摘 要：介紹TMP01可編程溫度控制器的工作原理及控制點(diǎn)的設(shè)置方法，分析了TMP01在溫控和傳輸中的典型應(yīng)用電路。
關(guān)鍵詞：溫度控制器；AD654VFC；達(dá)林頓晶體管
1 簡(jiǎn)介
TMP01型溫度控制器是美國(guó)AD公司生產(chǎn)的一種低功耗可編程溫度控制器，有8針雙列直插和表貼兩種封裝方式，工作溫度范圍－55℃～＋85℃，4．5V～13．2V單電壓工作。該芯片能產(chǎn)生與溫度成比例的直流電壓信號(hào)，當(dāng)被測(cè)溫度高于或低于設(shè)置的溫度觸發(fā)點(diǎn)時(shí)，分別從兩個(gè)輸出端中的一個(gè)產(chǎn)生控制信號(hào)，溫度點(diǎn)的設(shè)置可通過選取外部電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。該控制器的溫度控制精度可達(dá)±1℃，控制信號(hào)輸出負(fù)載能力達(dá)20mA，能用于控制多種裝置。
2 工作原理
TMP01是一個(gè)線性電壓輸出的溫度傳感器，其組成原理如圖1所示，電壓參考端VREF能輸出低漂移的2．5V參考電壓，在VPTAT端輸出與絕對(duì)溫度成比例的電壓信號(hào)，溫度系數(shù)為5mV／K，25℃時(shí)為1．49V。兩個(gè)比較器可分別將外部高、低溫度設(shè)置點(diǎn)電壓 （SETHIGH、SETLOW）與內(nèi)部溫度傳感器電壓比較；當(dāng) 內(nèi)部傳感器測(cè)量的溫度高于或低于外部電阻設(shè)置的溫度觸發(fā)點(diǎn)時(shí)，在OVER或UNDER端產(chǎn)生開路輸出信號(hào)，啟動(dòng)外接的加溫或降溫裝置工作，從而實(shí)現(xiàn)雙溫自動(dòng)控制功能。
TMP01溫度控制器內(nèi)部設(shè)置了溫度滯后模塊。在比較器的輸入端通過一個(gè)1kΩ的電阻，產(chǎn)生一個(gè)滯后偏移電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度滯后，通過選取適當(dāng)?shù)耐獠侩娮鑱?lái)控制內(nèi)部滯后電流（IHYS）的大小，設(shè)置滯后溫度的度數(shù)。設(shè)置了滯后溫度之后，只有在內(nèi)部比較器的輸入等于溫度傳感器電壓與滯后偏移電壓之和時(shí)，才能使比較器輸出啟動(dòng)或復(fù)位。
內(nèi)部滯后電流（IHYS）與外部溫度設(shè)置參考端電流（IVREF）的關(guān)系如下：
IHYS＝IVREF＝5μA／℃＋7μA
因?yàn)閂REF＝2．5V，所以當(dāng)參考負(fù)載電阻為357kΩ或更大時(shí)（輸出電流為7μA或更小），溫度滯后為0℃。如果負(fù)載電阻值更大，只會(huì)進(jìn)一步減小輸出電流和內(nèi)部滯后電流，不會(huì)對(duì)溫度設(shè)置產(chǎn)生影響。
TMP01溫度控制器的2．5V低漂移參考輸出易于在外部用電阻或電位計(jì)分壓，以便于精確地設(shè)置不受溫度影響的加熱／冷卻點(diǎn)。另外，也可以用其他電壓源替代參考電壓。
3 溫度控制點(diǎn)的設(shè)置方法
設(shè)置TMP01的溫度控制點(diǎn)，采用以下步驟：（1）選擇滯后溫度。（2）計(jì)算滯后電流IHYS。（3）選擇溫度控制點(diǎn)。（4）計(jì)算各電阻分配值。
下面用實(shí)例說明溫度設(shè)置的計(jì)算方法，參數(shù)如圖2所示。
設(shè)計(jì)要求：設(shè)滯后溫度為2℃，當(dāng)溫度高于25℃或低于0℃時(shí)，TMP01分別輸出控制信號(hào)。
4 應(yīng)用實(shí)例分析及注意事項(xiàng)
用TMP01直接驅(qū)動(dòng)繼電器時(shí)，電流不應(yīng)超過20mA（可用繼電器線圈電壓除電阻來(lái)確定電流）。驅(qū)動(dòng)大功率設(shè)備應(yīng)通過驅(qū)動(dòng)繼電器、大功率場(chǎng)效應(yīng)管、半導(dǎo)體閘流管和達(dá)林頓管來(lái)達(dá)到控制的目的。為了避免繼電器的線圈感應(yīng)產(chǎn)生的電壓火花，應(yīng)在繼電器線圈兩端接一個(gè)二極管。在直流電路中，通常用大功率閘流管替代繼電器。當(dāng)TMP01作為大電流開關(guān)時(shí)，由于輸出端的大負(fù)載引起的自熱會(huì)帶來(lái)溫度誤差，可使用外部晶體管將輸出端負(fù)載移開，避免自熱。通過選取外部晶體管來(lái)分流大部分電流的方式，可以用TMP01來(lái)控制很多高壓設(shè)備。圖3是一個(gè)采用TMP01控制大電流開關(guān)的達(dá)林頓晶體管電路。
TMP01除了用來(lái)自動(dòng)控制加溫／冷卻裝置外，還能 輸出與溫度成比例的電壓信號(hào)。如果將電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字頻率信號(hào)則可實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量值的遠(yuǎn)距離傳輸。圖4是一個(gè)將TMP01測(cè)量的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送的電路。與溫度成比例的模擬電壓（VPTAT）輸入AD654的同相端，由輸入放大器和NPN管跟隨器組成的輸入級(jí)把模擬輸入電壓轉(zhuǎn)換成一個(gè)與其成正比的驅(qū)動(dòng)電流。該驅(qū)動(dòng)電流同時(shí)向定時(shí)電容CT充電，多諧振蕩器的振蕩頻率（輸出頻率）與這個(gè)充電電流成正比。AD654輸出的是一個(gè)與輸入模擬電壓信號(hào)成正比例的方波信號(hào)，輸出公式如下：
TMP01電壓溫度系數(shù)5mV／℃對(duì)應(yīng)輸出端25Hz／℃，25℃時(shí)為7．5kHz，在信號(hào)接收端可用AD650將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)溫度的遠(yuǎn)距離傳輸。
影響TMP01溫度控制精度的誤差源包括內(nèi)部誤差源和外部誤差源。內(nèi)部誤差源包括初始容差、參考電壓溫漂、設(shè)置點(diǎn)比較器輸入偏移電壓和偏置電流、滯后電流刻度系數(shù)。外部誤差源主要來(lái)自電阻精度、接地誤差電壓。實(shí)際使用時(shí)主要考慮減小外部誤差源的影響。外部電阻誤差將直接影響到設(shè)置點(diǎn)的精度。尤其在固定溫度設(shè)置時(shí)，應(yīng)選擇合適溫度系數(shù)的電阻，充分考慮電阻溫度漂移，同時(shí)注意電路板布置、元件的擺放和漏電流的影響，以減少公共熱誤差源。電阻分壓器的底端盡可能離地近，以減少電壓降和外部噪聲源的耦合。當(dāng)用外部電源給芯片供電時(shí)，最好連接0．1μF的旁通電容。
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