微型制冷器在LD激光投影机上的应用研究

激光投影机是一种新型激光显示技术产品,其产业链正在成长,多种关键技术和部件都亟需开发。整机的热管理和激光器散热技术又是其中最为关键的技术。现在已经进入市场的激光投影产品,多是面向工程和电影院线应用的大型工程级别的投影机,有专门的装机空间,故可使用独立的大功率水冷机进行冷却。但对于商业用和家用这类集成度要求很高的激光投影机,只能采用小体积、低重量、低噪声、维护周期长的热管理设备,同时还要兼顾成本。本论文的研究内容以热电式制冷器TEC(Thermal Energy Converter)作为核心部件,结合封闭式液体循环制冷器,针对光功率为4000～80001m激光投影机的LD(Laser Diode)激光模组实现稳定、准确的温度控制。在设计过程中,主要将传热学、制冷原理、TEC工作原理、PID控制等学科知识综合用于激光投影机散热的优化和控制。通过CFD(Computational Fluid Dynamics)仿真软件 Solidworks Flow Simulation,分析了采用 TEC 散热的可行性,并根据分析结果完成了系统的散热机制与整机的设计。完成了TEC驱动电路、主控制器电路、温度采集电路等硬件电路的设计。在软件方面,采用结合有限状态机的合作式调度器实现软件系统设计,并基于二次拉格朗日插值法实现参数整定的增量式PID温度控制算法设计。最后研制出了原理样机,并测试了其性能,测试结果显示样机性能到达了设计目的,对LD激光器的温度控制稳定、实时、准确。在环境温度为40℃时,也成功地将激光器基座的温度保持在23℃,且温度波动在±0.5℃范围内。