热电制冷杜瓦瓶的热力分析与温度控制

【摘要】： 本文首先简单回顾了CCD的发展和工作原理,讲述了制冷对天文CDD相机的重要性。对应用在天文CCD的四种制冷技术:斯特林制冷器、焦耳-汤姆逊制冷器、液氮制冷杜瓦瓶系统、热电制冷杜瓦瓶系统从制冷效果和温度控制上进行了比较,并分析了各自的优势与不足。 其次,叙述了热电制冷的原理以及热电制冷在设计中的具体应用,并利用有限元法对热电制冷杜瓦瓶和热电制冷堆进行热力分析,得到了热电制冷杜瓦瓶和热电制冷堆的温度分布情况。根据热力分析的结果,在设计中采用三级热电制冷堆堆叠的方式对CCD进行制冷:第一、二级热电制冷堆由开关电源经稳压滤波后直接供电,以提供CCD所需要的温差;第三级热电制冷堆则采用PID温度控制电路对通过热电制冷堆的电流强度进行调节,使CCD达到恒温。 再次,讲述了温度控制电路的设计,并对各元器件和各功能模块的作用进行了说明。 最后,叙述了温度控制电路的调试过程。