温度制御回路：設計・構築・実用アプリケーション完全ガイド

温度制御回路

制御アプリケーションには多くのプロジェクトアイデアがあります。しかし実際のところ、適切な回路があれば様々なデバイスと家電を制御可能です。では、あなたが知りたいのは：「温度コントローラー回路で何ができるか？」ではないでしょうか。

温度コントローラーは、サーモスタットのオン/オフ以上のことが可能です。

幸い、本記事では温度制御回路の構築方法と活用法をガイドします。

始めましょう！

温度制御デバイスとは？

名前の通り、温度制御デバイスは温度に基づいてヒーターや他デバイスを制御し、寒冷/加熱曝露を処理します。

ヒーター

温度閾値を設定し、接続デバイスをオン/オフするよう温度コントローラーを設定可能。産業、家庭、医療用途など多様な場面で精密かつ正確な温度制御を実現。例えば、温度に敏感なデバイス（孵化器等）に最適です。

温度コントローラースイッチの仕組み

温度制御スイッチは設定値（温度閾値）に従って動作。室内環境条件やデバイス温度を測定し、温度閾値と比較します。その差分でアクション（加熱/冷却）を決定。計算完了後、出力パワー信号を送出。この信号が必要な変更を実行。最終制御素子（ヒーター、ファン、その他デバイス）が信号を受け取り、接続デバイスを冷却/加熱します。

ヒーター、サーモカップル、コントローラーを備えたオーブンを想像すると理解しやすいでしょう。コントローラーはオーブンのサーモカップル温度を測定し、設定閾値と比較。ヒーターがオーブン環境条件を維持するために稼働すべき時間を計算します。

オーブン

出典：Wikimedia Commons

温度制御回路の種類

様々な温度制御回路システムを構築可能：

• 温度制御リレー回路
• 555温度コントローラー回路
• Arduino搭載温度制御リレー
• 温度制御DCファン

それぞれの構築方法と動作原理を解説します。

温度制御リレー回路

扱いやすい温度制御回路の一つ。最も簡単な温度回路の一つですが、効果は決して劣りません。自動温度制御アプリケーションに実用的です。

ミニチュアリレー

この温度コントローラーは回路に接続されたリレーを制御。LM35DZ単一チップ温度センサーを使用。

温度が設定値を超えるとリレー動作開始。設定値を下回るとリレー停止。

必要部品

• LM35DZ (IC1)
• TL431 (IC2)
• LM358 (IC3)
• D1-2: 1N4148ダイオード (2個)
• D3-4: 1N400Xダイオード (2個)
• ツェナーダイオード (13V, 400mW)
• PNPトランジスタ (Q1)
• トリマーポットプリセット: 2.2kΩ 温度閾値設定用
• 抵抗 1-6 (10kΩ, 4.7MΩ, 1.2kΩ, 1kΩ, 1kΩ, 33Ω)
• C1: セラミック/マイラーコンデンサ (0.1µF)
• C2: 電解コンデンサ (470µF または 680µF)
• 小型リレー

動作原理

LM35DZ温度センサーがこの回路の中心ユニット。摂氏スケールで動作し、度数-電圧変換で精密制御を実現。LM35DZは測定温度に応じて出力電圧を変化。最大温度は0℃（0V）〜100℃（1000mV）の範囲。

この回路のR3（抵抗）とVR1（プリセット）が0V〜1.62Vの温度設定を担当。オペアンプが基準電圧を低下させVR1とR3への過負荷を防止。コンパレーターがLM35DZ出力電圧と温度設定を比較し、リレーのオン/オフを決定。

Arduino搭載温度制御リレー

この温度制御回路はDCファンリレー制御に優れています。面白いのはArduinoボード使用で、DCファン以外にも電球等の電気デバイスに切替可能。最大温度到達でファン/デバイス自動オン、閾値未満でオフ。

必要なもの：

• 温度センサー (LM35)
• Arduino UNO
• 16×2 LCD (1個)
• 9V電池 (1個)
• リレーモジュール (1個)
• ジャンパーワイヤー
• 9V/12V DCファン

必要手順：

ステップ1：接続実施

以下の回路図で全ハードウェア接続：

ArduinoとLCD接続

リレー接続

DCファン接続

ステップ2：ソフトウェア実装

ハードウェアセットアップ後、Arduinoスケッチでソフトウェア実装：

Arduinoスケッチ

出典：Arduinoスクリーンショット

これでArduino製デジタル温度センサー完成。ファンが動かない場合はArduinoと電池のGND接続確認。コードアップロード後LCDに何も表示されない場合はLCDのポテンショメーター調整。応答するまで調整継続。

温度制御DCファン

Arduinoプロジェクトがデバイスの単純オン/オフのみであるのに対し、この回路は接続デバイスの温度維持のためDCファンを制御します。

DCブラシレスファン

他プロジェクト同様、コア温度がプリセット超過でファンオン、低下でオフ。完全自動動作。

必要なもの：

• サーミスタ (4.7kΩ NTC)
• 電圧コンパレーター (IC uA 741)
• 12VブラシレスDCファン (1個)
• VR (500kΩ)
• 1N4007
• T1 (BD140)
• R1 (4.7kΩ)
• R2 (47Ω)

動作原理

NTC（負温度係数）サーミスタを使用。温度上昇で抵抗低下。回路が正常化すればファンオフ。最大温度ポイント超過で回路のT1が活性化。この時点でDCファンがオンし上昇温度を冷却。正常復帰でファン自動オフ。電源または電池で駆動可能。

この回路構築に役立つ回路図：

回路図

555温度コントローラー回路

555 ICとサーミスタ抵抗分圧器が協働。

555 IC

この回路では電源調整不要。回路の分圧ネットワークが対応可能。ネットワークには可変抵抗（R3）とサーミスタ（R4、R5）を含む。

動作原理

前プロジェクト同様、温度上昇/低下でアクション発生。ここでは温度低下が制御ヒーターとタイミングサイクルを活性化。タイミングサイクル終了前にコア温度が閾値到達ならヒーターオフ。寒冷曝露で最大温度未達ならヒーター継続動作。

必要部品入手と以下回路図で構築可能：

回路図

最後に

温度制御回路は、快適な環境から離れることなく温度感受性アプリケーションを自動制御する優れた方法。温度の様々な影響も回避可能。回路は構築容易、高価な部品不要、熱センサーと類似しています。

温度制御回路構築についてどう思われますか？ お手伝いが必要なら、躊躇なくご連絡ください。