該警告電路使用熱電發生器(TEG)檢測表面溫度,并使用升壓開關穩壓器將TEG輸出提升到有用的水平,當表面溫度超過閾值時,該警告電路會閃爍高亮度LED。
由于熱表面警告燈會影響人員安全,因此每當表面較熱時,它必須可靠運行。然而,熱量使燈的電源復雜化,因為高溫電源線難以安裝且不是很靈活,并且高溫電池(難以采購)需要經常維護。更好的方法是自供電的警告設備,從加熱環境中獲取電力。
半導體結可以將電轉化為熱量,反之亦然。例如,通過熱電冷卻器(TEC)的電流加熱結的一側并冷卻另一側:這種現象稱為珀爾帖效應。相反,通過利用塞貝克效應,當一側被迫變熱而另一側保持低溫時,熱電發電機(TEG)在結上產生電壓(如果電路閉合,則產生電流)。
TEC和TEG本質上是相同的。從熱電的角度來看,TEG是可逆的,可以作為TEC運行,反之亦然。兩者都由大量的pn結組成,串聯電連接和并聯熱連接,形成薄半導體晶片,該薄晶片在薄陶瓷晶片之間鍵合以增強傳熱。TEG由更高溫度的材料(高達200°C)制成,并針對發電進行了優化。另一方面,TEC可以暴露的最高溫度約為100°C。
TEG的電壓輸出取決于施加在其陶瓷側的溫差以及串聯的內部結點的數量。當溫差小時,該電壓很小。大多數電路需要的工作電壓高于TEG所能產生的電壓,但具有低啟動電壓的升壓開關穩壓器可以將TEG輸出提升到有用的水平。
圖1所示電路采用上述原理。將TEG連接到被監控表面后,只要表面溫度超過閾值,LED就會閃爍:當被監控表面足夠熱以產生約20°C的溫差時,超亮LED開始每秒閃爍兩次,并一直閃爍,直到差異消退到10°C。 無需外部電源,因為升壓型開關穩壓器(MAX1676)將TEG輸出升壓至約5V。
圖1.當被監測表面較熱時,升壓穩壓器(MAX1676)將TEG的低輸出電壓升壓至適合閃爍LED的水平。
閃爍振蕩器由2N3906晶體管和MAX1676內部的精密比較器組成(可通過LBI和LBO訪問)。LBI/LBO 端子連接在一個正反饋環路中,在輸入端產生遲滯(10μF 電容器連接到公共端)。
兩個電阻連接到反相LBO輸出端(2N3906集電極提供),一個連接到公共電容,另一個連接到10μF電容,根據2Hz、50ms-ON閃爍脈沖的要求,添加一個具有不對稱充電/放電路徑的負反饋環路。pnp 晶體管還通過超亮 LED 驅動 30mA 電流。低工作電壓(約 5V)將 LED 顏色的選擇限制為紅色、綠色、黃色或橙色。電路無法驅動白色或藍色 LED。
您應該機械安裝 TEG,以最大化其表面之間的溫差:散熱器將熱量從一側傳遞出去,使其保持冷卻,另一側跟蹤其熱附著的受監控表面(圖 2)。TEG的輸出電壓與其兩端的溫差成正比,因此當電路在TEG上看到足夠的溫差時,電路開始閃爍。圖3顯示了LED閃爍時出現的2N3906集電極波形。
圖2.當圖1中的監控表面升溫時,散熱器將TEG另一側的溫升降至最低。TEG的一側必須與散熱器緊密接觸,另一側必須與熱表面緊密接觸。TEG兩側的熱接觸化合物和平坦表面確保了緊密的熱接觸。
圖3.該波形出現在圖1中的2N3906集電極上。
最高工作溫度通常約為 200°C,由 TEG 的絕對最大額定值設定(參見數據表)。如果電路建立在TEG之上或非常靠近TEG之上,則所有電路元件必須具有足夠的工作溫度額定值。如果電路安裝在距離TEG一定距離的地方,則連接線必須額定為高溫工作。
審核編輯:郭婷
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