AFE539A4智能AFE在TEC控制中的应用
目前，智能模拟前端 (afe) 及其代表的闭环控制已经覆盖了汽车和工业市场中的广泛应用。
在本文中，我们将详细地探讨一种工业类应用，即热电冷却 (tec) 控制。文中还包括一些示例，说明如何使用 tec 以及智能 afe 如何在需要 tec 的系统中改进 tec 的实施。
什么是 tec?
tec 利用了一种称为珀尔帖效应的现象，该效应是以 jean charles athanase peltier 的名字命名，他在 1834 年发现了这种效应。他发现电流通过两个不同的导体会导致热交换增加，使一个导体的温度高于环境温度，一个导体的温度低于环境温度。通常，对于珀尔帖元件(也称为单元)，电流通过时会形成一个散热侧(热侧)和一个吸热侧(冷侧)。这种现象有一个非常实际的用途，即通过控制两个导体之间的电流，以一种可控的方式加热或冷却与珀尔帖元件接触的材料。需要温度监测和控制的应用示例包括工业激光打标机、体外诊断 (ivd) 设备和汽车车内温度控制。
尽管发现珀尔帖效应已有 100 多年，但直到 1954 年，h. julian goldsmid 才发现并公布用半导体替换原始导电材料会产生更高的温度梯度。
图 1 显示了电导体与半导体元件之间如何形成结，从而使用基于半导体的方法为 tec 产生温度梯度。
图1：基于半导体的珀尔帖元件
需要 tec 的组件或系统所释放的热量从 tec 元件的吸热侧移动，并与散热侧交换热量，散热侧通过散热器的空气冷却被动冷却，或通过散热器的强制空气冷却或水冷却主动冷却。碲化铋是珀尔帖元件中更为常用的半导体。为了产生较大的温差，这些半导体需要具有高电导率和低热导率。
在何处及如何使用 tec?
通常，tec 元件的一侧充当热侧，另一侧充当冷侧，但有意思的是，如果反转原始电流的流动方向，这两侧可以互换。改变电源的极性(如图 1 所示)会反转珀尔帖元件中的电流方向，导致热侧温度下降并最终变成冷侧，通过逐步加热使冷侧或结变成热侧。这在工业医疗应用中快速加热和冷却样片时非常有用。
主动控制经过珀尔帖元件的电流的方向可提高精度和速度，从而通过主动控制材料的加热和冷却，可将材料调整到设定的温度。ivd 中的许多应用需要这种类型的热循环，例如聚合酶链反应。负责这些类型测试的医疗器件使用 tec 将遗传物质样片加热到大约 85°c，然后将样片冷却到大约 30°c。
智能 afe 和 tec 控制
想必现在您已经了解什么样的系统可以使用 tec，如果我们要将这些功能集成到单个集成电路中，则需要某种感应输入、存储器或处理，以及一个控制输出。大多数设计人员选择分立式实施，选择模数转换器 (adc) 来感应来自环境的模拟输入，选择微控制器 (mcu) 或存储器来对 adc 输入进行处理或寻址，然后 mcu 或存储器将相应的数字信息传输至数模控制器 (dac)，以输出特定的电压或电流。我提到这一点的原因是，像 afe539a4 这样的智能 afe 为 tec 提供了一个整体的闭环解决方案，因为它内部集成了这些组件。在满足这些基本功能后，afe539a4 还能做什么?
afe539a4 可将其四个输出重新配置为 dac 输出或 adc 输入以进行监控，从而便于灵活地为特定应用或系统指定某个通道的功能。集成 dac 提供电压、电流或脉宽调制输出。
图 2 说明了 afe539a4 的多功能性，包括集成基准、非易失性存储器、dac 或模拟输出以及 adc 或模拟输入，无需 mcu 即可实现闭环控制。这些集成器件支持 tec 电流检测和补偿(如下图右侧所示)，以及直接负温度系数对接。afe 在比例积分控制回路中使用此输入数据将负载调节到温度设定点。
图 2：配置用于 tec 控制的 afe539a4 智能 afe
在与智能 afe 的连接和通信方面，用户可以选择 i2c 接口、串行外设接口或通用输入/输出 (gpio) 接口。gpio 锁存特性也可用于在出现故障时锁存到某个值，比如在高温情况下，可能会指定一个值，用于在故障或导致过热的环境因素期间保护系统。
结语
众所周知，在过去，tec 需要许多分立式组件来实现必要的闭环控制，而智能 afe 具有 –40°c 至 125°c 的完整额定工业温度范围，采用 3mm x 3mm 封装，可在单个芯片中提供输入、处理和控制功能。
原文标题：技术干货|智能 afe 如何为热电冷却控制提供集成模拟解决方案
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什么是 tec?
tec 利用了一种称为珀尔帖效应的现象，该效应是以 jean charles athanase peltier 的名字命名，他在 1834 年发现了这种效应。他发现电流通过两个不同的导体会导致热交换增加，使一个导体的温度高于环境温度，一个导体的温度低于环境温度。通常，对于珀尔帖元件(也称为单元)，电流通过时会形成一个散热侧(热侧)和一个吸热侧(冷侧)。这种现象有一个非常实际的用途，即通过控制两个导体之间的电流，以一种可控的方式加热或冷却与珀尔帖元件接触的材料。需要温度监测和控制的应用示例包括工业激光打标机、体外诊断 (ivd) 设备和汽车车内温度控制。
尽管发现珀尔帖效应已有 100 多年，但直到 1954 年，h. julian goldsmid 才发现并公布用半导体替换原始导电材料会产生更高的温度梯度。
图 1 显示了电导体与半导体元件之间如何形成结，从而使用基于半导体的方法为 tec 产生温度梯度。
图1：基于半导体的珀尔帖元件
需要 tec 的组件或系统所释放的热量从 tec 元件的吸热侧移动，并与散热侧交换热量，散热侧通过散热器的空气冷却被动冷却，或通过散热器的强制空气冷却或水冷却主动冷却。碲化铋是珀尔帖元件中更为常用的半导体。为了产生较大的温差，这些半导体需要具有高电导率和低热导率。
在何处及如何使用 tec?
通常，tec 元件的一侧充当热侧，另一侧充当冷侧，但有意思的是，如果反转原始电流的流动方向，这两侧可以互换。改变电源的极性(如图 1 所示)会反转珀尔帖元件中的电流方向，导致热侧温度下降并最终变成冷侧，通过逐步加热使冷侧或结变成热侧。这在工业医疗应用中快速加热和冷却样片时非常有用。
主动控制经过珀尔帖元件的电流的方向可提高精度和速度，从而通过主动控制材料的加热和冷却，可将材料调整到设定的温度。ivd 中的许多应用需要这种类型的热循环，例如聚合酶链反应。负责这些类型测试的医疗器件使用 tec 将遗传物质样片加热到大约 85°c，然后将样片冷却到大约 30°c。
智能 afe 和 tec 控制
想必现在您已经了解什么样的系统可以使用 tec，如果我们要将这些功能集成到单个集成电路中，则需要某种感应输入、存储器或处理，以及一个控制输出。大多数设计人员选择分立式实施，选择模数转换器 (adc) 来感应来自环境的模拟输入，选择微控制器 (mcu) 或存储器来对 adc 输入进行处理或寻址，然后 mcu 或存储器将相应的数字信息传输至数模控制器 (dac)，以输出特定的电压或电流。我提到这一点的原因是，像 afe539a4 这样的智能 afe 为 tec 提供了一个整体的闭环解决方案，因为它内部集成了这些组件。在满足这些基本功能后，afe539a4 还能做什么?
afe539a4 可将其四个输出重新配置为 dac 输出或 adc 输入以进行监控，从而便于灵活地为特定应用或系统指定某个通道的功能。集成 dac 提供电压、电流或脉宽调制输出。
图 2 说明了 afe539a4 的多功能性，包括集成基准、非易失性存储器、dac 或模拟输出以及 adc 或模拟输入，无需 mcu 即可实现闭环控制。这些集成器件支持 tec 电流检测和补偿(如下图右侧所示)，以及直接负温度系数对接。afe 在比例积分控制回路中使用此输入数据将负载调节到温度设定点。
图 2：配置用于 tec 控制的 afe539a4 智能 afe
在与智能 afe 的连接和通信方面，用户可以选择 i2c 接口、串行外设接口或通用输入/输出 (gpio) 接口。gpio 锁存特性也可用于在出现故障时锁存到某个值，比如在高温情况下，可能会指定一个值，用于在故障或导致过热的环境因素期间保护系统。
结语
众所周知，在过去，tec 需要许多分立式组件来实现必要的闭环控制，而智能 afe 具有 –40°c 至 125°c 的完整额定工业温度范围，采用 3mm x 3mm 封装，可在单个芯片中提供输入、处理和控制功能。
原文标题：技术干货|智能 afe 如何为热电冷却控制提供集成模拟解决方案
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