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热表面警示灯不需要外部电源的解决办法

来源:analog 发布时间:2023-09-11

摘要: 这种自供电热表面预警电路利用塞贝克效应(通过施加半导体结的温差产生电压)产生预警电压,该电压由MAX1676升压DC/DC转换器升压到5V。

使用热电发生器(TEG)来感知表面的温度,并使用升压开关调节器将TEG输出提升到有用的水平,当表面温度超过阈值时,该警告电路会闪烁高亮度LED。

这篇文章的类似版本出现在2008年2月4日的《机械设计》杂志上。

由于热表面警示灯影响人员安全,因此它必须在表面热的情况下可靠地工作。然而,热量使光源的电源变得复杂,因为高温电线很难安装,而且不太灵活,高温电池(很难获得)需要经常维护。一个更好的方法是从加热环境中获取能量的自供电报警装置。

半导体结可以将电转化为热,反之亦然。例如,将电流通过热电冷却器(TEC),使结的一边加热,另一边冷却:这种现象被称为珀尔帖效应。相反,通过利用塞贝克效应,热电发电机(TEG)在一个结上产生电压(如果电路关闭,则产生电流),当一侧被强制加热而另一侧保持冷态。

tec和teg本质上是一样的。从热电的角度来看,teg是可逆的,可以作为tec,反之亦然。两者都由大量的pn结组成,电上串联,热上并联,形成薄的半导体晶片,在薄陶瓷晶片之间粘合以增强传热。teg由高温材料(高达200°C)制成,并针对发电进行了优化。另一方面,tec可暴露的最高温度约为100℃。

TEG输出的电压取决于施加在其陶瓷侧的温差,以及串联的内部结的数量。当温差小时,这个电压就小。大多数电路需要比TEG所能产生的更高的工作电压,但是具有低启动电压的升压开关调节器可以将TEG输出提升到一个有用的水平。

图1的电路采用了上述原理。当TEG附着在被监测表面上时,当表面温度超过阈值时,LED就会闪烁:当被监测表面足够热,产生约20℃的温差时,超亮LED开始每秒闪烁两次,并一直闪烁,直到温差降至10℃。不需要外部电源,因为升压开关稳压器(MAX1676)将TEG输出提升到约5V。


图1所示 当被监测表面热时,这个升压调节器(MAX1676)将TEG的低输出电压提升到适合闪烁LED的水平

闪烁振荡器由2N3906晶体管和MAX1676内部的精密比较器组成(可通过LBI和LBO访问)。LBI/LBO端子连接在一个正反馈回路中,在输入端产生迟滞(其中10µF电容器连接到公共)。

两个电阻连接在反相lbo输出端(可在2N3906集电极处使用),一个与公共电容相连,另一个与10µF电容相连,根据2Hz, 50ms-ON闪烁脉冲的要求,添加一个具有不对称充电/放电路径的负反馈回路。pnp晶体管还通过超亮LED驱动30mA。低工作电压(约5V)限制了LED颜色的选择为红色,绿色,黄色或橙色。电路不能驱动白色或蓝色led。

您应该机械地安装TEG,以最大限度地提高其表面之间的温差:散热器将热量从一侧转移,保持其冷却,而另一侧跟踪其热附着的被监测表面(图2)。TEG的输出电压与其上的温差成正比,因此当它看到TEG上有足够的温差时,电路开始闪烁。图3显示了LED闪烁时2n3906集电极波形。


图2 当图1中被监测的表面升温时,散热片会将TEG另一侧的温升降至最低。TEG的一侧必须与散热器紧密接触,另一侧与热表面接触。热接触化合物和TEG两侧的平面确保了密切的热接触。


图3 该波形出现在图1中的2N3906收集器上。

最高工作温度,通常约200°C,由TEG的绝对最大额定值设定(见数据表)。如果电路建在TEG顶部或非常靠近TEG,那么所有电路元件必须具有足够的工作温度额定值。如果电路安装在离TEG有一定距离的地方,则连接线必须符合高温工作的要求。完整的数据表和MAX1676转换器的其他信息可以在。



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