RU2055390C1

RU2055390C1 - Temperature control device

Info

Publication number: RU2055390C1
Application number: RU92012358A
Authority: RU
Inventors: Константин Петрович Яковлев; Ювеналий Константинович Балашов; Михаил Александрович Самошкин; Александр Михайлович Афанасьев; Леонид Павлович Сидоров
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1992-12-16
Publication date: 1996-02-27

Abstract

FIELD: electronics. SUBSTANCE: device includes connected in series the measuring bridge 1, the comparator 2, the circuit 3 for controlling switch-on of a heating member, the switch circuit and the heating member 6, a power unit and a timing circuit. The circuit 3 for controlling switch-on of the heating member 6 includes the AND-NOR gate 9, the RS-flip-flop 10, 11, the inverter 12, connected according to a predetermined circuit. A direct output of the flip-flop 10,11 is joined with an input of the switching circuit, including the blocking generator 4 and the triac 5, whose load being the heating member 6. The power unit 7 includes the rectifying bridge 13, connected through the ballast resistor 14 to an alternative current circuit, and the high-frequency converter 15 of a constant current voltage. The timing circuit 8 has the diode optronic unit 16, whose light-emitting diode is connected to a circuit of the power unit between the measuring bridge 13 and the converter 15, whose photodiode cathode is connected with a positive bus of the power source and whose anode is connected with the inverter 12. The device has no network transformers, that is why its mass and dimension are rather small. EFFECT: lowered dimension of the device. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электронике и может найти применение в случаях, когда необходимо поддерживать заданную температуру. The invention relates to electronics and may find application in cases where it is necessary to maintain a given temperature.

Известно устройство для регулирования температуры [1] содержащее последовательно соединенные термочувст- вительный мост, компаратор и ключевой элемент, управляющий работой симистора, включенного последовательно с нагревателем последовательно с нагревателем в сеть переменного тока, в котором напряжение питания устройства получают из сетевого напряжения, понижая его с помощью гасящего резистора. A device for controlling the temperature [1] is known, comprising a thermosensitive bridge, a comparator and a key element controlling the operation of a triac connected in series with the heater in series with the heater to an alternating current network, in which the supply voltage of the device is obtained from the mains voltage, lowering it from using a quenching resistor.

Недостатками данного устройства являются гальваническая связь датчика температуры с сетевым напряжением и отсутствие средств защиты от помех, создаваемых устройством при срабатывании симистора. The disadvantages of this device are the galvanic connection of the temperature sensor with the mains voltage and the lack of protection from interference caused by the device when the triac is triggered.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности являетcя устройство для регулирования температуры [2] содержащее последовательно включенные термочувст- вительный мост, компаратор, схему управления включением нагревательного элемента, ключевую схему, схему синхронизации и блок питания. В данном устройстве обеспечивается гальваническая развязка органов управления устройством и датчика температуры от сети. Кроме того, устройство обеспечивает снижение уровня радиопомех, возникающих при коммутации нагревательного элемента благодаря применению схемы синхронизации, которая допускает срабатывание ключевой схемы при минимально возможном напряжении сети. Closest to the invention in technical essence is a temperature control device [2] comprising a thermosensitive bridge, a comparator, a heating element activation control circuit, a key circuit, a synchronization circuit and a power supply unit, connected in series. This device provides galvanic isolation of the device controls and the temperature sensor from the network. In addition, the device provides a reduction in the level of radio interference arising from the switching of the heating element through the use of a synchronization circuit that allows the key circuit to operate at the lowest possible network voltage.

Недостатками этого устройства являются сложность схемы синхронизации, а также большие габариты и масса устройства, связанные с применением трансформаторов в блоке питания и в схеме синхронизации. The disadvantages of this device are the complexity of the synchronization circuit, as well as the large size and mass of the device associated with the use of transformers in the power supply and in the synchronization circuit.

Целью изобретения является упрощение устройства и уменьшение его габаритов и массы за счет использования блокинг-генератора в ключевой схеме, применения диодного оптрона в схеме синхронизации и построения блока питания устройства на базе высокочастотного преобразователя напряжения. The aim of the invention is to simplify the device and reduce its size and weight through the use of a blocking generator in the key circuit, the use of a diode optocoupler in the synchronization circuit, and the construction of a power supply unit based on a high-frequency voltage converter.

Для этого в устройстве для регулирования температуры, содержащем последовательно соединенные измерительный мост, компаратор, схему управления включением нагревательного элемента, ключевую схему и нагревательный элемент, а также блок питания и схему синхронизации, схема управления включением нагревательного элемента содержит логический элемент И-НЕ с двумя входами и RS-триггер. Первый вход логического элемента И-НЕ и вход R RS-триггера подключены к выходу компаратора, второй вход элемента И-НЕ подключен к выходу инвертора, а выход логического элемента И-НЕ соединен с входом S RS-триггера. Прямой выход триггера подключен к входу ключевой схемы, содержащей блокинг-генератор и симистор, причем выводы выходной обмотки блокинг-генератора подключены к выходному электроду симистора, соединенному через нагревательный элемент с одной из шин сети, и к управляющему электроду этого симистора, а второй электрод симистора подключен к второй шине сети. Блок питания устройства содержит выпрямительный мост, подключенный к сети через балластный резистор, и высокочастотный преобразователь постоянного напряжения, выходы которого подключены к земле, а также к плюсовой и минусовой шинам питания устройства. Синхронизатор содержит диодный оптрон, у которого катод фотодиода подключен к плюсовой шине источника питания, анод фотодиода подключен к входу инвертора схемы управления включением нагревательного элемента и резистору, второй вывод которого подключен к земле, а светодиод оптрона включен в прямом направлении в разрыв цепи блока питания между выпрямительным мостом и высокочастотным преобразователем. For this, in a temperature control device containing a measuring bridge, a comparator, a control circuit for turning on the heating element, a key circuit and a heating element, as well as a power supply and a synchronization circuit, the control circuit for turning on the heating element contains an AND-NOT logic element with two inputs and RS trigger. The first input of the AND-NOT logic element and the input R of the RS-trigger are connected to the output of the comparator, the second input of the AND-NOT element is connected to the output of the inverter, and the output of the AND-NOT logic element is connected to the input S of the RS-trigger. The direct output of the trigger is connected to the input of the key circuit containing the blocking generator and the triac, and the terminals of the output winding of the blocking generator are connected to the output electrode of the triac connected via a heating element to one of the busbars of the network and to the control electrode of this triac, and the second electrode of the triac connected to a second network bus. The power supply unit of the device contains a rectifier bridge connected to the network through a ballast resistor, and a high-frequency DC-DC converter, the outputs of which are connected to ground, as well as to the plus and minus power buses of the device. The synchronizer contains a diode optocoupler, in which the cathode of the photodiode is connected to the positive side of the power supply, the anode of the photodiode is connected to the inverter input of the heating element switching control circuit and a resistor, the second output of which is connected to ground, and the optocoupler LED is turned on in the forward direction to break the power supply circuit between rectifier bridge and high-frequency converter.

Схема устройства для регулирования температуры приведена на чертеже. A diagram of a device for controlling temperature is shown in the drawing.

Устройство для регулирования температуры содержит последовательно соединенные измерительный мост 1, компаратор 2, схему 3 управления включением нагревательного элемента, ключевую схему, нагревательный элемент 6, а также блок 7 питания и схему 8 синхронизации. Схема 3 управления включением нагревательного элемента содержит логический элемент И-НЕ 9, имеющий два входа, RS-триггер 10, 11 и инвертор 12. Первый вход элемента И-НЕ 9 и вход R триггера 10, 11 подключены к выходу компаратора 2, второй вход этого элемента соединен с выходом инвертора 12, а выход элемента И-НЕ 9 подключен к входу S триггера 10, 11. Прямой выход триггера 10, 11 соединен с входом ключевой схемы, содержащей блокинг-генератор 4 и симистор 5. Выводы выходной обмотки трансформатора блокинг-генератора 4 подключены к выходному электроду симистора 5, соединенному через нагревательный элемент 6 с одной из шин сети переменного тока, и к управляющему элементу симистора, а второй электрод симистора 5 подключен к второй шине сети. Блок 7 питания устройства содержит выпрямительный мост 13, подключенный к сети через балластный резистор 14, и высокочастотный преобразователь 15 постоянного напряжения, включенные согласно схеме. Схема синхронизации содержит диодный оптрон 16, у которого катод фотодиода подключен к плюсовой шине питания, анод фотодиода подключен к входу инвертора 12 и резистору 17, второй вывод которого подключен к земле, светодиод оптрона 16 включен к прямом направлении в разрыв цепи блока питания между выпрямительным мостом 13 и высокочастотным преобразователем 15. The temperature control device comprises a measuring bridge 1 connected in series, a comparator 2, a heating element activation control circuit 3, a key circuit, a heating element 6, as well as a power supply unit 7 and a synchronization circuit 8. The heating element activation control circuit 3 contains an AND-NOT 9 logic element having two inputs, an RS-flip-flop 10, 11 and an inverter 12. The first input of the AND-NOT element 9 and the input R of the trigger 10, 11 are connected to the output of the comparator 2, the second input this element is connected to the output of the inverter 12, and the output of the AND-NOT 9 element is connected to the input S of the trigger 10, 11. The direct output of the trigger 10, 11 is connected to the input of the key circuit containing the blocking generator 4 and the triac 5. The outputs of the transformer blocking output -generator 4 is connected to the output electrode of triac 5, with of the connections through the heating element 6 with one of the AC bus and to the control element of the triac, the triac and the second electrode 5 is connected to the second bus network. The power supply unit 7 of the device contains a rectifier bridge 13 connected to the network via a ballast resistor 14, and a high-frequency DC-DC converter 15 included in accordance with the scheme. The synchronization circuit contains a diode optocoupler 16, in which the cathode of the photodiode is connected to the positive power bus, the anode of the photodiode is connected to the input of the inverter 12 and the resistor 17, the second output of which is connected to the ground, the LED of the optocoupler 16 is connected to the forward direction in the open circuit of the power supply between the rectifier bridge 13 and a high frequency converter 15.

Устройство работает следующем образом. The device operates as follows.

Если при включении устройства температура датчика ниже установленной, то на выходе компаратора 2 будет высокий уровень напряжения. С изменением напряжения на выпрямительном мосту 13, происходящим с частотой сети, меняется ток, проходящий через светодиод оптрона. В момент, когда этот ток уменьшится до некоторой пороговой величины, светодиод погаснет, фотодиод перейдет в закрытое состояние, напряжение на резисторе 17 упадет и уровень сигнала на выходе инвертора 12 станет соответствовать единичному состоянию. На выходе элемента И-НЕ 9 установится низкий уровень сигнала и RS-триггер 10, 11 перейдет в единичное состояние. Блокинг-генератор 4 начнет генерировать импульсы, открывающие симистор 5 в начале каждого полупериода при минимально возможном значении напряжения сети. Включение нагревательного элемента 6 приведет к нагреву датчика температуры. Как только температура датчика достигнет установленного значения, на выходе компаратора 2 напряжение упадет, RS-триггер перейдет в нулевое состояние и блокинг-генератор прекратит генерацию импульсов. При этом симистор в каждом полупериоде колебаний сети будет оставаться в выключенном состоянии. Температура нагревательного элемента и датчика температуры будет снижаться. Далее описанный процесс будет периодически повторяться. If, when the device is turned on, the temperature of the sensor is lower than set, then the output of the comparator 2 will be a high voltage level. With a change in voltage on the rectifier bridge 13 occurring with the frequency of the network, the current passing through the optocoupler's LED changes. At the moment when this current decreases to a certain threshold value, the LED will turn off, the photodiode will go into a closed state, the voltage across the resistor 17 will drop and the signal level at the output of the inverter 12 will correspond to a single state. At the output of the AND-NOT 9 element, a low signal level will be established and the RS-trigger 10, 11 will go into a single state. The blocking generator 4 will begin to generate pulses that open the triac 5 at the beginning of each half-cycle at the lowest possible value of the mains voltage. The inclusion of the heating element 6 will lead to heating of the temperature sensor. As soon as the temperature of the sensor reaches the set value, the voltage drops at the output of the comparator 2, the RS-trigger will go to zero and the blocking generator will stop generating pulses. In this case, the triac in each half-period of the network oscillations will remain in the off state. The temperature of the heating element and temperature sensor will decrease. Further, the described process will be periodically repeated.

Применение блокинг-генератора в ключевой схеме, диодного оптрона в качестве датчика для обнаружения момента перехода текущего значения сетевого напряжения через нуль и блока питания с высокочастотным преобразователем напряжения позволяет упростить схему устройства, уменьшить его габариты и вес за счет замены трансформаторов, преобразующих напряжение сети, высокочастотными трансформаторами. При этом сохраняются преимущества устройства, взятого в качестве прототипа: обеспечиваются гальваническая развязка устройства от сети и снижение уровня радиопомех при коммутации нагревательного элемента. The use of a blocking generator in a key circuit, a diode optocoupler as a sensor for detecting the instant of transition of the current value of the mains voltage through zero and a power supply with a high-frequency voltage converter makes it possible to simplify the device circuit, reduce its dimensions and weight by replacing the transformers that convert the network voltage with high-frequency ones transformers. At the same time, the advantages of the device taken as a prototype are preserved: galvanic isolation of the device from the network and a decrease in the level of radio noise during switching of the heating element are provided.

Claims

A TEMPERATURE CONTROL DEVICE containing a measuring bridge connected in series, a comparator, a heating element switch-on control circuit and a key circuit connected to power supply buses, as well as a heating element and a synchronization circuit, characterized in that the heating element switch-on control circuit includes an AND - NOT element , RS-trigger and inverter, with the first input of the AND element NOT and the R-input of the RS trigger combined and the control circuit input, the second input of the AND element NOT connected to the output the inverter, and the output of the AND element is NOT connected to the S-input of the RS flip-flop, while the direct output of the RS-flip-flop is the output of the control circuit for turning on the heater, the key circuit contains a blocking generator, the control input of which is the input of the key circuit, and a triac, the corresponding conclusions of the output winding of the transformer of the blocking generator are connected respectively to the output electrode of the triac connected through a heating element to one of the buses of the AC network and the control electrode of the triac, and the input elec The triac circuit is connected to the second AC bus, the power supply unit contains a rectifier bridge connected to the AC network via a ballast resistor, and a high-frequency DC-DC converter, the corresponding terminals of which are the plus, minus, and common power buses of the device, and the synchronization circuit contains a diode optocoupler in which the cathode of the photodiode is connected to the positive power bus of the device, the anode to the input of the inverter of the control circuit for turning on the heating element and through the resistor p - to the device’s common power bus, and the output of the rectifier bridge of the power supply is connected to the input of its high-frequency DC-DC converter through the forward-connected LED of the optocoupler of the synchronization circuit.