比例式AC電源控制器適量輸出AC線路的周期

　　在工業(yè)控制和過程控制領域，經常必須準確控制過程溫度。可利用“開關”(Bang-Bang)法來控制多數加熱元件，即在預定設置點給它們通電或斷電。被加熱物質的溫度始終在設置點附近波動。可利用比例式功率控制來實現(xiàn)高得多的溫度精度。借助這種方法，控制器監(jiān)視溫度時，按照比例改變加熱器功率，來使溫度盡可能接近設置點。PID（比例積分導數）控制環(huán)通常可實現(xiàn)這種功能。以線性比例方式改變通往加熱元件的交流電，這既不容易，也不簡單。

　　本設計借鑒了Delta-Sigma調制器概念。控制器按照Delta-Sigma調制器確定的方式把AC線路的周期發(fā)送給負載。例如，當輸入控制電壓是滿刻度的15%時，100個AC周期中，只有15個到達負載。同樣，在85%時，100個周期中，有85個到達（圖1）。控制電壓輸入級IC1A是反相放大器，增益為-1。該級使控制電壓范圍大于0V。在本例中，控制電壓輸入范圍是0至2V滿刻度。控制電壓的輸入阻抗為100 kΩ。

　　下一級IC1B是積分器。積分器輸出可上升或下降，這取決于輸入電流的極性。它的升降速度取決于輸入電流的大小。積分器是Delta-Sigma調制器的核心。一般而言，它會強制R4中的控制電壓電流和R6中的反饋電流之間保持平衡。換言之，IC3A（是CMOS D型雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器）的輸出的占空比必須匹配滿刻度的控制電壓百分比。

　　比較器IC2A檢測積分器的輸出是否為正（因此需要更多反饋電流）或負（因此需要較少反饋，以便保持平衡）。比較器的輸出在0V和5V之間切換。雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器在60Hz時鐘的下一個上升沿鎖住比較器的結果。

　　只要雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器向積分器提供反饋電流，PNP晶體管Q1和光隔離SCR（光控整流器）IC4就會驅動負載切換SCR1，使之進入導電狀態(tài)。當負載SCR接通時，指示器LED1點亮。變壓器T1的次級檢測AC電源線路的零交叉，這些交叉提供60Hz時鐘。比較器IC2B的輸出在AC線路處于正半周期時切換至高電平，在負半周期時切換至低電平。電阻R15提供很小的正偏置，導致60Hz時鐘的邊緣略早出現(xiàn)，在此情況下比晚出現(xiàn)更好。如果太晚關斷SCR，則它的自鎖性可能會導致它在本該關斷的另外半個周期處于接通狀態(tài)。

　　比較器IC2A和IC2B均使用少量滯后來促進快速純凈的切換。其余元件生成穩(wěn)定的5V和–5V電源。變壓器T1和光隔離器IC4提供針對AC電源線路的隔離。

　　本設計對于恒溫器控制等應用很好用，但對于光線亮度調低或電機速度控制卻不好用，這是因為輸出功率具有跳動性。可輕松調整該設計，使其工作于240V交流電（50Hz）。