由于工作性質(zhì)和溫控有關(guān)，公司主要從事恒溫焊臺開發(fā)，常用純硬件936系列焊臺多采用on/off控制方式，這種控制嚴(yán)格意義上來說都算不上是恒溫，因?yàn)閷?shí)際溫度總是在目標(biāo)溫附近上下跳動。為了提升自己的能力本人自學(xué)了PID原理，決心要設(shè)計(jì)一款真正意義上恒溫的純硬件936焊臺。憑借平時的模電積累以及運(yùn)放的扎實(shí)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)起來倒是比較順利，但是電路確實(shí)比較復(fù)雜用在焊臺上有點(diǎn)浪費(fèi)，不過相信對某些領(lǐng)域有一定的借鑒意義大家可以根據(jù)模塊電路靈活借鑒。

　　此電路很簡單無非是通過R10電位器線性改變VRF的電壓值，注意VRF和目標(biāo)溫度之間并不是直接相等的關(guān)系后面的PID電路部分會給出VRF與目標(biāo)VT之間的關(guān)系。

　　差分信號放大及溫度零點(diǎn)校準(zhǔn)

　　本電路要實(shí)現(xiàn)的功能是VT=K*（VT+ - VT-） - K1*VF，其中K、K1和VF為常數(shù)，VF為零點(diǎn)校準(zhǔn)電壓可通過R18調(diào)整。這個電路不同于經(jīng)典減法電路，經(jīng)典減法電路可以去掉運(yùn)放U1C，但需要對VT+電壓進(jìn)行電阻分壓后輸入到運(yùn)放同相端12腳，但是在此電路中分壓會破壞VT+和VT-的差分特性，并且VT+的輸出能力很有限分壓電阻還會改變VT+的實(shí)際電壓導(dǎo)致測溫偏差，經(jīng)典減法電路VT-直接輸入R49也存在此問題。

　　遇到這種情況經(jīng)典減法電路通常采用兩個運(yùn)放做輸入級差分后再加運(yùn)放做減法，采用本電路后可減少運(yùn)放具有一定的借鑒意義。我設(shè)計(jì)這個電路的初始依據(jù)是：

　　根據(jù)傳統(tǒng)減法電路之所以要將VT+做分壓處理是為了在減法推導(dǎo)公式里面制造一個特殊情況使某些多項(xiàng)式可以合并這樣才能把公式終化簡為K（VT+ - VT-），我的想法也很簡單：如果不給VT+分壓，能不能給VT-做適當(dāng)?shù)奶幚硗瑯邮苟囗?xiàng)式合并得到K（VT+ - VT-）的目的呢？通過虛短定理列出VT+，VT-，VT三者關(guān)系的表達(dá)式，化簡來化簡去得出需要把VT-放大（220+220+2.2）/220倍同樣可以得到K（VT+ - VT-）的結(jié)果，不過K的數(shù)值是經(jīng)典電路的2倍。

　　下面我給大家論證一下這個電路的工作原理：

　　U1C的8腳電壓為VT-（220+220+2.2）/220（代式1），交代一下R39，R40，R18，R41這一塊電路理論上必須是一個恒壓電路，通過R18可改變R42左邊的電壓值這個電壓值我叫他VF。虛短定理U1D13腳電壓等于VT+，好了交代完畢，

　　輸出VT=220*［（VT+ - 代式1）/2.2 + （VT+ - VF）/2.2］+ VT+；

　　將代式1代入后算得結(jié)果：VT=［（2.2+2*220）/2.2］ *（VT+ - VT- ） - 220VF/2.2;說實(shí)話本來是想實(shí)現(xiàn)K=K1的，但是VF那一路電路會更加復(fù)雜在此暫不做討論。

　　PID運(yùn)算電路

　　有了上面的VT和VRF信號現(xiàn)在可以做PID算法了！其中Vout為PID運(yùn)算結(jié)果。分析之前先交代一下： 1.R9左邊為比例輸入電壓為VT；

　　2.R4左邊為微分輸入電壓為微分d，D9，D10，C3，C22為有極性電容組成的無極性電路總電容量應(yīng)該還是100uF，L1的作用為 增加高頻阻抗——減小高頻增益削弱干擾信號；

　　3.R2左邊為積分輸入電壓為 i ，i 等于Vout的積分，積分時間由R1，R12，C2決定。D11為穩(wěn)壓管限制 i 的范圍為（VRF-4.3）~（VRF+0.7），限制積分的范圍可加速進(jìn)入恒溫狀態(tài)，積分完成后 i =VRF-Vout。

　　上圖中的比例電路不僅包含比例運(yùn)算，同時還合并了微分放大和比例、積分、積分求和等功能。這部分電路實(shí)質(zhì)上就是一個常用的加法電路+減法電路+比例放大電路的合體。根據(jù)虛短定理U1A的2腳電壓=VRF，再根據(jù)虛斷特性流過R3的電流等于流過R2，R4，R9的電流之和 I249=（VRF-VT）/100K +（VRF-i）/510K +（VRF-d）/10K，Vout=510K*I249+VRF;

　　將兩個代式合并后：Vout=510K*［VRF-VT）/100K +（VRF-i ）/510K +（VRF-d ）/10K］+VRF;

　　等式變換后：Vout=5.1（VRF-VT） +Vout（積分）+51（VRF-d ）+VRF;

　　其中：

　　1.比例P=（VRF-VT） ，5.1為比例系數(shù)；

　　2.積分I=Vout（積分）；

　　3.微分D=（VRF-d ），51為微分系數(shù)；

　　注意當(dāng)進(jìn)入恒溫后d=VRF，此時去掉積分后Vout應(yīng)該為零，得：5.1（VRF-VT） +51（VRF-d ）+VRF=0

　　d=VRF代入后：5.1（VRF-VT）=-VRF 得：VT=6.1VRF/5.1，6.1VRF/5.1為恒溫時的目標(biāo)溫度VT值?。?！

　　得到Vout信號后還要輸入下電路，根據(jù)Vout的大小改變加熱開關(guān)的占空比：

　　振蕩及脈寬調(diào)制電路 鋸齒波振蕩電路模塊產(chǎn)生鋸齒波，具體的產(chǎn)生過程：12V電壓經(jīng)過R20電阻給C10充電，U5B比較器通過比較C10與R24的對地電壓：

　　1. R24對地電壓=12V*7.5/（10+7.5）=5.14V；

　　2. C10的對地電壓隨著充電的進(jìn)行逐漸上升在這個電壓遠(yuǎn)低于12V前這個上升過程近似于線性上升，如對線性度有比較嚴(yán)格的要求可以考慮將R20替換為一個恒流電路。

　　當(dāng)C10的電壓充到略高于5.14V時，U5B比較器翻轉(zhuǎn)7腳輸出高電平，此時Q8飽和——R24電壓被拉至1V左右，振蕩穩(wěn)定后這個1V的電壓其實(shí)就是C10周期性充放電的充電起始電壓。由于Q3的發(fā)射極并非直接接地而是接同步信號“SYNC”，在同步信號（低電平脈沖）到來之前C10還將繼續(xù)充電，直到同步脈沖到達(dá)Q3發(fā)射極C10瞬間放電至1V左右U5B 7腳輸出低電平C10由放電轉(zhuǎn)為充電，U5B 6腳電壓上升到5.14V開始新一輪的充電周期。同步電路如下圖所示：

　　市電零點(diǎn)同步電路

　　同步電路的作用為：在市電上升或下降過零點(diǎn)時輸出低電平脈沖，脈沖寬度由C14，C19，R29，R33參數(shù)決定。這樣可以使鋸齒波振蕩波形與市電同步，這樣做可以保持輸出功率 在不同控制周期中的均衡性，也就是當(dāng)Vout的電壓恒定為一個值后加熱功率也能穩(wěn)定在一個數(shù)值。 脈寬調(diào)制部分：Vout與C10的充電鋸齒波進(jìn)行比較，當(dāng)C10充電電壓低于Vout時U5A輸出高電平，充電電壓高于Vout輸出低電平。因此控制Vout的高低就可以線性控制輸出高電平的寬度從而達(dá)到脈寬調(diào)制的目的。R37，R38使在U5A比較器電平翻轉(zhuǎn)時 3腳（同相端）形成一個比較小的電壓緩沖區(qū)間，這樣可以鎖定翻轉(zhuǎn)，不會在翻轉(zhuǎn)時由于Vout電壓的紋波出現(xiàn)U5A輸出抖動。后面才想到R37替換為一個電容更好，否則3腳與Vout電壓之間總是會存在一個壓差。R37換為電容后3腳電壓只在U5A輸出翻轉(zhuǎn)的瞬間3腳才會與Vout電壓存在壓差。R37電容與R38電阻的充放電時間參數(shù)要盡量短否則會影響整體電路的正常工作。

　　U5A輸出后經(jīng)過D7再到Q2的發(fā)射極，在同步信號未觸發(fā)時Q2集電極無輸出，只有在U5A 1腳輸出高電平 并且有同步觸發(fā)時Q2集電極輸出高電平脈沖觸發(fā)U4光耦——觸發(fā)Q1可控硅——發(fā)熱芯得電加熱。在此我特別說一下D7和D8的作用，可能有很多人會覺得D7D8多余，其實(shí)不然：我也是在工作中曾經(jīng)遇到過三極管發(fā)射結(jié)反向擊穿造成電路異常，當(dāng)時一度不得其解明明電壓很低為什么還會發(fā)生擊穿的問題，后面一查三極管規(guī)格書大跌眼鏡！原來一般的三極管發(fā)射結(jié)的反向耐壓都很低，低到你都不敢相信的5，6V（S8550只有6V）。之前因?yàn)槿龢O管都是發(fā)射極直接接電源或地一般不存在反向電壓的問題，可能都忽視了這項(xiàng)參數(shù)不信大家可以查一下。

　　再貼上電源電路部分：

　　如何通過R10電位器線性改變VRF的電壓值