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一种简单的PCB加温电路设计

2022-07-07 13:06:53 athen21 阅读:
加温电路的主要目的是为了在低温时,电路发挥作用为PCB板进行加热保温使其温度可以保持在器件可运行的最低温度以上,所以并不需要对温度进行精确的控制。因此制定以下方案,使用电阻与NTC温敏电阻进行分压,对一只MOS管或三极管进行控制。当温度低到一定阈值时,电阻与NTC电阻分压升高,打开加温电路,当温度回升后分压下降,降电路关闭。

由于产品需要工作在低温环境下,已经超出了电路板上部分元器件的工作最低运行温度要求,所以需要增加额外的加温电路,使得PCB板的整体温度可以保持在元器件要求的范围之内。UaOednc

1.基本思路

加温电路的主要目的是为了在低温时,电路发挥作用为PCB板进行加热保温使其温度可以保持在器件可运行的最低温度以上,所以并不需要对温度进行精确的控制。因此制定以下方案,使用电阻与NTC温敏电阻进行分压,对一只MOS管或三极管进行控制。当温度低到一定阈值时,电阻与NTC电阻分压升高,打开加温电路,当温度回升后分压下降,降电路关闭。UaOednc

 2.电路的各部分实现

三极管与MOS管选择常用的SOT-23封装,比较目前常用的三极管与MOS管,在同封装下,MOS管支持的导通电流普遍比三极管大很多,所以我们选择MOS管。通过对比,最终选择LRC的LN2302BLT1G型号,NTC电阻选择一般常用的NCP15WF104F03RC。根据加热电路的功率,选择使用1210封装的10欧姆电阻做为发热器件,总功率控制为2.5W。UaOednc

最终完成原理图设计如下:UaOednc

UaOednc

加热电路部分UaOednc

UaOednc

NTC温度控制部分UaOednc

对原理图的说明,在原理图中信号THERM_PCB做为一个模拟信号给PCB板上的单片机的ADC口上,可以作为PCB板的温度测量。HERTER_EN接到单片机的控制IO上,IO设置为高阻,加温电路失控时IO拉高,强制关闭MOS管,做为一道保险措施。UaOednc

控制电路各值的确定:UaOednc

在上面的电路中,主要确定的参数就是R705的值,其与分压电阻R705的分压直接决定的MOS管Q302在什么时候打开。先确定下来这个电路将零上5度作为打开与关闭加温电路的分界点。UaOednc

首先,我们在NTC电阻的规格上查得在零上五度时的电阻值,如下图可查看对应温度时其电阻值为272K欧姆。UaOednc

UaOednc

接着,确认在零上五度时对应的MOS管其开启电压,从规格书提供的图表里可以查得在五度时MOS的开启电压为0.97V。UaOednc

UaOednc

最后,根据上面的值进行分压电阻计算,选择电值为680K。UaOednc

3.加温电路小板设计

由于加温电路是放在一个小的PCB板上然后再架设在两块主PCB板之间。所以根据两个主PCB的需要加温元件布局设计如下PCB板。UaOednc

两个主PCB需要加温的区域位都位于同一方位,所以在加温电路小板,将发热电阻集中发在对应区域,使热量优先到达需要的地方,对板子上多的铜进行了删除,NTC电阻放置在两个主PCB板中的一个上。在板子的加温区与两个主PCB板之间使增加导热硅胶垫增强热传导。UaOednc

UaOednc

4.实物板测试及结论

使用实物板进行测试,在常温下使用跳线进行全率加热,些电路的最大温升可以达到20度。在低温箱中进行测试,加温电路的控制,其在7度左右电路会开始开启,到达-4度时会到达设计全功率。UaOednc

此电控制电路的优缺点:UaOednc

  • 优点:加温控制电路原理图简单,各参数也方便确定,最后测试结果达到预期设计目标。
  • 缺点:加温速度慢,达到温度平衡时间长,加温过程中会有温度的来回波动震荡,如精确加温的场合不能使用。

本文为CSDN博主「athen21」原创UaOednc

原文:https://blog.csdn.net/athen21/article/details/106357761UaOednc

责编:Demi
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