TMP01溫度控制器及其應用

2019-11-03 10:02:53

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供稿：網友

龐湘萍

空軍第一航空學院，河南信陽464000

　　摘　要：介紹TMP01可編程溫度控制器的工作原理及控制點的設置方法，分析了TMP01在溫控和傳輸中的典型應用電路。　　

　　關鍵詞：溫度控制器；AD654VFC；達林頓晶體管

　　1　簡介　　

　　TMP01型溫度控制器是美國AD公司生產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。該芯片能產生與溫度成比例的直流電壓信號，當被測溫度高于或低于設置的溫度觸發點時，分別從兩個輸出端中的一個產生控制信號，溫度點的設置可通過選取外部電阻來實現。該控制器的溫度控制精度可達±1℃，控制信號輸出負載能力達20mA，能用于控制多種裝置。

　　2　工作原理　　

　　TMP01是一個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端輸出與絕對溫度成比例的電壓信號，溫度系數為5mV／K，25℃時為1．49V。兩個比較器可分別將外部高、低溫度設置點電壓（SETHIGH、SETLOW）與內部溫度傳感器電壓比較；當內部傳感器測量的溫度高于或低于外部電阻設置的溫度觸發點時，在OVER或UNDER端產生開路輸出信號，啟動外接的加溫或降溫裝置工作，從而實現雙溫自動控制功能。

　　

　　TMP01溫度控制器內部設置了溫度滯后模塊。在比較器的輸入端通過一個1kΩ的電阻，產生一個滯后偏移電壓來實現溫度滯后，通過選取適當的外部電阻來控制內部滯后電流（IHYS）的大小，設置滯后溫度的度數。設置了滯后溫度之后，只有在內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，才能使比較器輸出啟動或復位。　　

　　內部滯后電流（IHYS）與外部溫度設置參考端電流（IVREF）的關系如下：　　

　　IHYS＝IVREF＝5μA／℃＋7μA　　

　　因為VREF＝2．5V，所以當參考負載電阻為357kΩ或更大時（輸出電流為7μA或更小），溫度滯后為0℃。如果負載電阻值更大，只會進一步減小輸出電流和內部滯后電流，不會對溫度設置產生影響。　　

　　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分壓，以便于精確地設置不受溫度影響的加熱／冷卻點。另外，也可以用其他電壓源替代參考電壓。

　　3　溫度控制點的設置方法　　

　　設置TMP01的溫度控制點，采用以下步驟：　　

　　（1）選擇滯后溫度。（2）計算滯后電流IHYS。（3）選擇溫度控制點。（4）計算各電阻分配值。　　

　　下面用實例說明溫度設置的計算方法，參數如圖2所示。

　　

　　設計要求：設滯后溫度為2℃，當溫度高于25℃或低于0℃時，TMP01分別輸出控制信號。

　　4　應用實例分析及注意事項　　

　　用TMP01直接驅動繼電器時，電流不應超過20mA（可用繼電器線圈電壓除電阻來確定電流）。驅動大功率設備應通過驅動繼電器、大功率場效應管、半導體閘流管和達林頓管來達到控制的目的。為了避免繼電器的線圈感應產生的電壓火花，應在繼電器線圈兩端接一個二極管。在直流電路中，通常用大功率閘流管替代繼電器。當TMP01作為大電流開關時，由于輸出端的大負載引起的自熱會帶來溫度誤差，可使用外部晶體管將輸出端負載移開，避免自熱。通過選取外部晶體管來分流大部分電流的方式，可以用TMP01來控制很多高壓設備。圖3是一個采用TMP01控制大電流開關的達林頓晶體管電路。

　　

　　TMP01除了用來自動控制加溫／冷卻裝置外，還能輸出與溫度成比例的電壓信號。如果將電壓轉換為數字頻率信號則可實現溫度測量值的遠距離傳輸。圖4是一個將TMP01測量的溫度信號轉換成頻率信號進行遠距離傳送的電路。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把模擬輸入電壓轉換成一個與其成正比的驅動電流。該驅動電流同時向定時電容CT充電，多諧振蕩器的振蕩頻率（輸出頻率）與這個充電電流成正比。AD654輸出的是一個與輸入模擬電壓信號成正比例的方波信號，輸出公式如下：

　　

　　TMP01電壓溫度系數5mV／℃對應輸出端25Hz／℃，25℃時為7．5kHz，在信號接收端可用AD650將頻率信號轉換為直流電壓信號，從而實現溫度的遠距離傳輸。　　

　　影響TMP01溫度控制精度的誤差源包括內部誤差源和外部誤差源。內部誤差源包括初始容差、參考電壓溫漂、設置點比較器輸入偏移電壓和偏置電流、滯后電流刻度系數。外部誤差源主要來自電阻精度、接地誤差電壓。實際使用時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置點的精度。尤其在固定溫度設置時，應選擇合適溫度系數的電阻，充分考慮電阻溫度漂移，同時注意電路板布置、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。當用外部電源給芯片供電時，最好連接0．1μF的旁通電容。　

　　參考文獻

　　［1］LOW POWER PROGRAMMABLE TEMPERATURE CON－TROLLERTMP01［Z］．Analog Device，Inc．，2002．

　　［2］宋佳友．集成電子線路設計手冊［M］．福建：福建科技出版社，2002．

　　［3］李華．MCS－51系列單片機實用接口技術［M］．北京：航空航天大學出版社，1993．

　　
摘自《儀表技術》

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