CN105223989B - 一种可调温度的恒温加热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可调温度的恒温加热系统，所述温度信号处理单元中的基准电压和传感器信号输出端分别与信号放大电路的两个输入端连接，信号放大电路的信号输出端与温度控制单元中的迟滞比较电路的信号输入端连接；所述温度控制单元中的温度调节电路的信号输出端与迟滞比较电路的另一信号输入端连接，迟滞比较电路的信号输出端与功率启动单元中的功率开关管的控制极连接；本发明可通过调整迟滞比较器的回差电压来很好的把系统温度误差控制在预期的范围，达到非常好的恒温效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种可调温度的恒温加热系统，具体涉及一种恒温加热技术领域。
背景技术
可调温度的恒温技术被广泛运用于现实生活中，如恒温箱，恒温烙铁，锡炉等等，很多恒温加热系统采用机械型的温度开关，但这种系统的恒温效果要差一些，而且成本也不低，因为这种机械型的温度开关本身的价格就较高。也有很多系统采用了MCU，通过PID算法来恒温，这种方法效果较好，可较好的控制系统温度的超调和滞后，但是这种方法涉及软硬件的设计，系统比较复杂，成本较高。在很多936恒温烙铁中，甚至我国一些知名品牌的936恒温烙铁中都有类似本发明的设计，其采用了负压驱动，这使其设计采用了电解电容分压，并取两个分压后的中间信号为参考地，最低点的电压为负压来驱动双向可控硅，这使得此类的设计都较为复杂，而且很多类似的设计都只能实用一种类型的传感器，要么电阻型，要么电压型，成本较高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种可调温度的恒温加热系统，该可调温度的恒温加热包括温度信号处理电路、温度控制电路和功率启动电路，温度信号处理电路输出端通过温度控制电路与功率启动电路控制端连接。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种可调温度的恒温加热系统，包括温度信号处理单元、温度控制单元和功率启动单元，所述温度信号处理单元中的基准电压和传感器信号输出端分别与信号放大电路的两个输入端连接，信号放大电路的信号输出端与温度控制单元中的迟滞比较电路的信号输入端连接；所述温度控制单元中的温度调节电路的信号输出端与迟滞比较电路的另一信号输入端连接，迟滞比较电路的信号输出端与功率启动单元中的功率开关管的控制极连接，所述功率启动单元中的功率负载的信号输出端与功率开关管的信号输入端连接。
所述信号放大电路包括运算放大器U1A、电阻R5和电阻R7，运算放大器U1A的同相输入端与基准电压连接，反相输入端通过电阻R5与传感器的信号输出端连接，运算放大器U1A的输出端通过电阻R7与其反相输入端连接。
所述迟滞比较电路包括比较器U1B、电阻R1、电阻R2和电阻R4，比较器U1B的同相输入端通过电阻R1与其输出端连接，比较器U1B的同相输入端还通过电阻R4与温度信号处理单元的信号输出端连接，电阻R2的一端接比较器U1B的输出端连接，另一端与电源VCC1相连接。
所述温度调节电路包括电阻R6、电阻R8和可调电阻RP1，电阻R6的一端接地，另一端与比较器U1B的反相输入端连接，比较器U1B的反相输入端通过可调电阻RP1和电阻R8与电源VZ端连接。
所述功率开关管为NMOS场效应管、NPN型三极管、IGBT管、单向可控硅或双向可控硅。
所述电阻R2开路。
所述比较器U1B为比较器芯片或者运算放大器。
所述功率启动单元中的功率负载与功率开关管串联后接在功率电源VE与地之间。
本发明的有益效果在于：传感器可以是热敏电阻型温度传感器，也可以是电压型热电偶传感器，在采用双向可控硅的功率开关管时，还能驱动使用交流电源提供能量的负载，可通过调整迟滞比较器的回差电压来很好的把系统温度的温度误差控制到在理想的范围，达到非常好的恒温效，可制作可调温度的恒温加热系统，使其具有电路简单，性能优越，节能可靠，制作成本低等优点。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2位图1中的电路原理图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1～2所示的一种可调温度的恒温加热系统，包括温度信号处理单元、温度控制单元和功率启动单元，所述温度信号处理单元中的基准电压和传感器信号输出端分别与信号放大电路的两个输入端连接，信号放大电路的信号输出端与温度控制单元中的迟滞比较电路的信号输入端连接；所述温度控制单元中的温度调节电路的信号输出端与迟滞比较电路的另一信号输入端连接，迟滞比较电路的信号输出端与功率启动单元中的功率开关管的控制极连接，所述功率启动单元中的功率负载的信号输出端与功率开关管的信号输入端连接；所述功率启动单元中的功率负载的一端接功率电源VE，另一端接功率开关管的其中一开关脚，开关管的另一开关脚接地。
所述信号放大电路包括运算放大器U1A、电阻R5和电阻R7，运算放大器U1A的同相输入端与基准电压连接，反相输入端通过电阻R5与传感器的信号输出端连接，运算放大器U1A的输出端通过电阻R7与其反相输入端连接。
所述迟滞比较电路包括比较器U1B、电阻R1、电阻R2和电阻R4，比较器U1B的同相输入端通过电阻R1与其输出端连接，比较器U1B的同相输入端还通过电阻R4与温度信号处理单元的信号输出端连接，电阻R2的一端接比较器U1B的输出端连接，另一端与电源VCC1相连接。比较器U1B的输出端通过R3与功率开关管的控制极连接，功率开关管的其中一开关脚接地，另一开关脚接功率负载，而功率负载的另一端接功率电源VE。
所述温度调节电路包括电阻R6、电阻R8和可调电阻RP1，电阻R6的一端接地，另一端与比较器U1B的反相输入端连接，比较器U1B的反相输入端通过可调电阻RP1和电阻R8与电源VZ端连接。
所述功率开关管为NMOS场效应管、NPN型三极管、IGBT管、单向可控硅或双向可控硅。
所述电阻R2开路。当比较器U1B采用运放时，由于运放本身具有输出电压和电流的能力，所以当U1B采用运放时，R2可以不使用，直接开路即可。
所述比较器U1B为比较器芯片或者运算放大器。
所述功率启动单元中的功率负载与功率开关管串联后接在功率电源VE与地之间。
当温度传感器为电阻型温度传感器时，那么温度传感器和上述的R5、R7以及运算放大器U1A一起构成同相放大器，该放大器将基准电压进行放大，使得信号处理电路的运算放大器U1A输出的电压为：U基准*[R7/(R5+R传感器)+1]，其中U基准为基准电压的电压值，R传感器为温度传感器的电阻值，R7为电阻R7的阻值，R5为电阻R5的阻值。所以，当系统温度上升，温度传感器的阻值(R传感器)增大时，运算放大器U1A的输出电压就会减小，反之，温度传感器的阻值(R传感器)减小时，运算放大器U1A的输出电压就会增大，运算放大器U1A输出信号被送往比较器U1B的同相输入端，此时如比较器U1B的同相输入端的电压仍然比比较器U1B反相输入端的高，加热系统将继续加热，温度传感器的阻值(R传感器)继续增大，运算放大器U1A的输出电压继续减小，使得比较器U1B的同相输入端的电压也不断减小，当比较器U1B的同相输入端的电压减小到和比较器U1B的反相输入端的电压一样大小(实际比反相输入端的稍下)时，迟滞比较器的比较器U1B将输出低电平，使功率开关管关断，让功率负载停止加热，同时，由于电阻R1和电阻R4的作用，当比较器U1B输出由高电平变为低电平时，比较器U1B的同相输入端的电压会被电阻R1下拉而降低，系统将继续停止加热，当系统停止加热时，系统温度将因为能量的耗散而降低，同时温度传感器的阻值也将随着降低，使得运算放大器U1A的输出电压回升，比较器U1B的同相输入端电压也跟着回升，当比较器U1B的同相输入端的电压回升到和比较器U1B的反相输入端的电压一样大小(实际比反相输入端的稍大)时，迟滞比较器的比较器U1B将输出高电平来打开功率开关管，使功率负载对系统加热，从而使控制系统温度回升。而在比较器U1B的输出电压升高时，同样由于电阻R1和电阻R4的作用，比较器U1B的同相输入端的电压会被电阻R1上拉而升高，从而使比较器U1B继续输出高电平，让系统继续加热，随着系统温度的回升，温度传感器的阻值将随着升高，比较器U1B的输出也开始降低，接着重复上述工作过程，而将温度控制在一定范围内，由于比较器U1B的同相输入端的电压被电阻R1下拉而降低的程度和被电阻R1上拉而升高的程度主要由电阻R1，电阻R4的阻值决定，当电阻R1越大，电阻R4越小，所述比较器U1B的同相输入端电压被下拉的程度和被上拉的程度就越小，反之，所述比较器U1B的同相输入端电压被下拉的程度和被上拉的程度就越大，在此，不妨把比较器U1B的同相输入端的电压被上拉后和被下拉后的电压差值叫迟滞比较器的回差电压，而由上面的叙述可知，迟滞比较器的回差电压越小，系统对温度的控制越严格，调整频率也越高，允许温度波动的范围就越小。综上可知，调整迟滞比较器的回差电压，可很好的控制系统温度的波动范围，从而将系统温度误差控制在预期的范围，达到非常好的恒温效果。而调节可调电阻RP1来改变比较器U1B的反相输入端的电压大小，可有效的调整系统需要恒温加热的温度，而选择适当的电阻R6、可调电阻RP1和电阻R8，可让可调电阻RP1调到最大和最小时刚好满足设计者预期的温度设置量程。
当温度传感器采用电压型温度传感器，比如热电偶传感器时，所述信号处理电路的运算放大器U1A输出的电压为：[(U基准-U传感器)*(R7+R5)]/R5+U传感器,其中U基准为基准电压的电压值，U传感器为温度传感器输出的电压，R7为电阻R7的阻值，R5为电阻R5的阻值。由上述公式知，当系统温度上升，温度传感器的输出电压(U传感器)增大时，运算放大器U1A的输出电压就会减小，反之，当系统温度下降，温度传感器的输出电压(U传感器)减小时，运算放大器U1A的输出电压就会增大，本发明接下来的工作过程和上述类似，也就不重复了。
另外，LED是指示系统是否处于正在加热状态。
本发明中所采用的传感器可以是电阻型温度传感器，也可以是电压型传感器，在采用双向可控硅的功率开关管时，还能驱动使用交流电源提供能量的负载，因此，采用本发明制作可调温度的恒温加热系统，可使其具有电路简单，性能优越，节能可靠，制作成本低等优点。
Claims (8)
1.一种可调温度的恒温加热系统，包括温度信号处理单元、温度控制单元和功率启动单元，其特征在于：所述温度信号处理单元中的基准电压和传感器信号输出端分别与信号放大电路的两个输入端连接，信号放大电路的信号输出端与温度控制单元中的迟滞比较电路的信号输入端连接；所述温度控制单元中的温度调节电路的信号输出端与迟滞比较电路的另一信号输入端连接，迟滞比较电路的信号输出端与功率启动单元中的功率开关管的控制极连接，所述功率启动单元中的功率负载的信号输出端与功率开关管的信号输入端连接。
2.如权利要求1所述的可调温度的恒温加热系统，其特征在于：所述信号放大电路包括运算放大器U1A、电阻R5和电阻R7，运算放大器U1A的同相输入端与基准电压连接，反相输入端通过电阻R5与传感器的信号输出端连接，运算放大器U1A的输出端通过电阻R7与其反相输入端连接。
3.如权利要求1所述的可调温度的恒温加热系统，其特征在于：所述迟滞比较电路包括比较器U1B、电阻R1、电阻R2和电阻R4，比较器U1B的同相输入端通过电阻R1与其输出端连接，比较器U1B的同相输入端还通过电阻R4与温度信号处理单元的信号输出端连接，电阻R2的一端接比较器U1B的输出端连接，另一端与电源VCC1相连接。
4.如权利要求1所述的可调温度的恒温加热系统，其特征在于：所述温度调节电路包括电阻R6、电阻R8和可调电阻RP1，电阻R6的一端接地，另一端与比较器U1B的反相输入端连接，比较器U1B的反相输入端通过可调电阻RP1和电阻R8与电源VZ端连接。
5.如权利要求1所述的可调温度的恒温加热系统，其特征在于：所述功率开关管为NMOS场效应管、NPN型三极管、IGBT管、单向可控硅或双向可控硅。
6.如权利要求3所述的可调温度的恒温加热系统，其特征在于：所述电阻R2开路。
7.如权利要求3所述的可调温度的恒温加热系统，其特征在于：所述比较器U1B为比较器芯片或者运算放大器。
8.如权利要求1所述的可调温度的恒温加热系统，其特征在于：所述功率启动单元中的功率负载与功率开关管串联后接在功率电源VE与地之间。
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