CN206039330U - 高精度温度控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高精度温度控制电路，包括温度信号采集电路、温度信号处理电路、电源电路以及三角波发生电路，温度信号采集电路和电源电路分别连接温度信号处理电路，温度信号处理电路和三角波发生器电路分别连接比较器电路，比较器电路的输出端连接功率放大电路。本实用新型控制精度高，干扰小，效率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及调控电路，具体为一种高精度温度控制电路。
背景技术
随着电气、电力行业技术的发展，电力电子技术中的应用越来越广泛，温控电路被普遍应用于需对温度灵活调整的环境或设备中，通过对环境或设备温度实时监控进而实施有效调节。目前大部分的温控电路在处理信号过程中抗干扰性较弱，以及受环境影响或调节设备(如加热器件)功耗等的影响，调节精度差，调节效率低。
有鉴于此，特提出本实用新型。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种高精度温度控制电路，控温精度高、干扰小、抗干扰能力强。
为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：
一种高精度温度控制电路，包括温度信号采集电路、温度信号处理电路、电源电路以及三角波发生电路，温度信号采集电路和电源电路分别连接温度信号处理电路，温度信号处理电路和三角波发生器电路分别连接比较器电路，比较器电路的输出端连接功率放大电路。
进一步的，上述的高精度温度控制电路中，所述温度信号采集电路包括温度传感器和与温度传感器电路连接的信号转换器。
优选的，上述的高精度温度控制电路中，所述温度信号采集电路为温度变送器。
进一步的，上述的高精度温度控制电路中，所述电源电路为高精度的电压源电路，包括通过电阻R15连接在输入端和地端的稳压二极管T1作为基准电压源，还包括通过电阻R15连接在输入端和地端的两并联的电容，两并联的电容分别为无极电容C10和电解电容C12，电压源电路通过电位器连接输出引脚Vref。
进一步的，上述的高精度温度控制电路中，所述温度信号处理电路包括信号一次处理电路；所述信号一次处理电路包括第一运算放大器A1，第一运算放大器A1的两输入端之间设置电流取样电阻R1，第一运算放大器的输出端与调零端之间设置调零电路，调零电路的串联节点与地端连接有滤波电路；信号一次处理电路设有输出引脚Temp Signal。
进一步的，上述的高精度温度控制电路中，所述温度信号处理电路包括信号二次处理电路；信号二次处理电路包括第三运算放大器，第三运算放大器的反相输入端与输出端之间设置RC振荡电路；同相输入端连接电源电路输出引脚Vref，同相输入端通过电阻R21接地；反相输入端连接信号一次处理电路输出引脚Temp Signa。
进一步的，上述的高精度温度控制电路中，所述三角波发生器电路包括第二运算放大器，第二运算放大器同相输入端与输出端串联电阻DR5，同相输入端通过电阻DR6接地；第二运算放大器的反相输入端与输出端串联电阻DR4构成反馈电路，反向输入端通过电容DC1接地，三角波发生器电路产生的三角波信号通过三角波发生器电路的输出引脚Signal输出。
进一步的，上述的高精度温度控制电路中，所述比较器电路包括第四运算放大器，信号二次处理电路的输出端通过保护电阻R19连接第四运算放大器的反向输入端，第四运算放大器的同相输入端连接三角波发生器电路的输出引脚Signal，比较器电路的输出端通过保护电阻R20连接功率放大器。
进一步的，上述的高精度温度控制电路中，所述功率放大器包括第一功率三极管V1和第二功率三极管V2；所述第一功率三极管的基极上连接偏置电阻DR3，第一功率三极管发射极连接第二功率三极管的基极，第二功率三极管的发射极接地；第一功率三极管的集电极和第二功率三极管的集电极均连接至功率放大电路的输出端。
采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：
本实用新型控温精度高：现有同类温度控制的控温精度在±0.2℃，本实用新型温度控制电路可以将温度控制在±0.02℃；
本实用新型干扰小：现有温度控制的温度控制过程中，对被加温产品的干扰比较大，相同的被保温产品，用现有温度控制的噪声在6mV，用此温度控制可以降低一半到3mV以内；
本实用新型抗干扰能力强：外界环境温度的变化和被加温产品的功耗等的变化对现有温度控制***影响较大，表现形式为加温电流的大小随着环境温度的变化和被加温产品的功耗大小其变化量较大；本实用新型通过调节电压源电路Vref输出的大小调节控制温度的高低，外界环境温度的变化和被加温产品的功耗对本实用新型电路影响较小。
本实用新型抗效率高：现有温度控制选用的是模拟方式的温度控制方式，现有温度控制方式的更多功耗是消耗在功率管上，本实用新型采用PWM方式的温度控制方式，功率管的工作状态要么是断开状态，要么是导通状态，不存在功率管消耗功耗的情况。
附图说明
图1是本实用新型一种高精度温度控制电路的温度信号采集电路和信号一次处理电路的连接关系示意图；
图2是本实用新型一种高精度温度控制电路的电压源电路示意图；
图3是本实用新型一种高精度温度控制电路的三角波发生器电路示意图；
图4是本实用新型一种高精度温度控制电路的信号二次处理电路、比较器电路以及功率放大电路的连接关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明，以助于理解本实用新型的内容。为了简化本实用新型的公开，本文中以高精度温度控制电路一种具体实施方式为例，对其中的元器件和电路结构进行描述说明。此外，为了能够清楚表达，本文在电路结构描述过程中对元器件使用数字和/或字母(如第一运算放大器A1、稳压二极管T1等)进行标识加以区分，这种标识是为了简化和清楚的目的，其数字和/或字母本身不对所讨论各种元器件造成限制。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本实用新型。
如图1-图4所示，一种高精度控制电路，包括温度信号采集电路、温度信号处理电路、电源电路以及三角波发生电路，温度信号采集电路和电源电路分别连接温度信号处理电路，温度信号处理电路和三角波发生器电路分别连接比较器电路，比较器电路的输出端连接功率放大电路，功率放大电路的输出端连接被加热体。
所述温度信号采集电路包括温度传感器和与温度传感器电路连接的信号转换器。所述温度信号采集电路可以是温度变送器，用于将检测到的温度信息转换成4-20mA的电流形式的温度信号输出。
所述温度信号处理电路包括信号一次处理电路和信号二次处理电路，所述信号一次处理电路包括第一运算放大器A1，第一运算放大器A1的两输入端之间设置电流取样电阻R1，第一运算放大器的输出端与调零端之间设置调零电路进行失调补偿，调零电路包括电阻串R2、R3，电阻R2、R3的串联节点与地端连接有滤波电路，滤波电路由电阻R4和电解电容C11构成；信号一次处理电路将温度信号采集电路输出的4-20mA的电流形式的温度信号转换成电压形式的信号，通过信号一次处理电路的输出引脚Temp Signal输出。
所述电源电路为高精度的电压源电路，包括通过电阻R15连接在输入端和地端的稳压二极管T1作为基准电压源，还包括通过电阻R15连接在输入端和地端的两并联电容，分别为无极电容C10和电解电容C12，以增强滤波性能、降低干扰，电压源电路通过电位器连接输出引脚Vref以向后续电路输出基准电压信号。
所述三角波发生器电路包括第二运算放大器，第二运算放大器同相输入端与输出端串联电阻DR5，同相输入端通过电阻DR6接地；第二运算放大器的反相输入端与输出端串联电阻DR4构成反馈电路，反向输入端通过电容DC1接地，三角波发生器电路产生的三角波信号通过三角波发生器电路的输出引脚Signal输出。
所述信号二次处理电路包括第三运算放大器，第三运算放大器的反相输入端与输出端之间设置RC振荡电路，RC振荡电路由电阻R18和电容C28构成；同相输入端连接电源电路输出引脚Vref，同相输入端通过电阻R21接地；反相输入端连接信号一次处理电路输出引脚Temp Signal，信号一次处理电路输出引脚Temp Signal通过电容并联接地；信号二次处理电路电源端均通过电容接地滤波。
所述比较器电路包括第四运算放大器，信号二次处理电路的输出端通过保护电阻R19连接第四运算放大器的反向输入端，第四运算放大器的同相输入端连接三角波发生器电路的输出引脚Signal，比较器电路的输出端通过保护电阻R20连接功率放大器。
所述功率放大器包括第一功率三极管V1和第二功率三极管V2，所述第一功率三极管的基极上连接偏置电阻DR3，其发射极连接第二功率三极管的基极，第二功率三极管的发射极接地；第一功率三极管的集电极和第二功率三极管的集电极均连接至功率放大电路的输出端到加热体HeatingX。本实用新型采用PWM方式的温度控制方式，功率管的工作状态要么是断开状态，要么是导通状态，不存在功率管消耗功耗的情况。
本实用新型电压源电路产生一个电压精度为0.01％，电压稳定性小于10μV的6.2V的直流高精度电压源，通过精密电位器对此电压进行调整，最终由引脚Vref输出；电压源电路和三角波发生器电路产生后续电路使用的电源信号；
当信号一次处理电路接收到来自经温度变送器输出的4-20mA的电流形式的温度信号后，将4-20mA的温度信号转换为电压形式的信号，由信号一次处理电路的输出引脚Temp Signal输出；信号二次处理电路将处理完的Temp Signal信号与高精度电压源电路引脚Vref输出的基准电压信号做加法运算，将此Temp Signal电压信号转换成可以使用的电压信号，转换后的此电压信号经过比较器电路与三角波发生器电路产生的三角波信号进行比较，根据此电压信号的高低，来确定比较器输出方波的波形的占空比大小，此方波的频率与三角波动额频率一致，此方波的占空比即决定了功率放大电路的达林顿结构的功率三极管的通断情况，根据此通断情况来实现加热体HeatingX的加温与否，从而达到温度控制的目的。
电路初始工作时由于温度信号与基准电压信号Vref的差异较大，信号经比较器比较之后，功率放大器一直处于三极管导通状态，随着温度的升高，当快要达到温度平衡时，比较器电路输出一个占空比比较合适的方波信号来控制功率放大电路截止；本实用新型通过调节电压源电路Vref输出的大小可以调节控制温度的高低，通过调节三角波发生电路的三角波频率可以改变加热体的通断电频率。
本实用新型控温精度高：现有同类温度控制的控温精度在±0.2℃，本实用新型温度控制电路可以将温度控制在±0.02℃；
本实用新型干扰小：现有温度控制的温度控制过程中，对被加温产品的干扰比较大，相同的被保温产品，用现有温度控制的噪声在6mV，用此温度控制可以降低一半到3mV以内；
本实用新型抗干扰能力强：外界环境温度的变化和被加温产品的功耗等的变化对现有温度控制***影响较大，表现形式为加温电流的大小随着环境温度的变化和被加温产品的功耗大小其变化量较大；本实用新型通过调节电压源电路Vref输出的大小调节控制温度的高低，外界环境温度的变化和被加温产品的功耗对本实用新型电路影响较小。
本实用新型效率高：现有温度控制选用的是模拟控制方式的温度控制方式，当达到设定温度点后，更多功耗是消耗在功率管上，本实用新型采用PWM方式的温度控制方式，功率管的工作状态要么是断开状态，要么是导通状态，不存在功率管消耗功耗的情况。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种高精度温度控制电路，其特征在于，包括温度信号采集电路、温度信号处理电路、电源电路以及三角波发生电路，温度信号采集电路和电源电路分别连接温度信号处理电路，温度信号处理电路和三角波发生器电路分别连接比较器电路，比较器电路的输出端连接功率放大电路。
2.根据权利要求1所述的高精度温度控制电路，其特征在于，所述温度信号采集电路包括温度传感器和与温度传感器电路连接的信号转换器。
3.根据权利要求2所述的高精度温度控制电路，其特征在于，所述温度信号采集电路为温度变送器。
4.根据权利要求1所述的高精度温度控制电路，其特征在于，所述电源电路为高精度的电压源电路，包括通过电阻R15连接在输入端和地端的稳压二极管T1作为基准电压源，还包括通过电阻R15连接在输入端和地端的两并联的电容，两并联的电容分别为无极电容C10和电解电容C12，电压源电路通过电位器连接输出引脚Vref。
5.根据权利要求4所述的高精度温度控制电路，其特征在于，所述温度信号处理电路包括信号一次处理电路；所述信号一次处理电路包括第一运算放大器A1，第一运算放大器A1的两输入端之间设置电流取样电阻R1，第一运算放大器的输出端与调零端之间设置调零电路，调零电路的串联节点与地端连接有滤波电路；信号一次处理电路设有输出引脚TempSignal。
6.根据权利要求5所述的高精度温度控制电路，其特征在于，所述温度信号处理电路包括信号二次处理电路；信号二次处理电路包括第三运算放大器，第三运算放大器的反相输入端与输出端之间设置RC振荡电路；同相输入端连接电源电路输出引脚Vref，同相输入端通过电阻R21接地；反相输入端连接信号一次处理电路输出引脚Temp Signa。
7.根据权利要求6所述的高精度温度控制电路，其特征在于，所述三角波发生器电路包括第二运算放大器，第二运算放大器同相输入端与输出端串联电阻DR5，同相输入端通过电阻DR6接地；第二运算放大器的反相输入端与输出端串联电阻DR4构成反馈电路，反向输入端通过电容DC1接地，三角波发生器电路产生的三角波信号通过三角波发生器电路的输出引脚Signal输出。
8.根据权利要求7所述的高精度温度控制电路，其特征在于，所述比较器电路包括第四运算放大器，信号二次处理电路的输出端通过保护电阻R19连接第四运算放大器的反向输入端，第四运算放大器的同相输入端连接三角波发生器电路的输出引脚Signal，比较器电路的输出端通过保护电阻R20连接功率放大器。
9.根据权利要求8所述的高精度温度控制电路，其特征在于，所述功率放大器包括第一功率三极管V1和第二功率三极管V2；所述第一功率三极管的基极上连接偏置电阻DR3，第一功率三极管发射极连接第二功率三极管的基极，第二功率三极管的发射极接地；第一功率三极管的集电极和第二功率三极管的集电极均连接至功率放大电路的输出端。
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| CN108398972A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-08-14 | 高玉琴 | 基于可控硅的温度控制器 |
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