專利名稱：一種基于電源芯片的溫控器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及溫度控制和電源芯片技術領域，將電源芯片的應用擴展到 溫度控制領域。更具體涉及一種基于電源芯片的溫控器。適用于對功耗和體積有 較高要求的控溫場合。
背景技術：
溫控在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，科學研究以及日常生活中有廣泛的應用，因此如何設 計適合各種場合的溫控電路成了廣大科研人員孜孜以求的目標。經(jīng)過多年的發(fā) 展，人們已經(jīng)開發(fā)出各式各樣的溫控器。主要有兩大類 一類為模擬溫控，它通 過感溫器件將控溫對象的溫度信息反饋給控制回路，控制回路根據(jù)得到的信息對 加熱功率做出適時的調(diào)整，從而讓溫度維持在恒定值。其中控制電路主要由分立
的模擬器件搭建。另一類為數(shù)字溫控，它將感溫器件獲得的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量， 從而通過軟件編程來實現(xiàn)溫度的反饋控制。前者易于調(diào)節(jié)但存在功率管集電結(jié)發(fā) 熱引起較大功率損失的問題。后者電路功耗雖低，但是算法隨控溫環(huán)境的變化較 難處理。且二者電路形式均相對復雜。在對電路功耗和體積有較高要求的場合不 適用。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是在于提供了一種基于電源芯片的溫控器，該溫控器結(jié)構(gòu) 簡單，使用方便，自身功耗低。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術措施(技術方案如圖所示) 該溫控器包括穩(wěn)壓電源U1、電源芯片U2、運算放大器U3、加熱絲U4、開 關二極管Dl、肖特基整流管D2、穩(wěn)壓二極管D3，其特征在于穩(wěn)壓電源Ul 的一端分別與電源芯片U2的1腳(即圖1中VIN端)、開關二極管D1的正極、 電阻R6和電容C1、 C2相連，電容C1、 C2接地。穩(wěn)壓二極管D3分別與熱敏電
阻R2、電位器R4相連，穩(wěn)壓二極管D3分別與運算放大器U3的8腳相連，穩(wěn) 壓二極管D3分別與電阻R6、地線相接，穩(wěn)壓二極管D3與電容C5、 C6相連并 接地，熱敏電阻R2、電位器R4分別與電阻R3、 R5相連并接地，運算放大器 U3的3腳與熱敏電阻R2相連，運算放大器U3的2腳分別與電阻R3相連，運 算放大器U3的1腳分別與電源芯片U2的3腳(即圖1中FB端)及電位器R1 相連，電位器Rl分別與運算放大器U3的1腳、2腳相連，運算放大器U3的4 腳與地線相連，電源芯片U2的1腳分別與開關二極管Dl的正極、電阻R6相連， 電源芯片U2的2腳(即圖1中BOOST端)分別與開關二極管Dl的負極、電 容C4相連，電源芯片U2的3腳與運算放大器U3的1腳相連，電源芯片U2的 4腳(即圖1中GND端)接地，電源芯片U2的5腳(即圖1中VC端)與電容 C3相連并接地，電源芯片U2的6腳(即圖1中的SHDN端)空置。電源芯片 U2的7腳(即圖1中SYNC端)接地，電源芯片U2的8腳(即圖1中VSW端) 分別與電感L1、電容C4相連，電源芯片U2的8腳與肖特基整流管D2的負極 相連并接地，電感L1與加熱絲U4的一端相連，電感L1分別與電容C7、 C8相 連并接地，加熱絲U4的另一端接地。
工作原理本實用新型的核心在于采用了開關穩(wěn)壓電源芯片U2 (LT1959)， 關鍵在于圖1中的J點沒有通過分壓電阻與LT1959的FB端(即圖1中U2的3 腳)連起來，F(xiàn)B端電壓改由獨立的穩(wěn)壓二極管提供。若J點通過分壓電阻與LT1959 的FB端連起來，F(xiàn)B端電壓不由獨立的穩(wěn)壓二極管提供，則為電源芯片的典型接 法，J點會輸出恒定電壓，與VIN端(即圖1中U2的1腳)電壓無關。若J點 不通過分壓電阻與LT1959的FB端連起來，且FB端電壓由獨立的穩(wěn)壓二極管提 供，(另外為提高FB端電壓比較靈敏度，增加了平衡電橋差分放大回路)。則 LT1959的功能將發(fā)生改變。J點輸出電壓不再恒定，當FB端電壓小于1.21V時， J點有電壓輸出，而在大于1.21V時沒有電壓輸出。這樣只要將FB端電壓與熱 敏電阻的變化聯(lián)系起來，就可實現(xiàn)溫控作用。按照本實用新型的接法，圖1中J 點電壓不再受制于分壓電阻，而是隨著VIN端電壓的增大而增大，因此只要將 穩(wěn)壓電源輸出值適當改變，J點輸出電壓會改變，溫控器的輸出功率會相應改變， 故可通過調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源電壓調(diào)節(jié)功率輸出來適應不同的控溫對象。
當電路剛接通時熱敏電阻(該熱敏電阻為負溫度系數(shù))R2的值較大，這時
運算放大器U3的3腳的電壓將小于2腳電壓，則l腳輸出低電平，這個低電平 值小于L21V，此時LT1959持續(xù)提供電壓，通過加熱絲給被控物體加溫，被控 物體溫度迅速升高。隨著溫度的上升R2會逐漸減小，致使運算放大器U3的3 腳的電壓大于2腳電壓，經(jīng)運放放大的差值會逐漸上升，當FB端電壓達到1.21V 時，開始建立平衡， 一旦加熱致使？8端電壓超過1.21￥， LT1959輸出電壓變?yōu)?零，在實驗中發(fā)現(xiàn)由于輸出端并聯(lián)電容放電需要時間，供給加熱絲的電壓不是立 即變?yōu)榱?，但電路提供給加熱絲的功率會減少，從而使溫度回落， 一旦溫度下降 致使FB端電壓低于1.21V ， LT1959立即輸出電壓給被控物體加熱。就這樣電 路來回尋找平衡點直至最終控制在需要的溫度。
本溫控器與傳統(tǒng)的模擬或數(shù)字溫控器相比在保持指標不降低的情況下，還具 有如下優(yōu)點
1、 電路結(jié)構(gòu)簡單，方便易調(diào)僅由LT1959及其外圍電路，再加上溫控所必 需感溫器件和發(fā)熱器件組成。與傳統(tǒng)的模擬或數(shù)字溫控相比元器件的數(shù)目大大減 少。若將其布置在電路板上，電路板的面積僅為傳統(tǒng)的模擬或數(shù)字溫控的1/2到
1/3。這樣無論從制造還是從調(diào)試上都大為簡化，因此特別適用于產(chǎn)品小型化。
2、 電路自身功耗低在傳統(tǒng)的模擬或數(shù)字溫控中，電路較為復雜，其中僅 電源芯片就至少需要一到兩個，而且通常有大功率發(fā)熱器件，因此電路本身的器 件就要消耗一部分功率，這部分功率往往被白白浪費。在本實用新型中，電路的 功耗器件基本上就是一個電源芯片，其它為數(shù)不多的器件功耗幾乎可忽略不計。 鑒于這些，電路的功耗將比傳統(tǒng)的模擬或數(shù)字溫控低得多。
圖1為一種基于電源芯片的溫控器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型溫控電路的工作過程作進一步說明 根據(jù)附圖1可知，穩(wěn)壓電源U1分別與電源芯片U2 (降壓型開關穩(wěn)壓電源 芯片，型號LT1959)的輸入端，開關二極管Dl (型號為IN4148)的正極，電 阻R6相連，為電源芯片U2及穩(wěn)壓二極管D3提供電源。穩(wěn)壓電源U1還與電容
Cl、 C2相連，電容C1、 C2的值分別為10//F、 0.1//F,它們在此作為電源濾
波用。穩(wěn)壓二極管D3與電阻R6、熱敏電阻R2、電位器R4，運算放大器U3 (型 號為AD8039)的8腳相連，為熱敏電阻R2，電位器R4，運算放大器U3提供
基準電壓，穩(wěn)壓二極管D3兩端并聯(lián)有電容C5、 C6，值分別為10/iF、 0.1//尸， 用來穩(wěn)定基準電壓。電源芯片U2的1腳禾卩2腳通過開關二極管Dl相連，電源 芯片U2的2腳和8腳通過0.1 //F的電容C4相連，電源芯片U2的5腳通過1.5w尸 的電容C3與地相連，電源芯片U2的4腳直接與地相連，電源芯片U2的6腳(即 圖1中的SHDN端)空置，電源芯片U2的8腳與值為1;/H的電感L1及續(xù)流二 極管D2 (肖特基整流管，型號為IN5819)負極相連。電感L1另一端與兩濾波 電容C7、 C8相連，電容C7、 C8都為10//F的大電容，用來穩(wěn)定輸出電壓。熱
敏電阻R2、電位器R4，電阻R3和R5組成平衡電橋，其中電阻R2為負溫度系 數(shù)熱敏電阻，它要求緊貼在被控對象表面，用來適時監(jiān)測被控對象的溫度信息， 電阻R4為電位器，用來調(diào)節(jié)溫度控制點。電阻R3和R5為阻值相同的電阻。平 衡電橋的熱敏電阻R2路，電位器R4路分別與運算放大器U3的3腳、2腳相連。 運算放大器U3的1腳與電源芯片U2的3腳相連，電位器Rl連接在運算放大器 U3的l腳和2腳做放大調(diào)節(jié)用。
現(xiàn)在以環(huán)境溫度20'C，而要將被控對象精確控制在70'C為例(本例中加熱 絲的阻值為40歐)來說明本實用新型的工作過程
首先將穩(wěn)壓電源輸出電壓設定在7V，電位器R4的值設為17.33R，接著接 通電源，剛開始加熱時，熱敏電阻R2處在環(huán)境溫度中，由于它為負溫度系數(shù)熱 敏電P且，則一開始它的值較大，大于電位器R4的值，考慮到電阻R3和R5阻值 相同，則運算放大器U3的2腳電壓大于3腳電壓，運算放大器U3輸出低電平， 這個低電平值小于1.21V，此時LT1959持續(xù)提供電壓，通過加熱絲給被控物體 加溫，被控物體溫度迅速升高。隨著溫度的上升熱敏電阻R2的阻值會逐漸減小， 直至小于電位器R4的值，致使運算放大器U3的3腳的電壓大于2腳電壓，運 放處在放大工作狀態(tài)，經(jīng)運放放大的差值會逐漸上升，當FB端電壓(即為運算 放大器U3的3腳電壓)達到1.21V時，開始建立平衡，則此時一旦加熱致使FB 端電壓超過1.21V，則LT1959輸出電壓變?yōu)榱?，在實驗中發(fā)現(xiàn)由于輸出端并聯(lián)
電容放電需要時間，供給加熱絲的電壓不是立即變?yōu)榱?，但電路提供給加熱絲的 功率會減少，從而使溫度回落， 一旦溫度下降致使電阻R2的值回升，導致FB 端電壓低于L21V ， LT1959立即輸出電壓給被控物體加熱。就這樣電路來回尋 找平衡點，電阻R2的值被鎖定在電位器R4的值上，因為電位器R4的值被設定 為7(TC時熱敏電阻的值，被控對象也就被控溫在7(TC。若精度不夠，可適當調(diào) 節(jié)電位器R1的值。
采用該發(fā)明的溫控器，在恒溫箱中做實驗，測得其控溫能力可超過4%。，且 短期波動僅在0. 002°C?？稍谛⌒突偷凸膱龊鲜褂?。
權利要求1、一種基于電源芯片的溫控器，它包括穩(wěn)壓電源(U1)、電源芯片(U2)、運算放大器(U3)、加熱絲(U4)，開關二極管(D1)、肖特基整流管(D2)、穩(wěn)壓二極管(D3)，其特征在于穩(wěn)壓二極管(D3)分別與熱敏電阻(R2)、電位器(R4)相連，穩(wěn)壓二極管(D3)分別與運算放大器(U3)相連，穩(wěn)壓二極管(D3)分別與電阻(R6)、地線相接，穩(wěn)壓二極管(D3)與電容(C5、C6)相連并接地，熱敏電阻R2、電位器R4分別與電阻(R3、R5)相連，運算放大器(U3)與熱敏電阻(R2)相連，運算放大器(U3)與電阻(R3)相連，運算放大器(U3)分別與電源芯片(U2)及電位器(R1)相連，電位器(R1)分別與運算放大器(U3)相連，電源芯片(U2)分別與開關二極管(D1)的正極、電阻(R6)相連，電源芯片(U2)分別與開關二極管(D1)的負極、電容(C4)相連，電源芯片(U2)與運算放大器(U3)相連，電源芯片(U2)與電容(C3)相連并接地，電源芯片(U2)接地，電源芯片(U2)分別與電感(L1)、電容(C4)相連，電源芯片(U2)與肖特基整流管(D2)的負極相連，電感(L1)與加熱絲(U4)的一端相連，電感(L1)分別與電容(C7、C8)相連，加熱絲(U4)的另一端接地。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種基于電源芯片的溫控器，其特征在于穩(wěn)壓 電源(Ul)的一端分別與電源芯片(U2)、開關二極管(Dl)的正極、電阻(R6) 和電容(Cl、 C2)相連。
專利摘要本實用新型公開了一種基于電源芯片的溫控器，它包括穩(wěn)壓電源、電源芯片，運算放大器、加熱絲，穩(wěn)壓電源分別與電源芯片、開關二極管、電阻和電容相連。穩(wěn)壓二極管分別與運算放大器相連，穩(wěn)壓二極管分別與電阻、地線相接，穩(wěn)壓二極管與電容相連并接地，運算放大器與電阻相連，運算放大器分別與電源芯片及電位器相連，電源芯片分別與開關二極管、電阻相連，電源芯片分別與開關二極管、電容相連，電源芯片與運算放大器相連，電源芯片與電容相連，電源芯片接地，電源芯片分別與電感、電容相連，電源芯片與肖特基整流管相連，電感與加熱絲的一端相連，電感分別與電容相連，加熱絲的另一端接地。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，自身功耗低。
文檔編號G05F1/56GK201184976SQ200820066598
公開日2009年1月21日 申請日期2008年4月22日 優(yōu)先權日2008年4月22日
發(fā)明者劉朝陽, 鄭金州, 陳杰華 申請人:中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所