CN208110415U - 基于可控硅的温度控制器 - Google Patents

Abstract

一种基于可控硅的温度控制器，其包括由比较器A1、三极管T1、T2、热敏电阻RT、可变电阻R1、电阻R2‑R8、电解电容C1组成的温度检测电路；由运算放大器A2、电阻R9‑R10、三极管T3、T4、电阻R11‑R12、电容C2‑C3、时基集成电路IC1组成的方波发生器电路；由光耦GE1、双向可控硅KG1组成的功率放大电路；温度检测电路将加热温度与设定值比较，加热温度与设定值相等时电解电容C1的电压会保持在合适的值上，电解电容C1的电压控制方波发生器的方波的占空比来调节双向可控硅KG1的加热功率，当加热温度与设定值相等时，加热量接近散热量，使控温度的波动范围大大降低，实现温度恒定。

Description

基于可控硅的温度控制器

技术领域

本发明涉及一种温度控制器，其由电子元件组成。

背景技术

温度控制器一般包括感应温度的热敏电阻、比较器，比较器将温度信号与设定值进行比较，当温度信号小于设定值时比较器输出加热信号电热器通电；当温度信号等于或大于设定值时比较器输出停止加热信号电热器断电；其不足之处是，电热器无稳态（即无一维持温度的持续功率），被控温度的波动范围较大，恒温性能较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于可控硅的温度控制器，该温度控制器控温波动小，被控温度与设定温度的误差小。

本发明的技术方案是，一种基于可控硅的温度控制器，其包括温度检测电路、方波发生器电路、功率放大电路；其特征是，所述的温度检测电路包括正温度系数的热敏电阻RT、比较器A1、三极管T1、三极管T2，热敏电阻RT的一端接比较器A1的同相输入端，热敏电阻RT的另一端接地，比较器A1的同相输入端通过可变电阻R1接稳压电源V+，比较器A1的反相输入端通过电阻R2接稳压电源V+，比较器A1的反相输入端通过电阻R3接地；比较器A1的输出端通过电阻R5接三极管T1的基极，三极管T1的基极通过电阻R4接稳压电源V+，三极管T1的发射极接稳压电源V+，三极管T1的集电极通过电阻R8接电解电容C1的正极，电解电容C1的负极接地；比较器A1的输出端通过电阻R6接三极管T2的基极，三极管T2的基极通过电阻R7接地，三极管T2的发射极接地，三极管T2的集电极接三极管T1的集电极；稳压电源V+接比较器A1的一电源输入端，稳压电源V-接比较器A1的另一电源输入端；

所述的方波发生器电路包括运算放大器A2、三极管T3、时基集成电路IC1，运算放大器A2的同相输入端接电解电容C1的正极，运算放大器A2的反相输入端通过电阻R9接地，运算放大器A2的反相输入端与输出端之间接有电阻R10；

三极管T3的基极接运算放大器A2的输出端，三极管T3的发射极通过电阻R11接稳压电源V+，三极管T3的集电极接电容C2的一端，电容C2的另一端接地，电容C2的一端接时基集成电路IC1的引脚2和引脚6，时基集成电路IC1的引脚7接三极管T3的发射极，三极管T4的基极接运算放大器A2的输出端，三极管T4的集电极接三极管T3的集电极，三极管T4的发射极通过电阻R12接时基集成电路IC1的引脚7，时基集成电路IC1的引脚3输出方波信号；时基集成电路IC1的引脚4和引脚8接稳压电源V+，时基集成电路IC1的引脚1接地，时基集成电路IC1的引脚5通过电容C3接地；

所述的功率放大电路包括光耦GE1、双向可控硅KG1，时基集成电路IC1的引脚3接光耦GE1的发光二极管的阳极，光耦GE1的发光二极管的阴极通过电阻R13接地，光耦GE1的光电触发二极管一端接双向可控硅的控制极，光电触发二极管另一端通过电阻R14接双向可控硅的第一电极，双向可控硅的第一电极接电热器RL的一端，电热器RL的另一端接市电的相线a，双向可控硅的第二电极接市电的零线0。

温度控制过程为：温度低于设定值时，热敏电阻的阻值低，比较器A1同相输入端的电压小于反相输入端的电压，比较器A1输出端的电压为负，三极管T1导通对电解电容C1充电，电解电容C1的电压上升或处于最高值，方波发生器的占空比增大或处于最高值，电热器功率上升或最大； 当温度高于设定值时，热敏电阻的阻值升高，比较器A1同相输入端的电压大于反相输入端的电压，比较器A1输出端的电压为正，三极管T1导通对电解电容C1放电，电解电容C1的电压下降，方波发生器的占空比减小，电热器功率降低；当比较器A1同相输入端的电压等于反相输入端的电压（即温度等于设定值）时，比较器A1输出端的电压为0，三极管T1和三极管T2截止，电解电容C1上的电压保持不变，方波发生器的占空比保持不变，电热器功率也不变；其特点是，加热温度接近设定温度时，电解电容C1的电压会保持在合适的值上，方波发生器也相应地形成对应的占空比，双向可控硅输出一维持功率，使加热量接近散热量，这样被控温度的波动范围大大降低，实现温度恒定。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

具体实施方式

现结合附图说明本发明的具体实施方式。

一种基于可控硅的温度控制器，其包括温度检测电路、方波发生器电路、功率放大电路。

所述的温度检测电路包括比较器A1、PNP型三极管T1、NPN型三极管T2、正温度系数的热敏电阻RT、可变电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电解电容C1，其中可变电阻R1与热敏电阻RT将温度的变化转换成电压，其分压值为比较器A1同相输入端电压u1，电阻R2与电阻R3用来设定温度，其分压值为比较器A1反相输入端电压u2，电阻R2可用电位器代替，以方便温度设定值的调节。

当比较器A1同相输入端电压u1小于比较器A1反相输入端电压u2时，比较器A1输出为负电压，三极管T1对电容C1充电；当比较器A1同相输入端电压u1大于比较器A1反相输入端电压u2时，比较器A1输出为正电压，三极管T2对电容C1放电；当比较器A1同相输入端电压u1等于比较器A1反相输入端电压u2时，比较器A1输出为0，电容C1停止充、放电。

电阻R4和电阻R5用来限定三极管T1的基极电压，电阻R6和电阻R7用来限定三极管T2的基极电压，在比较器A1输出为0时使三极管T1和三极管T2处于截止状态。

所述的方波发生器电路包括运算放大器A2、电阻R9、电阻R10、PNP型的三极管T3、NPN型的三极管T4、电阻R11、电阻R12、电容C2、电容C3、型号为NE555的时基集成电路IC1；

其中运算放大器A2、电阻R9、电阻R10，构成一同相放大器，对电解电容C1的电压放大，为三极管T3和三极管T4提供基极电压；三极管T3、三极管T4、电阻R11、电阻R12、电容C2、时基集成电路IC1构成一占空比可控的方波发生器，当运算放大器A2的同相输入端的输入电压信号变化时，方波发生器的占空比也随之变化。

占空比的定义为，占空比= tg /（tg+td），其中tg为方波发生器输出的高电平的时长，td 为方波发生器输出的低电平的时长。

方波发生器的振荡原理是，三极管T3和三极管T4的基极接运算放大器A2的输出端，设运算放大器A2输出一定的电压，三极管T3和电阻R11对电容C2恒流充电，三极管T4和电阻R12对电容C2恒流放电；在充电过程中，当电容C2上的电压升至三分之二VDD（VDD为稳压电源V+的电压值）时，时基集成电路IC1的引脚3由高电平变低电平，时基集成电路IC1的引脚7对地导通，三极管T3停止对电容C2充电，三极管T4开始对电容C2放电；在放电过程中，当电容C2上的电压降三分之一VDD时，时基集成电路IC1的引脚3由低电平变高电平，时基集成电路IC1的引脚7对地截止，三极管T4停止对电容C2放电，三极管T3开始对电容C2充电；如此反复形成振荡，时基集成电路IC1的引脚3输出方波信号，方波信号的振荡周期与电阻R11、电阻R12、电容C2相关。

占空比可控的原理是，当运算放大器A2输出电压升高时，三极管T3的集电极电流降低，对电容C2的充电速度变慢，方波发生器输出的高电平的时长增大；而三极管T4的集电极电流升高，对电容C2的放电速度加快，方波发生器输出的高电平的时长减小，反之亦然。

所述的功率放大电路包括光耦GE1、双向可控硅KG1、电阻R13电阻R14、电热器RL，当时基集成电路IC1的引脚3为高电平时，光耦GE1的发光二极管有电流通过，光耦GE1的光电触发二极管导通，双向可控硅KG1导通，电热器RL通电，当时基集成电路IC1的引脚3为低电平时，光耦GE1的发光二极管无电流通过，光耦GE1的光电触发二极管截止，双向可控硅KG1截止，电热器RL断电。

需要说明的是，双向可控硅KG1有可能在非过零处触发，即方波发生器的方波上升沿不在市电的过零处出现，双向可控硅KG1导通的时长会大于方波高电平的时长，导通误差在5毫秒内，约为市电的1/2个半波，与此相对应双向可控硅KG1截止时长会小于方波低电平的时长，截止误差也在5毫秒内，为降低该误差，方波的振荡周期可在0.5秒至2秒之间选择，方波的振荡周期越长导通误差和截止误差越小，优选方波的振荡周期为1秒。

作为一种改进，在三极管T3的集电极与电容C2之间接有电子开关K1，电子开关K1的一端接三极管T3的集电极，电子开关K1的另一端接电容C2的一端，电子开关K1的控制极接同步脉冲ut，适当地减小电阻R11和电阻R12的阻值，方波信号的振荡周期可为同步脉冲ut周期的100倍；

当同步脉冲ut为高电平时电子开关接通，当同步脉冲ut为低电平时电子开关断开。这样仅当同步脉冲ut到来时，才能对电容C2充电或放电，使双向可控硅KG1导通的时长等于方波高电平的时长，使双向可控硅KG1截止的时长等于方波低电平的时长，消除双向可控硅KG1的导通误差和截止误差；并且双向可控硅KG1是过零触发，降低电热器的谐波电流。

同步脉冲ut的形成电路为，变压器B1的初级线圈接市电，变压器B1的次级线圈一端接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极通过电阻R15接三极管T5的基极，三极管T5的集电极通过电阻R17接稳压电源V+，三极管T5的发射极接地，变压器B1的次级线圈另一端接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极通过电阻R16接三极管T5的基极，变压器B1次级线圈的中心抽头接地，三极管T5的集电极输出同步脉冲ut。三极管T5的集电极接电子开关K1的控制极，同步脉冲在当市电的波形过零时出现。

所述的稳压电源V+的电路为，变压器B1的次级线圈一端接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极通过电解电容C4接地，二极管D2的阴极接稳压集成电路IC2的引脚1，稳压集成电路IC2的引脚2接地，稳压集成电路IC2的引脚3通过电解电容C6接地，稳压集成电路IC2的型号为7812，稳压集成电路IC2的引脚3输出电压为正12伏，变压器B1次级线圈的中心抽头接地。

所述的稳压电源V-的电路为，变压器B1的次级线圈另一端接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极通过电解电容C5接地，二极管D3的阳极接稳压集成电路IC3的引脚2，稳压集成电路IC3的引脚1接地，稳压集成电路IC3的引脚3通过电解电容C7接地，稳压集成电路IC3的型号为7912，稳压集成电路IC3的引脚3输出电压为负12伏。

Claims (3)

1.一种基于可控硅的温度控制器，其包括温度检测电路、方波发生器电路、功率放大电路；其特征是，所述的温度检测电路包括正温度系数的热敏电阻RT、比较器A1、三极管T1、三极管T2，热敏电阻RT的一端接比较器A1的同相输入端，热敏电阻RT的另一端接地，比较器A1的同相输入端通过可变电阻R1接稳压电源V+，比较器A1的反相输入端通过电阻R2接稳压电源V+，比较器A1的反相输入端通过电阻R3接地；比较器A1的输出端通过电阻R5接三极管T1的基极，三极管T1的基极通过电阻R4接稳压电源V+，三极管T1的发射极接稳压电源V+，三极管T1的集电极通过电阻R8接电解电容C1的正极，电解电容C1的负极接地；比较器A1的输出端通过电阻R6接三极管T2的基极，三极管T2的基极通过电阻R7接地，三极管T2的发射极接地，三极管T2的集电极接三极管T1的集电极；稳压电源V+接比较器A1的一电源输入端，稳压电源V-接比较器A1的另一电源输入端；

所述的方波发生器电路包括运算放大器A2、三极管T3、时基集成电路IC1，运算放大器A2的同相输入端接电解电容C1的正极，运算放大器A2的反相输入端通过电阻R9接地，运算放大器A2的反相输入端与输出端之间接有电阻R10；

三极管T3的基极接运算放大器A2的输出端，三极管T3的发射极通过电阻R11接稳压电源V+，三极管T3的集电极接电容C2的一端，电容C2的另一端接地，电容C2的一端接时基集成电路IC1的引脚2和引脚6，时基集成电路IC1的引脚7接三极管T3的发射极，三极管T4的基极接运算放大器A2的输出端，三极管T4的集电极接三极管T3的集电极，三极管T4的发射极通过电阻R12接时基集成电路IC1的引脚7，时基集成电路IC1的引脚3输出方波信号；时基集成电路IC1的引脚4和引脚8接稳压电源V+，时基集成电路IC1的引脚1接地，时基集成电路IC1的引脚5通过电容C3接地；

所述的功率放大电路包括光耦GE1、双向可控硅KG1，时基集成电路IC1的引脚3接光耦GE1的发光二极管的阳极，光耦GE1的发光二极管的阴极通过电阻R13接地，光耦GE1的光电触发二极管一端接双向可控硅的控制极，光电触发二极管另一端通过电阻R14接双向可控硅的第一电极，双向可控硅的第一电极接电热器RL的一端，电热器RL的另一端接市电的相线a，双向可控硅的第二电极接市电的零线0。

2.根据权利要求1所述的基于可控硅的温度控制器，其特征是，方波信号的振荡周期为1秒。

3.根据权利要求1所述的基于可控硅的温度控制器，其特征是，在方波发生器电路中，三极管T3的集电极与电容C2之间接有电子开关K1，电子开关K1的控制极接同步脉冲ut；方波信号的振荡周期为同步脉冲ut周期的100倍；

同步脉冲ut的形成电路为，变压器B1的初级线圈接市电，变压器B1的次级线圈一端接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极通过电阻R15接三极管T5的基极，三极管T5的集电极通过电阻R17接稳压电源V+，三极管T5的发射极接地，变压器B1的次级线圈另一端接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极通过电阻R16接三极管T5的基极，变压器B1次级线圈的中心抽头接地，三极管T5的集电极输出同步脉冲ut，三极管T5的集电极接电子开关K1的控制极。