使用MOSFET作為恒溫加熱器

圖 1中的 MOSFET在恒溫電路中用作加熱器和溫度傳感器。

圖 1將 MOSFET 用作恒溫加熱器的電路圖。

該電路可用作培養(yǎng)皿中某些生物結(jié)構(gòu)的微型恒溫器（典型設(shè)定溫度為30°C至50°C）； 其他用途可能包括塑料切割/焊接、電子元件恒溫，甚至軟焊接，因?yàn)?Si MOSFET 的工作溫度約為 175°C，而對(duì)于碳化硅 (SiC)，MOSFET 可能更大。

為了在這個(gè)電路中正常工作，MOSFET Q1 應(yīng)該在 MOSFET 結(jié)構(gòu)中有一個(gè)所謂的“寄生”二極管（它的陰極連接到 nFET 的漏極）。 幾乎所有的功率 MOSFET 內(nèi)部都有這個(gè)二極管（無(wú)論如何，您可以在數(shù)據(jù)表中查看它的存在）。 該電路使用該二極管作為溫度傳感器（硅的溫度系數(shù)約為 ?2 mV/°C）。

在輸入交流電的負(fù)半波期間，當(dāng) MOSFET Q1 關(guān)斷時(shí)，“寄生”二極管上的負(fù)電壓通過(guò)肖特基二極管 D3 對(duì)電容器 C1 充電； 事實(shí)上，這些組件創(chuàng)建了一個(gè)包絡(luò)檢測(cè)器。 （這部分電路也可以理解為S/H電路。 ）

問(wèn)題是，“寄生”硅二極管上的典型直流電壓比肖特基二極管高 0.3V 至 0.5V，因此 C1 上的負(fù)電壓可能約為 -0.3V 至 -0.5V。 電阻器 R6 和 R7 是包絡(luò)檢測(cè)器的一部分； 他們還將此負(fù)值電平轉(zhuǎn)換為正值，使其適用于 TL431。 為了使這成為可能，LM317 上的穩(wěn)壓器為此電平轉(zhuǎn)換提供正電壓。

只需改變穩(wěn)壓器的輸出電壓（改變 R8 或 R9 的值）即可改變電路的設(shè)定溫度。

電阻器 R1 的主要作用是將任何瞬態(tài)電流限制在對(duì) MOSFET Q1 和二極管 D2 都安全的值。然而，如果應(yīng)用允許，這個(gè)角色可以擴(kuò)展到電路的某些功能：R1 可以用作一個(gè)加熱點(diǎn)。但是你應(yīng)該記住，這個(gè)地方內(nèi)部沒(méi)有熱傳感器，所以它附近的規(guī)定可能要粗暴得多。

在接下來(lái)的正半波期間，C1 上保存的負(fù)電壓使 TL431 決定 MOSFET Q1 是否必須導(dǎo)通或關(guān)斷。

當(dāng) Q1 導(dǎo)通時(shí)，pnp 晶體管 Q3 上的電路保持 Q1 的漏極電壓非常接近 R4 上的電壓。這是因?yàn)?MOSFET Q1 和晶體管 Q3 構(gòu)成了一個(gè)負(fù)反饋放大器，它由 R3 和 R4 的值之比決定 Q1 的工作點(diǎn)。

如圖 1 所示，MOSFET Q1 與電阻 R1（一方面）和電阻 R3、R4（另一方面）組成一個(gè)橋式電路，如果漏極電壓等于或接近，則恢復(fù)其平衡Q3的基極電壓。

玩轉(zhuǎn) R3/R4 比率將允許您更改 Q1 和 R1 散發(fā)的熱量的比率。

當(dāng) R3 = R4 時(shí)，Q1 和 R1 上消耗的電功率相等；一般而言，當(dāng) Q1 單獨(dú)無(wú)法提供足夠的熱量時(shí)，R1 可用作較大物體的附加加熱器。

在任何情況下，請(qǐng)記住 Q1、D2 和 R1 的額定值。

應(yīng)觀察時(shí)間常數(shù)之間的這些關(guān)系：

(R6+R7)C1 >> T/2 >> R1C1,

其中 T 代表輸入交流電的周期。

在高溫下將加熱器用于關(guān)鍵應(yīng)用時(shí)，應(yīng)注意謹(jǐn)慎，因?yàn)槟承?SiC MOSFET 可能不可靠 [1]。

注意：由于 TL431 上的電壓約為 0.9V 至 1V，因此 Q1 的柵極閾值電壓（在工作溫度下?。?yīng)高于該值。

審核編輯：湯梓紅