电路老化试验箱恒温控制系统的设计

　　0 引 言

　　目前，各种电子产品应用于我们日常生活的方方面面，但是所有的电子产品都有一定的使用寿命，会随着使用时间的推移逐渐老化电路测试实验箱被广泛采用，在恒温箱温度控制系统中，一般基于单片机设计，其执行器一般采用可控硅模块，控制算法采用双位控制方法、模糊控制方法、传统：PID控制方法、模糊PID控制方法等。采用可控硅模块作为执行机构电路实现比较复杂，并且系统可靠性难以保证。采用双位控制方法控制精度比较粗糙，简单模糊控制方法控制精读同样不能保证。对于具有大时滞特性的温度控制系统，传统PID控制和模糊PID控制方法都存在参数难以调整的缺点。基于以上分析，本文提出基于固态继电器和自整定 PID算法的单片机恒温控制系统，具有电路简单可靠并且控制精度高的特点。

　　1 固态继电器的分类及其工作原理

　　1.1 固态继电器分类

　　固态继电器(solid state relay，SSR)是用分离的电子元件、集成电路或芯片，及混合微电路技术结合发展起来的一种具有继电器特性的无触点电子开关。SSR具有输入控制电压低、驱动电流小、无触点、电磁干扰小、绝缘耐压高、耐腐蚀、抗干扰能力强、寿命长、可靠性高等特点。

　　按负载电源的类型不同可将SSR分为交流固态继电器(AC-SSR)和直流固态继电器(DC-SSR)。按AC-SSR的控制触发方式不同，又可分为随机导通(P)型和过零触发(Z)型两种。P型AC-SSR是当控制信号输入后能立即导通，在负载电流过零时关断，因此在导通瞬间可能产生较大的干扰。Z型 AC-SSR则是当控制信号输入后，在交流电源经过零电压附近时导通，其关断条件与P型相同，故干扰很小。

　　1.2 固态继电器的工作原理

　　由于Z型AC-SSR具有干扰小的特性，故在此选用Z型AC-SSR作为恒温箱温度控制系统的执行器，并以图1为例介绍其工作原理。

　　电路由信号输入电路、零电压监测系统、工作指示电路、双向可控硅控制电路和吸收电路组成。光电耦合器GD作为输入电路和输出电路之间的隔离元件，VD防止 Vin正负接反烧坏GD。VT为反相器，SCR为单向可控硅，BR为双向整流桥，TR为双向可控硅。R7和C1组成浪涌吸收网络，以吸收电源中带有的尖峰电压或浪涌电流，防止对开关电路产生冲击或干扰。

　　电路的工作过程是：当无输入信号时，GD中的光敏三极管截止，VT为交流电压零点监测器，通过R3获得基极电流而饱和导通，将SCR的门极扣在低电位而处于关断状态。当有输入信号时，光敏三极管导通，此时SCR的状态由VT决定。如果电源电压大于过零电压时，分压器R2、R3的分压点P电压大于 VBE，VT饱和导通，SCR门极因扣位在低电压而截止，TR的门极因没有触发脉冲而处于关断状态。只有当电源电压小于过零电压，P点电压小于VBE时 VT截止，SCR门极通过R4获得触发信号而导通。在TR的门极获得从R6→BR→SCR→BR→R5以及R5→BR→SCR→BR→R6正负两个方向的触发脉冲，TR导通，从而接通负载电源。当输入信号关断后，GD中的光敏三极管截止，VT饱和导通，使SCR门极箝位在低电位而关断，但是此时TR仍保持导通状态，负载上仍有电流流过，直到负载电流随VAC减小到小于双向可控硅TR的维持电流后才自行关断，切断负载电源。