控制电路和多组并行设置的温度调节模块，每一组温度调节模块均包括加热器、温度传感器、电源调制驱动电路；

所述温度传感器，用于感知加热器所在区域的温度，然后输出温度信息；

所述恒温控制电路，用于将接收到的温度信息与预置的恒温温度门限、保护温度门限进行比较，产生电源调制信号输出；

所述电源调制驱动电路，根据接收到的电源调制信号，将加热器的电源进行调制驱动后输出至加热器；

所述加热器，用于将驱动电源的电能转换为热能；

所述温度传感器的温度输出端口与恒温控制电路的温度输入端口相连，恒温控制电路的加热器控制信号输出端口连接到电源调制驱动电路的输入端口，电源调制驱动电路的输出端口与加热器的供电输入端口连接。

2.根据权利要求1所述的用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置，其特征在于，所述每组温度调节模块中的加热器均匀分布于精密射频模组的各个部位。

3.根据权利要求1所述的用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置，其特征在于，所述恒温控制电路包括多路电源调制电路，每一路电源调制电路对应一组温度调节模块，每一路电源调制电路分别包括第一比较器、第二比较器和调制脉冲产生器，所述第一比较器用于将温度传感器输出的温度与恒温温度门限进行比较，输出温度差值至调制脉冲产生器；所述第二比较器用于将温度传感器输出的温度与预设的保护温度门限进行比较，输出使能至调制脉冲产生器，产生电源调制信号输出至电源调制驱动电路；所述保护温度门限高于恒温温度门限。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置，其特征在于，该恒温加热装置包括满功率加热模式、非满功率加热模式和不加热模式三种工作模式。

5.根据权利要求4所述的用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置，其特征在于，所述满功率加热模式具体如下：

当温度传感器输出的温度低于恒温温度门限时，恒温控制电路输出占空比为100％的脉冲调制信号，该脉冲调制信号通过电源调制驱动电路对加热器电源进行调制实现满功率加热模式，此时加热电源调制脉冲占空比τ为100％。

6.根据权利要求4所述的用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置，其特征在于，所述非满功率加热模式具体如下：

当温度传感器输出的温度不低于恒温温度门限但低于保护温度门限时，恒温控制电路输出占空比为τ0的脉冲调制信号，τ0为预设的恒温状态所需加热功率所对应的调制脉冲信号的占空比数值，该脉冲调制信号通过电源调制驱动电路对加热器电源进行调制实现非满功率加热模式。

7.根据权利要求4所述的用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置，其特征在于，所述不加热模式具体如下：

当温度传感器输出的温度高于保护温度门限时，第二比较器输出的使能为使能无效信号，调制脉冲产生器不输出脉冲调制信号，电源调制驱动电路不输出加热器电源驱动信号，此时加热电源调制脉冲占空比τ为0％，为不加热模式。

8.一种用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热方法，其特征在于，基于权利要求4所述用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热装置，包括以下步骤：

步骤1、初始上电后，恒温控制电路读取温度传感器的温度值，将该温度值与预设的恒温温度门限值进行比较，若小于恒温温度门限值，则进入满功率加热模式，若大于恒温温度门限值则进入步骤2；

步骤2、将该温度值与保护温度门限值进行比较，若小于保护温度门限值，则进入非满功率加热模式，若大于保护温度门限值则进入步骤3；

步骤3、进入不加热模式；

步骤4、恒温控制电路实时读取温度传感器的温度值，并将该温度值与恒温温度门限值和保护温度门限值进行比较，从而确定下一时刻的工作模式。

9.根据权利要求8所述的用于精密射频模组的分布式自适应恒温加热方法，其特征在于，所述满功率加热模式具体为：当温度传感器输出的温度低于恒温温度门限时，恒温控制电路输出占空比为100％的脉冲调制信号，该脉冲调制信号通过电源调制驱动电路对加热器电源进行调制实现满功率加热模式，此时加热电源调制脉冲占空比τ为100％；

所述非满功率加热模式具体为：当温度传感器输出的温度不低于恒温温度门限但低于保护温度门限时，恒温控制电路输出占空比为τ0的脉冲调制信号，τ0为预设的恒温状态所需加热功率所对应的调制脉冲信号的占空比数值，该脉冲调制信号通过电源调制驱动电路对加热器电源进行调制实现非满功率加热模式；

所述不加热模式具体为：当温度传感器输出的温度高于保护温度门限时，第二比较器输出的使能为使能无效信号，调制脉冲产生器不输出脉冲调制信号，电源调制驱动电路不输出加热器电源驱动信号，此时加热电源调制脉冲占空比τ为0％，为不加热模式。

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