它包含三個想法。
將雙極型功率晶體管復(fù)用在溫度自測和自發(fā)熱之間,從而實現(xiàn)自控溫度。
關(guān)閉恒溫器晶體管與需要溫度控制的組件的熱耦合。因此,當(dāng)晶體管對自身進(jìn)行恒溫時,它也會對與其熱結(jié)合的組件進(jìn)行恒溫。
利用?Vbe感測獲得晶體管 (Kelvin) 溫度的準(zhǔn)確且無需校準(zhǔn)的測量值,從而促進(jìn)準(zhǔn)確的溫度設(shè)定點 [1]。
一種明顯的替代方法是使用晶體管 Vbe tempco 進(jìn)行溫度自檢測,由于其明顯的簡單性而很有吸引力,但在實踐中,它的實用性受到不可預(yù)測的晶體管 Vbe 可變性的限制。在參考文獻(xiàn) 1 中,的模擬大師 Jim Williams 解釋了這個問題如何需要初始傳感器晶體管校準(zhǔn)(如果傳感器需要更換,則需要重新校準(zhǔn))。
但后來他用一個巧妙的解決方案挽救了局面。
Jim 寫道,事實證明,雖然隨機(jī)晶體管的恒定電流 Vbe 不可預(yù)測,但 BJT Vbe隨可變電流的變化是非常可預(yù)測的。具體來說,它可靠地服從這個簡單的對數(shù)方程……
?V BE = 制表符 LOG 10 (I 2 /I 1 ) / 5050
其中 Tabs = o開爾文的溫度。因此,當(dāng)用作溫度計時……
Tabs = ?V BE 5050 / LOG 10 (I 2 /I 1 )
請注意,那個容易記住的“50-50”常量!
在這個恒溫器應(yīng)用中I 2 /I 1 = 2,所以……
?V BE = 選項卡 LOG 10 (2) / 5050 = 59.61 μV/ o K
圖 2顯示了恒溫器運(yùn)行的兩個 8.33 ms 周期。每個對應(yīng)于 60 Hz 交流電源的半個周期(50 Hz 也可以),因此它們以 120 Hz 重復(fù)并包括四個步驟。
圖 2具有兩個 8.33 ms 恒溫器運(yùn)行周期的溫度測量/控制周期,其中每個周期都包含四個步驟:自動歸零、設(shè)定點比較、加熱/冷卻和 A1d 重置。
第 1 步:自動歸零包括 Q1 的發(fā)射極電流 Iq1 從零上升到 ~50 mA 所需的~520 μs 時間間隔,由 R3 和比較器 A1c 檢測到,相對于 5.00 V 參考 U2 和 R4 提供的精密 500 mV 閾值電壓, R5、R6分壓網(wǎng)絡(luò)。在此步驟中,A1c 引腳 8 為低電平,配置開關(guān) U1a 和 U1b 以導(dǎo)致 A1a 自動歸零。A1a 的自動歸零很有用,因為與 A1 的(典型值 2 mV,值 4.5 mV)Vos 偏移電壓相比,ΔVbe信號的振幅較低 (《60 μV/ o K) 。如果不進(jìn)行校正,這將意味著 33 o K 到 75 o K的(未歸零)溫度測量誤差。獲取、保持并因此減去 C1 上 A1a 的 Vos 避免了這種無節(jié)制的命運(yùn)。
自動歸零在 Iq1 = 50 mA 時結(jié)束,迫使 Vr3 = 500 mV 驅(qū)動 A1c pin8 = 0 并開始設(shè)置點比較步驟。
第 2 步:設(shè)定點比較占用接下來的 520 μs,同時 Iq1 從 50 mA 翻倍至 100 mA,產(chǎn)生上述 I 2 /I 1 = 2,從而產(chǎn)生 59.61 μV/ o K 溫度測量 Vbe 增量。A1a 將其與設(shè)定點偏置電阻 R2 的編程溫度設(shè)定點進(jìn)行比較,以便……
Vr1 = 5.96 μA x R1
R1 = T(設(shè)定點)o K x 10 Ω
以下是所選設(shè)定點溫度的一些示例 R1 值(接近的標(biāo)準(zhǔn)電阻值)……
比較步驟的結(jié)果(T 》 或 《 設(shè)定值)被采樣并保存在 C2 上。
步驟#2 在 Iq1 = 100 mA 和 Vr3 = 1 V 時結(jié)束,將 A1d 引腳 14 驅(qū)動為低電平并導(dǎo)致開關(guān) U1c 傳輸 Vc2。因此,Vbe 增量設(shè)置點與雙穩(wěn)態(tài) A1b 的比較結(jié)果。控制信號從那里進(jìn)入加熱啟用/禁用晶體管 Q2 的基極。
步驟 #3:加熱/冷卻跨越交流半周期的大部分剩余時間,對應(yīng)于步驟 #2 的 T《設(shè)定點(加熱)或 T》設(shè)定點(冷卻)結(jié)果以及 A1d 和 Q2 的結(jié)果狀態(tài)。請注意,在圖 2 中,左側(cè)半周期顯示 T 《 設(shè)定點(加熱)的結(jié)果,而右側(cè)顯示 T 》 設(shè)定點(冷卻)的結(jié)果。
第 4 步:A1d 重置使用交流過零通過連接 Q3 的二極管每 8.33 ms 重置 A1d 鎖存器,為另一個恒溫周期做準(zhǔn)備。
,我應(yīng)該提一下關(guān)于嘗試使 ΔVbe 溫度測量通常與功率晶體管一起工作的一個 警告買者類型的事情:大多數(shù)情況下它不會。
盡管大多數(shù)小信號晶體管天生就符合 Williams 描述的對數(shù)關(guān)系,但許多(也許是大多數(shù))功率晶體管肯定不符合。幸運(yùn)的是,Rohm 2SCR586J 是個例外,它準(zhǔn)確地遵循了“5050”算法。
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