【導讀】目前，智能模擬前端 (AFE) 及其代表的閉環控製已經覆蓋了汽車和工業市場中的廣泛應用。在本文中，我們將詳細地探討一種工業類應用
，即熱電冷卻 (TEC) 控製。文中還包括一些示例
，說明如何使用 TEC 以及智能 AFE 如何在需要 TEC 的係統中改進 TEC 的實施。

什麼是 TEC？

TEC 利用了一種稱為珀爾帖效應的現象，該效應是以 Jean Charles Athanase Peltier 的名字命名，他在 1834 年nian發fa現xian了le這zhe種zhong效xiao應ying。他ta發fa現xian電dian流liu通tong過guo兩liang個ge不bu同tong的de導dao體ti會hui導dao致zhi熱re交jiao換huan增zeng加jia，使shi一yi個ge導dao體ti的de溫wen度du高gao於yu環huan境jing溫wen度du，一yi個ge導dao體ti的de溫wen度du低di於yu環huan境jing溫wen度du。通tong常chang，對dui於yu珀po爾er帖tie元yuan件jian（也稱為單元），電流通過時會形成一個散熱側（熱側）和一個吸熱側（冷側）。zhezhongxianxiangyouyigefeichangshijideyongtu
，jitongguokongzhilianggedaotizhijiandedianliu，yiyizhongkekongdefangshijiarehuolengqueyupoertieyuanjianjiechudecailiao。xuyaowendujiancehekongzhideyingyongshilibaokuogongyejiguangdabiaoji、體外診斷 (IVD) 設備和汽車車內溫度控製。

盡管發現珀爾帖效應已有 100 多年
，但直到 1954 年
，H. Julian Goldsmid 才發現並公布用半導體替換原始導電材料會產生更高的溫度梯度。

圖 1 顯示了電導體與半導體元件之間如何形成結，從而使用基於半導體的方法為 TEC 產生溫度梯度。

圖1：基於半導體的珀爾帖元件

需要 TEC 的組件或係統所釋放的熱量從 TEC yuanjiandexireceyidong，bingyusanrecejiaohuanreliang，sanrecetongguosanreqidekongqilengquebeidonglengque，huotongguosanreqideqiangzhikongqilengquehuoshuilengquezhudonglengque。dihuabishipoertieyuanjianzhonggengweichangyongdebandaoti。weilechanshengjiaodadewencha
，zhexiebandaotixuyaojuyougaodiandaolvhediredaolv。

在何處及如何使用 TEC？

通常，TEC 元件的一側充當熱側，另一側充當冷側，但有意思的是，如果反轉原始電流的流動方向，這兩側可以互換。改變電源的極性（如圖 1 所示）huifanzhuanpoertieyuanjianzhongdedianliufangxiang，daozhirecewenduxiajiangbingzuizhongbianchenglengce，tongguozhubujiareshilengcehuojiebianchengrece。zhezaigongyeyiliaoyingyongzhongkuaisujiarehelengqueyangpianshifeichangyouyong。

主動控製經過珀爾帖元件的電流的方向可提高精度和速度，從而通過主動控製材料的加熱和冷卻，可將材料調整到設定的溫度。IVD 中的許多應用需要這種類型的熱循環，例如聚合酶鏈反應。負責這些類型測試的醫療器件使用 TEC 將遺傳物質樣片加熱到大約 85°C，然後將樣片冷卻到大約 30°C。

智能 AFE 和 TEC 控製

想必現在您已經了解什麼樣的係統可以使用 TEC

，如果我們要將這些功能集成到單個集成電路中
，則需要某種感應輸入、存儲器或處理
，以及一個控製輸出。大多數設計人員選擇分立式實施
，選擇模數轉換器 (ADC) 來感應來自環境的模擬輸入
，選擇微控製器 (MCU) 或存儲器來對 ADC 輸入進行處理或尋址，然後 MCU 或存儲器將相應的數字信息傳輸至數模控製器 (DAC)
，以輸出特定的電壓或電流。我提到這一點的原因是

，像 AFE539A4 這樣的智能 AFE 為 TEC 提供了一個整體的閉環解決方案，因為它內部集成了這些組件。在滿足這些基本功能後
，AFE539A4 還能做什麼？

AFE539A4 可將其四個輸出重新配置為 DAC 輸出或 ADC 輸入以進行監控，從而便於靈活地為特定應用或係統指定某個通道的功能。集成 DAC 提供電壓
、電流或脈寬調製輸出。

圖 2 說明了 AFE539A4 的多功能性，包括集成基準、非易失性存儲器、DAC 或模擬輸出以及 ADC 或模擬輸入，無需 MCU 即可實現閉環控製。這些集成器件支持 TEC 電流檢測和補償（如下圖右側所示）
，以及直接負溫度係數對接。AFE 在比例積分控製回路中使用此輸入數據將負載調節到溫度設定點。

圖 2：配置用於 TEC 控製的 AFE539A4 智能 AFE

在與智能 AFE 的連接和通信方麵

，用戶可以選擇 I2C 接口
、串行外設接口或通用輸入/輸出 (GPIO) 接口。GPIO 鎖suo存cun特te性xing也ye可ke用yong於yu在zai出chu現xian故gu障zhang時shi鎖suo存cun到dao某mou個ge值zhi，比bi如ru在zai高gao溫wen情qing況kuang下xia，可ke能neng會hui指zhi定ding一yi個ge值zhi
，用yong於yu在zai故gu障zhang或huo導dao致zhi過guo熱re的de環huan境jing因yin素su期qi間jian保bao護hu係xi統tong。

結語

眾所周知，在過去，TEC 需要許多分立式組件來實現必要的閉環控製
，而智能 AFE 具有 –40°C 至 125°C 的完整額定工業溫度範圍，采用 3mm x 3mm 封裝，可在單個芯片中提供輸入、處理和控製功能。

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