电冰箱温控器原理及应用
电子温控器,不仅在温度特性上与压力式温控器相同,而且根据冰箱厂家的要求可以很容易地改变温度特性,省去了压力式温控器因改变温度特性而需要组织生产新零件的程序,加快了新产品配套过程,并降低了生产成本.该电子温控器同时具有半自动除霜功能,根据需要,可手动启动除霜加热器,到达设定温度时,自动停止除霜。
工作原理
1.1 电 源
如图1所示,交流220V经变压器TR1降压后,再经整流、滤波输出约12V直流电压,供给压缩机继电器RC和除霜加热丝继电器RH.同时经R20,D8,C7稳压后输出约6.8V直流电压供给其余逻辑控制电路.
1.2 温度控制
本电子温控器采用负温度系数(NTC)热敏电阻Rt1,Rt2作为感温元件,其在常温(25℃)时的电阻值约为3k8,正常工作温区大致在-60～+100℃之间,并用环氧树脂及金属外壳封装,以适当减少温度感应灵敏度.具有灵敏度高、热惯性小、低温阻值大,在一定温度范围内阻值基本呈线性变化、价格便宜等优点,可广泛用于温度控制及检测.
电子温控器逻辑控制原理如图2所示,电冰箱压缩机的开停由冷藏室的温度控制,Rt1(冷藏室热敏电阻)为冷藏室温度传感器,Rt1和R19组成分压器,随着冷藏室温度的变化,IC1(四电压比较器LM339)的5,6脚电压V(6)随之改变.IC1的4脚电压恒定不变.
V(4)=30/（30+20）&TImes;6.8=4.1V
IC1的7脚电压由温度调节电位器R4决定,当电位器R4调至低档(温控器暖点)时,R3,R4的等效电阻R34=0.49k8,此时,
V(7)=（1.1+0.49）/（1.1+0.49+2.4）&TImes;6.8=2.71V
当电位器R4调至高档(温控器冷点),此时,
V′(7)=1.1/（1.1+0.52+2.4）&TImes;6.8=1.86V
当电位器R4调至中间位置(温控器中点),选择R4电位器阻值呈线性变化,此时可计算出V″(7)=2.3V
由IC1的7脚电压变化值可以看出:V″(7)=0.5(V(7)+V′(7))
这样,通过合理选择热敏电阻Rt1,可使温控器停机温度随电位器位置的不同而基本呈线性变化.当电冰箱通电后,由于温度较高,Rt1阻值较小,此时因 V(6)>V(7),V(6)>V(4)
故 IC1输出V(1)=“0”,V(2)=“1”.
此时IC2(四或非门电路CD4001)的4脚输出V02=“1”,压缩机继电器RC吸合,电冰箱开始制冷.随着温度的降低,Rt1阻值增加,V(6)随之减小,当温度降至约4℃时,
Rt1=6.7k8,此时V(6)=4.1V
因V(4)=4.1V不变,故V(6)<V(4),V(6)>V(7)
此时V(1)=“0”,V(2)=“0”.
因此IC2的输出V02=“1”保持不变,电冰箱继续制冷.
随着温度的进一步降低,Rt1阻值继续增加,假设调温电位器置于中点,则当温度降低至约-20℃时,Rt1=19.6k8,此时V(6)=2.3V。
故V(6)<V(4),V(6)<V(7).
IC1的输出V(1)=“1”,V(2)=“0”.
此时IC2的输出V02=“0”,压缩机继电器RC释放,电冰箱停止制冷.
停止制冷后,冰箱内温度升高,Rt1阻值减小,V(6)增大,此时V(6)>V(7)=2.3V(中点位置),但V(6)<V(4)=4.1V.
因此IC2的输出V02=“0”,保持不变,压缩机不工作.随着温度的进一步升高,当达到约+4℃时,Rt1=6.7k8,V(6)=4.1V.
故当V(6)>V(7),V(6)>V(4)时,IC1输出V(1)=“0”,V(2)=“1”.IC2输出V02再次反转为高电压,压缩机继电器RC吸合,电冰箱重新制冷.如此反复,冷藏室探头处的温度被控制在+4～-20℃之间波动。
由以上分析可以看出,温控器开机温度(C/ON,W/ON)维持在+4℃保持不变,而停机温度可随调温电位器位置不同而改变,其温度特性与调温电位器位置的关系如图3所示.此例中:
C/OFF=-24℃,W/OFF=-16℃
N/OFF=-20℃,C/ON=W/ON=+4℃
从而达到了WDF系列温控器定温复位的要求.改变电阻参数,即可改变开、停机温度特性,满足不同用户的要求.
1.3 半自动除霜
半自动除霜的控制电路由IC1(四电压比较器LM339)的另外一半及其外围电路组成.对IC1进行分析：
正常时,即按钮AN101,AN102都未按下时:IC1的8脚电压V(8)=V(11)=5.65.6+3&TImes;6.8=4.43V.
IC1的10脚电压V(10)=6.8V.
IC1的9脚电压V(9)随除霜热敏电阻Rt2的阻值变化而变化,温度升高,Rt2阻值降低,V(9)增高;温度降低,V(9)减小.
当冷冻室温度较高,则V(9)>V(8).这时即使按下除霜按钮AN101,因为IC1的输出端V(14)=“1”,则IC2的输出V(01)′=“0”,除霜继电器RH不导通,故此时不进行除霜加热.
当冷冻室温度较低,使V(9)<V(8)=4.43V时,则IC1的输出端V(14)=“0”,此时若不按下除霜按钮AN101,因为V(10)>V(11),则IC1的输出端V(13)=“0”,则IC2的输出端V01′=“0”,保持不变,也不会进行除霜加热.
此时若按下AN101按钮,则V(10)=0<V(11),IC1输出V(13)=“1”,因为V(14)=“0”,则IC2输出V′01=“1”,除霜继电器RH得电,进行除霜加热,松开AN101按钮后,IC2输出V′01=“1”保持不变,继续进行除霜加热,直至冷冻室温度升高约6.5℃,对应热敏电阻Rt2=5.35k8,此时,V(9)=V(8)=4.43V,IC2输出V′01=“0”,停止除霜加热,转入制冷.
若在除霜加热过程中按下除霜停止按钮AN102,则此时,V(8)=V(11)=0.7V<V(9)<V(10),则IC2输出V01′=“0”,除霜加热手动中止.
松开按钮AN102后,IC2输出V01′=“0”保持不变,维持制冷状态不变.
由以上分析可知,该电子温控器实现了半自动除霜功能。
由上述分析可知,该电子温控器开机温度C/ON(W/ON)=4℃保持不变,停机温度在-16～-24℃之间变化,除霜复位温度约为6.5℃.实现了定温复位温度特性要求,并具备半自动除霜功能.其具有控温精度高,易于组织生产、配套设计快捷等特点,改变相应的电阻组合,即可很容易地改变开机、停机、除霜温度特性.该电子温控器经批量试生产并经有关厂家试用,市场反映良好.