简单而精确的电热器温控电路

目前的PC和笔记型计算机处理器作业的速度愈来愈快，因为处理器在运行时会产生高温，如果散热功能不够好，可靠性便会受到影响，甚至可能会烧毁。因此，计算机对散热的需求也就变得愈来愈高。

本文将介绍使用LM8**少许外部元件所设计的一组精确的电热器温控电路。LM86芯片是一款用来监控笔记本计算机处理器温度的集成电路，它利用一个芯片外的二极管（MMBT3904NPN晶体管）靠近发热体，再利用LM86的内部线路来解读二极管电流所代表的温度，其温度误差不会超过(1℃。

这个准确度能确保笔记型计算机的散热扇以最低的速度运转，还将中央处理器的温度保持在较低的水平，以免处理器的可靠性因长时间运作而受损，而且散热扇的运转速度较低，噪音也较小。

电路设计介绍

因为流经二极管的电流会随二极管所在位置的温度而改变，LM86芯片就是利用此特性检测温度，先送出电流至二极管并读回电流，其内部的ADC将读到的值数字化之后储存在寄存器中，通过SMBus即可随时读出温度值。这颗芯片的出厂测试是在数字端完成的，使得其准确性高于传统的热敏电阻与ADC的搭配，而且整体的系统设计也较为简化。LM86内部也建有比较器，通过SMBus可设定比较值；温度一旦超过比较值，LM86便会发出中断信号，本电路就是利用此功能来执行定温控制。

如(图一)所示，这款电路与许多传统的闭环发热系统相同，除了设有发热器 (R1) 与发热开关（Q2）之外，还设有决定发热系统何时开关的恒温器。恒温器由 Q1 及 LM86 两颗芯片组成，而 Q1 是一款当作二极管使用的 MMBT3904 NPN 晶体管，其电子特性与内置于 Intel 及 AMD 处理器的热二极管大致相同。LM86 芯片可以利用两组驱动电流将晶体管的基射极压降差数字化，从而测量 Q1 的温度。取决于温度的压降差一旦确定，便可利用(公式一)准确计算温度：

《公式一》

(公式一)内的 N 是两条激发电流的比率，而剩下的参数全部都已知其数值。
这款电路采用 LM86 的漏极开路 ALERT 输出驱动 Q2。LM86被设定在比较器的模式，而迟滞定在0℃。若温度上升到超过 LM86 的设定极限时，Q2 会自动关闭，截断 R1 的供电而停止加热。当温度下降至LM86设定极限时，Q2则会再度被打开，R1也会重新供电加热，直到温度再度过高为止。Q2 “关闭-打开”的持续循环可确保Q1 的结面温度相等于设定的极限。在 H 区范围之内，亦即以 R1 为中心点且包括 Q1 与气流两边的等距范围内，其温度相当于 Q1 的温度。
R1 的内部温度与 Q1 之间若不能达到理想的热耦合，控制系统便会出现滞后情况。当 R1 = 90Ω 且电阻耗散为最高功率时，则会产生过冲的现象。若将 R1 的电阻值提高至 200Ω，其最高功耗便会下降，有助减低过冲，可以进一步提高最后的准确度，确保温度在 9 秒后可以稳定在 35.2℃ (0.5℃ 的水平。若选用阻抗太高的电阻 (R1 = 270Ω)，虽然可以避免过冲现象，但会大幅增加响应时间，电热器的温度便容易出现波动。
小结
这款芯片除了具备(0.75℃的精确度及0.125℃的分辨度、可提供紧急停机的报警（ALERT）输出之外，还具备发热所需一切功能，精确度也相当高，而且只需另外加设若干元件，因此可说是一款高性能的热能监控电路。
《图一 简单而精确的点热器温控电路》

《图二 不同R1情况下的滞后现象》