一种基于忆阻器的恒温散热控制系统

本发明涉及仪器仪表控制，更具体的说是涉及一种基于忆阻器的恒温散热控制系统。

背景技术：

1、散热控制系统广泛存在于各类仪器仪表、计算机应用、化学工程等领域。近几年，随着各类高精密、纳米级集成电路技术的飞速发展，对高精密度仪器仪表设备的需求与日俱增，预示着对此类设备散热条件也日益严苛，恒温散热要求也越来越高。现有散热器多为水冷、风冷等形式。首先，基于设备固有的物理性质，在长期使用过程中，水冷散热无法保证控制系统的密封性，因为环境温度会使水冷散热系统表面凝霜或水汽，此类散热机制虽有很好的恒温特点，但不适用于电工电子领域，特别是具有高精密特点的仪器仪表等设备的散热系统。其次，风冷大多采用铝型材料，单一的多铝片配合大功率风扇，虽然能有效带走铝片表面热量，但难以保持恒温环境，而且不具备温度记忆功能，系统开机后要相当长时间才能实现散热目的。上述散热方式不但降低高精密设备的使用寿命，提高维修风险，甚至直接损害关键部件，进而带来不可估量的损失。同时，在高精密设备的散热和温度调整过程中，大功率器件产生更多的热量，给系统带来噪音和干扰。

2、因此，如何实现高精密设备的快速、恒温散热，降低设备维修风险，延长使用寿命是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于忆阻器的恒温散热控制系统，全部由硬件电路实现，设计简单，机械结构合理，有效解决高精密设备散热不稳定，造成设备维修风险较高的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于忆阻器的恒温散热控制系统，包括恒温散热控制电路和散热器，所述恒温散热控制电路包括电源转换电路、温度检测电路、比较电路、忆阻仿真器、低通滤波模块和电磁兼容模块，所述散热器包括可调速风扇；

4、所述电源转换电路电连接所述电磁兼容模块、所述低通滤波模块、所述温度检测电路和所述可调速风扇；

5、所述温度检测电路和所述忆阻仿真器连接所述比较电路的输入端，所述比较电路的输出端连接所述可调速风扇；所述可调速风扇连接所述忆阻仿真器。

6、优选的，所述散热器还包括若干散热片，所述散热片分布在所述可调速风扇四周；所有所述散热片的同侧表面设置有垫片，所述垫片位于所述散热片的尾部，大约1/3位置处，所述散热片的头部靠近所述可调速风扇。

7、优选的，所述忆阻仿真器包括两组二极管d1和d2、两组电容c1、电感l1、两组电阻r1和r2、运算放大器u1；电容c1和电感l1并联连接构成lc滤波电路；两组二极管d1和d2并联连接，一端的并联节点连接lc滤波电路，另一端的并联节点连接另一组电容c2；lc滤波电路的另一端通过一组电阻r1连接运算放大器u1的反相输入端；另一组电容c2的另一端连接外部电源v1；运算放大器u1的反相输入端通过另一组电阻r2连接输出端，输出记忆温度电压vm，传输至所述比较电路。外部电源v1为所述忆阻仿真器提供220v，50hz的交流电源。电源转换电路同时连接外部电源，为其提供220v，50hz的交流电源，并将其转换成±5v和±15v直流电，为低通滤波模块、温度检测电路和可调速风扇供电。

8、优选的，所述忆阻仿真器的工作电流和导纳表示为：

9、

10、其中，im为工作电流；vm为记忆温度电压，是输出电压；vc1为lc滤波电路中电容两端电压；为导纳；is为二极管驱动电流；ρ＝1/(2n·vt)是二极管固有常数；r1与r2分别为两组电阻的电阻值。

11、优选的，所述温度检测电路包括若干热敏电阻r5～r7、若干电阻r3和r8～r10、运算放大器t2、电容c3、三极管q1；热敏电阻电连接运算放大器t2的正相输入端，运算放大器t2的反相输入端连接一个电阻r9，电阻r9的另一端连接一组并联电容c3和电阻r10的并联节点，运算放大器t2的输出端通过电阻r8连接三极管q1的基极；三极管q1的集电极输出检测温度电压vt，且通过一组电阻r3连接所述电源转换电路的输出端，传输+5v直流电源；三极管q1的发射极与运算放大器t2的反向输出端的电阻r9连接至同一个并联节点。

12、优选的，所述比较电路包括两个电阻r11和r12、运算放大器t3；一组电阻r11的一端连接所述温度检测电路中三极管q1的集电极，另一端接入运算放大器t3的反向输入端；运算放大器t3的输出端连接另一组电阻r12的一端，另一端经过所述可调速风扇接入运算放大器t3的正向输入端，运算放大器t3的正向输入端还连接忆阻仿真器的输出端。

13、优选的，可调速风扇包括驱动电路、滑动变阻器r13和风扇，所述滑动变阻器r13连接所述比较电路的电阻r12、运算放大器t3的正向输入端和所述驱动电路，所述驱动电路连接风扇。

14、优选的，当压vt＞vm时，增加滑动变阻器r13的阻值，进而提高风扇转速，增加散热力度，降低设备温度；

15、当vt＜vm时，减小滑动变阻器r13的阻值，进而降低风扇转速，减少散热力度，增加设备温度；

16、当vt＝vm时，滑动变阻器r13的阻值和风扇转速不变，设备维持恒温状态。

17、优选的，还包括上壳体和下壳体，均为圆柱形，下壳体侧壁上开设有出风口；所述恒温散热控制电路设置在所述上壳体内，所述散热器设置在所述下壳体内；所述上壳体和所述下壳体可拆卸连接。

18、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于忆阻器的恒温散热控制系统，适用于高精密仪器仪表，该系统根据电子电路、非线性系统动力学分析、流体力学、混沌系统的基本原理，利用纯电子电路硬件元件搭建恒温散热控制电路和忆阻仿真器实现温度信号采集、测量、记忆、存储等功能，配合散热片和可调速风扇采用循环风冷散热的机械设计结构，提高散热效率，有效避免了设备内的涡流现象，实现了系统的快速散热与恒温保持功能。忆阻仿真器直接连接市电电源，保证了系统接入电压稳定，从而有效存储记忆温度，稳定输出记忆温度电压，保证了恒温调控效果。

技术特征：

1.一种基于忆阻器的恒温散热控制系统，其特征在于，包括恒温散热控制电路和散热器，所述恒温散热控制电路包括电源转换电路、温度检测电路、比较电路、忆阻仿真器、和低通滤波模块，所述散热器包括可调速风扇；

2.根据权利要求1所述的一种基于忆阻器的恒温散热控制系统，其特征在于，所述散热器还包括若干散热片，所述散热片分布在所述可调速风扇四周；所有所述散热片的同侧表面设置有垫片，所述垫片位于所述散热片的尾部。

3.根据权利要求1所述的一种基于忆阻器的恒温散热控制系统，其特征在于，所述忆阻仿真器包括两组二极管d1和d2、两组电容c1、电感l1、两组电阻r1和r2、运算放大器u1；电容c1和电感l1并联连接构成lc滤波电路；两组二极管d1和d2并联连接，一端的并联节点连接lc滤波电路，另一端的并联节点连接另一组电容c2；lc滤波电路的另一端通过一组电阻r1连接运算放大器u1的反相输入端；另一组电容c2的另一端连接外部电源；运算放大器u1的反相输入端通过另一组电阻r2连接输出端，输出记忆温度电压vm，传输至所述比较电路。

4.根据权利要求3所述的一种基于忆阻器的恒温散热控制系统，其特征在于，所述忆阻仿真器的工作电流和导纳表示为：

5.根据权利要求3所述的一种基于忆阻器的恒温散热控制系统，其特征在于，所述温度检测电路包括若干热敏电阻r5～r7、若干电阻r3和r8～r10、运算放大器t2、电容c3、三极管q1；热敏电阻电连接运算放大器t2的正相输入端，运算放大器t2的反相输入端连接一个电阻r9，电阻r9的另一端连接一组并联电容c3和电阻r10的并联节点，运算放大器t2的输出端通过电阻r8连接三极管q1的基极；三极管q1的集电极输出检测温度电压vt，且通过一组电阻r3连接所述电源转换电路的输出端；三极管q1的发射极与运算放大器t2的反向输出端的电阻r9连接至同一个并联节点。

6.根据权利要求5所述的一种基于忆阻器的恒温散热控制系统，其特征在于，所述比较电路包括两个电阻r11和r12、运算放大器t3；一组电阻r11的一端连接所述温度检测电路中三极管q1的集电极，另一端接入运算放大器t3的反向输入端；运算放大器t3的输出端连接另一组电阻r12的一端，另一端经过可调速风扇接入运算放大器t3的正向输入端，运算放大器t3的正向输入端还连接忆阻仿真器的输出端。

7.根据权利要求6所述的一种基于忆阻器的恒温散热控制系统，其特征在于，可调速风扇包括驱动电路、滑动变阻器r13和风扇，所述滑动变阻器r13连接所述比较电路的电阻r12、运算放大器t3的正向输入端和所述驱动电路，所述驱动电路连接风扇。

8.根据权利要求7所述的一种基于忆阻器的恒温散热控制系统，其特征在于，当压vt＞vm时，增加滑动变阻器r13的阻值，进而提高风扇转速，增加散热力度，降低设备温度；

9.根据权利要求1所述的一种基于忆阻器的恒温散热控制系统，其特征在于，还包括上壳体和下壳体，均为圆柱形，下壳体侧壁上开设有出风口；所述恒温散热控制电路设置在所述上壳体内，所述散热器设置在所述下壳体内；所述上壳体和所述下壳体可拆卸连接。

技术总结
本发明公开了一种基于忆阻器的恒温散热控制系统，涉及仪器仪表控制技术领域，包括恒温散热控制电路和散热器，恒温散热控制电路包括电源转换电路、温度检测电路、比较电路、忆阻仿真器、低通滤波模块和电磁兼容模块，散热器包括可调速风扇；电源转换电路电连接电磁兼容模块、低通滤波模块、温度检测电路和可调速风扇；温度检测电路和忆阻仿真器连接比较电路的输入端，比较电路的输出端连接可调速风扇；可调速风扇连接所述忆阻仿真器。本发明利用纯电子电路硬件元件搭建恒温散热控制电路和忆阻仿真器实现温度信号采集、测量、记忆、存储等功能，提高散热效率，实现了系统的快速散热与恒温保持功能。

技术研发人员：刘越,柴秋月,王天笑,邱东
受保护的技术使用者：长春工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15