基于运放退饱和的电阻炉温度控制系统设计.pdf

2012年11月1日
现代电子技术
Nov.2012
第35卷第21期
Modern Electronics Technique
Vol 35 No 21
基于运放退饱和的电阻炉温度控制系统设计
刘沛佳,周婷婷
(郑州大学信息工.程学院,河南郑州450001)
摘要:为了实现电阻炉的快速升温及温度控制,采用放退饱和的方法,当电阻炉温度未达到设定值时,送放饱和输
出,所控制的驱动电路输出脉冲的占空比最大,IGBT近似全导通,电炉加热功率最大,温度快速上升;当温度达到设定值时,
运放开始退饱和,輸出电压逐渐减小,从而减小驱动电路檎出脉冲的占空比,IGBT导通时间变短,电炉加热功率减小,实现
温度控制。通过 Multisim软件仿真及硬件电路测试,验证了本设计的可行性。该温度控制系统具有升温速度快、易于操作、
滞后性较低的优点
关键词:电阻炉;温度控制;运放;退他和;IGBT
中图分类号:TN373-34;TP273
文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2012)21-0156-02
Design of resistor furnace temperature control system based on desaturation process of op-amp
LIU Pei-jia, ZHOU Ting-ting
(School of Information and Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China)
Abstract: In order to quickly rise the resistor furnace temperature and realize the temperature control, the system is de
signed based on the advantages of the process that op-amp breaks away from saturation region. Before the temperature of re-
value, the op-amp outputs the saturated voltage. Thus, the driving circuit outputs pulses with
the largest duty ratio and IGBT is close to normally on. So the heating power of the resistor furnace is the highest and the
temperature rises rapidly. When the temperature approaches the set value, op-amp begins to break away from the saturation
egion, so that the output voltage reduces. As a result, the conduction time of IGBT decreases. Therefore, the resistor fur
nace heating power reduces. In this way, the temperature control is realized. The results of Multisim simulations and the
hardware circuit tests show that this method is feasible. This temperature control system has the advantages of quick heating
easy operating and low hysteresis
Keywords: resistor furnace; temperature control; opamp; desaturation; IGBT
引言
统框图中反馈控制电路的输出电压控制。
电阻炉在热处理工艺中被广泛应用,研究电阻炉控
反懺控制电路
热电偶采样信
制方法具有重要意义。月前,电炉温度控制主要采用
55振荡电路
IGBT
PID控制或基于PID的術生控制方法,PID控制整定方
便,适应性好,是目前过程控制中应用广泛的一种控制
因1系统框图
方法,但对于滯后大的过程,如温度控制,PID稳定时间
本文主要讨论反馈控制电路,电路设计思路是当温
较长1]。本文中提出的通过运放退饱和来调节驱动脉度低于设定温度时,运放饱和输出,555振荡电路输出
冲的占空比,从而控制IGBT关断与导通时间,实现对脉冲具有最大占空比,IGBT接近于全导通,电路具有
电炉温度的控制和调节的方法,简单实用,升温速度快,最大输出功率,电阻炉快速升温。当温度接近设定温度
为温度控制提出了另一种可行性方法。
时,运放开始退饱和,输出电压减小,从而55振荡电路
电路控制原理
输出脉冲的占空比减小,IGBT导通时间变短,从而电
炉功率减小。
本设计的系统框图如图1所示,由IGBT输出作为
基于以上设计思路,设计出一套由两级运放组成的
电阻丝电源,IGBT的导通和关断时间由55多谐振荡反馈控制电路,电路图如图2所示。电路输入是由热电
输出脉冲的占空比控制,55电路输出脉冲古空比由系偶从电炉反馈回的热电动势,经第一级运放放大后与温
度控制信号V。进行差值运算后经第二级放大输出。
收稿日期:2012-05-25