Устройство для регулирования температуры

 

Изобретение относится к регулированию температуры и используется в электрорадиотехнических системах. Технический результат - повышение точности включения нагревателя устройством для регулирования температуры, выполненным с потреблением энергии на порядок и более меньшим, когда оно выключено, чем когда оно включено (без учета энергии, потребляемой нагревателем) при понижении температуры до порога включения устройства в диапазоне питающих напряжений. Устройство содержит первый термочувствительный компаратор, нагреватель, причем первый термочувствительный компаратор выполнен с потреблением энергии на порядок и более меньшим, когда он выключен, чем когда он включен, второй термочувствительный компаратор, при этом второй термочувствительный компаратор выполнен с потреблением энергии, меньшим более чем на порядок, когда он выключен, и при этом шина питания входного термочувствительного узла первого термочувствительного компаратора подключена к выходу стабилизатора напряжения питания. 2 ил.

Изобретение относится к области регулирования температуры и используется в электрорадиотехнических системах.

Уровень техники Известны устройства для регулирования температуры, включавшие нагреватель при понижении температуры до заданного порога, которые содержат термочувствительный компаратор, включающийся при понижении температуры до порога его включения, и нагреватель, подключенный к выходу этого компаратора (М.И. Ингберман, Э.М. Фромберг, Л.П. Грабой. Термостатирование в технике связи. М. : Связь, 1979 г., стр.90, рис.4.23; патент Российской Федерации 2160920).

Одним из достоинств устройства, описанного в работе М.И. Ингберман, Э.М. Фромберг, Л.П. Грабой. Термостатирование в технике связи. М.: Связь, 1979 г. , стр. 90, рис. 4.23, является наличие стабилизатора напряжения питания (стабилитроны Д1, Д2 на рис.4.23), что повышает точность включения термочувствительного компаратора (и, как следствие, нагревателя) при понижении температуры до порога его включения в диапазоне питающих напряжений. Недостатком этого устройства является значительное потребление энергии в режиме, когда термочувствительный компаратор (и нагреватель) выключен.

Наиболее близким к изобретению является устройство, описанное в патенте России 2160920, в котором термочувствительный компаратор, включающийся при понижении температуры до порога его включения, выполнен с потреблением энергии, меньшим более чем на порядок, когда он выключен, чем когда он включен (здесь и далее потребление энергии компаратором при его включении и выключении рассматривается без учета энергии, потребляемой нагревателем, который включается при включении компаратора). Это качество термочувствительного компаратора обеспечивается следующим образом (см. фиг.1 описания изобретения к патенту Российской Федерации 2160920). При температуре выше температуры включения термочувствительного компаратора соотношение сопротивлений резистора 4 и суммарного сопротивления терморезистора 5 и высокоомного резистора 6 таково, что открыт и насыщен транзистор 7 и поэтому заперт транзистор 8, так как вследствие падения напряжения на резисторе 9 потенциалы в эмиттере и на базе транзистора 8 таковы, что он заперт. В дальнейшем эта часть схемы термочувствительного компаратора (включая резистор 10) названа входным термочувствительным узлом. Коллектор транзистора 8 подключен к выходу входного термочувствительного узла, который соединен со входом транзисторного ключа, который через резистор 11 соединен с базой транзистора 13, которая через резистор утечки 12 подключена к шине питания, эмиттер транзистора 13 тоже подключен к шине питания, а коллектор транзистора 13 соединен с выходом транзисторного ключа.

Транзисторный ключ выполнен на транзисторе 13 дополнительного типа проводимости по отношению к транзисторам 7 и 8 входного термочувствительного устройства. Поскольку заперт транзистор 8, то заперт и транзистор 13 транзисторного ключа и поэтому потребляемый ток течет от шины питания только через высокоомные резисторы 6 и 10, благодаря чему потребление энергии мало. При понижении температуры до температуры включения термочувствительного компаратора сопротивление терморезистора 5 становится достаточно большим, чтобы ток в базу транзистора 7 уменьшился настолько, чтобы транзистор 7 вышел из насыщения. Тем самым часть тока через резистор 10 поступает в базу транзистора 8, который открывается, при этом возрастает ток через резистор 9, возрастает падение напряжения на резисторе 9, что приводит к дальнейшему запирании транзистора 7 и к дальнейшему отпирании транзистора 8. Лавинообразный процесс заканчивается полным запиранием транзистора 7, отпиранием транзистора 8, отпиранием транзистора 13 и подачей напряжения на нагреватель 3. При этом потребление тока (энергии) через высокоомные резисторы 6 и 10 остается малым, на порядок и более меньшим, чем потребление термочувствительного компаратора во включенном состоянии (потребление через резистор 12, переход база - эмиттер транзистора 13, резисторы 6 и 10). Недостатком устройства для регулирования температуры, описанного в патенте 2160920, является невысокая точность включения термочувствительного компаратора (и, следовательно, нагревателя) при понижении температуры до порога его включения в диапазоне питающих напряжений.

Технической задачей изобретения является повышение точности включения нагревателя устройством для регулирования температуры при понижении температуры до порога его включения в диапазоне питающих напряжений.

Технический результат достигается тем, что в устройство для регулирования температуры, содержащее термочувствительный компаратор, включающийся при понижении температуры до порога его включения, в котором последовательно соединены входной термочувствительный узел и транзисторный ключ, шина питания которого подключена к шине питания устройства для регулирования температуры, а его выход соединен с выходом термочувствительного компаратора, и содержащее нагреватель, подключенный к выходу этого термочувствительного компаратора, при этом термочувствительный компаратор выполнен с потреблением энергии, меньшим более чем на порядок, когда он выключен, введены второй термочувствительный компаратор, включающийся при понижении температуры до порога его включения, в котором последовательно соединены входной термочувствительный узел и транзисторный ключ, выход которого соединен с выходом второго термочувствительного компаратора, при этом второй термочувствительный компаратор выполнен с потреблением энергии, меньшим более чем на порядок, когда он выключен, и стабилизатор напряжения питания, подключенный к выходу этого термочувствительного компаратора, при этом шина питания входного термочувствительного узла первого термочувствительного компаратора подключена к выходу стабилизатора напряжения питания. Нетрудно видеть, что шина питания первого термочувствительного компаратора разделена на шину питания входного термочувствительного узла, которая подключена к выходу стабилизатора напряжения питания, и шину питания транзисторного клича, которая подключена к шине питания устройства для регулирования температуры, а во втором термочувствительном компараторе и шина питания входного термочувствительного узла и шина питания транзисторного ключа подключены к шине питания устройства для регулирования температуры.

Предлагаемое устройство для регулирования температуры иллюстрируется блок-схемой, приведенной на ФИГ.1. На ФИГ. 2 представлен пример конкретного схемотехнического решения предлагаемого устройства для регулирования температуры.

Представленное на ФИГ.1 устройство для регулирования температуры содержит первый термочувствительный компаратор 1, в котором последовательно соединены входной термочувствительный узел 2 и транзисторный ключ 3, шина питания которого подключена к шине питания устройства для регулирования температуры, а его выход соединен с выходом первого термочувствительного компаратора 1, нагреватель 4, подключенный к выходу первого термочувствительного компаратора 1, второй термочувствительный компаратор 5, в котором последовательно соединены входной термочувствительный узел 6 и транзисторный ключ 7, шины питания которых подключены к шине питания устройства для регулирования температуры, а выход транзисторного ключа 7 соединен с выходом второго термочувствительного компаратора 5, и стабилизатор напряжения питания 8, подключенный к выходу второго термочувствительного компаратора 5, а выход стабилизатора напряжения питания 8 подключен к шине питания входного термочувствительного узла 2 первого термочувствительного компаратора 1. Первый термочувствительный компаратор 1 и второй термочувствительный компаратор 5 выполнены с потреблением энергии, меньшим на порядок и более, когда они выключены, чем когда они включены (без учета энергии, потребляемой нагревателем 4 и стабилизатором напряжения питания 8 соответственно).

Представленный на ФИГ. 2 пример конкретного схемотехнического решения предлагаемого устройства содержит те же функциональные узлы, что и на ФИГ.1, которые так же пронумерованы. Описание электрической схемы входного термочувствительного узла 2 первого термочувствительного компаратора 1 приведено в разделе "Уровень техники" настоящего описания; электрическая схема входного термочувствительного узла 6 второго термочувствительного компаратора 5 может быть выполнена так же. Транзисторные ключи выполнены на транзисторах дополнительного типа проводимости (по отношению к типу проводимости транзисторов входных термочувствительных узлов термочувствительных компараторов). В качестве стабилизатора напряжения питания применена резистивно-стабилитронная цепь с выходом от точки соединения резистора и стабилитрона. Следует отметить, что потребление энергии входным термочувствительным узлом 2 первого термочувствительного компаратора 1 через шину его питания незначительно отличается в выключенном и включенном состояниях и, по сравнению с потреблением энергии первым термочувствительным компаратором во включенном состоянии, меньше на порядок и более, что позволяет применить маломощный стабилизатор напряжения питания.

Работа устройства для регулирования температуры осуществляется следующим образом. Второй термочувствительный компаратор 5 должен быть так настроен, чтобы в диапазоне напряжений на шине питания устройства для регулирования температуры (например, от 23 В до 34 В) он включался при более положительной температуре, чем температура включения первого термочувствительного компаратора 1. Когда температура окружающей среды выше температуры включения первого и второго термочувствительных компараторов 1 и 5, то они выключены, энергии потребляет только входной термочувствительный узел 6 второго термочувствительного компаратора 5 и это потребление энергии мало, а на нагреватель 4 и стабилизатор напряжения питания 8 напряжения не подаются. При понижении температуры второй термочувствительный компаратор 5 включается и подает напряжение на стабилизатор напряжения питания 8, с выхода которого подается стабилизированное напряжение на шину питания входного термочувствительного узла 2 первого термочувствительного компаратора 1. Однако первый термочувствительный компаратор 1 не включается. При дальнейшем понижении температуры включается первый термочувствительный компаратор 1 и подается напряжение на нагреватель 4. Нетрудно видеть, что существует интервал температур, при котором второй термочувствительный компаратор 5, стабилизатор напряжения питания 8 и входной термочувствительный узел 2 первого термочувствительного компаратора 1 включены, однако потребляемая при этом энергия на два и более порядков меньше энергии, потребляемой нагревателем 4, когда на него подано напряжение.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры, содержащее первый термочувствительный компаратор, включающийся при понижении температуры до порога его включения, в котором последовательно соединены входной термочувствительный узел и транзисторный ключ, шина питания которого подключена к шине питания устройства для регулирования температуры, а выход которого подключен к выходу первого термочувствительного компаратора, и нагреватель, подключенный к этому выходу, при этом первый термочувствительный компаратор выполнен с потреблением энергии, меньшим более чем на порядок, когда он выключен, отличающееся тем, что в него введены второй термочувствительный компаратор, включающийся при понижении температуры до порога его включения, причем второй термочувствительный компаратор настроен так, чтобы он включался при более положительной температуре, чем температура включения первого термочувствительного компаратора, при этом во втором термочувствительном компараторе последовательно соединены входной термочувствительный узел и транзисторный ключ, шины питания которых подключены к шине питания устройства для регулирования температуры, а выход этого транзисторного ключа соединен с выходом второго термочувствительного компаратора, и стабилизатор напряжения питания, подключенный к этому выходу, при этом второй термочувствительный компаратор выполнен с потреблением энергии, меньшим более чем на порядок, когда он выключен, при этом шина питания входного термочувствительного узла первого термочувствительного компаратора подключена к выходу стабилизатора напряжения питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2