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基于滞回比较器的温度滞回控制系统设计

CHANBAEK 来源:CSDN博主yummy说电子 作者:CSDN博主yummy说电子 2023-04-24 14:53 次阅读

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

pYYBAGRGJo6AVK0FAACdYwYkCj8103.png

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vh= 0.9V,vl= 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。如果在分压威廉希尔官方网站 后串联输入电阻Rin,会有一部分电流通过Rin流入威廉希尔官方网站 ,这部分电流会影响参考电压值,故要求分压威廉希尔官方网站 的电流“远大于”流过Rin的电流。如果分压威廉希尔官方网站 的电流太大,会白白浪费电能,所以威廉希尔官方网站 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UREF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。

wKgaomRGJp-AWFizAABSH1_BUe8705.png

令uP=uN,分析P点的电流关系,或者应用叠加定理,可以求出此威廉希尔官方网站 的阈值电压

wKgZomRGJqqAXdjbAAAIMiZug5o681.png

wKgaomRGJq2AAbmxAAAIJ1DWCko546.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uO视为0的时候,R2是输入电阻,R3//R4是反馈电阻;将提供UREF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。由于实际应用的威廉希尔官方网站 没有负电压,所以最低输出是0V,可以删去vl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:vh出现的时机是uO从5V变为0V的时候,在应用vh之前的一瞬间,输出必然是5V。威廉希尔官方网站 可以如下图化简:

poYBAGRGJtmASuwqAABU66eD8pw829.png

此时R2与R4并联, 同向输入端的电压vh简单地用分压公式就可以求出:

wKgZomRGJtiAdYwqAAAFvNqhikU419.png

同理,vl出现的时机是uO从0V变为5V的时候,在应用vl之前的一瞬间,输出必然是0V。威廉希尔官方网站 可以如下图化简:

pYYBAGRGJvSAZ7BCAABa0iDmU6Q418.png

此时R3与R4并联, 同向输入端的电压Vl也用分压公式求出:

wKgZomRGJviASs72AAAF6KCL1xU890.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vh= 0.9V,vl= 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威廉希尔官方网站 ,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:

poYBAGRGJwiAVLKVAACLBuwRu3Y362.png

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