基于數字電位器X9312的功率調節電路

引言

     在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域中，人們都需要對各類(lèi)加熱爐的內部溫度進(jìn)行監測和控制。采用單片機來(lái)對它們進(jìn)行監測控制不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單、靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高受控對象的技術(shù)指針。 
 
    單片機通常是通過(guò)輸入信道將溫度傳感器感受到的被控對象當前溫度轉變?yōu)閿底至坎⑤斎氲絾纹瑱C內，單片機求出輸入的當前溫度值與設定值的偏差，并根據該偏差進(jìn)行PID運算，最后根據PID運算的結果，通過(guò)功率調節電路改變給定周期內加熱絲的通電時(shí)間來(lái)實(shí)現對溫度的控制。功率調節電路調節功率的實(shí)質(zhì)是利用占空比的調節來(lái)改變加熱絲的平均功率，整個(gè)控制系統是一個(gè)典型的死循環(huán)系統。功率調節電路是控制系統的執行機構，不僅要求輸出功率大，還要求能根據需要對輸出功率進(jìn)行精確的調節，是系統中最關(guān)鍵、最昂貴的組成部分，也常常是故障率最高的部分。

    本文采用Xicor數字電位器X9312和NE555組成占空比可調的脈沖振蕩器，驅動(dòng)固態(tài)繼電器實(shí)現功率調節的功率調節電路及其單片機控制程序。該電路用于某型標準恒溫油槽中作為自動(dòng)控制系統的執行機構，取得了理想效果。





數字電位器X 9312 

    數字電位器一般用電阻數組和多路仿真開(kāi)關(guān)組合實(shí)現電阻值的改變，克服了仿真電位器噪聲大、磨損大、怕振動(dòng)、壽命短的主要缺點(diǎn)。尤其重要的是數字電位器具有可編程能力，可方便地實(shí)現與單片機的接口，實(shí)質(zhì)上是一種特殊的數模轉換器。其仿真量輸出不是電壓或電流，而是電阻或電阻比率，允許用戶(hù)直接過(guò)程控制，利用電阻值或電阻比率變化進(jìn)行參數調整。

    Xicor 公司生產(chǎn)的非易失性數字電位器可以滿(mǎn)足各種分辨率和控制精度的要求，幾乎可取代所有仿真電路中的機械電位器。X9312是Xicor 非易失性數字電位器系列中的典型產(chǎn)品之一，圖1為X9312的結構框圖，圖2是X9312的引腳配置圖。

    X9312有三個(gè)組成部分：電阻數組；非易失性存貯器；輸入控制、計數器、譯碼器。

    X9312的電阻數組帶溫度補償，包含99個(gè)電阻單元，在每?jì)蓚€(gè)單元之間和兩個(gè)端點(diǎn)都有可以被滑動(dòng)單元訪(fǎng)問(wèn)的抽頭點(diǎn)?；瑒?dòng)單元的位置由、和三個(gè)輸入端控制。只有置低，X9312被選中，才能使和輸入端接受信號。在輸入端由高變低時(shí)將增加或減少(這取決于輸入端的狀態(tài))7位計數器的值，計數器的輸出被譯碼，進(jìn)行一百選一的操作，使滑動(dòng)端的位置沿電阻數組移動(dòng)。計數器的值不會(huì )從全0跳至全1，也不會(huì )從全1跳至全0，因此滑動(dòng)端到達電阻數組的一個(gè)極端時(shí)不會(huì )跳至另一極端而循環(huán)往復?；瑒?dòng)端的位置可以被貯存到一個(gè)非易失性存貯器中，因而在下一次上電工作時(shí)可以重新調用。X9312的分辨率等于最大的電阻值除以99。例如X9312T(100KΩ)的每?jì)蓚€(gè)抽頭間的阻值為1010Ω。

基于X9312的功率調節電路

    圖3(a)是用NE555組成的占空比可調的脈沖振蕩器，該振蕩器占空比調節范圍較大，NE555工作于無(wú)穩態(tài)工作方式。此電路實(shí)現占空比調節的關(guān)鍵器件是電位器W，數字電位器X9312用于圖3(a)的電路中，替換機械電位器，就可在單片機控制下直接調整輸出脈沖的占空比，驅動(dòng)固態(tài)繼電器實(shí)現功率調節，其電路如圖3(b)所示。

    某型標準恒溫油槽是根據國家頒布的計量檢定規程要求而專(zhuān)門(mén)設計制造的，主要用于溫度傳感器檢定，最大加熱功率為4000瓦，工作溫度可在0℃~300℃間根據需要設定，達到設定溫度并穩定后,要求15分鐘內溫度波動(dòng)小于