RU2115155C1

RU2115155C1 - Control unit of temperature controller

Info

Publication number: RU2115155C1
Application number: RU94041258A
Authority: RU
Inventors: Михаил Омарович Ахмедов; Владимир Авраамович Смолянский; Виталий Григорьевич Супрун
Original assignee: Михаил Омарович Ахмедов; Владимир Авраамович Смолянский; Виталий Григорьевич Супрун
Priority date: 1994-11-15
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 1998-07-10
Also published as: RU94041258A

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: control unit has ripple voltage source, stages using disinter with thermally-independent change-over voltage. Voltage divider having at least two midpoints is introduced between ripple voltage source and first stage using disinter with thermally-dependent changer-over voltage and second stage using disinter with thermally- independent change-over voltage. Stage using disinter with thermally-dependent change-over voltage is connected to one midpoint of voltage divider. Stage using disinter with thermally-independent change-over voltage is connected to one midpoint of voltage divider. Stage using disinter with thermally-independent change-over voltage is connected to other midpoint of voltage divider. Given circuit enables effective and accurate temperature control of electrical engineering objects or medium within range of -60+150 C. It may also be used as thermal fuse. EFFECT: enhanced control. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям автоматических регуляторов температуры с применением динисторов с напряжением переключения, зависящим от температуры, и динисторов с напряжением включения, практически не зависящим от температуры, и используемых в качестве активных опорных элементов. Такие регуляторы, снабженные тиристорным силовым каскадом, обеспечивают двухпозиционное регулирование и предназначаются для управления нагревом или охлаждением в различных нагревательных или охладительных приборах. The invention relates to designs of automatic temperature controllers using dynistors with switching voltage depending on temperature, and dynistors with switching voltage practically independent of temperature, and used as active support elements. Such regulators, equipped with a thyristor power cascade, provide on-off regulation and are designed to control heating or cooling in various heating or cooling devices.

Известны автоматические регуляторы температуры с применением динисторных датчиков температуры [1] и выходными каскадами с применением тиристоров или триаков [2], [3]. Known automatic temperature controllers using dynistor temperature sensors [1] and output stages using thyristors or triacs [2], [3].

В известном устройстве [1] в качестве датчика температуры применен пороговый ключ на основе p-n-p-n структуры динистора, управляемой последовательной цепью кремниевых диодов с p-n переходами. Такой пороговый ключ (термодатчик) имеет падающую от температуры зависимость напряжения переключения, которая может быть выражена формулой:
U_вкл = U₀ - U_t(T - T₀),
где
U₀ - напряжение переключения датчика при номинальной температуре +20^oC (В). (Величина U₀ определяется числом использованных в датчике p-n переходов. Для имеющихся в наличии опытных образцов с 35 p-n переходами значение U₀ - 21В).In the known device [1], a threshold switch based on the pnpn structure of a dinistor controlled by a series of silicon diodes with pn junctions is used as a temperature sensor. Such a threshold switch (thermal sensor) has a temperature-dependent dependence of the switching voltage, which can be expressed by the formula:
U _on = U ₀ - U _t (T - T ₀ ),
Where
U ₀ - sensor switching voltage at a nominal temperature of +20 ^o C (V). (The value of U ₀ is determined by the number of pn junctions used in the sensor. For available prototypes with 35 pn junctions, the value of U ₀ is 21V).

U_t - термочувствительность в градусах Цельсия, (В/^oC). (Ориентировочное значение U_t - 0,4 - 0,5% U₀).U _t - thermal sensitivity in degrees Celsius, (V / ^o C). (Estimated value of U _t - 0.4 - 0.5% U ₀ ).

T - температура среды, в которую помещен датчик, (^oC)
T₀ - начальная температура 20^oC.T is the temperature of the medium in which the sensor is placed, ( ^o C)
T ₀ - initial temperature 20 ^o C.

В качестве опорного элемента в известном устройстве [1] применен термонезависимый пороговый ключ (динистор), напряжение переключения которого определяется встроенными в него диодами Зенера и мало зависит от температуры. Значения напряжений переключения таких приборов (КУ120А-В) 7, 14, 21 В. As a supporting element in the known device [1], a thermally independent threshold switch (dynistor) is used, the switching voltage of which is determined by the Zener diodes built into it and does not depend much on temperature. The switching voltage values of such devices (KU120A-V) are 7, 14, 21 V.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является схема управления автоматического регулятора температуры, содержащая источник пульсирующего напряжения, первый каскад на динисторе с термозависимым напряжением переключения, второй каскад на динисторе с термонезависимым напряжением переключения, причем первый и второй каскады подключены к источнику пульсирующего напряжения [1]. Closest to the proposed technical essence and the achieved result is a control circuit of an automatic temperature controller containing a ripple voltage source, a first cascade on a dinistor with a thermally dependent switching voltage, a second cascade on a dinistor with a thermally independent switching voltage, and the first and second cascades are connected to a pulsating voltage source [one].

В известном устройстве для установления заданного порога регулирования необходима подача нормированного стабилизированного напряжения на входы управления, что требует также введения в устройство дополнительного источника постоянного напряжения и усложняет схему устройства. In the known device for setting a predetermined control threshold, it is necessary to supply a normalized stabilized voltage to the control inputs, which also requires the introduction of an additional constant voltage source into the device and complicates the device circuit.

Предлагаемое изобретение направлено на конструирование простой схемы управления температурой срабатывания автоматического регулятора и ему не свойствены недостатки, имеющиеся в известном устройстве. The present invention is directed to the construction of a simple circuit for controlling the response temperature of an automatic controller and it does not have the disadvantages of the known device.

Это достигается благодаря тому, что в предлагаемом устройстве между источником пульсирующего напряжения и первым каскадом на динисторе с термозависимым напряжением переключения, а также вторым каскадом на динисторе с термонезависмым напряжением переключения применен дополнительный делитель напряжения, имеющий не менее двух средних точек, к одной из средних точек дополнительного делителя напряжения подключен каскад на динисторе с термозависимым напряжением переключения, к другой средней точке дополнительного делителя напряжения подключен каскад на динисторе с термонезависимым напряжением переключения. This is achieved due to the fact that in the proposed device between the source of the ripple voltage and the first cascade on the dinistor with a thermally dependent switching voltage, as well as the second stage on the dinistor with a thermally independent switching voltage, an additional voltage divider is used, which has at least two midpoints, to one of the midpoints an additional voltage divider is connected to the cascade on the dynistor with a temperature-dependent switching voltage, to another midpoint of the additional voltage divider dklyuchen cascade on dinistorov with termonezavisimym voltage switching.

Такое включение позволяет, изменяя соотношение плеч делителя, в широких пределах регулировать температурный порог срабатывания схемы управления автоматического регулятора температуры. This inclusion allows, by changing the ratio of the divider’s shoulders, to widely control the temperature threshold of the control circuit of the automatic temperature controller.

При этом возможны два основных варианта построения схемы управления автоматического регулятора:
первый, отличающийся тем, что напряжение переключения динистора с термозависимым напряжением переключения при максимальном значении температуры, в выбранном для автоматического регулятора диапазоне температур регулирования, более напряжения переключения динистора с термонезависимым напряжением переключения, каскад на динисторе с термозависимым напряжением переключения подключен к средней точке дополнительного делителя напряжения с более высоким потенциалом, чем каскад на динисторе с термонезависимым напряжением переключения;
второй, отличающийся тем, что напряжение переключения динистора с термозависимым напряжением переключения при минимальном значении температуры, в выбранном для автоматического регулятора диапазоне температур регулирования, менее напряжения переключения динистора с термонезависимым напряжением переключения, каскад на динисторе с термонезависимым напряжением переключения подключен к средней точке дополнительного делителя напряжения с менее высоким потенциалом, чем каскад на динисторе с термонезависимым напряжением переключения.There are two main options for constructing a control circuit of an automatic controller:
the first, characterized in that the switching voltage of a dinistor with a temperature-dependent switching voltage at the maximum temperature value, in the selected temperature range for the automatic controller, is more than the switching voltage of a dinistor with a thermally independent switching voltage, the cascade on the dinistor with a temperature-dependent switching voltage is connected to the midpoint of an additional voltage divider with a higher potential than the cascade on a dynistor with a thermally independent switching voltage;
the second, characterized in that the switching voltage of a dinistor with a temperature-dependent switching voltage at a minimum temperature value, in the selected temperature range for the automatic controller, is less than the switching voltage of a dinistor with a thermally independent switching voltage, the cascade on the dinistor with a thermally independent switching voltage is connected to the midpoint of an additional voltage divider with a lower potential than the cascade on a dynistor with a thermally independent switching voltage.

В первом варианте динистор с термозависимым напряжением переключения, включаясь при повышении температуры, отключает динистор с термонезависимым напряжением включения. Такой вариант предпочтительнее для автоматических регуляторов с нагревательными типами нагрузки. In the first embodiment, a dynistor with a temperature-dependent switching voltage, turning on when the temperature rises, turns off the dynistor with a thermally independent switching voltage. This option is preferable for automatic controllers with heating types of load.

Во втором варианте динистор с термозависимым напряжением переключения, повышая свое напряжение переключения при охлаждении, вызывает включение динистора с термонезависимым напряжением переключения. Такой вариант предпочтительнее для устройств типа холодильник. In the second embodiment, a dynistor with a thermally dependent switching voltage, increasing its switching voltage during cooling, causes the inclusion of a dynistor with a thermally independent switching voltage. This option is preferable for devices such as a refrigerator.

При выполнении дополнительного делителя напряжения более чем с двумя средними точками к ним могут быть подключены дополнительные каскады с динисторами с термозависимым напряжением переключения, которые могут быть использованы для расширения функций схемы управления (защита от перегрева или переохлаждения частей объекта регулирования, выдача сигналов о нарушении заданной разности температур в различных точках регулируемого объекта и т.п.). When performing an additional voltage divider with more than two midpoints, additional cascades with dynistors with a temperature-dependent switching voltage can be connected to them, which can be used to expand the functions of the control circuit (protection against overheating or overcooling of parts of the control object, outputting signals about violation of a given difference temperatures at various points of an adjustable object, etc.).

На фиг. 1 приведена принципиальная схема управления автоматического регулятора температуры, по преимуществу предназначенного для нагревательных устройств. In FIG. 1 is a control circuit diagram of an automatic temperature controller, primarily intended for heating devices.

На фиг. 2 приведена принципиальная схема управления автоматического регулятора температуры, по преимуществу предназначенного для холодильников. In FIG. Figure 2 shows the control circuit diagram of an automatic temperature controller, primarily designed for refrigerators.

На фиг. 3 показано включение дополнительного динистора с термозависимым напряжением переключения для защиты объекта регулирования от перегрева, например защиты компрессора в холодильнике. In FIG. Figure 3 shows the inclusion of an additional dinistor with a temperature-dependent switching voltage to protect the control object from overheating, for example, to protect the compressor in the refrigerator.

На фиг. 4 приведен вариант схемы автоматического регулятора температуры с выходным силовым каскадом и нагрузкой, иллюстрирующий работу устройства в целом. Показанные на фиг. 4 дополнительные части устройства: электронное реле и элементы его питания - могут быть выполнены и по другим схемам [3]. In FIG. Figure 4 shows a variant of the circuit of an automatic temperature controller with an output power stage and a load, illustrating the operation of the device as a whole. Shown in FIG. 4 additional parts of the device: electronic relay and its power elements - can be performed according to other schemes [3].

Приняты следующие условные обозначения:
1 - динистор с термонезависимым напряжением переключения (или кремниевый однонаправленный ключ - КОК) - U_вкл1,
2 - динистор с термозависимым напряжением переключения - U_вкл2 (Т С),
3, 4 - низкоомные выходные резисторы (1-2 кОм),
5 - подстроечный резистор (R5 = 10 - 200 кОм) в зависимости от выбранного входного напряжения,
6 - переменный регулирующий резистор (R6, единицы - десятки кОм в зависимости от необходимого диапазона регулирования температуры), предназначенный для регулирования температуры в установленных пределах,
7 - подстроечный резистор (R7-5-10 кОм), используемый для установки предела регулирования,
8 - резистор (R8 - 5-15 кОм),
9, 10 - клеммы источника пульсирующего напряжения - U_вх (предполагается, что U_вх >> U_вкл1),
11, 12 - выходы схемы управления автоматического регулятора температуры,
13 - второй динистор с термозависимым напряжением переключения, используемый в качестве датчика перегрева для аварийного выключения,
14 - симметричный тиристор,
15 - диодный мост,
16 - нагрузка,
17, 18 - диоды,
19 - однонаправленный маломощный тиристор,
20 - N-P-N - транзистор,
21 - конденсатор,
22 - 27 - резисторы.The following conventions are accepted:
1 - dinistor with thermally independent switching voltage (or silicon unidirectional key - KOK) - U _on 1,
2 - dinistor with thermally dependent switching voltage - U _on 2 (T C),
3, 4 - low resistance output resistors (1-2 kOhm),
5 - tuning resistor (R5 = 10 - 200 kOhm) depending on the selected input voltage,
6 - variable control resistor (R6, units - tens of kOhm depending on the required temperature control range), designed to control the temperature within the specified limits,
7 - tuning resistor (R7-5-10 kOhm) used to set the regulation limit,
8 - resistor (R8 - 5-15 kOhm),
9, 10 - terminals of the pulsating voltage source - U _in (it is assumed that U _in >> U _on 1),
11, 12 - outputs of the control circuit of the automatic temperature controller,
13 - the second dinistor with a temperature-dependent switching voltage, used as an overheating sensor for emergency shutdown,
14 - symmetric thyristor,
15 - diode bridge
16 - load
17, 18 - diodes,
19 - unidirectional low-power thyristor,
20 - NPN - transistor,
21 is a capacitor
22 - 27 - resistors.

Схема управления автоматического регулятора температуры (фиг. 1), в которой напряжения переключения динисторов 1 и 2 связаны условием: U_вкл1 < U_вкл2 (при максимальном значении температуры в выбранном диапазоне), работает следующим образом.The control circuit of the automatic temperature controller (Fig. 1), in which the switching voltages of the dynistors 1 and 2 are connected by the condition: U _on 1 <U _on 2 (at the maximum temperature in the selected range), works as follows.

При подаче на клеммы 9, 10 пульсирующего напряжения с амплитудой U_вх оно делится между резисторами 5 - 8.When applying to the terminals 9, 10 a pulsating voltage with an amplitude U _I it is divided between resistors 5 - 8.

Возможны следующие случаи:
первым включается динистор 2 (температура выше заданной); при этом ввиду малого значения сопротивления резистора 4 напряжение на аноде динистора 1 снижается и он не включается; сигнал с клеммы 12 поступает на вход выключения силового ключа, выключающего нагрузку; начинается охлаждение регулируемого объекта;
первым включается динистор 1 (температура ниже заданной); сигнал с клеммы 11 поступает на вход включения силового ключа, включающего нагрузку; при этом вследствие снижения напряжения на резисторе 8 снижается и напряжение на движке резистора 6. При определенных соотношениях между значениями резисторов 5, 6, 7 и амплитуды входного напряжения (U_вх) это приводит к невозможности последующего включения динистора 2. Считая для простоты, что напряжение на аноде динистора 1 не более 1,5 В, отношение между напряжениями U_вх, U_вкл2, при котором после включения динистора 1 динистор 2 не включится, связано условием:
U_вх < U_вкл2 • [1 + R5 : (R6 + R7)] - 1,5,
которое можно выполнить, изменяя сопротивление резистора 5.The following cases are possible:
the first turns on the dinistor 2 (temperature above the set); in this case, due to the small value of the resistance of the resistor 4, the voltage at the anode of the dinistor 1 decreases and it does not turn on; the signal from terminal 12 is fed to the off input of a power switch that turns off the load; begins cooling of the regulated object;
the first turns on the dinistor 1 (temperature below the set); the signal from terminal 11 is fed to the input of the power key, including the load; in this case, due to a decrease in the voltage across resistor 8, the voltage on the slider of resistor 6 also decreases. With certain ratios between the values of resistors 5, 6, 7 and the amplitude of the input voltage (U _in ), this leads to the impossibility of subsequent switching on of the dynistor 2. Assuming for simplicity that the voltage on the anode of dinistor 1 is not more than 1.5 V, the ratio between voltages U _in , U _on 2, in which after switching on the dinistor 1, the dinistor 2 will not turn on, is connected by the condition:
U _I <U _on 2 • [1 + R5: (R6 + R7)] - 1.5,
which can be done by changing the resistance of the resistor 5.

Схема управления автоматического регулятора температуры (фиг. 2), в которой напряжения переключения динисторов 1 и 2 связаны условием: U_вкл1 > U_вкл2 (при минимальном значении температуры в выбранном диапазоне), работает аналогичным образом. При перегреве динистора 2 он включается и препятствует включению динистора 1; сигнал с клеммы 11 включает силовой ключ, который подключает нагрузку (холодильник); при охлаждении напряжение переключения динистора 2 возрастает, что приводит к включению динистора 1, включение последнего блокирует возможность включения динистора 2; сигнал с клеммы 12 выключает силовой ключ и нагрузку и т.д.The control circuit of the automatic temperature controller (Fig. 2), in which the switching voltages of the dynistors 1 and 2 are connected by the condition: U _on 1> U _on 2 (with a minimum temperature in the selected range), works in a similar way. When overheating of the dinistor 2, it turns on and prevents the inclusion of the dinistor 1; the signal from terminal 11 includes a power switch that connects the load (refrigerator); when cooling, the switching voltage of the dinistor 2 increases, which leads to the inclusion of the dinistor 1, the inclusion of the latter blocks the ability to turn on the dinistor 2; a signal from terminal 12 turns off the power switch and load, etc.

В схеме, показанной на фиг. 3 (аналогичной схеме фиг. 1), при перегреве динистора 13 на клемме 12 появляется сигнал, выключающий силовой ключ и нагрузку. При этом может решаться задача защиты от перегрева в регулируемом объекте, например перегрев зоны нагревателя, если динистор 13 будет помещен в соответствующую опасную точку регулируемого объекта. In the circuit shown in FIG. 3 (similar to the circuit of Fig. 1), when the dinistor 13 is overheated, a signal appears on terminal 12 that turns off the power switch and the load. In this case, the task of protecting against overheating in the regulated object, for example, overheating of the heater zone, if the dinistor 13 is placed at the corresponding hazardous point of the adjustable object, can be solved.

Установка температуры защиты может производиться соответствующим выбором отношения плеч делителя напряжения 5 - 8, изменяющем потенциал анода динистора 13. The protection temperature can be set by the appropriate choice of the ratio of the arms of the voltage divider 5 - 8, which changes the potential of the anode of the dinistor 13.

В автоматическом регуляторе температуры (фиг. 4) со схемой управления, показанной на фиг. 1, импульсы с выходов 11 и 12 управляют электронным реле на тиристоре 14. Импульс с выхода 11 запускает вспомогательный тиристор 19, который удерживается во включенном состоянии разрядом конденсатора 21 через резистор 22. Включение тиристора 19 приводит к включению тиристора 14 и подключению нагрузки 16 в цепь сети переменного напряжения. При включении динистора 2 включается транзистор 20, который выключает тиристор 19 (т.к. большую часть полупериода тиристор 19 питается малым током от конденсатора 21). После выключения тиристора 19 выключается и тиристор 14 и размыкается цепь питания нагрузки 16. При перегреве динистора 13 блокируется питание динистора 1 и ток через динистор 13 поступает на базу транзистора 20, вызывая выключение тиристоров 19 и 14. In the automatic temperature controller (FIG. 4) with the control circuit shown in FIG. 1, the pulses from the outputs 11 and 12 control the electronic relay on the thyristor 14. The pulse from the output 11 starts the auxiliary thyristor 19, which is held on by the discharge of the capacitor 21 through the resistor 22. Turning on the thyristor 19 leads to turning on the thyristor 14 and connecting the load 16 to the circuit AC voltage. When the dinistor 2 is turned on, the transistor 20 is turned on, which turns off the thyristor 19 (since most of the half-cycle, the thyristor 19 is powered by a small current from the capacitor 21). After turning off the thyristor 19, the thyristor 14 is turned off and the load supply circuit 16 is opened. When the dynistor 13 is overheated, the power of the dynistor 1 is blocked and the current through the dynistor 13 enters the base of the transistor 20, causing the thyristors 19 and 14 to turn off.

Предлагаемая схема управления автоматического регулятора позволяет эффективно и с высокой точностью регулировать температуру электротехнических объектов или среды в диапазоне -60 +150^oC и может быть использован также в качестве теплового предохранителя. При этом упрощается схема автоматического регулятора, отсутствует необходимость в источнике постоянного напряжения, а также в усилителях постоянного тока. В устройстве может использоваться параллельное включение группы термодатчиков для защиты различных узлов объекта от нарушения температурного режима.The proposed control circuit of the automatic controller allows you to effectively and accurately control the temperature of electrical objects or the environment in the range of -60 +150 ^o C and can also be used as a thermal fuse. This simplifies the circuit of the automatic controller, there is no need for a constant voltage source, as well as for direct current amplifiers. The device can use a parallel connection of a group of temperature sensors to protect various components of the object from temperature violations.

Claims

1. The control unit of an automatic temperature controller containing a pulsating voltage source, a first cascade on a dinistor with a thermally dependent switching voltage, a second cascade on a dinistor with a thermally independent switching voltage, characterized in that between the pulsating voltage source and the first cascade on a dinistor with a temperature-dependent switching voltage, and also, a voltage divider having at least two midpoints, to one one of the midpoints of the voltage divider is connected to the cascade on the dinistor with a thermally dependent switching voltage, to the other midpoint of the voltage divider is connected the cascade on the dinistor with thermally independent switching voltage.

2. The block according to claim 1, characterized in that the switching voltage of the dinistor with a thermally dependent switching voltage at a maximum temperature is more than the switching voltage of a dinistor with a thermally independent switching voltage, and the first stage on the dinistor with a thermally dependent switching voltage is connected to the midpoint of the voltage divider with a higher potential than the second cascade on a dynistor with a thermally independent switching voltage.

3. The block according to claim 1, characterized in that the switching voltage at a minimum temperature value is less than the switching voltage of a dinistor with a thermally independent switching voltage, and the first stage on the dinistor with a thermally dependent switching voltage is connected to the midpoint of an additional voltage divider with a lower potential than the second cascade on a dynistor with thermally independent switching voltage.