CN203588094U - 一种模拟温控电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种模拟温控电路，包括依次连接的测温输出模块、参考电压输出模块和开关电流模块；工作时，测温输出模块用于采集外部电路器件的温度，参考电压输出模块用于将采集的温度与预设的温度进行比较，并根据比较结果输出高电平信号或低电平信号，开关电流模块用于根据所述参考电压输出模块输出的高电平信号或低电平信号输出用于控制外部电路器件温度的致冷或致热电流信号。本实用新型采用模拟器件实现控温功能，器件简单，电路可靠，并且经试验验证，控温精度可以达到万分之五，实现了高灵敏度控温的目的。
Description
技术领域
本发明属于温控技术领域，更具体地，涉及一种模拟温控电路。
背景技术
随着在航天科技、智能家电、仪器检测、食品加工等领域控温电路产品的广泛应用，特别是在航天科技，仪器检测等行业，控温使用环境也越来越复杂多变，其对温度控制的精度和可靠性要求也越来越高。现有的数字温控电路采用集成芯片来进行控温，由于大部分集成芯片采用PWM进行控制和驱动，在电路中容易产生频率干扰，造成产品功能性故障，即现有的温控电路不能满足高灵敏度、高可靠性的要求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种模拟温控电路，其目的在于提高灵敏度和降低成本，由此解决现有数字温控电路较复杂，成本较高且可靠性较差的技术问题。
本实用新型提供了一种模拟温控电路，包括依次连接的测温输出模块、参考电压输出模块和开关电流模块；工作时，测温输出模块用于采集外部电路器件的温度，参考电压输出模块用于将采集的温度与预设的温度进行比较，并根据比较结果输出高电平信号或低电平信号，开关电流模块用于根据所述参考电压输出模块输出的高电平信号或低电平信号输出用于控制外部电路器件温度的致冷或致热电流信号。
更进一步地，测温输出模块包括依次串联连接在+5V电压与-5V电压之间的参考电阻R1和测温电阻Rs；所述参考电阻R1和测温电阻Rs的串联连接端作为所述测温输出模块的输出端。
更进一步地，所述参考电压输出模块包括反相比较器，所述反相比较器的正相输入端接地，所述反相比较器的反相输入端作为所述参考电压输出模块的输入端连接至所述测温输出模块的输出端；所述反相比较器的输出端作为所述参考电压输出模块的输出端。
更进一步地，所述开关电流模块包括：第一开关管V1、第二开关管V2、第三开关管V3、第四开关管V4、电容C1、电容C2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R2、电阻R8和电阻RT；第一开关管V1的控制端与第二开关管V2的控制端连接，第一开关管V1的第一端通过电阻R4连接至+5V电压，第一开关管V1的第二端与第二开关管V2的第一端连接后接地；第二开关管V2的第二端通过电阻R5连接至-5V电压；所述第一开关管V1的控制端用于控制所述第一开关管V1的第一端与第二端之间的导通或截止；所述第二开关管V2的控制端用于控制所述第二开关管V2的第一端与第二端之间的导通或截止；第三开关管V3的控制端通过电阻R6连接至第一开关管V1的控制端，第三开关管V3的第一端连接至+5V电压，第三开关管V3的第二端通过电容C1连接至第三开关管V3的控制端；所述第三开关管V3的控制端用于控制所述第三开关管V3的第一端与第二端之间的导通或截止；第四开关管V4的控制端通过电阻R7连接至第二开关管V2的第二端，第四开关管V4的第一端通过电容C2连接至第四开关管V4的控制端，第四开关管V4的第二端连接至-5V电压；所述第四开关管V4的控制端用于控制所述第四开关管V4的第一端与第二端之间的导通或截止；电阻R2的一端作为所述开关电流模块的输入端连接至所述参考电压输出模块的输出端，电阻R2的另一端连接至所述第一开关管V1的控制端；电阻R3的一端连接至所述电阻R2的一端，所述电阻R3的另一端连接至所述第三开关管V3的第二端和所述第四开关管V4的第一端；电阻R8和电阻RT依次串联连接在第三开关管V3的第二端与地之间。
更进一步地，所述第一开关管为NPN型MOS管，所述第二开关管为PNP型MOS管；NPN型MOS管的栅极作为所述第一开关管的控制端，NPN型MOS管的漏极作为所述第一开关管的第一端，NPN型MOS管的源极作为所述第一开关管的第二端；PNP型MOS管的栅极作为所述第二开关管的控制端，PNP型MOS管的源极作为所述第二开关管的第一端，PNP型MOS管的漏极作为所述第一开关管的第一端。
更进一步地，所述第三开关管为PNP型MOS管，所述第四开关管为NPN型MOS管；PNP型MOS管的栅极作为所述第三开关管的控制端，PNP型MOS管的源极作为所述第三开关管的第一端，PNP型MOS管的漏极作为所述第三开关管的第一端；NPN型MOS管的栅极作为所述第四开关管的控制端，NPN型MOS管的漏极作为所述第四开关管的第一端，NPN型MOS管的源极作为所述第四开关管的第二端。
本实用新型采用模拟器件实现控温功能，器件简单，电路可靠，并且经试验验证，控温精度可以达到万分之五，实现了高灵敏度控温的目的。
附图说明
图1是本实用新型提供的模拟温控电路的原理框图；
图2是本实用新型提供的模拟温控电路的具体电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本实用新型提供了一种高灵敏度的模拟温控电路，如图1所示，该模拟温控电路包括依次连接的测温输出模块、参考电压输出模块和开关电流模块；工作时，测温输出模块用于采集外部电路器件的温度，参考电压输出模块用于将采集的温度与预设的温度进行比较，并根据比较结果输出高电平信号或低电平信号，开关电流模块用于根据所述参考电压输出模块输出的高电平信号或低电平信号输出致冷或致热电流信号。
本实用新型提供的模拟温控电路采用了最少的元器件，提高了可靠性，降低了功耗、节约了成本。
如图2所示，测温输出模块包括依次串联连接在+5V电压与-5V电压之间的参考电阻R1和测温电阻Rs；参考电阻R1和测温电阻Rs的串联连接端作为所述测温输出模块的输出端。其中参考电阻R1的阻值与测温电阻Rs的阻值相等。
参考电压输出模块包括反相比较器，所述反相比较器的正相输入端接地，所述反相比较器的反相输入端作为所述参考电压输出模块的输入端连接至所述测温输出模块的输出端；所述反相比较器的输出端作为所述参考电压输出模块的输出端。
开关电流模块包括：第一开关管V1、第二开关管V2、第三开关管V3、第四开关管V4、电容C1、电容C2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R2、电阻R8和电阻RT；第一开关管V1的控制端与第二开关管V2的控制端连接，第一开关管V1的第一端通过电阻R4连接至+5V电压，第一开关管V1的第二端与第二开关管V2的第一端连接后接地；第二开关管V2的第二端通过电阻R5连接至-5V电压；所述第一开关管V1的控制端用于控制所述第一开关管V1的第一端与第二端之间的导通或截止；所述第二开关管V2的控制端用于控制所述第二开关管V2的第一端与第二端之间的导通或截止；第三开关管V3的控制端通过电阻R6连接至第一开关管V1的控制端，第三开关管V3的第一端连接至+5V电压，第三开关管V3的第二端通过电容C1连接至第三开关管V3的控制端；所述第三开关管V3的控制端用于控制所述第三开关管V3的第一端与第二端之间的导通或截止；第四开关管V4的控制端通过电阻R7连接至第二开关管V2的第二端，第四开关管V4的第一端通过电容C2连接至第四开关管V4的控制端，第四开关管V4的第二端连接至-5V电压；所述第四开关管V4的控制端用于控制所述第四开关管V4的第一端与第二端之间的导通或截止；电阻R2的一端作为所述开关电流模块的输入端连接至所述参考电压输出模块的输出端，电阻R2的另一端连接至所述第一开关管V1的控制端；电阻R3的一端连接至所述电阻R2的一端，所述电阻R3的另一端连接至所述第三开关管V3的第二端和所述第四开关管V4的第一端；电阻R8和电阻RT依次串联连接在第三开关管V3的第二端与地之间。其中电阻RT可以为TEC元件。
在本实用新型中，第一开关管可以为NPN型MOS管，第二开关管可以为PNP型MOS管；NPN型MOS管的栅极作为所述第一开关管的控制端，NPN型MOS管的漏极作为所述第一开关管的第一端，NPN型MOS管的源极作为所述第一开关管的第二端；PNP型MOS管的栅极作为所述第二开关管的控制端，PNP型MOS管的源极作为所述第二开关管的第一端，PNP型MOS管的漏极作为所述第一开关管的第一端。
在本实用新型中，第三开关管可以为PNP型MOS管，第四开关管可以为NPN型MOS管；PNP型MOS管的栅极作为所述第三开关管的控制端，PNP型MOS管的源极作为所述第三开关管的第一端，PNP型MOS管的漏极作为所述第三开关管的第一端；NPN型MOS管的栅极作为所述第四开关管的控制端，NPN型MOS管的漏极作为所述第四开关管的第一端，NPN型MOS管的源极作为所述第四开关管的第二端。
作为本实用新型的另一个实施例，第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管还可以为其它起开关作用的元器件。
为了更进一步的说明本实用新型提供的模拟温控电路，现开关管以PNP型晶体管为例并结合附图详述如下：
控制电路的组成部分包括+5V反向比较器、NPN晶体管、PNP晶体管以及附属电阻电容电路。所述的高灵敏度模拟温控电路采用+5V电压供电。具有以下功能：当电路器件(如光源)温度升高时，温控电路输入制冷电流使其降温；当温度下降时，温控电路输入电流反向使其升温，达到高灵敏度控温的目的。温控电路在+5V工作电压驱动下，根据温度变化调节电路输入电流，从而达到对电路温度进行精确控制的目的。
当电路器件(如光源)温度升高时，测温电阻阻值减小，反向比较器负输入端电压减小(小于正输入端)，输出端输出高电平+5V，NPN晶体管V1导通，PNP晶体管V2截止，大功率PNP管V3工作，+5V电源提供致冷电流经V3流向温度升高器件，使其温度降低。另一方面，如果电路器件温度降低时，测温电阻阻值升高，反向比较器负输入端电压增大(大于正输入端)，输出端输出低电平-5V，PNP晶体管V2导通，NPN晶体管V1截止，大功率NPN管V4工作，电流反向经V4流向大功率NPN管，使其温度升高。温控电路在致冷或致热时，因为电容支路的储能作用，电路电流不会急剧变化。
本实用新型针对现有数字温控电路在设计时电路较复杂，成本较高，可靠性较差的情况，以高灵敏度低成本为指导思想，设计了一种高灵敏度模拟温控电路。
该温控电路由测温输出、参考电压输出和开关电流三部分组成，其中、测温输出部分由测温电阻和参考电阻组成，用导线连接，当电路器件(如光源)温度保持不变时，测温电阻和参考电阻两端的电压保持平衡，输出端电压信号为零；当温度变化时，测温电阻和参考电阻两端的电压失去平衡，输出端电压信号为正或者负，即根据测温电阻阻值变化调节输出端电压信号。
参考电压输出部分由反向比较器组成，并且测温输出部分输出端电压信号作为反向比较器的负输入端信号，然后与反向比较器的正输入端信号(接地)进行比较，当负输入端电压信号为零时，反向比较器处于关闭状态；当负输入端电压信号小于零时，反向比较器输出高电平+5V，当负输入端电压信号大于零时，反向比较器输出低电平-5V。
开关电流部分由NPN晶体管、PNP晶体管、大功率PNP管、大功率NPN管、附属电阻和电容器件组成。NPN晶体管和大功率PNP管配合作用，形成正向电流流通回路；PNP晶体管和大功率NPN管配合作用，形成负向电流流通回路。支路电阻起分压作用，支路电容具有充放电作用，吸收了一部分电流，避免上电时大功率PNP管和大功率NPN管受到大电流的冲击。
当电路器件(如光源)温度升高时，测温电阻RS阻值减小，反向比较器负输入端电压降低(小于正输入端)，输出端输出高电平+5V，NPN晶体管V1导通，PNP晶体管V2截止，大功率PNP管V3工作，+5V电源提供致冷电流经V3流向温度升高器件(R3支路也提供一路致冷电流流向温度升高器件)，使其温度降低。另一方面，如果电路器件温度降低，测温电阻RS阻值升高，反向比较器负输入端电压增大(大于正输入端)，输出端输出低电平-5V，PNP晶体管V2导通，NPN晶体管V1截止，大功率NPN管V4工作，电流反向经V4流向大功率NPN管(一部分电流经R3支路流向反向比较器)，使其温度升高。
该温控电路采用模拟器件实现控温功能，器件简单，电路可靠，并且经试验验证，控温精度可以达到万分之五，实现了高灵敏度控温的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种模拟温控电路，其特征在于，包括依次连接的测温输出模块、参考电压输出模块和开关电流模块；工作时，测温输出模块用于采集外部电路器件的温度，参考电压输出模块用于将采集的温度与预设的温度进行比较，并根据比较结果输出高电平信号或低电平信号，开关电流模块用于根据所述参考电压输出模块输出的高电平信号或低电平信号输出用于控制外部电路器件温度的致冷或致热电流信号。
2.如权利要求1所述的模拟温控电路，其特征在于，所述测温输出模块包括依次串联连接在+5V电压与-5V电压之间的参考电阻R1和测温电阻Rs；所述参考电阻R1和测温电阻Rs的串联连接端作为所述测温输出模块的输出端。
3.如权利要求1或2所述的模拟温控电路，其特征在于，所述参考电压输出模块包括反相比较器，所述反相比较器的正相输入端接地，所述反相比较器的反相输入端作为所述参考电压输出模块的输入端连接至所述测温输出模块的输出端；所述反相比较器的输出端作为所述参考电压输出模块的输出端。
4.如权利要求1或2所述的模拟温控电路，其特征在于，所述开关电流模块包括：第一开关管V1、第二开关管V2、第三开关管V3、第四开关管V4、电容C1、电容C2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R2、电阻R8和电阻RT；
第一开关管V1的控制端与第二开关管V2的控制端连接，第一开关管V1的第一端通过电阻R4连接至+5V电压，第一开关管V1的第二端与第二开关管V2的第一端连接后接地；第二开关管V2的第二端通过电阻R5连接至-5V电压；所述第一开关管V1的控制端用于控制所述第一开关管V1的第一端与第二端之间的导通或截止；所述第二开关管V2的控制端用于控制所述第二开关管V2的第一端与第二端之间的导通或截止；
第三开关管V3的控制端通过电阻R6连接至第一开关管V1的控制端，第三开关管V3的第一端连接至+5V电压，第三开关管V3的第二端通过电容C1连接至第三开关管V3的控制端；所述第三开关管V3的控制端用于控制所述第三开关管V3的第一端与第二端之间的导通或截止；
第四开关管V4的控制端通过电阻R7连接至第二开关管V2的第二端，第四开关管V4的第一端通过电容C2连接至第四开关管V4的控制端，第四开关管V4的第二端连接至-5V电压；所述第四开关管V4的控制端用于控制所述第四开关管V4的第一端与第二端之间的导通或截止；
电阻R2的一端作为所述开关电流模块的输入端连接至所述参考电压输出模块的输出端，电阻R2的另一端连接至所述第一开关管V1的控制端；
电阻R3的一端连接至所述电阻R2的一端，所述电阻R3的另一端连接至所述第三开关管V3的第二端和所述第四开关管V4的第一端；
电阻R8和电阻RT依次串联连接在第三开关管V3的第二端与地之间。
5.如权利要求4所述的模拟温控电路，其特征在于，所述第一开关管为NPN型MOS管，所述第二开关管为PNP型MOS管；
NPN型MOS管的栅极作为所述第一开关管的控制端，NPN型MOS管的漏极作为所述第一开关管的第一端，NPN型MOS管的源极作为所述第一开关管的第二端；
PNP型MOS管的栅极作为所述第二开关管的控制端，PNP型MOS管的源极作为所述第二开关管的第一端，PNP型MOS管的漏极作为所述第一开关管的第一端。
6.如权利要求4所述的模拟温控电路，其特征在于，所述第三开关管为PNP型MOS管，所述第四开关管为NPN型MOS管；
PNP型MOS管的栅极作为所述第三开关管的控制端，PNP型MOS管的源极作为所述第三开关管的第一端，PNP型MOS管的漏极作为所述第三开关管的第一端；
NPN型MOS管的栅极作为所述第四开关管的控制端，NPN型MOS管的漏极作为所述第四开关管的第一端，NPN型MOS管的源极作为所述第四开关管的第二端。
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