专利名称：一种基于电源芯片的温控器的制作方法
技术领域：
本发明涉及温度控制和电源芯片技术领域，将电源芯片的应用扩展到温度 控制领域。更具体涉及一种基于电源芯片的温控器。适用于对功耗和体积有较高 要求的控温场合。
背景技术：
温控在工农业生产，科学研究以及日常生活中有广泛的应用，因此如何设 计适合各种场合的温控电路成了广大科研人员孜孜以求的目标。经过多年的发 展，人们已经开发出各式各样的温控器。主要有两大类 一类为模拟温控，它通 过感温器件将控温对象的温度信息反馈给控制回路，控制回路根据得到的信息对 加热功率做出适时的调整，从而让温度维持在恒定值。其中控制电路主要由分立 的模拟器件搭建。另一类为数字温控，它将感温器件获得的模拟量转化为数字量， 从而通过软件编程来实现温度的反馈控制。前者易于调节但存在功率管集电结发 热引起较大功率损失的问题。后者电路功耗虽低，但是算法随控温环境的变化较 难处理。且二者电路形式均相对复杂。在对电路功耗和体积有较高要求的场合不 适用。发明内容本发明的目的是在于提供了一种基于电源芯片的温控器，该温控器结构简 单，使用方便，自身功耗低。为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施(技术方案如图所示)该温控器包括稳压电源U1、电源芯片U2、运算放大器U3、加热丝U4、开 关二极管Dl、肖特基整流管D2、稳压二极管D3，其特征在于稳压电源Ul 的一端分别与电源芯片U2的1脚(即图1中VIN端)、开关二极管D1的正极、 电阻R6和电容C1、 C2相连，电容C1、 C2接地。稳压二极管D3分别与热敏电阻R2、电位器R4相连，稳压二极管D3分别与运算放大器U3的8脚相连，稳 压二极管D3分别与电阻R6、地线相接，稳压二极管D3与电容C5、 C6相连并 接地，热敏电阻R2、电位器R4分别与电阻R3、 R5相连并接地，运算放大器 U3的3脚与热敏电阻R2相连，运算放大器U3的2脚分别与电阻R3相连，运 算放大器U3的1脚分别与电源芯片U2的3脚(即图1中FB端)及电位器R1 相连，电位器Rl分别与运算放大器U3的1脚、2脚相连，运算放大器U3的4 脚与地线相连，电源芯片U2的1脚分别与开关二极管Dl的正极、电阻R6相连， 电源芯片U2的2脚(即图1中BOOST端)分别与开关二极管Dl的负极、电 容C4相连，电源芯片U2的3脚与运算放大器U3的1脚相连，电源芯片U2的 4脚(即图1中GND端)接地，电源芯片U2的5脚(即图1中VC端)与电容 C3相连并接地，电源芯片U2的6脚(即图1中的SHDN端)空置。电源芯片 U2的7脚(即图1中SYNC端)接地，电源芯片U2的8脚(即图1中VSW端) 分别与电感L1、电容C4相连，电源芯片U2的8脚与肖特基整流管D2的负极 相连并接地，电感L1与加热丝U4的一端相连，电感L1分别与电容C7、 C8相 连并接地，加热丝U4的另一端接地。工作原理本发明的核心在于采用了开关稳压电源芯片U2 (LT1959),关 键在于图1中的J点没有通过分压电阻与LT1959的FB端(即图1中U2的3 脚)连起来，FB端电压改由独立的稳压二极管提供。若J点通过分压电阻与LT1959 的FB端连起来，FB端电压不由独立的稳压二极管提供，则为电源芯片的典型接 法，J点会输出恒定电压，与VIN端(即图1中U2的1脚)电压无关。若J点 不通过分压电阻与LT1959的FB端连起来，且FB端电压由独立的稳压二极管提 供，(另外为提高FB端电压比较灵敏度，增加了平衡电桥差分放大回路)。则 LT1959的功能将发生改变。J点输出电压不再恒定，当FB端电压小于1.21V时， J点有电压输出，而在大于1.21V时没有电压输出。这样只要将FB端电压与热 敏电阻的变化联系起来，就可实现温控作用。按照本发明的接法，图1中J点电 压不再受制于分压电阻，而是随着VIN端电压的增大而增大，因此只要将稳压 电源输出值适当改变，J点输出电压会改变，温控器的输出功率会相应改变，故 可通过调节稳压电源电压调节功率输出来适应不同的控温对象。当电路刚接通时热敏电阻(该热敏电阻为负温度系数)R2的值较大，这时运算放大器U3的3脚的电压将小于2脚电压，则l脚输出低电平，这个低电平 值小于1.21V，此时LT1959持续提供电压，通过加热丝给被控物体加温，被控 物体温度迅速升高。随着温度的上升R2会逐渐减小，致使运算放大器U3的3 脚的电压大于2脚电压，经运放放大的差值会逐渐上升，当FB端电压达到1.21V 时，开始建立平衡， 一旦加热致使FB端电压超过1.21V， LT1959输出电压变为 零，在实验中发现由于输出端并联电容放电需要时间，供给加热丝的电压不是立 即变为零，但电路提供给加热丝的功率会减少，从而使温度回落， 一旦温度下降 致使FB端电压低于1.21V ， LT1959立即输出电压给被控物体加热。就这样电 路来回寻找平衡点直至最终控制在需要的温度。本温控器与传统的模拟或数字温控器相比在保持指标不降低的情况下，还具有如下优点1、 电路结构简单，方便易调仅由LT1959及其外围电路，再加上温控所必 需感温器件和发热器件组成。与传统的模拟或数字温控相比元器件的数目大大减 少。若将其布置在电路板上，电路板的面积仅为传统的模拟或数字温控的1/2到 1/3。这样无论从制造还是从调试上都大为简化，因此特别适用于产品小型化。2、 电路自身功耗低在传统的模拟或数字温控中，电路较为复杂，其中仅 电源芯片就至少需要一到两个，而且通常有大功率发热器件，因此电路本身的器 件就要消耗一部分功率，这部分功率往往被白白浪费。在本发明中，电路的功耗 器件基本上就是一个电源芯片，其它为数不多的器件功耗几乎可忽略不计。鉴于 这些，电路的功耗将比传统的模拟或数字温控低得多。
图1为一种基于电源芯片的温控器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明温控电路的工作过程作进一步说明-根据附图1可知，稳压电源Ul分别与电源芯片U2 (降压型开关稳压电源 芯片，型号LT1959)的输入端，开关二极管Dl (型号为IN4148)的正极，电 阻R6相连，为电源芯片U2及稳压二极管D3提供电源。稳压电源U1还与电容Cl、 C2相连，电容C1、 C2的值分别为10/^F、 0.1//F，它们在此作为电源滤波用。稳压二极管D3与电阻R6、热敏电阻R2、电位器R4，运算放大器U3 (型 号为AD8039)的8脚相连，为热敏电阻R2，电位器R4，运算放大器U3提供基准电压，稳压二极管D3两端并联有电容C5、 C6,值分别为10/^F、 0.1//F,用来稳定基准电压。电源芯片U2的1脚和2脚通过开关二极管Dl相连，电源芯片U2的2脚和8脚通过0.1 /iF的电容C4相连，电源芯片U2的5脚通过1.5wF的电容C3与地相连，电源芯片U2的4脚直接与地相连，电源芯片U2的6脚(即图1中的SHDN端)空置，电源芯片U2的8脚与值为l/zi/的电感Ll及续流二极管D2 (肖特基整流管，型号为IN5819)负极相连。电感L1另一端与两滤波电容C7、 C8相连，电容C7、 C8都为10//F的大电容，用来稳定输出电压。热敏电阻R2、电位器R4，电阻R3和R5组成平衡电桥，其中电阻R2为负温度系 数热敏电阻，它要求紧贴在被控对象表面，用来适时监测被控对象的温度信息， 电阻R4为电位器，用来调节温度控制点。电阻R3和R5为阻值相同的电阻。平 衡电桥的热敏电阻R2路，电位器R4路分别与运算放大器U3的3脚、2脚相连。 运算放大器U3的1脚与电源芯片U2的3脚相连，电位器Rl连接在运算放大器 U3的l脚和2脚做放大调节用。现在以环境温度20'C，而要将被控对象精确控制在7(TC为例(本例中加热 丝的阻值为40欧)来说明本发明的工作过程-首先将稳压电源输出电压设定在7V，电位器R4的值设为17.33R，接着接 通电源，刚开始加热时，热敏电阻R2处在环境温度中，由于它为负温度系数热 敏电阻，则一开始它的值较大，大于电位器R4的值，考虑到电阻R3和R5阻值 相同，则运算放大器U3的2脚电压大于3脚电压，运算放大器U3输出低电平， 这个低电平值小于1.21V，此时LT1959持续提供电压，通过加热丝给被控物体 加温，被控物体温度迅速升高。随着温度的上升热敏电阻R2的阻值会逐渐减小， 直至小于电位器R4的值，致使运算放大器U3的3脚的电压大于2脚电压，运 放处在放大工作状态，经运放放大的差值会逐渐上升，当FB端电压(即为运算 放大器U3的3脚电压)达到1.21V时，开始建立平衡，则此时一旦加热致使FB 端电压超过1.21丫，则LT1959输出电压变为零，在实验中发现由于输出端并联电容放电需要时间，供给加热丝的电压不是立即变为零，但电路提供给加热丝的 功率会减少，从而使温度回落， 一旦温度下降致使电阻R2的值回升，导致FB 端电压低于1.21V , LT1959立即输出电压给被控物体加热。就这样电路来回寻 找平衡点，电阻R2的值被锁定在电位器R4的值上，因为电位器R4的值被设定 为70'C时热敏电阻的值，被控对象也就被控温在7(TC。若精度不够，可适当调 节电位器R1的值。采用该发明的温控器，在恒温箱中做实验，测得其控温能力可超过4%。，且 短期波动仅在0. 002°C 。可在小型化和低功耗场合使用。
权利要求
1. 一种基于电源芯片的温控器，它包括稳压电源(U1)、电源芯片(U2)、运算放大器(U3)、加热丝(U4)，开关二极管(D1)、肖特基整流管(D2)、稳压二极管(D3)，其特征在于稳压二极管(D3)分别与热敏电阻(R2)、电位器(R4)相连，稳压二极管(D3)分别与运算放大器(U3)相连，稳压二极管(D3)分别与电阻(R6)、地线相接，稳压二极管(D3)与电容(C5、C6)相连并接地，热敏电阻R2、电位器R4分别与电阻(R3、R5)相连，运算放大器(U3)与热敏电阻(R2)相连，运算放大器(U3)与电阻(R3)相连，运算放大器(U3)分别与电源芯片(U2)及电位器(R1)相连，电位器(R1)分别与运算放大器(U3)相连，电源芯片(U2)分别与开关二极管(D1)的正极、电阻(R6)相连，电源芯片(U2)分别与开关二极管(D1)的负极、电容(C4)相连，电源芯片(U2)与运算放大器(U3)相连，电源芯片(U2)与电容(C3)相连并接地，电源芯片(U2)接地，电源芯片(U2)分别与电感(L1)、电容(C4)相连，电源芯片(U2)与肖特基整流管(D2)的负极相连，电感(L1)与加热丝(U4)的一端相连，电感(L1)分别与电容(C7、C8)相连，加热丝(U4)的另一端接地。
2、 根据权利要求1所述的一种基于电源芯片的温控器，其特征在于稳压 电源(Ul)的一端分别与电源芯片(U2)、开关二极管(Dl)的正极、电阻(R6) 和电容(Cl、 C2)相连。
全文摘要
本发明公开了一种基于电源芯片的温控器，它包括稳压电源、电源芯片，运算放大器、加热丝，稳压电源分别与电源芯片、开关二极管、电阻和电容相连。稳压二极管分别与运算放大器相连，稳压二极管分别与电阻、地线相接，稳压二极管与电容相连并接地，运算放大器与电阻相连，运算放大器分别与电源芯片及电位器相连，电源芯片分别与开关二极管、电阻相连，电源芯片分别与开关二极管、电容相连，电源芯片与运算放大器相连，电源芯片与电容相连，电源芯片接地，电源芯片分别与电感、电容相连，电源芯片与肖特基整流管相连，电感与加热丝的一端相连，电感分别与电容相连，加热丝的另一端接地。本发明结构简单，使用方便，自身功耗低。
文档编号G05F1/56GK101266503SQ20081004742
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月22日 优先权日2008年4月22日
发明者刘朝阳, 郑金州, 陈杰华 申请人:中国科学院武汉物理与数学研究所