熱表面警示燈無需外部電源

該警告電路使用熱電發(fā)生器（TEG）檢測(cè)表面溫度，并使用升壓開關(guān)穩(wěn)壓器將TEG輸出提升到有用的水平，當(dāng)表面溫度超過閾值時(shí)，該警告電路會(huì)閃爍高亮度LED。

由于熱表面警告燈會(huì)影響人員安全，因此每當(dāng)表面較熱時(shí)，它必須可靠運(yùn)行。然而，熱量使燈的電源復(fù)雜化，因?yàn)楦邷仉娫淳€難以安裝且不是很靈活，并且高溫電池（難以采購(gòu)）需要經(jīng)常維護(hù)。更好的方法是自供電的警告設(shè)備，從加熱環(huán)境中獲取電力。

半導(dǎo)體結(jié)可以將電轉(zhuǎn)化為熱量，反之亦然。例如，通過熱電冷卻器（TEC）的電流加熱結(jié)的一側(cè)并冷卻另一側(cè)：這種現(xiàn)象稱為珀?duì)柼?yīng)。相反，通過利用塞貝克效應(yīng)，當(dāng)一側(cè)被迫變熱而另一側(cè)保持低溫時(shí)，熱電發(fā)電機(jī)（TEG）在結(jié)上產(chǎn)生電壓（如果電路閉合，則產(chǎn)生電流）。

TEC和TEG本質(zhì)上是相同的。從熱電的角度來看，TEG是可逆的，可以作為TEC運(yùn)行，反之亦然。兩者都由大量的pn結(jié)組成，串聯(lián)電連接和并聯(lián)熱連接，形成薄半導(dǎo)體晶片，該薄晶片在薄陶瓷晶片之間鍵合以增強(qiáng)傳熱。TEG由更高溫度的材料（高達(dá)200°C）制成，并針對(duì)發(fā)電進(jìn)行了優(yōu)化。另一方面，TEC可以暴露的最高溫度約為100°C。

TEG的電壓輸出取決于施加在其陶瓷側(cè)的溫差以及串聯(lián)的內(nèi)部結(jié)點(diǎn)的數(shù)量。當(dāng)溫差小時(shí)，該電壓很小。大多數(shù)電路需要的工作電壓高于TEG所能產(chǎn)生的電壓，但具有低啟動(dòng)電壓的升壓開關(guān)穩(wěn)壓器可以將TEG輸出提升到有用的水平。

圖1所示電路采用上述原理。將TEG連接到被監(jiān)控表面后，只要表面溫度超過閾值，LED就會(huì)閃爍：當(dāng)被監(jiān)控表面足夠熱以產(chǎn)生約20°C的溫差時(shí)，超亮LED開始每秒閃爍兩次，并一直閃爍，直到差異消退到10°C。 無需外部電源，因?yàn)樯龎盒?a href="http://srfitnesspt.com/tags/開關(guān)穩(wěn)壓器/" target="_blank">開關(guān)穩(wěn)壓器（MAX1676）將TEG輸出升壓至約5V。

圖1.當(dāng)被監(jiān)測(cè)表面較熱時(shí)，升壓穩(wěn)壓器（MAX1676）將TEG的低輸出電壓升壓至適合閃爍LED的水平。

閃爍振蕩器由2N3906晶體管和MAX1676內(nèi)部的精密比較器組成（可通過LBI和LBO訪問）。LBI/LBO 端子連接在一個(gè)正反饋環(huán)路中，在輸入端產(chǎn)生遲滯（10μF 電容器連接到公共端）。

兩個(gè)電阻連接到反相LBO輸出端（2N3906集電極提供），一個(gè)連接到公共電容，另一個(gè)連接到10μF電容，根據(jù)2Hz、50ms-ON閃爍脈沖的要求，添加一個(gè)具有不對(duì)稱充電/放電路徑的負(fù)反饋環(huán)路。pnp 晶體管還通過超亮 LED 驅(qū)動(dòng) 30mA 電流。低工作電壓（約 5V）將 LED 顏色的選擇限制為紅色、綠色、黃色或橙色。電路無法驅(qū)動(dòng)白色或藍(lán)色 LED。

您應(yīng)該機(jī)械安裝 TEG，以最大化其表面之間的溫差：散熱器將熱量從一側(cè)傳遞出去，使其保持冷卻，另一側(cè)跟蹤其熱附著的受監(jiān)控表面（圖 2）。TEG的輸出電壓與其兩端的溫差成正比，因此當(dāng)電路在TEG上看到足夠的溫差時(shí)，電路開始閃爍。圖3顯示了LED閃爍時(shí)出現(xiàn)的2N3906集電極波形。

圖2.當(dāng)圖1中的監(jiān)控表面升溫時(shí)，散熱器將TEG另一側(cè)的溫升降至最低。TEG的一側(cè)必須與散熱器緊密接觸，另一側(cè)必須與熱表面緊密接觸。TEG兩側(cè)的熱接觸化合物和平坦表面確保了緊密的熱接觸。

圖3.該波形出現(xiàn)在圖1中的2N3906集電極上。

最高工作溫度通常約為 200°C，由 TEG 的絕對(duì)最大額定值設(shè)定（參見數(shù)據(jù)表）。如果電路建立在TEG之上或非?？拷黅EG之上，則所有電路元件必須具有足夠的工作溫度額定值。如果電路安裝在距離TEG一定距離的地方，則連接線必須額定為高溫工作。

審核編輯：郭婷