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简单而精确的电热器温控电路

作者:dolphin时间:2016-10-09浏览次数:611

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》

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解决方案


评论

青城山下 · 2016-12-07 11:29:58

学习

田舍郎 · 2016-12-07 15:31:12

不错,

EEPW网友 · 2016-12-10 22:12:11

学习一下

地瓜patch · 2016-12-15 21:49:47

学习一下

田舍郎 · 2016-12-20 22:57:21

我来说两句…学习

地瓜patch · 2016-12-22 23:30:44

学习

vaioshop · 2016-10-14 13:55:06

不错,学习一下。

田舍郎 · 2016-10-19 16:49:59

学习一下

田舍郎 · 2016-10-30 23:12:10

学习一下。

地瓜patch · 2016-10-31 11:08:21

学习一下。

pypower · 2016-11-04 16:38:19

不错,学习一下。

地瓜patch · 2016-11-10 09:28:46

学习一下

田舍郎 · 2016-11-12 13:42:29

学习一下

田舍郎 · 2016-11-12 13:42:59

不错,学习一下。

loading1987 · 2016-11-25 08:05:41

很好,学习了

田舍郎 · 2016-11-30 22:46:05

谢谢分享

田舍郎 · 2017-01-10 22:23:45

学习一下

田舍郎 · 2017-01-18 22:16:11

我来说两句……学习

地瓜patch · 2017-01-19 19:05:34

学习

地瓜patch · 2017-01-22 15:05:09

学习

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