CN102830734A - 设备温度调节电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设备温度调节电路，所述电路包括：温度检测电路，用于检测所述设备中的温度，将检测的温度转换为电压从其电压输出端输出到积分负反馈电路的一个输入端；积分负反馈电路的另一个输入端接入基准电压；积分负反馈电路比较两个输入端的电压，根据比较结果从其输出端输出高电平或低电平的控制电压，用于控制第一控制加温电路的加温；其中，控制电压由低电平转变为高电平所用时间，以及由高电平转变为低电平所用时间大于设定时间。由于可以通过调节基准电压来调节加热温度点；因此，在具有不同温度要求的设备中可以方便地进行加热温度点的条件。而且，由于控制电压电平的改变为渐变过程，不会产生突变电流，不会增加电源纹波。

Description

设备温度调节电路

技术领域

本发明涉及温度调节技术，尤其涉及一种调节设备中的温度的电路。

背景技术

设备中的温度调节电路可以保证设备在一定的温度变化范围内正常稳定地工作。对于一些处于极端环境下的电子设备，例如两万多米高空、低温低气压条件下的航空电子设备，通常需要具备温度调节电路，使得电子设备中的温度保持在一定范围内，电子设备中电子元件可以正常的工作。尤其对于具有较苛刻温度要求的电子元件（如LD激光器）的电子设备，更需要维持设备的恒温状态。

目前广泛采用的温度调节电路如图1所示；其中的桥式电路是由电阻R1、R2、R3，以及热敏电阻Rt组成，桥式电路产生误差电压，再通过比较器控制加温电路。其工作原理是：在温度较低的情况下，即低于加热温度点时，Rt阻值较大；桥式电路失衡，导致比较器输出高电压，高电压控制三极管Q1导通，从而控制加温电路导通，加温电路使得环境温度升高；随着温度的升高，Rt阻值变小，当Rt阻值小于R1、R2、R3时，比较器输出低电压，三极管Q1截止，从而控制加温电路关断，不再对环境继续加温；从而起到温度调节的作用。

本发明的发明人发现，现有技术的温度调节电路不便于调节不同的加热温度点；其中，加热温度点指的是温度调节电路控制加温电路导通，启动加热的温度点。如图2所示，温度低于加热温度点时，温度调节电路控制加温电路导通，进行加热；温度高于加热温度点时，温度调节电路控制加温电路截止，停止加热。现有技术的温度调节电路不便于调节不同的加热温度点的分析如下：由于加热温度点由桥式电路的平衡点而定，那么，如果要改变加热温度点，则需要调节、更改R1、R2和R3的阻值，让桥式电路达到新的平衡点；并且，该新的平衡点正好位于所需的加热温度点。也就是说，在改变加热温度点时，需要兼顾三个电阻的阻值进行调节，达到新的平衡点；这使得调节、更改温度调节电路的加热温度点不方便、过程繁琐；如果，温度调节电路需要应用在不同温度要求的场合，则调节、更改温度调节电路的加热温度点并不方便。

此外，现有技术的温度调节电路中的三极管Q1在导通或关断过程中会产生突变电流，增加电源纹波，加大设备中的噪声。

发明内容

本发明实施例提供了一种设备温度调节电路，用以提供更易于调节加热温度点，并不产生突变电流的温度调节电路。

根据本发明的一个方面，提供了一种设备温度调节电路，包括：

温度检测电路，用于检测所述设备中的温度，并将检测的温度转换为电压从其电压输出端输出；

积分负反馈电路和第一控制加温电路，所述积分负反馈电路的一个输入端与所述温度检测电路的电压输出端相连，其另一个输入端接入基准电压；

所述积分负反馈电路比较两个输入端的电压，根据比较结果从其输出端输出高电平或低电平的控制电压，用于控制第一控制加温电路的加温；其中，所述控制电压由低电平转变为高电平所用时间，以及由高电平转变为低电平所用时间大于设定时间。

其中，所述温度检测电路具体为：由第一热敏电阻Rt1和电阻R501串联构成的分压电路；其中，Rt1和R501之间的连接点为所述温度检测电路的电压输出端。

所述积分负反馈电路具体包括：运算放大器U501、电容C501、电阻R502；

其中，U501的反相输入端为所述积分负反馈电路的一个输入端，U501的同相输入端为所述积分负反馈电路的另一个输入端，U501的输出端为所述积分负反馈电路的输出端；

C501和R502串接于U501的反相输入端与输出端之间。

较佳地，U501的同相输入端与地之间连接有电容；以及

U501的反相输入端与地之间也连接有电容。

其中，第一控制加温电路包括：MOS管Q501和加热电阻Rs；

其中，Q501的栅极与所述积分负反馈电路的输出端相连；Q501的源极和漏极串接于Rs的供电回路中。

进一步，所述电路还包括：连接于所述积分负反馈电路的输出端与Q501栅极之间的RC并联电路。

进一步，所述电路还包括：基准电压输出电路；

所述基准电压输出电路具体为：由两个电阻串联于电源与地之间构成的分压电路；所述两个电阻之间的连接点为所述基准电压输出电路的电压输出端，用以向所述积分负反馈电路输出所述基准电压。

其中，所述两个电阻中的一个电阻为可调电阻。

进一步，所述电路还包括：第二控制加温电路；

第二控制加温电路包括：由第二热敏电阻Rt2和电阻R901串联于电源与地之间构成的分压电路，以及MOS管Q901；

其中，Rt2和R901之间的连接点与Q901的栅极相连，Q901的源极和漏极串接于所述加热电阻Rs的供电回路中。

较佳地，所述加热电阻Rs具体为基于溅射工艺蚀刻的薄膜电阻。

本发明实施例的设备温度调节电路中，由于可以通过调节接入积分负反馈电路的基准电压来调节、更改温度调节电路的加热温度点，而调节基准电压输出电路输出的基准电压又较为方便；因此，在具有不同温度要求的设备中可以方便地通过调节基准电压来调节、更改温度调节电路的加热温度点。

而且，由于采用积分反馈电路输出控制电压，控制电压电平的改变为渐变过程，不会产生突变电流，不会增加电源纹波。

进一步，设备温度调节电路中的第二控制加温电路，为设备提供了双重保护，在温度过高时，关断加热电阻Rs的供电回路，从而保护、防止设备中的温度过高，增加设备温度调节电路的可靠性。

附图说明

图1为现有技术的温度调节电路图；

图2为现有技术的加热温度点的示意图；

图3为本发明实施例的设备温度调节电路框图；

图4a、4b为本发明实施例的控制电压电平变化示意图；

图5a、5b、5c为本发明实施例的设备温度调节电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本申请使用的“模块”、“系统”等术语旨在包括与计算机相关的实体，例如但不限于硬件、固件、软硬件组合、软件或者执行中的软件。例如，模块可以是，但并不仅限于：处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。举例来说，计算设备上运行的应用程序和此计算设备都可以是模块。一个或多个模块可以位于执行中的一个进程和/或线程内。

本发明实施例提供的设备温度调节电路框图，如图3所示，包括：积分负反馈电路301、第一控制加温电路302、温度检测电路303。

其中，温度检测电路303中包括有温度检测器件，例如，热敏电阻；温度检测电路303用于检测设备中的温度，并将检测的温度转换为电压从其电压输出端输出。也就是说，温度检测电路303输出的电压可以反映环境温度。

积分负反馈电路301的一个输入端与温度检测电路303的输出端相连，温度检测电路303从其输出端输出的电压接入到积分负反馈电路301的一个输入端；积分负反馈电路301的另一个输入端接入基准电压。

积分负反馈电路301的输出端与第一控制加温电路302的控制端相连；积分负反馈电路301的输出端输出的电压从第一控制加温电路302的控制端输入，用于控制第一控制加温电路302的加温，即用于控制第一控制加温电路302进行加温，或者停止加温。为便于描述，本文中将积分负反馈电路301的输出端输出电压称为控制电压。

本发明实施例的设备温度调节电路的工作原理为：积分负反馈电路301比较接入到两个输入端的电压；根据比较结果从其输出端输出高电平或者低电平的控制电压；由于积分负反馈电路301的积分负反馈的作用，积分负反馈电路301输出的控制电压是个逐渐变化的电压。

换言之，积分负反馈电路301输出的控制电压在由高电平转变为低电平的过程是个渐变过程，而不是突变过程；即控制电压由高电平转变为低电平的所用时间大于设定时间（例如设定时间可以是10s或30s）。图4a中的实线示出了积分负反馈电路301输出的控制电压从高电平到低电平的渐变过程；图4a中的虚线示出的是高电平到低电平的突变过程。

相应地，积分负反馈电路301输出的控制电压在由低电平转变为高电平的过程也是个渐变过程；即控制电压由低电平转变为高电平的所用时间大于设定时间。图4b中的实线示出了积分负反馈电路301输出的控制电压从低电平到高电平的渐变过程；图4b中的虚线示出的是低电平到高电平的突变过程。

图5a示出了一种具体的设备温度调节电路；其中，第一控制加温电路302中的具体电路包括：第一MOS管Q501和加热电阻Rs。

第一MOS管Q501的栅（G）极与积分负反馈电路301的输出端相连，积分负反馈电路301输出的控制电压输入到第一MOS管Q501的栅极，用以控制第一MOS管Q501的导通与截止。Q501具体可以是N沟道MOS管。

第一MOS管Q501的源（S）极和漏（D）极串接于加热电阻Rs的供电回路中：直流电压Vcc与加热电阻Rs的一端相连为其供电，Q501的源极和漏极串接于Rs的另一端与地之间。当控制电压为高电平时，第一MOS管Q501导通，Q501的源极和漏极接近于短路状态，供电回路接通，电流流过Rs，Rs加热升温，控制电压控制第一控制加温电路302进行加温；当控制电压为低电平时，第一MOS管Q501截止，Q501的源极和漏极处于断路状态，供电回路断开，电流不再流过Rs，控制电压控制第一控制加温电路302停止加温。

显然，本领域技术人员可以根据本发明公开的第一控制加温电路302设计出控制电压为低电平时控制第一控制加温电路进行加温、控制电压为高电平时控制第一控制加温电路停止加温的第一控制加温电路。限于篇幅，本文不再列举各种变换的第一控制加温电路。

显然，第一MOS管Q501也可用三极管代替。

由于积分负反馈电路301输出的控制电压在由高电平到低电平的变化过程，以及由低电平变到高电平的变化过程是个渐变过程；因此，Q501由导通到截止，或者由截止到导通的过程也是渐变过程，从而避免了突变电流的产生。

此外，第一控制加温电路302中还可包括：跨接于Q501的栅极与源极之间的电阻R601，和跨接于Q501的栅极与源极之间的电容C601。

显然，本领域技术人员可以根据本发明公开的第一控制加温电路的具体电路，可以作出若干改进和变化，例如，采用其它器件如具有热电效应的半导体代替加热电阻进行加热；在不脱离本发明原理的前提下，这些改进或变化的、可以根据控制电压实现加热控制的电路也应视为本发明的保护范围。

温度检测电路303中的具体电路为：由第一热敏电阻Rt1和电阻R501串联构成的分压电路。

第一热敏电阻Rt1和电阻R501串联于电源与地之间，构成分压电路。例如，Rt1的一端与电源相连，R501串接于Rt1的另一端和地之间。Rt1和R501之间的连接点作为温度检测电路303的电压输出端。Rt1的阻值随着温度改变，从而Rt1和R501之间的电压也会随之改变。

积分负反馈电路301具体包括：运算放大器U501、电容C501、电阻R502。

运算放大器U501的反相输入端作为积分负反馈电路301的一个输入端与温度检测电路303的输出端相连，或者，温度检测电路303的输出端通过电阻（比如图5a中的电阻R503）与运算放大器U501的反相输入端相连；运算放大器U501的同相输入端作为积分负反馈电路301的另一个输入端接入基准电压。

电容C501和电阻R502串接于运算放大器U501的反相输入端与输出端之间，起到积分负反馈的作用；运算放大器U501的输出端作为积分负反馈电路301的输出端。

进一步，如图5b所示，积分负反馈电路301的输出端与第一MOS管Q501的栅极之间还可串接一个RC并联电路。其中，R701和C701构成RC并联电路。

进一步，在运算放大器U501的同相输入端与地之间还可连接一个电容；在运算放大器U501的反相输入端与地之间也可连接一个电容。

进一步，在运算放大器U501的电源输入端与地之间也可连接电容，滤除电源杂波。

进一步，设备温度调节电路中还包括：基准电压输出电路304。

基准电压输出电路304的电压输出端与上述的积分负反馈电路301的另一个输入端相连，用以输出基准电压作为积分负反馈电路301接入的基准电压。基准电压输出电路304可以有多种实现方式：

一种方式为单片机、或CPU、或MCU控制的DAC输出基准电压。在需要时，可通过改变单片机、或CPU、或MCU内的程序中的DAC输出值即可改变或调整基准电压，基准电压的调节很方便。

另一种方式如图5a或5b所示的电路，通过由两个电阻串联构成的分压电路组成。电阻R801和R802串联于电源与地之间，构成分压电路。两个电阻之间的连接点，即电阻R801和R802之间的连接点作为基准电压输出电路304的电压输出端，用以向所述积分负反馈电路输出所述基准电压。在需要时，可通过改变其中一个电阻的阻值，即可改变或调整基准电压，基准电压的调节很方便。例如，R801为可调电阻，或者R802为可调电阻；通过改变R801或R802的阻值，即可改变或调整基准电压。

进一步，为了增加设备温度调节电路的可靠性，设备温度调节电路还可包括：第二控制加温电路305，第二控制加温电路305的具体电路如图5c所示。

第二控制加温电路305用以检测环境温度，根据检测的温度控制Rs的供电回路的通断。

具体地，第二控制加温电路305中包括：由第二热敏电阻Rt2和电阻R901串联于电源与地之间构成的分压电路，以及第二MOS管Q901。

第二热敏电阻Rt2和电阻R901串联于电源与地之间，构成分压电路。例如，Rt2的一端与电源相连，R901串接于Rt2的另一端和地之间。Rt2和R901之间的连接点与Q901的栅极相连，Rt2和R901之间的分压电压用以控制Q901的导通或截止。Q901的源极和漏极也串接于加热电阻Rs的供电回路中。Q901具体可以是P沟道MOS管。

如果温度过高，Rt2阻值变小，Rt2和R901之间的分压电压升高，Q901截止，Q901的源极和漏极之间处于断路状态，加热电阻Rs的供电回路关断，不再进行加热，从而保护、防止设备中的温度过高。显然，第二MOS管Q901也可用三极管代替。

上述的加热电阻Rs是基于溅射工艺蚀刻的薄膜电阻，镶嵌在微型加热装置中。所述微型加热装置是在ALN陶瓷基板上采用U型结构设计，使其热量由两端同时往中央流动，保证热量的均匀分布。其中U型槽的中央位置为放置温度敏感的光学元件；加热的薄膜电阻分布在U型衬垫的两臂，并蚀刻不同的电阻阻值，根据具体的需求，实现灵活组网，组成不同发热功率的电阻。

由于采用基于溅射工艺蚀刻的薄膜电阻以及相应的微型加热装置，加热电阻经久耐用，加热网络可以实现灵活组网，其受热均匀，热传导相应快，尺寸小，空间利用率高等特点，非常适合应用于高度集成化、小型化的光通信收发模块中的设备温度调节电路中。

本发明实施例的设备温度调节电路中，由于可以通过调节接入积分负反馈电路的基准电压来调节、更改温度调节电路的加热温度点，而调节基准电压输出电路输出的基准电压又较为方便；因此，在具有不同温度要求的设备中可以方便地通过调节基准电压来调节、更改温度调节电路的加热温度点。

而且，由于采用积分反馈电路输出控制电压，控制电压电平的改变为渐变过程，不会产生突变电流，不会增加电源纹波。

进一步，设备温度调节电路中的第二控制加温电路，为设备提供了双重保护，在温度过高时，关断加热电阻Rs的供电回路，从而保护、防止设备中的温度过高，增加设备温度调节电路的可靠性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种设备温度调节电路，包括：

温度检测电路，用于检测所述设备中的温度，并将检测的温度转换为电压从其电压输出端输出；

积分负反馈电路和第一控制加温电路，所述积分负反馈电路的一个输入端与所述温度检测电路的电压输出端相连，其另一个输入端接入基准电压；

所述积分负反馈电路比较两个输入端的电压，根据比较结果从其输出端输出高电平或低电平的控制电压，用于控制第一控制加温电路的加温；其中，所述控制电压由低电平转变为高电平所用时间，以及由高电平转变为低电平所用时间大于设定时间。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述温度检测电路具体为：由第一热敏电阻Rt1和电阻R501串联构成的分压电路；其中，Rt1和R501之间的连接点为所述温度检测电路的电压输出端。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述积分负反馈电路具体包括：运算放大器U501、电容C501、电阻R502；

其中，U501的反相输入端为所述积分负反馈电路的一个输入端，U501的同相输入端为所述积分负反馈电路的另一个输入端，U501的输出端为所述积分负反馈电路的输出端；

C501和R502串接于U501的反相输入端与输出端之间。

4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，U501的同相输入端与地之间连接有电容；以及

U501的反相输入端与地之间也连接有电容。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，第一控制加温电路包括：MOS管Q501和加热电阻Rs；

其中，Q501的栅极与所述积分负反馈电路的输出端相连；Q501的源极和漏极串接于Rs的供电回路中。

6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，还包括：连接于所述积分负反馈电路的输出端与Q501栅极之间的RC并联电路。

7.如权利要求1-6任一所述的电路，其特征在于，还包括：基准电压输出电路；

所述基准电压输出电路具体为：由两个电阻串联于电源与地之间构成的分压电路；所述两个电阻之间的连接点为所述基准电压输出电路的电压输出端，用以向所述积分负反馈电路输出所述基准电压。

8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，所述两个电阻中的一个电阻为可调电阻。

9.如权利要求1-6任一所述的电路，其特征在于，还包括：第二控制加温电路；

第二控制加温电路包括：由第二热敏电阻Rt2和电阻R901串联于电源与地之间构成的分压电路，以及MOS管Q901；

其中，Rt2和R901之间的连接点与Q901的栅极相连，Q901的源极和漏极串接于所述加热电阻Rs的供电回路中。

10.如权利要求1-6任一所述的电路，其特征在于，所述加热电阻Rs具体为基于溅射工艺蚀刻的薄膜电阻。

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