一个小改动，让铜线恒温器效率达94%

在最近的EDN设计实例中，我们看到了将传感器和加热器的功能融合到一个器件中的恒温器设计：FET、BJT，甚至是一段简单的细铜线。使用晶体管作为组合传感器和加热器的恒温器设计的一个固有优点是，无论它是以线性模式还是脉冲模式运行，都能确保高效率。

出现这种情况的原因很简单，当功率传递装置和加热器结合在一起时，耗散的功率就不会被浪费。相反，根据定义，它只是更多的热量。结果就是获得接近100%的效率！遗憾的是，对于热线恒温器来说，并没有这么简单。虽然它也融合了传感器和加热器，但他们仍然与传递装置保持分离。因此，它在线性模式下工作时耗散的功率对加热没有任何贡献，被完全被浪费了，从而降低了效率。避免这种低效率的潜力使开关模式成为一种有趣的可能性。

图1给出了实现该设计的思路。

图1：开关模式恒温器可有效加热铜线融合的传感器/加热器。

图1与线性恒温器有许多共同之处：“细铜线也能作为集成式传感器和加热器进行温度控制？”，其示意图如图2所示。

图2：线性模式热线恒温器，使用40AWG铜线的温度系数和I 2 R加热来融合传感器/加热器。

它们与铜线融合的加热器/传感器的接口基本相同。不同之处在于运算放大器A1a控制Q1的方式。

在图2中，R1和R5+R6之间的温度相关的电压差由A1a线性放大，并施加到Q1的栅极，以线性强制热线加热，使其与R5上的设定值相匹配。其结果是实现了良好的温度控制，但Q1上的功耗也高达10W。

相比之下，在图1中，通过R7围绕A1a的正反馈迫使放大器根据相同的误差信号将Q1完全锁定为ON或OFF。这个简单的差异足以提高加热效率，与图2不同，图1中的Q1不需要散热器，整个电路只需一半的电源电压即可运行。

加热效率取决于热线长度，范围从5英尺的83%到15英尺的94%。这些数字与线性版本相比效果更好，线性版本的最大值为50%左右。

同时，转换器和线性版本的校准顺序保持不变：

1. 首次通电之前，让传感器/加热器完全平衡至室温。

2. 将R4和R5设置为完全逆时针(CCW)方向。

3. 按住CAL NC按钮。

4. 打开电源。

5. 顺时针缓慢旋转R4，直到LED首先闪烁。

6. 释放CAL按钮。

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