图1中的MOSFET可以在恒温电路中用作加热器和温度传感器。
图1：将MOSFET用作恒温加热器的电路图。
该电路可用作培养皿中某些生物结构的微型恒温器(典型设定温度为30℃至50℃)。其他用途则可能包括塑料切割/焊接、电子元器件恒温，甚至软焊接，因为Si MOSFET的最高工作温度约为175℃，而对于碳化硅(SiC)MOSFET来说则可能高得多。
为了在这个电路中正常工作，MOSFET Q1应该在MOSFET结构中有一个所谓的“寄生”二极管(它的阴极连接到nFET的漏极)。几乎所有的功率MOSFET内部都有这个二极管(在任何情况下，我们都可以在数据手册中找到它的存在)。该电路将该二极管用作了温度传感器(硅的温度系数约为−2mV/℃)。
在输入交流电的负半波期间，当MOSFET Q1关断时，“寄生”二极管上的负电压将通过肖特基二极管D3对电容器C1充电——事实上，这些元器件创建了一个包络检测器(这部分电路也可以理解为采样保持电路)。
问题是，“寄生”硅二极管上的典型直流电压比肖特基二极管高0.3V至0.5V，因此C1上的最大负电压可能约为-0.3V至-0.5V。电阻器R6和R7是包络检测器的一部分；它们还用于将此负值电平转换为正值，从而使其适用于TL431。为了使这成为可能，LM317上的稳压器为此电平转换提供正电压。
只需改变稳压器的输出电压(改变R8或R9的值)即可改变电路的设定温度。
电阻器R1的主要作用是将任何瞬态电流限制在对MOSFET Q1和二极管D2都安全的值。然而，如果应用允许，也可以将这个作用扩展到电路的某些功能：可以将R1用作另一个加热点。但是应记住，这个地方内部没有热传感器，所以它附近的规格可能要粗暴得多。
在接下来的正半波期间，C1上保存的负电压将使TL431决定是要打开MOSFET Q1还是将其关闭。
当Q1导通时，PNP晶体管Q3上的电路将使Q1的漏极电压保持为非常接近R4上的电压。这是因为MOSFET Q1和晶体管Q3构成了一个负反馈放大器，从而由R3和R4的阻值之比决定Q1的工作点。
如图1所示，MOSFET Q1和电阻R1以及电阻R3和R4分别组成桥式电路的两边，如果漏极电压等于或接近Q3的基极电压，则恢复平衡。
改变R3/R4的比率，将能更改Q1和R1所散发热量的比率。
当R3=R4时，Q1和R1上所消耗的电功率相等——通常，对较大物体而言，当Q1无法单独提供足够的热量时，可以将R1用作附加加热器。
在任何情况下，都要注意Q1、D2和R1的最大额定值。
应注意到时间常数之间的下列关系：
(R6+R7)·C1≫T/2≫R1·C1
其中T代表输入交流电的周期。
在高温下将该加热器用于关键应用时，应当要小心，因为某些SiC MOSFET可能不可靠[1]。
注意：由于TL431上的最小电压约为0.9V至1V，因此Q1(在最大工作温度下)的最小栅极阈值电压应高于该值。
——Peter Demchenko在维尔纽斯大学学习数学，并从事软件开发工作。
（原文刊登于EDN美国版，参考链接：Using a MOSFET as a thermostatic heater，由Franklin Zhao编译。）
本文为《电子技术设计》2023年5月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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