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在DIY烙铁控制板中,常用运放(LM358)作为核心控制元件,在回温效果上差距是显著的,很多卖家还停留在堆料的层次。比较器(如LM393/XD393)等通常能提供更好、更快的回温效果(提高20-30%),特别是从低温状态恢复时更明显。
有些设计水平不高的爱好者可能不重视结构的优势,两者的设计目标和内部结构差异决定了它们在开关控制应用中的不同性能:
响应速度:
LM393 (比较器): 专门设计用于快速开关。它内部优化了翻转速度,通常在微秒(µs)级别。这意味着它能非常快地检测到热电偶电压低于设定点,并立即翻转输出状态(从低到高),触发MOSFET导通,给烙铁芯全功率加热。
LM358 (运放): 虽然也可以配置成比较器(开环使用),但其设计初衷是线性放大。它的压摆率和带宽相对较低,限制了其输出状态翻转的速度。当热电偶电压低于设定点时,LM358需要更长的时间(可能在几十甚至上百微秒)才能将输出从低电平拉到高电平。这导致了功率施加的延迟。
输出结构:
LM393 (比较器): 采用集电极开路输出。这意味着它只能将输出拉低(到地)或处于高阻态(断开)。需要外部上拉电阻连接到正电源。这种结构:
优点是驱动能力(电流下沉能力)通常很强,可以轻松驱动MOSFET栅极(通过上拉电阻)。
缺点是上升时间依赖于外部上拉电阻和MOSFET栅极电容(RC时间常数)。选择合适阻值的上拉电阻(如1kΩ - 10kΩ)可以优化上升速度。
LM358 (运放): 通常具有推挽输出级。它可以主动将输出拉高(接近Vcc)或拉低(接近地)。作为比较器使用时:
理论上上升和下降都可以比较快(受限于压摆率)。
但在接近电源轨(尤其是旧型号)时,输出可能无法完全达到Vcc或GND,导致驱动MOSFET不完全导通或关断(虽然对于MOSFET栅极驱动,不完全到轨影响通常不大)。
最大的问题是当输入电压非常接近时,运放可能工作在线性区(而非饱和区),导致输出缓慢变化或振荡,而不是快速、干净的翻转。这直接拖慢了功率开关的速度。
工作模式:
LM393 (比较器): 天生就是为开关操作设计的。它在开环状态下工作,目标就是快速、明确地在高低电平之间切换。
LM358 (运放): 设计用于线性放大(闭环负反馈)。当强行用作比较器(开环)时:
容易在阈值点附近发生振荡,因为开环增益极高,任何微小的噪声或干扰都会被极度放大,导致输出在高低电平之间快速抖动。这会严重干扰MOSFET的开关,造成额外的开关损耗、MOSFET发热,并显著降低回温效率。需要额外添加正反馈(施密特触发器)来引入迟滞才能稳定工作,但这会增加设计的复杂性。
响应速度慢。
对烙铁回温效果的具体影响:
使用 LM393 (比较器):
优点: 检测到温度下降后能极快地开启加热(全功率)。输出状态切换干净利落,不易振荡(即使有轻微振荡,速度也快得多)。这直接转化为更短的加热脉冲开启延迟,让烙铁头更快地获得能量补充。
缺点: 上升时间受上拉电阻限制(但可通过选小电阻优化),需要外部上拉电阻。
结果: 回温更快,温度跌落幅度更小,控温更“果断”。这是更优的选择。
使用 LM358 (运放作比较器):
缺点:
开启延迟显著: 检测到需要加热到实际开启加热之间的时间较长。
潜在振荡风险高: 在阈值点附近输出不稳定,导致MOSFET频繁开关或处于半导通状态,产生额外热量损耗,有效加热功率降低。
开关速度慢: 即使没有振荡,上升/下降沿也较缓。
结果: 回温速度慢,烙铁头温度从被焊点拉低后恢复到设定温度所需时间更长。在焊接大焊点时,温度跌落会更明显,恢复更吃力。振荡还会导致额外的能量浪费和元件发热。
总之:
对于基于MOSFET PWM控制的简易烙铁温度控制器,LM393(比较器)在回温效果上显著优于将LM358(运放)用作比较器。
LM393提供了更快的检测响应、更干净快速的开关动作以及固有的抗振荡特性,这些都直接转化为更快的回温速度和更小的温度波动。
虽然可以通过给LM358添加正反馈(迟滞)来抑制振荡,但其固有的速度劣势仍然存在,回温性能不如专门设计的比较器LM393。
目前只有两款控制板使用了393比较器,回温飞快:
https://www.mydigit.cn/thread-483290-1-1.html 这是T12的,第9个(同第6个)
https://www.mydigit.cn/thread-487533-1-1.html 这是C245的 |
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