使用MOSFET作为恒温加热器

图 1中的 MOSFET在恒温电路中用作加热器和温度传感器。

图 1将 MOSFET 用作恒温加热器的电路图。

该电路可用作培养皿中某些生物结构的微型恒温器（典型设定温度为30°C至50°C）； 其他用途可能包括塑料切割/焊接、电子元件恒温，甚至软焊接，因为 Si MOSFET 的工作温度约为 175°C，而对于碳化硅 (SiC)，MOSFET 可能更大。

为了在这个电路中正常工作，MOSFET Q1 应该在 MOSFET 结构中有一个所谓的“寄生”二极管（它的阴极连接到 nFET 的漏极）。 几乎所有的功率 MOSFET 内部都有这个二极管（无论如何，您可以在数据表中查看它的存在）。 该电路使用该二极管作为温度传感器（硅的温度系数约为 ?2 mV/°C）。

在输入交流电的负半波期间，当 MOSFET Q1 关断时，“寄生”二极管上的负电压通过肖特基二极管 D3 对电容器 C1 充电； 事实上，这些组件创建了一个包络检测器。 （这部分电路也可以理解为S/H电路。 ）

问题是，“寄生”硅二极管上的典型直流电压比肖特基二极管高 0.3V 至 0.5V，因此 C1 上的负电压可能约为 -0.3V 至 -0.5V。 电阻器 R6 和 R7 是包络检测器的一部分； 他们还将此负值电平转换为正值，使其适用于 TL431。 为了使这成为可能，LM317 上的稳压器为此电平转换提供正电压。

只需改变稳压器的输出电压（改变 R8 或 R9 的值）即可改变电路的设定温度。

电阻器 R1 的主要作用是将任何瞬态电流限制在对 MOSFET Q1 和二极管 D2 都安全的值。然而，如果应用允许，这个角色可以扩展到电路的某些功能：R1 可以用作一个加热点。但是你应该记住，这个地方内部没有热传感器，所以它附近的规定可能要粗暴得多。

在接下来的正半波期间，C1 上保存的负电压使 TL431 决定 MOSFET Q1 是否必须导通或关断。

当 Q1 导通时，pnp 晶体管 Q3 上的电路保持 Q1 的漏极电压非常接近 R4 上的电压。这是因为 MOSFET Q1 和晶体管 Q3 构成了一个负反馈放大器，它由 R3 和 R4 的值之比决定 Q1 的工作点。

如图 1 所示，MOSFET Q1 与电阻 R1（一方面）和电阻 R3、R4（另一方面）组成一个桥式电路，如果漏极电压等于或接近，则恢复其平衡Q3的基极电压。

玩转 R3/R4 比率将允许您更改 Q1 和 R1 散发的热量的比率。

当 R3 = R4 时，Q1 和 R1 上消耗的电功率相等；一般而言，当 Q1 单独无法提供足够的热量时，R1 可用作较大物体的附加加热器。

在任何情况下，请记住 Q1、D2 和 R1 的额定值。

应观察时间常数之间的这些关系：

(R6+R7)C1 >> T/2 >> R1C1,

其中 T 代表输入交流电的周期。

在高温下将加热器用于关键应用时，应注意谨慎，因为某些 SiC MOSFET 可能不可靠 [1]。

注意：由于 TL431 上的电压约为 0.9V 至 1V，因此 Q1 的栅极阈值电压（在工作温度下！）应高于该值。

审核编辑：汤梓红