新型温度开关及其应用电路

本文将介绍一种新型可调整设定温度的温度开关TTS-200系列及其应用电路。图1（a）为常见的开关型温度控制电路。它由负温度系数（NTC）热敏电阻温度传感器、可调整开关温度的电位器RP、有滞后特性的电压比较器、晶体管驱动器及继电器等组成。若采用新型温度开关——温控晶闸管组成功能相同的电路则简单得多，见图1（b）。在图1（b）电路中，温控晶闸管同时起到温度传感器、电压比较器及驱动器的作用。

TTS-200系列温控晶闸管是一种新型开关型温度控制器件（温度开关），也是一种特殊的晶闸管（单向晶闸管）。它既有与一般单向晶闸管不同之处，也有与一般单向晶闸管相同的特性。它与一般单向晶闸管不同之处是无需外加触发电流使其导通，而是受温度控制：当温度低于开关温度（或称阈值温度）时，温控晶闸管截止；当温度达到或超过开关温度时，温控晶闸管导通。与一般单向晶闸管相同的是一旦温控晶闸管导通后，只有导通电流降到维持电流以下才能关断。另外，一般的单向可控硅是P型控制极（阴极侧受控），其电路符号如图2（a），而本文介绍的温控晶闸管为N型控制极（阳极侧受控），其图符如图2（b）。

TTS-200系列分为TTS-201、TTS－202及TTS－203三种，其区别仅仅是开关温度T\(_{SW}\)的范围不同；TTS－201为60℃～120℃；TTS－202为10℃～100℃；TTS－203为-40℃～30℃。

开关温度T\(_{SW}\)主要由控制极电阻RGA来确定，另外与工作电压V\(_{D}\)也有关。3种不同型号温控晶闸管的TSW与R\(_{GA}\)及VD的特性曲线如图3所示。由图3可看出：温控晶闸管的开关温度T\(_{SW}\)与控制极电阻RGA的对数近似成反比例关系，在V\(_{D}\)一定时，电阻值越大，其开关温度就越低。

温控晶闸管的基本工作电路如图4所示。C\(_{GA}\)防止干扰的电容，RGA是控制开关温度的电阻，R\(_{L}\)为负载电阻。VD是工作电压。当温度未到达开关温度T\(_{SW}\)时，温控晶闸管截止，VO输出低电平；当温度达到或超过开关温度T\(_{SW}\)时，温控晶闸管导通，VO输出高电平。

需要说明，由于开关温度也与V\(_{D}\)有关，为保证开关温度的稳定性，VD必须稳定；由于器件在生产上有一定的离散性，按图3求出的产R\(_{GA}\)与实际开关温度TSW可能有一定的差值，因此要达到较精确的开关温度，R\(_{GA}\)需作适当的调整（RGA采用电位器）。

TTS-200系列主要的特点有：工作电压范围宽（从1.25V～50V）；兼有温度传感器和具有较大驱动负载能力的开关功能，使电路较简单；可方便地连续调节开关温度；无机械触头，工作可靠性高、寿命长；抗外界磁性干扰；体积小（TO－92封装），热响应性能好（在水中小于3秒，在空气中小于20秒）；阈值温度重复性好（典型值±0.5℃）。

由于该系列具有上述特点，因此在温度控制、过温保护及超温报警等领域获得广泛的应用，特别是在家用电器产品的温度控制方面有诸多的应用。例如，电热毯、电热水器、洗浴水加热器。暖风加热器、电熨斗、电吹风、电饭煲、冰箱、空调器等。采用TTS－200来控制温度不仅电路简单、成本低，并且可提高产品的使用性能。在工业上除了可用于恒温箱、老化箱、发酵罐等温度控制外，还用于电机、变压器、计算机、电源。充电器等产品的过温保护。例如应用在仪器中，当超过一定温度后会自动接通降温风扇，电路简单，可减少能源消耗，延长风扇寿命。在农业上可用于温室栽培花卉及蔬菜、电孵化器、蔬菜水果保鲜、肉类产品等冷冻或冷藏等。

TTS－200系列与一般单向可控硅一样有极小的反向漏电流（＜0.5μA）及关态漏电流（典型值为几十微安），小于100μA的维持电流，正向压降在1V左右，最大为1.6V。主要参数见附表。

TTS-200系列采用TO－92封装，管脚排列如图5所示。

为了使温控晶闸管在超过开关温度时导通，在降到开关温度后又自动关断，需要采用过零的脉动直流或脉冲来供电。一般采用市电供电来控制较大功率的负载，直接采用市电利用电容降压的方式组成供电电路较为方便，如图6（a）所示。根据电路需要的工作电流来选择电容C的容量（C的耐压应大于400V），根据电路的工作电压来选择稳压二极管VD的稳定电压值V\(_{DZ}\)。输出的电压波形如图6（b）所示。此电路通电后切勿用手接触。

若用直流电源，可用两个反相器或NE555组成多谐振荡器电路来供电。

1．与单片机接口电路

图7是一种温度开关与单片机接口电路。由1／2 4011的A及B组成多谐振荡器，输出脉冲供TTS-200作电源，C、D接成反相器用于整形。当温度低于设定的开关温度时，V\(_{O}\)输出低电平；当温度超过开关温度时，VO输出高电平（V′\(_{O}\)与VO反相）。电路采用5V电源，可与5V供电的单片机I／O口直接接口。

图7的电路也可与图8的a.b.c电路连接组成超温报警电路、超温接通散热风扇电路及连接光电耦合器（MOC3020系列），来驱动大功率双向晶闸管电路。

2．直接控制继电器电路

图9是一种直接控制继电器电路。采用型号为SRUDH－SS－l09D1的9V继电器（6V工作电压就能可靠吸合，工作电流20多毫安），其触头容量在240V交流时可达10A（可带2kW负载）；若采用RL20lN－700干簧继电器（仅有一常开触头），4V即可靠吸合，电流小于l0mA（采用6V电源）。与继电器并联的33μF电容用于消除TTS－200导通及断开时继电器可能产生的触头抖动。

可以根据维电器的工作电流选降压电容C1，可以根据继电器的工作电压选稳压二极管（稳压二极管的稳压值要比继电器工作电压大1V～2V）。继电器吸合与释放有l℃～4℃的回差，这与C2大小有关，如图9右边所示。

3．加一个三极管的控制继电器电路

图9的电路虽然能直接驱动小型继电器，电路简单，但在TIS－200导通、关断时，继电器触头有瞬间抖动。若继电器工作电压低，吸合电流较大时，温度开关会受自热效应的影响而影响控制精度。图10是一种改进的电路，它不仅可减小通过温度开关的电流，并且可以消除触头抖动。

若要驱动更大的负载并采用无触头的双向可控硅开关元件，可用图11的电路来代管图10中继电器。MC3041是有过零触发的光电耦合器，可根据负载R\(_{L}\)来选择合适的双向可控硅。

图11中的R值取决于图10中的稳压值V\(_{DZ}\)及流入MC3041的电流值，一般流入MC3041的电流取l0mA;β＞150时，R≈（VDZ－1.7V）／l0mA。

4．低电压电源报警电路

油库工作区要求工作电压≤1.25V，图12是满足这种要求的超温报警电路。一旦温度超过开关温度，温控晶闸管导通，R1上产生的电压降给VT加上偏压而使VT导通，光电耦合器中的LED亮，光电三极管导通，由R3输出超温报警信号。这电路的特点是传输线长达l00m，TTS－200无触头，保证油库的安全。

为保证温度开关的阈值温度，需要调整R\(_{GA}\)值。调整时要根据对它的精度要求来选择温度计或温度传感器，调整是好在恒温水槽或油槽中进行。达到开关温度时，调整RGA，使TTS－200导通即可。若温度开关采用TTS－202，其阈值温度要求精度为±3℃时，可采用LM35D温度传感器，其电路见图13。

Ⅰ、Ⅱ分别为电源及温控电路，Ⅲ为测温电路。LM35D的工作电压为4V～20V，故可直接用温控电路的电源，但要加一个隔离二极管及平滑电容C。LM35D测温范围4℃～100℃，输出电压直接与摄氏温度成比例，灵敏度为l0mV／℃。输出电压接2V直流电压挡数字万用表，可读出分辨率为0.1℃的温度读数。如表上读数为287mV，即温度为28.7℃。LM35D的精度典型值为±l℃，其线性精度较好（典型值为±0.2℃），故在要求较高时可与精度为0.l℃的标准温度计在两个点上校正，并做出修正值，可满足±3℃的精度要求。

LM35D为TO－92封装，管脚排列见图14。

调整前可将TTS-200与LM35用机械方法或用一点502胶粘在一小型散热片上，如图15所示（TTS－200及LM35D要用导线引出）。在水槽或油槽缓慢地进行加热或冷却，根据LM35D的指示温度来调整R\(_{GA}\)即可。

若将图16电路代替图13中AB点右边电路，则可简单地组成温度测量及控制电路，它可以用于恒温箱、冷库及保温箱等产品中。

有关本文介绍的温度开关的供货信息，请参见本期广告第2000-1-1页。（方佩敏）