2.4 温度滞后

大家好，欢迎观看TI 高精度实验室 关于迟滞的视频。 在本视频中，我们将讨论迟滞的含义 及其与温度传感之间的关系。 我们还将使用 TI 的温度开关 作为示例来了解此应用和实现。 就其最基本的定义而言， 迟滞是指系统对其先前状态的依赖性。 我们可对迟滞进行可视化显示，如图中所示， 其中输入以 x 轴表示， 输出以 y 轴表示。 以 0 为起点，向系统施加一个输入 并将其提高至某个点。 在此过程中，输出将会增加， 直至达到 A 点。 此时，输入变小。 最后，输入增加，直到输出 再次达到 A 点。 然而，从点 B 到点 A 的路径 不同于从点 A 到点 B 的路径。 换句话说，对于相同的输入， 电流输出取决于输出的 先前状态。 迟滞通常用于专用温度传感器， 也称为温度开关， 用作系统的控制机制。 为了更好地理解为什么需要迟滞 来检测温度， 让我们以恒温器来举例说明， 恒温器是非常常见的温度开关 应用。 如图所示，设定点温度为 20 摄氏度， 且不存在迟滞。 当温度低于设定点时， 加热器开启，当温度高于设定点时， 加热器关闭。 打开门窗会导致冷风进入房间， 温度会瞬间下降。 这会导致加热器开启。 但是，当恒温器周围的环境温度达到平衡时， 温度升高， 加热器关闭。 这种持续的开关切换 不仅给 HVAC 单元带来了不必要的负荷， 而且还会导致系统产生不必要的 能量消耗。 现在，我们看一个类似的例子， 其设定点是 20 摄氏度， 迟滞是正负 5 摄氏度。 高、低跳变点之间的带 称为滞环。 当室温低于 15 摄氏度的低跳变点时， 加热器开启。 当室温高于 25 摄氏度的高跳变点时， 加热器关闭。 现在，当门窗打开时，同样的气流 会使室温瞬间下降。 但是，由于温度不超过低跳变点， 加热器将不会开启。 由于温度稳定，室温升高， 加热器保持关闭状态。 除了节能外，迟滞还可用于 各种保护电路， 适用于受温度影响的系统。 许多电气系统都含有 因功率耗散或环境影响 而发热的部件。 在这种情况下，组件效率降低， 甚至可能失效。 因此，可将温度传感器放置在靠近 这些组件的位置来监测温度， 并在达到温度过高或过低阈值时 触发开关操作。 这些器件通常被称为温度开关， 因为它们报告某些阈值， 而不是连续报告温度。 集成温度开关种类多样， 它们可以在各种不同级别上 对温度阈值进行编程。 这些传感器包括温度传感器本身、 用于解读阈值和迟滞电平的一些逻辑电路、 用于向系统发送警告的 比较器和输出，以及用于对 温度阈值和迟滞（例如电阻器）进行编程 或将输入拉至VCC 或接地的一些方法。 看过典型电路中迟滞的示例后， 系统设计人员应该在数据表中 关注哪些参数？ 如本示例数据表所示， 温度开关有两个重要 参数。 第一个也是最明显的一个参数是 开关提供的滞环宽度， 以及它是否满足应用要求。 对于该器件，滞环宽度 是根据引脚迟滞来设置的。 当连接到电源电压时， 它提供 10 摄氏度的迟滞。 但是，当接地时， 它提供 5 摄氏度的滞环。 第二个不太明显 但必须要考虑的参数 是跳变点的精度。 精度定义了滞环变化的 界限。 例如，对于 10 摄氏度的滞环， 正负 0.2 摄氏度的 典型跳变点精度 将导致 9.79 摄氏度 到 10.39 摄氏度之间的迟滞窗口。 让我们来看另一个示例， 该示例展示了高温应用中温度开关的输出 相对于迟滞和跳变精度的行为表现。 跳变点设置为125 摄氏度， 迟滞设置为10 摄氏度。 当温度上升到跳变点时， 输出引脚电压为电源电平 Vs。 达到跳变点后，输出引脚电压变为 0。 在此期间，系统会向 MCU 发送警报， 并可能触发断电或打开风扇等 事件。 系统开始将温度降低至迟滞设定的 可接受水平。 当温度降到115 摄氏度以下时， 输出变为高电平， 系统可以正常工作。 现在，假设跳变精度为正负 0.2 摄氏度。 在最坏的情况下，当检测到温度为 124.9 摄氏度时， 输出不会触发跳变。 如果跳变精度为正负 0.2 摄氏度， 则下一个样本可能会检测到温度为 125.1 摄氏度， 从而会导致输出跳变。 因此，系统设计人员必须确保所选的跳变点 必须有足够的保护带，以应对在检测温度时 出现的误差。 总之，利用监测温度并生成逻辑输出的简单机制， 带迟滞功能的温度开关 可用于各种应用。 我们讨论了恒温器如何利用迟滞来 监测温度，以将房间温度保持在舒适的水平， 同时降低功耗。 可以使用温度开关的其他组件包括 电源转换器和散热器， 以及电池和手机的充电器。 这些保护电路保持系统正常运行， 并防止不必要的故障或低效率。