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TMP01温度控制器及其应用

摘 要：介绍TMP01可编程温度控制器的工作原理及控制点的设置方法，分析了TMP01在温控和传输中的典型应用电路。

关键词：温度控制器；AD654VFC；达林顿晶体管

1 简介

TMP01型温度控制器是美国AD操作系统公司生产的一种低功耗可编程温度控制器，有8针双列直插和表贴两种封装方式，工作温度范围－55℃经过改动机电的转速～＋85℃，4．5V～13．2V单电压工作。该芯片能产生与温度成比例的直流电压信号，当被测温度高于或低于设置的温度触发点时，分别从两个输出端中的一个产生控制信号，温度点的设置可通过选取外部电阻来实现。该控制器的温度控制精度可达±1℃，控制信号输出负载能力达20mA，能用于控制多种装置。

2 工作原理

TMP01是一个线性电压输出的温度传感器，其组成原理如图1所示，电压参考端VREF能输出低漂移的2．5V参考电压，在VPTAT端输出与绝对温度成比例的电压信号，温度系数为5mV／K，25℃时为1．49V。两个比较器可分别将外部高、低温度设置点电压 （SETHIGH、SETLOW）与内部温度传感器电压比较；当 内部传感器测量的温度高于或低于外部电阻设置的温度触发点时，在OVER或UNDER端产生开路输出信号，启动外接的加温或降温装置工作，从而实现双温自动控制功能。

TMP01温度控制器内部设置了温度滞后模块。在比较器的输入端通过一个1kΩ的电阻，产生一个滞后偏移电压来实现温度滞后，通过选取适当的外部电阻来控制内部滞后电流（IHYS）的大小，设置滞后温度的度数。设置了滞后温度之后，只有在内部比较器的输入等于温度传感器电压与滞后偏移电压之和时，才能使比较器输出启动或复位。

内部滞后电流（IHYS）与外部温凹透镜度设置参考端电流（IVREF）的关系如下：

IHYS＝IVREF＝5μA／℃＋7μA

因为VREF＝2．5V，所以当参考负载电阻为357kΩ或更大时（输出电流为7μA或更小），温度滞后为0℃。如果负载电阻值更大，只会进一步减小输出电流和内部滞后电流，不会对温度设置产生影响。

TMP01温度控制器的2．5V低漂移参考输出易于在外部用电阻或电位计分压，以便于精确地设置不受温度影响的加热／冷却点。另外，也可以用其他电压源替代参考电压。

3 温度控制点的设置方法

设置TMP01的温度控制点，采用以下步骤：（1）选择滞后温度。（2）计算滞后电流IHYS。（3）选择温度控制点。（4）计算各电阻分配值。

下面用实例说明温度设置的计算方法，参数如图2所示。

设计要求：设滞后温度为2℃，当温度高于25℃或低于0℃时，TMP01分别输出控制信号。

4 应用实例分析及注意事项

用TMP01直接驱动继电器时，电流不应超过20mA（可用继电器线圈电压除电阻来确定电流）。驱动大功率设备应通过驱动继电器、大功率场效应管、半导体闸流管和达林顿管来达到控制的目的。为了避免继电器的线圈感应产生的电压火花，应在继电器线圈两端接一个二极管。卷尺在直流电路中，通常用大功率闸流管替代继电器。当TMP01作为大电流开关时，由于输出端的大负载引起的自热会带来温度误差，可使用外部晶体管将输出端负载移开，避免自热。通过选取外部晶体管来分流大部分电流的方式，可以用TMP01来控制很多高压设备。图3是一个采用TMP01控制大电流开关的达林顿晶体管电路。

TMP01除了用来自动控制加温／冷却装置外，还能 输出与温度成比例的电压信号。如果将电压转换为数字频率信号则可实现温度测量值的远距离传输。图4是一个将TMP01测量的温度信号转换成频率信号进行远距离传送的电路。与温度成比例的模拟电压（VPTAT）输入AD654的同相端，由输入放大器和NPN管跟随器组成的输入级把模拟输入电压转换成一个与其成正比的驱动电流。该驱动电流同时向定时电容CT充电，多谐振荡器的振荡频率（输出频率）与这个充电电流成正比。AD654输出的是一个与输入模拟电压信号成正比例的方波信号，输出公式如下：

TMP01电压温度系数5mV／℃对应输出端25Hz／℃，25℃时为7．5kHz，在信号接收端可用AD650将频率信号转换为直流电压信号，从而实现温度的远距离传输。

影响TMP01温度控制精度的误差源包括内部误差源和外部误差源。内部误差源包括初始容差、参考电压温漂、设置点比较器输入偏移电压和偏置电流、滞后电流刻度系数。外部误差源主要来自电阻精度、接地误差电压。实际使用时主要考虑减小外部误差源的影响。外部电阻误差将直接影响到设置点的精度。尤其在固定温度设置时，应选择合适温度系数的电阻，充分考虑电阻温度漂移，同时注意少用此1次性筷子电路板布置、元件伸缩蝶阀的摆放和漏电流的影响，以减少公共热误差源。电阻分压器的底端尽可能离地近，以减少电压降和外部噪声源的耦合。当用外部电源给芯片供电时，最好连接0．1μF的旁通电容。

参考文献

［1］LOW POWER PROGRAMMABLE TEMPERATURE CON－TROLLERTMP01［Z］．Analog Device，Inc．，21、 胶带90°/180°剥离强度测试002．

［2］宋佳友．集成电子线路设计手册［M］．福建：福建科技出版社，2002．

［3］李华．MCS－51系列单片机实用接口技术［M］．北京：航空航天大学出版社，1993．

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