电子设计教程30：温度滞回控制系统

梦里梦外; 2023-07-15 02:50 1阅读 0赞

本节我们用滞回比较器的原理，设置一个温度滞回控制系统，让散热风扇在温度高于40℃时启动，在温度低于25℃时停止。  
  我用的温度传感器应用的是TPM235，在温度大于0℃的时候，输出电压Vt与温度t的关系如下：  
Vt = 0.5 + 0.01 \* t  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2dlZWtfbW9ua2V5_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
  风扇在温度高于40℃时启动，此时电压为0.9V；在温度低于25℃时停止，此时电压为0.75V。令v\_h= 0.9V，v\_l= 0.75V。  
  参考电压可以由电阻分压来提供，如下图使用R2与R3对Vcc进行分压。如果在分压电路后串联输入电阻R\_in，会有一部分电流通过R\_in流入电路，这部分电流会影响参考电压值，故要求分压电路的电流“远大于”流过R\_in的电流。如果分压电路的电流太大，会白白浪费电能，所以电路可以稍加优化，取消输入电阻，或者说把分压电阻当做输入电阻。此时参考电压U\_REF可以理解为“把5V经过特殊分压得到的参考电压”，此处的“特殊”在于分压电阻受输出电压的影响，参考电压并非一成不变。  
![在这里插入图片描述][20200315100620165.png]  
  令u\_P=u\_N，分析P点的电流关系，或者应用叠加定理，可以求出此电路的阈值电压：  
![在这里插入图片描述][20200315100701176.png]  
![在这里插入图片描述][20200315100712428.png]

这两个值仍满足分析滞回比较器阈值电压的通用公式。只不过输入电阻与反馈电阻都不是确定值：将u\_O视为0的时候，R2是输入电阻，R3//R4是反馈电阻；将提供U\_REF的5V电源电压视为0的时候，R2//R3是输入电阻，R4是反馈电阻。由于实际应用的电路没有负电压，所以最低输出是0V，可以删去v\_l的“-(R2//R3)/(R2//R3+R4) Vcc”。  
  在将具体数值带入计算之前，可以分情况讨论，把公式进一步化简：v\_h出现的时机是u\_O从5V变为0V的时候，在应用v\_h之前的一瞬间，输出必然是5V。电路可以如下图化简：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2dlZWtfbW9ua2V5_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
  此时R2与R4并联， 同向输入端的电压v\_h简单地用分压公式就可以求出：  
![在这里插入图片描述][20200315100814242.png]  
  同理，v\_l出现的时机是u\_O从0V变为5V的时候，在应用v\_l之前的一瞬间，输出必然是0V。电路可以如下图化简：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2dlZWtfbW9ua2V5_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
  此时R3与R4并联， 同向输入端的电压Vl也用分压公式求出：  
![在这里插入图片描述][20200315100917743.png]  
  可以看出，理论计算的结果，与分情况讨论的结果是一样的，但后者更好理解，也更容易计算。将v\_h= 0.9V，v\_l= 0.75V套入各自的公式。  
  由于存在R2，R3，R4三个未知量，但是只有两个公式，所以只能计算出三者的比值，不能算出具体数值。可以令某个电阻为方便计算的整数值，算出另外两个电阻。比如令R4=100K，可以算出R2=20K，R3=3.659K取3.6K。  
  在输入端加上低通滤波，避免高频噪声干扰。在输出端增加两个LED，用于指示输出电压情况。一般来说运放的输出级是推挽输出电路，有较强的带负载能力，所以能够直接驱动LED。如果只需输出高低电平，无需带负载，可以在运放的输出端串联电阻作为保护。最终完成设计如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2dlZWtfbW9ua2V5_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

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