自制簡(jiǎn)易的水族箱溫控器

水族箱溫控器主要用于夏天水族箱散熱風(fēng)扇和電子制冷溫控，控溫的范圍設(shè)計(jì)為23～29℃，實(shí)測(cè)溫精度小于正負(fù)0.5℃，很適合DIY水族散熱風(fēng)扇和電子冷水機(jī)的朋友制作參考。由于電路很簡(jiǎn)單，相信稍為有電子制作經(jīng)驗(yàn)的朋友都能按圖順利制作。溫控驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路設(shè)計(jì)了兩種供選擇，分別是用N溝道功率MOSFET管和繼電器，電路分別如上圖和下圖所示，可根據(jù)實(shí)際需要選擇制作。

一、工作原理

兩款電路不同之處，僅在驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電路部分，工作原理基本一樣?，F(xiàn)以功率MOSFET管那款作原理介紹。電路主要由溫度傳感器RT1、測(cè)溫橋路、帶滯后的電壓比較器、工作指示及驅(qū)動(dòng)電路等部分組成。溫度傳感器RT1是一只密封在環(huán)氧樹脂中的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）。這類溫度傳感器品種及封裝形式有很多種，常見的就是本電路采用的那種。相對(duì)于鉑電阻和集成溫度傳感器，NTC熱敏電阻的主要缺點(diǎn)是線性度較差，但如果測(cè)量范圍較小時(shí)仍然可以獲得較好的精度，完全可以在水族控溫領(lǐng)域有良好表現(xiàn)。事實(shí)上現(xiàn)在市場(chǎng)上的水族電子控溫器基本都是用NTC熱敏電阻作溫度探頭。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）的標(biāo)稱阻值是指在常溫為250C時(shí)的電阻值。

測(cè)溫電橋由溫度傳感器RT1與R6、VR1、R2、R7組成。IC1是一塊雙運(yùn)放LM358N，在這里只用了其中一運(yùn)放，接成帶滯后的電壓比較器。其同相輸入端加有VR1調(diào)定的基準(zhǔn)電壓，調(diào)節(jié)VR1就可以在控溫范圍內(nèi)設(shè)定不同的溫度；反相輸入端則加有R6與RT1的分壓，由于RT1的阻值是隨被測(cè)環(huán)境溫度變化而改變的，因此ICIA反相端電位也隨溫度變化而改變。MOSFET管Q1在ICIA輸出電平（L≈0V，H≈10.5V）的控制下對(duì)負(fù)載散熱風(fēng)扇Fan起電源開關(guān)作用。當(dāng)水族箱水溫高于VR1的調(diào)定溫度值時(shí)，RT1阻值較小，R6和RT1分壓后使ICIA反相輸入端2腳的電位較低，此時(shí)ICIA的同相輸入端3腳電位大于反相輸入端電位，ICIA因而輸出高電平，使MOSFET管Q1飽和導(dǎo)通，負(fù)載散熱風(fēng)扇Fan得電工作，對(duì)水族箱水降溫，同時(shí)LED2點(diǎn)亮，顯示負(fù)載Fan處于工作狀態(tài)。隨著水溫的下降，RT1的阻值逐漸增大，ICIA反相輸入端2腳的電位也隨之逐漸升高，當(dāng)高于同相端基準(zhǔn)電位時(shí)，ICIA即翻轉(zhuǎn)輸出低電平，Q1截止，負(fù)載Fan停止工作，同時(shí)LED2熄滅。以后，當(dāng)水溫又將逐漸回升，當(dāng)升至高于設(shè)定溫度時(shí)，又重復(fù)上述過(guò)程，如此周而復(fù)始使水族箱水溫保持在恒定值。

VR1為溫度設(shè)置用可調(diào)電阻，當(dāng)VR1滑臂往上調(diào)節(jié)時(shí)，設(shè)定溫度變低，反之則變高，控溫的范圍設(shè)計(jì)為23～29℃。

二、制作要點(diǎn)

PCB元件布局和底面銅印刷線圖見上圖、下圖，用常規(guī)熱轉(zhuǎn)印方法就可以很容易制作好。電路所采用的NTC溫度傳感器是很常見的，在一般元器件商店就能輕易買到；而其他所有電阻均選用1/4W碳膜電阻，誤差5%那一級(jí)就可以；小電容采用體積較小的獨(dú)石電容，也可以用一般瓷片電容，VR1采用多圈精密可調(diào)電阻，方便準(zhǔn)確設(shè)置好啟控溫度。電源是用DC12V的，需外接。繼電器那一款如負(fù)載是用獨(dú)立電源供電，則溫控板的電源能提供電流大于50mA就行了，故此幾乎所有DC12V的電源適配器都能用。如果溫控板跟負(fù)載是共用同一電源，則電源的功率須視負(fù)載的大小來(lái)選用。圖示PCB所裝的那種規(guī)格的繼電器觸點(diǎn)容量一般多為5A/240VAC或7A/240VAC，控制一般負(fù)載已足夠有余。當(dāng)溫控板是用來(lái)控制電子致冷的，要盡量控制電子致冷塊的供電電源交流輸入端，而盡量不要直接控制電子致冷塊的直流供電端。當(dāng)負(fù)載很大時(shí)，可考慮更換更大觸點(diǎn)容量的繼電器或接駁交流接觸器。用MOSFET管的那款，供電電源的電流大小要視所控制的負(fù)載大小來(lái)定。MOSFET管選用很容易買到而且便宜的IRF540，耐壓為100V，最大可處理30A電流。另外，如控制的負(fù)載電流大于5A，則需要在PCB相應(yīng)的銅箔位置做鍍錫處理來(lái)加大其承載大電流的能力，并且導(dǎo)線要直接焊在PCB上，因?yàn)閷?shí)物圖示所裝的那種接線端子最大承載電流是5A。風(fēng)扇屬感性負(fù)載，如果用三極管或MOSFET驅(qū)動(dòng)，按常規(guī)電路設(shè)計(jì)需要在其兩端并聯(lián)一只續(xù)流二極管，以消除驅(qū)動(dòng)開關(guān)管在關(guān)斷時(shí)風(fēng)扇產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)，保護(hù)開關(guān)管。對(duì)于此電路由于電源電壓較低和選用的MOSFET管耐壓夠高，所以省略了。

如果選用的MOSFET管耐壓達(dá)不到要求或者仍不放心的話，可在相應(yīng)位置加一只二極管，相關(guān)PCB也作了修改，如上圖（略）所示。另外，設(shè)計(jì)PCB時(shí)是用長(zhǎng)30mm的那種大保險(xiǎn)管和用那種臥式散熱片，如果采用那種短的保險(xiǎn)管和豎裝的散熱片，PCB也可以按下圖（略）制作。還有一點(diǎn)提一下，用MOSFET管的那款PCB已預(yù)留有散熱片和保險(xiǎn)管位置，但這并非是必需的，讀者可按實(shí)際需要選擇是否安裝。實(shí)際試用時(shí)控制早幾年買的捷寶4頭水族散熱扇（12V/0.76A），MOSFET管沒(méi)裝有散熱片，但長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下工作并沒(méi)感覺(jué)到有絲毫溫升感，用手觸摸管身時(shí)幾乎感覺(jué)不到有溫度，MOSFET管導(dǎo)通時(shí)DS極間壓降實(shí)測(cè)僅為0.05V，可以算得出功耗很小。所以，如果僅僅是控制幾個(gè)小散熱風(fēng)扇則無(wú)須安裝散熱片。

制作組裝好的水族溫控裝置實(shí)物照片如下圖（略）所示（用功率MOSFET管那款線路板實(shí)物照片沒(méi)裝保險(xiǎn)管，也沒(méi)裝散熱片和溫控傳感器）。線路板組裝好檢查無(wú)誤一般就可以工作，只要元件質(zhì)量保證，它的溫控范圍就能在設(shè)計(jì)范圍23～29℃，無(wú)須做調(diào)試，唯一要調(diào)整的是設(shè)定好使用的啟控溫度，找一個(gè)大一點(diǎn)的容器裝上水，將溫控裝置的測(cè)溫傳感器放入水中，并用水銀溫度計(jì)測(cè)量水溫，一邊觀察溫度計(jì)一邊用熱水或冰塊兌好要啟控的水溫，調(diào)VR1使線路板上的LED2剛好點(diǎn)亮，如果線路板連接好散熱風(fēng)扇就應(yīng)該能啟動(dòng)工作。按筆者的使用經(jīng)驗(yàn)，通常用于水族散熱風(fēng)扇或電子冷水機(jī)控溫，設(shè)置好溫度后就很少再去調(diào)節(jié)的。所以，用多圈精密可調(diào)電阻就可以，也無(wú)須標(biāo)刻度，但如有必要時(shí)也可以采用外接線性型電位器，用溫度計(jì)測(cè)量配合不同水溫標(biāo)好溫度刻度。整個(gè)溫控裝置線路板測(cè)試好之后就可以可找一個(gè)小塑料盒把它裝好。