6.1 学习目标理解半导体制冷片帕尔贴的工作原理及珀尔帖效应掌握使用直流电机驱动芯片RZ7889-MS实现制冷片正负极切换从而实现制冷和制热学习STM32通用定时器的PWM输出配置通道3、通道4实现通过改变两路PWM占空比来控制制冷片的工作模式制冷、制热、停止结合NTC温度反馈第5章观察制冷片升降温现象6.2 项目原理与概述6.2.1 半导体制冷片帕尔贴介绍半导体制冷片Thermoelectric Cooler, TEC利用珀尔帖效应当直流电流通过两种不同半导体材料构成的PN结时会在结区产生吸热或放热现象。电流方向决定热量转移方向正向电流使一面制冷、另一面制热反向电流则互换冷热面。优点无运动部件安静可靠可精确控温响应快典型温差-130℃ ~ 90℃取决于负载和散热控制方式通过改变流过制冷片的电流方向和大小即可切换制冷/制热模式并调节强度。6.2.2 本章使用的制冷片型号TES1-4902根据产品规格书参数数值型号TES1-4902尺寸20×20×4.0 mm推荐电压5V DC最大电压6V最大电流2A最大功率约10W5V×2ATES1-4902 是一款小尺寸、低电压的半导体制冷片适合嵌入式设备中局部点制冷或小型恒温箱应用。其工作电压与单片机系统常用的5V电源兼容最大电流2A对驱动芯片要求不高易于实现。6.2.3 控制策略制冷片不能直接由MCU的GPIO驱动工作电流达2A需使用H桥驱动电路或双向马达驱动芯片实现方向控制。本章采用RZ7889-MS是一款单通道H桥马达驱动器工作电压范围3V~18V最大持续输出电流5A峰值9A完全满足TES1-4902的2A需求且留有充足余量。通过两个逻辑输入端子IN1、IN2即可控制制冷片的正反转及制动。控制逻辑RZ7889-MS真值表FI (PB11)BI (PB10)OUTAOUTB制冷片状态LHPWMHL正向电流制热HPWMLLH反向电流制冷HHLL制动驱动制冷片禁止严禁这样配置LLOpenOpen停止/待机通过调节PWM占空比即可控制制冷/制热的强度电流大小。RZ7889-MS具备微小的待机电流2uA、过流保护、短路保护和过热保护功能确保系统安全运行。6.3STM32F103 PWM知识点总结6.3.1 PWM 基本概念PWM脉冲宽度调制通过调节方波中高电平时间占总周期的比例占空比来控制输出功率。频率决定控制平滑度占空比决定平均电压/电流。6.3.2 关键参数PWM频率占空比其中 CCR 为捕获比较寄存器值。6.3.3 工作原理向上计数模式定时器计数器 CNT 从 0 递增到 ARR当 CNT CCR 时输出高电平CNT ≥ CCR 时输出低电平PWM 模式1。改变 CCR 即可实时改变占空比。6.3.4 通道配置STM32F103C8T6 高级/通用定时器如 TIM2、TIM3、TIM4各有 4 个独立通道可输出 4 路 PWM。本章使用TIM2的 CH3PB10和CH4PB11。6.4 硬件设计与分析6.4.1 制冷片 TES1-4902 与驱动芯片 RZ7889-MS 的连接制冷片TES1-4902工作电压 5V最大电流 2A。驱动芯片RZ7889-MSSOP-8封装单通道H桥。引脚连接表引脚名称功能连接至1BI后退输入IN2PB10TIM2_CH3PWM 输出2FI前进输入IN1PB11TIM2_CH4PWM 输出3GND电源地GND4VCC功率电源正极VCC5V并联 C29470µF、C30100nF 到 GND5,6FO前进输出OUTA制冷片正极红线7,8BO后退输出OUTB制冷片负极黑线热管理TES1-4902 制冷片的热面必须安装散热片和风扇否则热面温度过高会导致制冷效率下降甚至损坏制冷片。散热风扇会在下一章介绍。6.4.2 温度反馈结合第5章的 NTC 热敏电阻将 NTC 紧密贴附在制冷片的冷面或需要制冷的负载上通过 ADC 采集温度形成闭环控制的输入。6.5CubeMX工程配置6.5.1打开工程找到上一章生成的 .ioc 文件双击该文件即可用 STM32CubeMX 打开。6.5.2配置引脚在芯片引脚视图中将PB10设置为 TIM2_CH3PB11设置为 TIM2_CH4。6.5.3配置 TIM2进入 Timers → TIM2Clock SourceInternal ClockChannel3PWM Generation CH3Channel4PWM Generation CH46.5.4参数设置参数值说明Prescaler (PSC)7172MHz / 72 1MHz 计数时钟Counter ModeUp向上计数Auto-reload (ARR)999周期 1000个计数 1ms → 1kHz PWM频率CH3 PolarityHigh高电平有效CH4 PolarityHigh高电平有效PWM 通道配置CH3Mode PWM mode 1Pulse (CCR) 0初始占空比0%CH4Mode PWM mode 1Pulse (CCR) 06.5.5 生成代码选择 MDK-ARM并分离 .c/.h。6.6 代码解析与实现6.6.1将CH3的占空比设置500占空比50%CH4设置为0占空比0%低电平制冷片待字的一面为升温状态反之制冷片为制冷状态。6.6.2 占空比与制冷强度占空比 duty 取值范围 0~1000对应 ARR9990~100%。实际使用中建议最大占空比设为 80%即 duty800避免制冷片过热或电源过载。可根据温度误差通过PID调节占空比实现恒温控制。6.7 实验现象与调试6.7.1 预期现象注意请短暂上电查看现象不要长时间升温或者制冷以免损坏制冷片。制热模式TEC_HEAT制冷片附近NTC电阻温度反馈升温状态。制冷模式TEC_COOL调换CH3与CH4数值制冷片附近NTC电阻温度反馈降温状态。6.7.2 调试建议现象可能原因解决方法制冷片不工作RZ7889-MS 供电异常 PWM 未启动查看USB线是否连接检查 PB10/PB11 波形示波器