最近,读者John Louis Waugaman向我提到了一个近20年前的回收半温控制设计实例,这让我很惊讶。John说他需要一种方法来控制发酵面团的温度,我很高兴他可能会考虑将我的TBH电路应用于解决他的问题,但在这种情况下,这确实有点小题大做。因此,我开始思考,是否有一种更简单的拓扑结构可以像TBH电路一样解决他的面团发酵问题,同时节省一些成本和精力。另外,还有另一个背景故事。
长期以来,我一直喜欢一种特别优雅、精确且(非常!)便宜的方法(∆Vbe),使用普通的未校准的双极晶体管来检测和控制温度。我第一次看到它还是在著名模拟大师Jim Williams的应用笔记中 (请参阅第7页的∆Vbe理论)。
我一直在寻找使用∆Vbe的机会,这种能在酷炫的烹饪环境中提供廉价、精确且无需校准的温度控制的可能性实在是太好了,不容错过。图1显示了我根据Jim的方案(大致)设计的新电路。
图1:Delta-Vbe传感器Q1通过R1进行编程,以获得所需的设定点温度(单位:开尔文)=R1/100=312oK=39℃(R1=31.2k)。标有星号的R应为精密型电阻(1%或更高精度)。
R2 R3 D5 D6网络以Williams描述的神奇10:1电流比∆Vbe测量周期驱动Q1。请注意,提供给Q1的绝对电流并不比产生它们的原始未调节60Hz线路电压更精确,但这不会影响∆Vbe精度。重要的是它们的10:1比率,该比率不受线电压变化的影响,仅由(R2/R3+1)=10的精度决定。
这使得Q1产生一个PTAT(与绝对温度成正比)AC信号,该信号等于oK/5050伏峰-峰值,遵循图2所示的120-Hz log(|sine|)波形。
图2:Q1的∆Vbe PTAT log(|sin(r)|)oK/5050波形。(Y轴=伏特,X轴=弧度,红色=平均值=交流基线)
PTAT信号Vpp由A1a的增益=–2,742,160/R1增强,然后通过A2与其精密(2.50V+0.4%)内部分流基准进行比较(再次感谢Konstantin Kim找到的多功能AP4310A!)。
A2的输出保持为零,使Q2保持关闭状态,而Q1的温度和PTAT信号低于设定点。这样,通过C3耦合的120Hz脉冲就可以到达Q3的栅极,将其打开,并向加热器供电。当加热器将Q1(可能还有面团)加热到设定的温度时,PTAT波形就会上升到A2的参考电压以上。这会使A2开始打开Q2,从而将TRIAC栅极脉冲转移到地,这样就会关闭Q3和加热器,让Q1冷却,等等。由此产生的循环就完成了一个恒温反馈回路,使面团能持续发酵。
关于Q3:尽管加热器驱动器是单极的,但我还是为Q3选择了TRIAC而不是SCR。这不是为了获得双极功能,而是因为TRIAC的最大栅极电流额定值更高。这使得Q3能够摆脱上电时可能出现的2A浪涌,而这种浪涌可能会使SCR栅极烧毁。
D7为C3返回电流提供了一条接地路径,防止其错误的触发Q3。
对于加热器,John建议使用白炽灯泡。我也认为辐射加热效果应该不错,由于Q3的最大占空比为50%,因此100W灯泡对于最大加热功率~60W的设备来说几乎是完美的。此外,降低电压的额外好处是灯丝温度较低,这应该可以让普通钨灯泡持续工作数千小时。
这可能正是John所需要的。
(原文刊登于EDN美国版,参考链接:∆Vbe bread dough incubator,由Ricardo Xie编译)