TA9-IRR智能温控表输出板电路优化

TA9-IRR智能温控表，整机电路由电源/信号输出板、操作显示面板、MCU主板等3块电路板组成，供电电源与信号传输通过信号电缆和接线端子排JP1、J1进行。

图3-14为电源/信号输出板电路，由电源电路、加热（冷却）触点控制信号输出电路和4～20mA电流信号输出电路构成。

【电源电路】 电源模块TOP221的采用，使开关电源电路变得精简和高效。外围元器件极少，故障率降低，设计、制作与故障检修都变得容易。TOP221为三端脉宽调制PWM开关，内含功率MOS电源开关管，PMW脉宽调制器、高压启动电路、环路补偿和故障自动保护（电流检测）电路等。允许输入交流电压为85～265V，输出功率为12W。其内部原理框图如图3-15所示。

电源模块的2、3脚内接MOS功率管的漏、源极，并引入高压起动电源，内设电流检测等电路；1脚为反馈电压信号引入端或反馈电流信号引入端，控制内部PMW脉冲信号的占空比，完成对输出电压的稳压控制。有时也用作自动重启补偿电容的连接端。

图3-14 TA9-IRR智能温控表的电源/信号输出板电路

整流二极管D2-2、电容E2等元器件将电压反馈绕组的电压整流滤波后，引入电源模块的1脚，用以控制内部电压误差放大器，使输出电压保持稳定。开关变压器的3个二次绕组输出电压，经整流滤波和稳压处理，得到5V工作电源供后级控制电路（MCU主板）和操作显示面板电路；24V工作电源供控制继电器的线圈供电；从稳压集成电路78L15取出的15V电源又经后级稳压电路“裂变”为＋7.5V和－7.5V正负电源，提供MCU主板运放电路的工作电源。

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图3-15 电源模块TOP221的功能原理框图

【触点控制信号输出电路】 由温度传感器及温度检测电路输入的温度信号，经微控制器MCU内部程序（如PID）运算，由U6（见图3-19）的11脚、17脚（开关量信号输出脚）直接输出，经JP1端子输入触点控制信号输出电路。经光耦合器隔离和晶体管放大后，驱动KA1、KA2继电器，输出触点控制信号，控制外部加热（或冷却设备）的电源，达到恒温控制目的。MCU输出控制信号的内容，可由参数进行设置，如KA1输出的触点信号，可设置为加热控制或故障报警1，KA2输出的触点信号，可设置为冷却控制或故障报警2，这完全取决于用户的控制需求。控制端子③、④、⑤内接继电器KA1、KA2的动作触点。

【4～20mA电流控制信号输出电路】 控制继电器输出的为开关量信号，用于控制加热设备或冷却设备的电源通断，达到恒温控制的目的，但存在较大的温度波动和控制精度不高的缺点。而利用4～20mA的模拟量输出控制信号，对外部晶闸管调压设备或变频器拖动的加热或制冷设备进行闭环温度控制，则能提高控温精度和提高自动化控制水平。

由U6的12脚（见图3-19）输出PWM脉冲（由温度设定信号和温度检测信号经PID运算后得出）信号，经光耦合器P181隔离传输，2级RC滤波网络处理为可变直流电压，输入由N1运放电路和晶体管T8、T9构成的恒流源电路，输出电流为3脚输入信号电压Vi/R72的值，N1的输出电流信号在负载电阻R88上转化为电压信号V1，送入由运算电路N2、晶体管T6、T7构成的恒流源电路。将4～20mA电流信号输出电路重绘成图3-16，易于分析V/I转换的工作过程。

图3-16 4～20mA电路——V/I转换电路

图3-16中的RL为输出端子外接负载电路的内部等效电阻，这是一个不确定电阻。电路的任务是将MCU输入的Vi信号转化为稳定的输出电流，且输出电流的大小不受负载电路内阻RL大小的影响，电路需具有恒流源电路特性，N2运算放大器与外围元器件实际构成了一个电流负反馈电路，起到稳定输出电流的作用。在输入Vi为固定电压值的情况下，V1也是个稳定值，经R76输入N2的两个输入端，由运放的“虚短”特性可知，流过R76的电流值=V1/250。可进一步将V1分解为V2和V3的串联电压（电路的稳态是使V3=0），当RL或24V电源变化引起流过R76的电流上升时引起V2↑→因V1为稳定值，N2输入差分电压值V3↓→N2的输出端电压往正方向变化，晶体管T6、T7的I_c↓→流过R76的电流↓，从而使输出电流维持恒定输出。