CN103702460B - 一种简易小功率可控加热电路 - Google Patents

Abstract

一种简易小功率可控加热电路，所述可控加热电路由两部分组成：发热电路和控制电路；所述发热电路包括可控功率MOS管及相应的调节三极管，带有状态反馈功能，高电平表示关闭，其他电平表示正常工作；所述控制电路是发热电路的参数调节单元，有使能、功率控制两种信号，其中使用使能信号时，高电平使能加热，低电平关闭加热；而所述功率控制信号是PWM波信号，通过调节PWM波的占空比，可以改变电路发热量大小，从而达到智能控制发热的目的。本发明是一种功率可控的加热电路，配合控制单元，可实现完全智能化，无需手工干预，且电路简单，成本低廉，灵活操作，通常用于加热电路板，芯片IC等。

Description

一种简易小功率可控加热电路

技术领域

本发明适用于所有需加热的电子设备，如监控摄像头，矩阵，数字（网络）硬盘刻录机，通讯基站，室外交换机，大型路由器等，可广泛应用于安防，电子电工，机械机电等领域。

背景技术

室外电子设备，尤其是安防监控设备，往往由于温度过低而无法启动，此时，需要对整套电路系统加热提升温度。

传统的加热电路：传统加热电路如图1所示，主要由加热电阻和控制开关组成。MOS管用作加热控制开关，控制发热电阻导通工作，通过控制发热电阻阻值可以控制加热功率。缺点是需手动调节，缺乏智能。

发明内容

本发明是一种功率可控的加热电路，配合控制单元，可实现完全智能化，无需手工干预，且电路简单，成本低廉，灵活操作，通常用于加热电路板，芯片IC等。

本发明提供一种简易小功率可控加热电路，所述可控加热电路由两部分组成：发热电路和控制电路；

所述发热电路包括可控功率MOS管及相应的调节三极管，带有状态反馈功能，高电平表示关闭，其他电平表示正常工作；

所述控制电路是发热电路的参数调节单元，有使能、功率控制两种信号，其中使用使能信号时，高电平使能加热，低电平关闭加热；而所述功率控制信号是PWM波信号，通过调节PWM波的占空比，可以改变电路发热量大小，从而达到智能控制发热的目的。

进一步地，所述加热电路中，电阻R1、R2、PMOS管Q1、Q2B、电阻R5以负反馈方式在R1、Q1支路上形成恒流源；Q1是主要的发热元件，与R1串联形成恒流源，调节R1阻值可调节最大发热功率，R1一般0.5-2Ω；Q2B、R2、R5组成与Q1、R1成负反馈的调节电路，使Q1的电流稳定，达到发热的目的；R3与R4电阻分压，输出电路工作状态。

进一步地，所述控制电路中，二极管D24、电阻R7、R9串联组成使能电路，并且R、R9的连接点连接使能信号；电阻R8、R10、电容C3组成功率调节电路；R10连接功率控制信号；

在R2与Q2B基极端，并入一三极管Q2A；当所述使能信号为高电平时，Q2A截止，发热电路工作；相反，低电平时，发热器不工作。

进一步地，所述可控加热电路与MCU的连接方式为：MCU作为控制单元，用两个GPIO做输出，连接使能和功率控制端口，一个ADC口作输入采集工作状态信号，使能信号由低变高，加热器工作，调节功率控制信号PWM波的占空比，可以调节电路的发热效率；从ADC端口采集电路的工作状态，了解电路是否正常工作。

附图说明

通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中：

图1为传统加热器电路图；

图2为本发明的一种功率可控的加热电路的可控加热电路逻辑图；

图3为本发明的一种功率可控的加热电路的电路原理图；

图4为本发明是一种功率可控的加热电路的应用电路图。

具体实施方式

在下文中，现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。

在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。

电路逻辑结构如图2所示，可由两部分组成：发热电路，控制电路。

发热电路：发热电路主要由可控功率MOS管及相应的调节三极管组成，带有状态反馈功能，高电平表示关闭，其他电平表示正常工作。用户能随时知道发热电路是否正常工作。

控制电路：控制电路是发热电路的参数调节单元，有使能、功率控制两种。使能信号--高电平使能加热，低电平关闭加热；功率控制信号—功率控制信号是PWM波信号，通过调节PWM波的占空比，可以改变电路发热量大小，从而达到智能控制发热的目的。

电路原理如图3所示，最大的发热功率由VCC，R1决定，最大发热功率由式1决定， $P_{\max }=\frac{V_{\mathrm{BE}}}{R_1}(V_{\mathrm{CC}}-V_{\mathrm{BE}})---\left(1\right)$

式中，P_max为最大发热功率，V_BE为Q2B的BE极导通电压，V_CC为电源电压。如V_BE=0.7V，V_CC=12V，R₁=0.75Ω，则P_max=10.5W。通过控制输入“Heater_Control”的PWM波占空比，可控制发热功率从0-10.5W变化，实现可控加热。

如图3所示，电路上半部分为加热电路，下半部分为控制电路。

加热电路：

R1、R2、Q1、Q2B、R5以负反馈方式在R1、Q1支路上形成恒流源。PMOS管Q1工作在线性区域，等效于可变电阻，电流流过Q1发热，发热功率

P＝I×V_Q1（2）

其中， $I=\frac{V_{R1}}{R1}---\left(3\right)$

V_R1＝V_BE-V_R2（4）

V_Q1＝V_cc-V_R1（5）

综合（2）-（5）式，得

$P=\frac{V_{\mathrm{BE}}-V_{R2}}{R_1}(V_{\mathrm{CC}}-V_{\mathrm{BE}}+V_{R2})---\left(6\right)$

其中V_BE为Q2B的BE极导通电压，约为0.7V。从式（6）可见，当R1固定的情况下，调节V_R2，可调节发热功率P。而V_R2＝I_R2×R2（7）

所以，调节I_R2可以达到调节功率P的目的。

由以上分析可知，Q1是主要的发热元件，与R1串联形成恒流源，调节R1阻值可调节最大发热功率，R1一般0.5-2Ω；Q2B、R2、R5组成与Q1、R1成负反馈的调节电路，使Q1的电流稳定，达到发热的目的。

R3与R4电阻分压，输出电路工作状态，阻值可由用户自由定义。

控制电路：

由式（6）可知，调节I_R2可达到调节发热功率的目的，所以在R2与Q2B基极端，并入一三极管Q2A，通过调节流过三极管的电流从而调节I_R2。R6上拉3.3V，使Q2A导通。D24、R7、R9串联组成使能电路，当HEATB_EN为高电平时，Q2A截止，发热电路工作；相反，低电平时，发热器不工作。

R8、R10、C3组成功率调节电路，当电路使能情况下，在HEAT_I_CTL端输入PWM波，经R10、C3滤波成相应的直流电压，可调节流过R8的电流，从而调节I_R2，达到控制发热功率的目的。

该加热电路用处非常广泛，尤其是对于低温情况下需要加热的电子设备，如室外监控摄像头，汽车电子等。

应用电路如图4所示，连接很简单。MCU作为控制单元，用两个GPIO做输出，连接使能和功率控制端口，一个ADC口作输入采集工作状态信号。使能信号由低变高，加热器工作，调节功率控制信号PWM波的占空比，可以调节电路的发热效率；从ADC端口采集电路的工作状态，了解电路是否正常工作。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种简易小功率可控加热电路，其特征在于：

所述可控加热电路由两部分组成：发热电路和控制电路；

所述发热电路包括可控功率PMOS管Q1及相应的调节三极管Q2B，带有状态反馈功能，高电平表示关闭，其他电平表示正常工作；

所述控制电路是发热电路的参数调节单元，有使能、功率控制两种信号，其中使用使能信号时，高电平使能加热，低电平关闭加热；而所述功率控制信号是PWM波信号，通过调节PWM波的占空比，可以改变电路发热量大小，从而达到智能控制发热的目的；

所述加热电路中，电阻R1、电阻R2、PMOS管Q1、三极管Q2B、电阻R5以负反馈方式在电阻R1、PMOS管Q1支路上形成恒流源；Q1是发热元件，与电阻R1串联形成恒流源，调节R1阻值可调节最大发热功率，R1为0.5ˉ2Ω；三极管Q2B、电阻R2、电阻R5组成与PMOS管Q1、电阻R1成负反馈的调节电路，使PMOS管Q1的电流稳定，达到发热的目的，其中电阻R2连接于三极管Q2B的基极与PMOS管Q1的源极之间；

所述控制电路中，二极管D24、电阻R7、电阻R9串联组成使能电路，并且电阻R7、电阻R9的连接点连接使能信号，电阻R9另一端接地，电阻R7另一端连接二极管D24的负极；电阻R8、电阻R10、电容C3组成功率调节电路；电阻R10一端连接功率控制信号，另一端连接电容C3和电阻R8的连接点，电容C3的另一端接地，电阻R8的另一端连接二极管D24的正极；

在三极管Q2B的基极端，并入一三极管Q2A，所述三极管Q2A的集电极连接三极管Q2B的基极，三极管Q2A的发射极连接所述二极管D24的正极；当所述使能信号为高电平时，三极管Q2A截止，发热电路工作；相反，低电平时，发热器不工作。

2.根据权利要求1所述的一种简易小功率可控加热电路，其特征在于：还包括电阻R3与电阻R4形成的分压电路，电阻R3和电阻R4的连接点用于输出电路工作状态，电阻R3另一端连接PMOS管Q1的源极，电阻R4另一端接地。

3.根据权利要求1或2所述的一种简易小功率可控加热电路，其特征在于：

所述可控加热电路与MCU的连接方式为：MCU作为控制单元，用两个GPIO做输出，连接使能和功率控制端口，一个ADC口作输入采集工作状态信号，使能信号由低变高，加热器工作，调节功率控制信号PWM波的占空比，可以调节电路的发热效率；从ADC端口采集电路的工作状态，了解电路是否正常工作。