基于滯回比較器的溫度滯回控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本節(jié)我們用滯回比較器的原理，設(shè)置一個(gè)溫度滯回控制系統(tǒng)，讓散熱風(fēng)扇在溫度高于40℃時(shí)啟動(dòng)，在溫度低于25℃時(shí)停止。

我用的溫度傳感器應(yīng)用的是TPM235，在溫度大于0℃的時(shí)候，輸出電壓Vt與溫度t的關(guān)系如下：

Vt = 0.5 + 0.01 * t

風(fēng)扇在溫度高于40℃時(shí)啟動(dòng)，此時(shí)電壓為0.9V;在溫度低于25℃時(shí)停止，此時(shí)電壓為0.75V。令vh= 0.9V，vl= 0.75V。

參考電壓可以由電阻分壓來提供，如下圖使用R2與R3對(duì)Vcc進(jìn)行分壓。如果在分壓電路后串聯(lián)輸入電阻Rin，會(huì)有一部分電流通過Rin流入電路，這部分電流會(huì)影響參考電壓值，故要求分壓電路的電流“遠(yuǎn)大于”流過Rin的電流。如果分壓電路的電流太大，會(huì)白白浪費(fèi)電能，所以電路可以稍加優(yōu)化，取消輸入電阻，或者說把分壓電阻當(dāng)做輸入電阻。此時(shí)參考電壓UREF可以理解為“把5V經(jīng)過特殊分壓得到的參考電壓”，此處的“特殊”在于分壓電阻受輸出電壓的影響，參考電壓并非一成不變。

令uP=uN，分析P點(diǎn)的電流關(guān)系，或者應(yīng)用疊加定理，可以求出此電路的閾值電壓：

這兩個(gè)值仍滿足分析滯回比較器閾值電壓的通用公式。只不過輸入電阻與反饋電阻都不是確定值：將uO視為0的時(shí)候，R2是輸入電阻，R3//R4是反饋電阻;將提供UREF的5V電源電壓視為0的時(shí)候，R2//R3是輸入電阻，R4是反饋電阻。由于實(shí)際應(yīng)用的電路沒有負(fù)電壓，所以最低輸出是0V，可以刪去vl的“-(R2//R3)/(R2//R3+R4) Vcc”。

在將具體數(shù)值帶入計(jì)算之前，可以分情況討論，把公式進(jìn)一步化簡(jiǎn)：vh出現(xiàn)的時(shí)機(jī)是uO從5V變?yōu)?V的時(shí)候，在應(yīng)用vh之前的一瞬間，輸出必然是5V。電路可以如下圖化簡(jiǎn)：

此時(shí)R2與R4并聯(lián)， 同向輸入端的電壓vh簡(jiǎn)單地用分壓公式就可以求出：

同理，vl出現(xiàn)的時(shí)機(jī)是uO從0V變?yōu)?V的時(shí)候，在應(yīng)用vl之前的一瞬間，輸出必然是0V。電路可以如下圖化簡(jiǎn)：

此時(shí)R3與R4并聯(lián)， 同向輸入端的電壓Vl也用分壓公式求出：

可以看出，理論計(jì)算的結(jié)果，與分情況討論的結(jié)果是一樣的，但后者更好理解，也更容易計(jì)算。將vh= 0.9V，vl= 0.75V套入各自的公式。

由于存在R2，R3，R4三個(gè)未知量，但是只有兩個(gè)公式，所以只能計(jì)算出三者的比值，不能算出具體數(shù)值?？梢粤钅硞€(gè)電阻為方便計(jì)算的整數(shù)值，算出另外兩個(gè)電阻。比如令R4=100K，可以算出R2=20K，R3=3.659K取3.6K。

在輸入端加上低通濾波，避免高頻噪聲干擾。在輸出端增加兩個(gè)LED，用于指示輸出電壓情況。一般來說運(yùn)放的輸出級(jí)是推挽輸出電路，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，所以能夠直接驅(qū)動(dòng)LED。如果只需輸出高低電平，無需帶負(fù)載，可以在運(yùn)放的輸出端串聯(lián)電阻作為保護(hù)。最終完成設(shè)計(jì)如下：