RU2217789C2

RU2217789C2 - Temperature regulator

Info

Publication number: RU2217789C2
Application number: RU2001135253A
Authority: RU
Inventors: В.А. Алексеев; Г.Д. Беляев; В.И. Лаврушин
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт точных приборов
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-11-27

Abstract

FIELD: temperature regulation, namely in electric and radio engineering systems. SUBSTANCE: regulator includes first temperature sensitive comparator; heater; second temperature sensitive comparator. First comparator consumes power less by order and more when it is in OFF state than in ON state. Second comparator consumes power less more than by order in its OFF state. Power supply bus of temperature sensitive unit of first comparator is connected with outlet of source voltage stabilizer. EFFECT: enhanced accuracy of turning on heater by means of temperature regulator consuming power less by order in OFF state than in ON state (without taking into account energy consumed by heater) at temperature lowered until threshold value of turning on regulator in range of power supply voltages. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области регулирования температуры и используется в электрорадиотехнических системах. The invention relates to the field of temperature control and is used in electro-radio systems.

Уровень техники
Известны устройства для регулирования температуры, включавшие нагреватель при понижении температуры до заданного порога, которые содержат термочувствительный компаратор, включающийся при понижении температуры до порога его включения, и нагреватель, подключенный к выходу этого компаратора (М.И. Ингберман, Э.М. Фромберг, Л.П. Грабой. Термостатирование в технике связи. М. : Связь, 1979 г., стр.90, рис.4.23; патент Российской Федерации 2160920).State of the art
Known devices for controlling the temperature, including a heater when the temperature is lowered to a predetermined threshold, which contain a heat-sensitive comparator that turns on when the temperature is lowered to the threshold for its inclusion, and a heater connected to the output of this comparator (M.I. Ingberman, E.M. Fromberg, LP Graboi. Thermostating in communication technology. M.: Communication, 1979, p. 90, Fig. 4.23; patent of the Russian Federation 2160920).

Одним из достоинств устройства, описанного в работе М.И. Ингберман, Э.М. Фромберг, Л.П. Грабой. Термостатирование в технике связи. М.: Связь, 1979 г. , стр. 90, рис. 4.23, является наличие стабилизатора напряжения питания (стабилитроны Д1, Д2 на рис.4.23), что повышает точность включения термочувствительного компаратора (и, как следствие, нагревателя) при понижении температуры до порога его включения в диапазоне питающих напряжений. Недостатком этого устройства является значительное потребление энергии в режиме, когда термочувствительный компаратор (и нагреватель) выключен. One of the advantages of the device described in the work of M.I. Ingberman, E.M. Fromberg, L.P. Grabby. Thermostating in communication technology. M .: Communication, 1979, p. 90, Fig. 4.23, there is a supply voltage stabilizer (Zener diodes D1, D2 in Fig.4.23), which increases the accuracy of turning on the heat-sensitive comparator (and, as a result, the heater) when the temperature drops to the threshold of its inclusion in the supply voltage range. The disadvantage of this device is the significant energy consumption in the mode when the temperature-sensitive comparator (and heater) is turned off.

Наиболее близким к изобретению является устройство, описанное в патенте России 2160920, в котором термочувствительный компаратор, включающийся при понижении температуры до порога его включения, выполнен с потреблением энергии, меньшим более чем на порядок, когда он выключен, чем когда он включен (здесь и далее потребление энергии компаратором при его включении и выключении рассматривается без учета энергии, потребляемой нагревателем, который включается при включении компаратора). Это качество термочувствительного компаратора обеспечивается следующим образом (см. фиг.1 описания изобретения к патенту Российской Федерации 2160920). При температуре выше температуры включения термочувствительного компаратора соотношение сопротивлений резистора 4 и суммарного сопротивления терморезистора 5 и высокоомного резистора 6 таково, что открыт и насыщен транзистор 7 и поэтому заперт транзистор 8, так как вследствие падения напряжения на резисторе 9 потенциалы в эмиттере и на базе транзистора 8 таковы, что он заперт. В дальнейшем эта часть схемы термочувствительного компаратора (включая резистор 10) названа входным термочувствительным узлом. Коллектор транзистора 8 подключен к выходу входного термочувствительного узла, который соединен со входом транзисторного ключа, который через резистор 11 соединен с базой транзистора 13, которая через резистор утечки 12 подключена к шине питания, эмиттер транзистора 13 тоже подключен к шине питания, а коллектор транзистора 13 соединен с выходом транзисторного ключа. Closest to the invention is the device described in Russian patent No. 2160920, in which a temperature-sensitive comparator, which turns on when the temperature is lowered to the threshold of its inclusion, is made with an energy consumption of less than an order of magnitude when it is turned off than when it is turned on (hereinafter energy consumption by the comparator when it is turned on and off is considered without taking into account the energy consumed by the heater, which is turned on when the comparator is turned on). This quality of the heat-sensitive comparator is ensured as follows (see figure 1 of the description of the invention to the patent of the Russian Federation 2160920). At a temperature higher than the temperature of the thermosensitive comparator, the ratio of the resistances of the resistor 4 and the total resistance of the thermistor 5 and the high-resistance resistor 6 is such that the transistor 7 is open and saturated and therefore the transistor 8 is locked, since due to a voltage drop across the resistor 9, the potentials in the emitter and on the basis of the transistor 8 such that it is locked. In the future, this part of the temperature-sensitive comparator circuit (including resistor 10) is called the input temperature-sensitive node. The collector of transistor 8 is connected to the output of the input thermosensitive node, which is connected to the input of the transistor switch, which is connected through the resistor 11 to the base of transistor 13, which is connected to the power bus through the leakage resistor 12, the emitter of transistor 13 is also connected to the power bus, and the collector of transistor 13 connected to the output of the transistor switch.

Транзисторный ключ выполнен на транзисторе 13 дополнительного типа проводимости по отношению к транзисторам 7 и 8 входного термочувствительного устройства. Поскольку заперт транзистор 8, то заперт и транзистор 13 транзисторного ключа и поэтому потребляемый ток течет от шины питания только через высокоомные резисторы 6 и 10, благодаря чему потребление энергии мало. При понижении температуры до температуры включения термочувствительного компаратора сопротивление терморезистора 5 становится достаточно большим, чтобы ток в базу транзистора 7 уменьшился настолько, чтобы транзистор 7 вышел из насыщения. Тем самым часть тока через резистор 10 поступает в базу транзистора 8, который открывается, при этом возрастает ток через резистор 9, возрастает падение напряжения на резисторе 9, что приводит к дальнейшему запирании транзистора 7 и к дальнейшему отпирании транзистора 8. Лавинообразный процесс заканчивается полным запиранием транзистора 7, отпиранием транзистора 8, отпиранием транзистора 13 и подачей напряжения на нагреватель 3. При этом потребление тока (энергии) через высокоомные резисторы 6 и 10 остается малым, на порядок и более меньшим, чем потребление термочувствительного компаратора во включенном состоянии (потребление через резистор 12, переход база - эмиттер транзистора 13, резисторы 6 и 10). Недостатком устройства для регулирования температуры, описанного в патенте 2160920, является невысокая точность включения термочувствительного компаратора (и, следовательно, нагревателя) при понижении температуры до порога его включения в диапазоне питающих напряжений. The transistor switch is made on the transistor 13 of an additional type of conductivity with respect to the transistors 7 and 8 of the input heat-sensitive device. Since the transistor 8 is locked, the transistor switch 13 is also locked, and therefore, the consumed current flows from the power bus only through the high-resistance resistors 6 and 10, so that the energy consumption is low. When the temperature drops to the temperature of the thermosensitive comparator, the resistance of the thermistor 5 becomes large enough so that the current to the base of the transistor 7 decreases so that the transistor 7 goes out of saturation. Thus, part of the current through the resistor 10 enters the base of the transistor 8, which opens, while the current increases through the resistor 9, the voltage drop across the resistor 9 increases, which leads to further locking of the transistor 7 and to further unlocking of the transistor 8. The avalanche-like process ends with a complete shutdown transistor 7, unlocking transistor 8, unlocking transistor 13 and applying voltage to heater 3. At the same time, the current (energy) consumption through high-resistance resistors 6 and 10 remains small, an order of magnitude and smaller than otreblenie thermosensitive comparator in an ON state (intake via resistor 12, the transition base - emitter of transistor 13, the resistors 6 and 10). The disadvantage of the device for controlling the temperature described in patent 2160920 is the low accuracy of turning on the thermosensitive comparator (and, therefore, the heater) when the temperature drops to the threshold of its inclusion in the range of supply voltages.

Технической задачей изобретения является повышение точности включения нагревателя устройством для регулирования температуры при понижении температуры до порога его включения в диапазоне питающих напряжений. An object of the invention is to increase the accuracy of turning on the heater by a device for controlling the temperature while lowering the temperature to the threshold of its inclusion in the range of supply voltages.

Технический результат достигается тем, что в устройство для регулирования температуры, содержащее термочувствительный компаратор, включающийся при понижении температуры до порога его включения, в котором последовательно соединены входной термочувствительный узел и транзисторный ключ, шина питания которого подключена к шине питания устройства для регулирования температуры, а его выход соединен с выходом термочувствительного компаратора, и содержащее нагреватель, подключенный к выходу этого термочувствительного компаратора, при этом термочувствительный компаратор выполнен с потреблением энергии, меньшим более чем на порядок, когда он выключен, введены второй термочувствительный компаратор, включающийся при понижении температуры до порога его включения, в котором последовательно соединены входной термочувствительный узел и транзисторный ключ, выход которого соединен с выходом второго термочувствительного компаратора, при этом второй термочувствительный компаратор выполнен с потреблением энергии, меньшим более чем на порядок, когда он выключен, и стабилизатор напряжения питания, подключенный к выходу этого термочувствительного компаратора, при этом шина питания входного термочувствительного узла первого термочувствительного компаратора подключена к выходу стабилизатора напряжения питания. Нетрудно видеть, что шина питания первого термочувствительного компаратора разделена на шину питания входного термочувствительного узла, которая подключена к выходу стабилизатора напряжения питания, и шину питания транзисторного клича, которая подключена к шине питания устройства для регулирования температуры, а во втором термочувствительном компараторе и шина питания входного термочувствительного узла и шина питания транзисторного ключа подключены к шине питания устройства для регулирования температуры. The technical result is achieved in that in a temperature control device comprising a thermosensitive comparator, which is turned on when the temperature is lowered to the threshold of its inclusion, in which the input thermosensitive unit and the transistor switch are connected in series, the power bus of which is connected to the power bus of the temperature control device, and its the output is connected to the output of the temperature-sensitive comparator, and containing a heater connected to the output of this temperature-sensitive comparator, at m thermosensitive comparator is made with energy consumption less than an order of magnitude when it is turned off, a second thermosensitive comparator is introduced, which turns on when the temperature drops to the threshold of its inclusion, in which the input thermosensitive unit and the transistor switch are connected in series, the output of which is connected to the output of the second thermosensitive a comparator, while the second heat-sensitive comparator is made with energy consumption, less than an order of magnitude when it is turned off, and the stabilizer supply voltage connected to the output of this temperature-sensitive comparator, while the power supply bus of the input temperature-sensitive node of the first temperature-sensitive comparator is connected to the output of the voltage regulator. It is easy to see that the power bus of the first thermosensitive comparator is divided into the power bus of the input thermosensitive unit, which is connected to the output of the voltage regulator, and the power bus of the transistor cry, which is connected to the power bus of the device for temperature control, and in the second heat-sensitive comparator, and the power bus of the input the temperature-sensitive node and the power bus of the transistor switch are connected to the power bus of the device for temperature control.

Предлагаемое устройство для регулирования температуры иллюстрируется блок-схемой, приведенной на ФИГ.1. На ФИГ. 2 представлен пример конкретного схемотехнического решения предлагаемого устройства для регулирования температуры. The proposed device for temperature control is illustrated in the block diagram shown in FIG. In FIG. 2 presents an example of a specific circuit solution of the proposed device for temperature control.

Представленное на ФИГ.1 устройство для регулирования температуры содержит первый термочувствительный компаратор 1, в котором последовательно соединены входной термочувствительный узел 2 и транзисторный ключ 3, шина питания которого подключена к шине питания устройства для регулирования температуры, а его выход соединен с выходом первого термочувствительного компаратора 1, нагреватель 4, подключенный к выходу первого термочувствительного компаратора 1, второй термочувствительный компаратор 5, в котором последовательно соединены входной термочувствительный узел 6 и транзисторный ключ 7, шины питания которых подключены к шине питания устройства для регулирования температуры, а выход транзисторного ключа 7 соединен с выходом второго термочувствительного компаратора 5, и стабилизатор напряжения питания 8, подключенный к выходу второго термочувствительного компаратора 5, а выход стабилизатора напряжения питания 8 подключен к шине питания входного термочувствительного узла 2 первого термочувствительного компаратора 1. Первый термочувствительный компаратор 1 и второй термочувствительный компаратор 5 выполнены с потреблением энергии, меньшим на порядок и более, когда они выключены, чем когда они включены (без учета энергии, потребляемой нагревателем 4 и стабилизатором напряжения питания 8 соответственно). The temperature control device shown in FIG. 1 comprises a first heat-sensitive comparator 1, in which an input heat-sensitive unit 2 and a transistor switch 3 are connected in series, the power bus of which is connected to the power bus of the temperature control device, and its output is connected to the output of the first heat-sensitive comparator 1 , a heater 4 connected to the output of the first heat-sensitive comparator 1, the second heat-sensitive comparator 5, in which the input is connected in series the heat-sensitive node 6 and the transistor switch 7, the power bus of which is connected to the power bus of the device for controlling the temperature, and the output of the transistor switch 7 is connected to the output of the second heat-sensitive comparator 5, and the voltage regulator 8, connected to the output of the second heat-sensitive comparator 5, and the output voltage stabilizer 8 is connected to the power supply bus of the input heat-sensitive node 2 of the first heat-sensitive comparator 1. The first heat-sensitive comparator 1 and the second term sensing comparator 5 are made to energy consumption, a smaller order of magnitude or more when they are switched off than when they are included (excluding the energy consumed by the heater 4 and the voltage regulator 8, respectively).

Представленный на ФИГ. 2 пример конкретного схемотехнического решения предлагаемого устройства содержит те же функциональные узлы, что и на ФИГ.1, которые так же пронумерованы. Описание электрической схемы входного термочувствительного узла 2 первого термочувствительного компаратора 1 приведено в разделе "Уровень техники" настоящего описания; электрическая схема входного термочувствительного узла 6 второго термочувствительного компаратора 5 может быть выполнена так же. Транзисторные ключи выполнены на транзисторах дополнительного типа проводимости (по отношению к типу проводимости транзисторов входных термочувствительных узлов термочувствительных компараторов). В качестве стабилизатора напряжения питания применена резистивно-стабилитронная цепь с выходом от точки соединения резистора и стабилитрона. Следует отметить, что потребление энергии входным термочувствительным узлом 2 первого термочувствительного компаратора 1 через шину его питания незначительно отличается в выключенном и включенном состояниях и, по сравнению с потреблением энергии первым термочувствительным компаратором во включенном состоянии, меньше на порядок и более, что позволяет применить маломощный стабилизатор напряжения питания. Presented in FIG. 2, an example of a specific circuit solution of the proposed device contains the same functional units as in FIG. 1, which are also numbered. A description of the electrical circuit of the heat-sensitive input node 2 of the first heat-sensitive comparator 1 is given in the "Background" section of the present description; the electrical circuit of the input heat-sensitive node 6 of the second heat-sensitive comparator 5 can be performed in the same way. The transistor switches are made on transistors of an additional type of conductivity (relative to the type of conductivity of the transistors of the input thermosensitive nodes of the thermosensitive comparators). A resistive-zener diode circuit with an output from the connection point of the resistor and the zener diode is used as a supply voltage stabilizer. It should be noted that the energy consumption of the input temperature-sensitive unit 2 of the first heat-sensitive comparator 1 through its power bus is slightly different in the off and on states and, compared with the energy consumption of the first heat-sensitive comparator in the on state, is less by an order of magnitude or more, which allows the use of a low-power stabilizer supply voltage.

Работа устройства для регулирования температуры осуществляется следующим образом. Второй термочувствительный компаратор 5 должен быть так настроен, чтобы в диапазоне напряжений на шине питания устройства для регулирования температуры (например, от 23 В до 34 В) он включался при более положительной температуре, чем температура включения первого термочувствительного компаратора 1. Когда температура окружающей среды выше температуры включения первого и второго термочувствительных компараторов 1 и 5, то они выключены, энергии потребляет только входной термочувствительный узел 6 второго термочувствительного компаратора 5 и это потребление энергии мало, а на нагреватель 4 и стабилизатор напряжения питания 8 напряжения не подаются. При понижении температуры второй термочувствительный компаратор 5 включается и подает напряжение на стабилизатор напряжения питания 8, с выхода которого подается стабилизированное напряжение на шину питания входного термочувствительного узла 2 первого термочувствительного компаратора 1. Однако первый термочувствительный компаратор 1 не включается. При дальнейшем понижении температуры включается первый термочувствительный компаратор 1 и подается напряжение на нагреватель 4. Нетрудно видеть, что существует интервал температур, при котором второй термочувствительный компаратор 5, стабилизатор напряжения питания 8 и входной термочувствительный узел 2 первого термочувствительного компаратора 1 включены, однако потребляемая при этом энергия на два и более порядков меньше энергии, потребляемой нагревателем 4, когда на него подано напряжение. The operation of the device for controlling the temperature is as follows. The second temperature-sensitive comparator 5 must be configured so that in the voltage range on the power supply bus of the temperature control device (for example, from 23 V to 34 V), it turns on at a more positive temperature than the temperature of the first temperature-sensitive comparator 1. When the ambient temperature is higher the temperature of the first and second heat-sensitive comparators 1 and 5 are turned on, they are turned off, only the input heat-sensitive unit 6 of the second heat-sensitive comparator 5 consumes energy and this energy consumption is small, but no voltage is supplied to the heater 4 and the voltage regulator 8. When the temperature decreases, the second heat-sensitive comparator 5 turns on and supplies voltage to the voltage regulator 8, from the output of which a stabilized voltage is supplied to the power supply bus of the input heat-sensitive unit 2 of the first heat-sensitive comparator 1. However, the first heat-sensitive comparator 1 does not turn on. With a further decrease in temperature, the first thermosensitive comparator 1 is turned on and the voltage is supplied to the heater 4. It is easy to see that there is a temperature range in which the second thermosensitive comparator 5, the voltage regulator 8 and the input thermosensitive unit 2 of the first thermosensitive comparator 1 are turned on, however, energy is two or more orders of magnitude less than the energy consumed by heater 4 when voltage is applied to it.

Claims

A temperature control device, comprising a first thermosensitive comparator that turns on when the temperature drops to its turn-on threshold, in which the input thermosensitive unit and the transistor switch are connected in series, the power bus of which is connected to the power bus of the temperature control device, and the output of which is connected to the output of the first thermosensitive a comparator, and a heater connected to this output, while the first heat-sensitive comparator is made with energy consumption less than an order of magnitude less when it is turned off, characterized in that a second heat-sensitive comparator is introduced into it, which turns on when the temperature drops to the threshold of its inclusion, and the second heat-sensitive comparator is configured so that it turns on at a more positive temperature than the turn-on temperature the first heat-sensitive comparator, while in the second heat-sensitive comparator, the input heat-sensitive unit and the transistor switch are connected in series, the power buses of which are connected the voltage of the device for controlling the temperature, and the output of this transistor switch is connected to the output of the second heat-sensitive comparator, and the voltage regulator connected to this output, while the second heat-sensitive comparator is made with an energy consumption of less than more than an order of magnitude when it is turned off while the power supply bus of the input heat-sensitive node of the first heat-sensitive comparator is connected to the output of the voltage regulator.