專利名稱：加熱線控制電路及加熱元件的操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加熱線控制電路及加熱元件的操作方法，該加熱元件可被用在加熱毯或加熱墊中。
背景技術(shù)：
加熱線控制電路的多種示例及其相應(yīng)的操作加熱線的方法在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。US5861610描述了一種加熱線，其具有用于該加熱線的集成的傳感器和控制器。具有集成的傳感器的加熱線主要包括用作加熱元件的第一螺旋形纏繞導(dǎo)線；第二螺旋形纏繞導(dǎo)線，與第一導(dǎo)線同軸放置，用作感測(cè)元件；以及兩導(dǎo)線間的柔性導(dǎo)熱電絕緣體。第二導(dǎo)線具有正溫度系數(shù)(PTC)，因此隨溫度升高電阻增大。根據(jù)電阻，對(duì)加熱線的電源輸出是可調(diào)整的。在嚴(yán)重過(guò)熱的情況下，兩導(dǎo)線間的柔性導(dǎo)熱電絕緣體損壞，兩導(dǎo)線將電接觸，這可以通過(guò)電子控制單元檢測(cè)到，并且中斷電源。US6222162公開了一種電加熱元件和控制電路。加熱元件包括聚合物芯部，導(dǎo)線螺旋形纏繞在芯部上。該導(dǎo)線用作加熱線。因?yàn)槠湔郎囟认禂?shù)(PTC)，因此隨溫度升高電阻增大。測(cè)量加熱導(dǎo)線電阻的改變，且控制電路調(diào)節(jié)加熱線上的功率。US6310332公開了一種具有加熱元件和電子控制器的加熱毯。該加熱元件主要包括第一導(dǎo)線，為毯子提供熱量；第二導(dǎo)線；以及第一和第二導(dǎo)線之間的熔化層。該熔化層具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)，因此兩導(dǎo)線間的電阻隨溫度升高而降低。在正常使用中，只有AC電源的正或負(fù)半波被施加到加熱元件上。控制器檢測(cè)熔化層電阻的改變，控制對(duì)加熱元件的功率輸出，防止對(duì)加熱元件的損壞?，F(xiàn)有加熱元件和加熱線控制器的一個(gè)主要缺點(diǎn)是僅檢測(cè)到加熱線的均一或平均溫度的改變。在由于沖壓或扭結(jié)加熱元件而導(dǎo)致加熱線的一小部分過(guò)熱的情況下，沒有被檢測(cè)到的熱點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致加熱線的損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中已知裝置的缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，控制所連的加熱元件的AC電源的加熱線控制電路包括中斷裝置， 對(duì)于施加到加熱元件的AC電源供應(yīng)具有至少三個(gè)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，例如兩個(gè)半波開，正或負(fù)半波關(guān)，以及兩半波關(guān)；以及控制裝置，確定加熱元件的溫度，并根據(jù)所述溫度和/或用戶設(shè)置來(lái)決定中斷裝置的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。在加熱元件的正常操作中，全部AC電源(例如兩半波開)被施加到加熱元件以將其加熱。當(dāng)加熱元件達(dá)到一定的溫度水平或加熱元件中出現(xiàn)熱點(diǎn)，那么供電將被減少，例如通過(guò)轉(zhuǎn)換到正或負(fù)半波關(guān)。施加的電能減少，加熱元件可被冷卻。如果需要進(jìn)一步降低電能，例如由加熱元件的折疊引起的嚴(yán)重過(guò)熱，中斷裝置可被轉(zhuǎn)換至兩半波關(guān)，以使加熱元件完全冷卻。
中斷裝置可包括半導(dǎo)體開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。但也可以使用機(jī)械的，電磁的和/或這些開關(guān)的結(jié)合。加熱線控制電路可進(jìn)一步包括觸發(fā)裝置，在AC電源的每個(gè)正和/或負(fù)零交越點(diǎn)處使中斷裝置轉(zhuǎn)換至兩半波關(guān)，并持續(xù)給定長(zhǎng)度Tl的時(shí)間，和/或一旦AC輸入電壓的上升斜率期間的電壓低于預(yù)定的閾值，使控制裝置確定加熱元件的溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)控制所連的加熱元件的AC電源的加熱線控制電路的實(shí)施例，它可被看作是獨(dú)立的或與上述實(shí)施例相結(jié)合，該加熱線控制電路的實(shí)施例包括在每個(gè)正和/或負(fù)半波確定加熱元件溫度并根據(jù)所述溫度設(shè)定對(duì)加熱元件的供電的裝置。該裝置可包括操作電路和開關(guān)元件。操作電路可在加電時(shí)根據(jù)加熱元件的溫度中斷對(duì)加熱元件的供電。操作電路還可通過(guò)測(cè)量加熱元件的任何與溫度有關(guān)的電學(xué)特性，例如其壓降、電流或電阻，來(lái)確定加熱元件的溫度。開關(guān)元件在操作電路和加熱元件之間提供給定長(zhǎng)度時(shí)間Tl的連接，和/或只要AC 輸入電壓的上升斜率期間的電壓低于預(yù)定的閾值，就提供該連接。為了測(cè)量或確定加熱元件的溫度，該連接是必需的。該連接不是永久的連接，而是由開關(guān)元件有規(guī)律地建立一定的時(shí)間。該時(shí)間可以是預(yù)定的時(shí)間Tl，優(yōu)選為AC周期的一段，或取決于AC輸入電壓達(dá)到一定預(yù)定閾值的時(shí)間。該時(shí)間Tl的起點(diǎn)優(yōu)選在AC電源的每個(gè)正和/或負(fù)零交越點(diǎn)。該時(shí)間Tl的持續(xù)時(shí)間小于AC周期的10%，優(yōu)選在0%和5%之間，最優(yōu)選在0. 25%和1. 5%之間。預(yù)定的閾值小于AC線路電壓的50 %，優(yōu)選在0 %和30 %之間，最優(yōu)選在1. 5 %和9. 5 %之間。閾值電壓和/或時(shí)間Tl也可以是其他值。加熱元件溫度判斷的規(guī)律性為每個(gè)AC周期至少一次，優(yōu)選在AC輸入電壓的零交越點(diǎn)處開始。在測(cè)量后，根據(jù)加熱元件的溫度，操作電路在AC電源的正和/或負(fù)半波剩余的時(shí)間段內(nèi)停止對(duì)加熱元件的供電。測(cè)量溫度后，在加熱元件過(guò)熱的情況下，對(duì)加熱元件的電源供應(yīng)將被立即中斷。因?yàn)槊總€(gè)AC電源周期至少進(jìn)行一次該測(cè)量，因此可通過(guò)去除半波而使功率被連續(xù)地降低，例如，對(duì)于輕微的過(guò)熱，僅需要去除一個(gè)半波，而對(duì)于更高溫，需要去除更多的和/或連續(xù)的半波，以使溫度降低到節(jié)約的水平。加熱線控制電路可進(jìn)一步包括循環(huán)單元，用于設(shè)定工作循環(huán)的持續(xù)時(shí)間，例如包括固定的通電模式通電時(shí)間和可變的休息模式斷電時(shí)間。在通電模式期間，如上所述，對(duì)加熱元件的供電取決于加熱元件的溫度。在休息模式期間，對(duì)加熱元件的供電被中斷，加熱元件將會(huì)冷卻。休息模式的持續(xù)時(shí)間取決于用戶設(shè)定，設(shè)定可在“高”、“中”和“低”之間變換， 對(duì)應(yīng)于休息模式的8s、19s和38s的持續(xù)時(shí)間。通電模式的持續(xù)時(shí)間固定為10s。也可以是其他值。更多和/或不同的用戶設(shè)置和休息模式持續(xù)時(shí)間是可能的。在加熱元件嚴(yán)重過(guò)熱的情況下，用戶設(shè)置的休息模式可被無(wú)效，可延長(zhǎng)該休息模式的時(shí)間，例如在用戶設(shè)置“高”時(shí)為37s。該特性可防止基于局部熱點(diǎn)的過(guò)熱對(duì)加熱元件造成的損壞。加熱線控制電路進(jìn)一步包括計(jì)時(shí)模塊，其可在預(yù)設(shè)時(shí)間后關(guān)閉加熱元件的AC電源，例如10小時(shí)之后。在延長(zhǎng)使用加熱線控制電路時(shí)，該計(jì)時(shí)模塊可被激活以防止不必要的電能浪費(fèi)，在用戶忘記將其關(guān)閉時(shí)降低對(duì)加熱元件及其周圍附件造成損傷的風(fēng)險(xiǎn)。加熱線控制電路中可包括熱熔絲形式的附加的安全裝置。在短路情況下，該熱熔絲可斷開加熱線控制電路與AC電源的連接，防止火災(zāi)或電擊的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)本發(fā)明的加熱元件的操作方法，其特征在于在AC電源的每個(gè)正和/或負(fù)半波中確定加熱元件的溫度，且根據(jù)所述溫度設(shè)定到加熱元件的電源供應(yīng)?？稍诿總€(gè)正和/或負(fù)半波的開始部分確定加熱元件的溫度。加熱元件的操作方法可包括以下步驟a)在每個(gè)正和/或負(fù)半波的開始部分測(cè)量加熱元件的溫度，b)根據(jù)所述溫度評(píng)估剩余的半波所需的電源設(shè)置，c)根據(jù)所述溫度和/或用戶設(shè)置來(lái)設(shè)定到加熱元件的供電。根據(jù)本發(fā)明的加熱元件操作方法的另一個(gè)實(shí)施例，它可被看做是自己獨(dú)立的或與上述實(shí)施例相結(jié)合，其特征在于在操作電路和加熱元件之間提供連接，以確定加熱元件的溫度，并根據(jù)所述溫度由操作電路中斷對(duì)加熱元件的供電。從TO開始在操作電路和加熱元件之間提供給定時(shí)間長(zhǎng)度Tl的連接，和/或只要AC輸入電壓波的上升斜率低于給定的閾值就提供該連接。時(shí)間長(zhǎng)度T1優(yōu)選為AC電源周期的一部分，小于10 %，優(yōu)選在0 %和5 %之間，更優(yōu)選在0. 25%和1. 5%之間。持續(xù)時(shí)間Tl的起點(diǎn)TO優(yōu)選在AC電源的每個(gè)正和/或負(fù)零交越點(diǎn)。如果由閾值控制測(cè)量，那么AC輸入電壓上升斜率的閾值小于AC線路電壓的50%，優(yōu)選為0%和30%之間，更優(yōu)選在1. 5%和9. 5%之間。該方法可確保每個(gè)AC周期至少進(jìn)行一次測(cè)量。時(shí)間T0，Tl和閾值電壓也可以是其他值。本發(fā)明的又一個(gè)方面，在每次測(cè)量后，通過(guò)啟動(dòng)或抑制AC電源周期的正和/或負(fù)半波的剩余部分，來(lái)設(shè)定對(duì)加熱元件的供電。本發(fā)明的又一方面，加熱元件以不同的工作循環(huán)被操作，該工作循環(huán)包括a)給定長(zhǎng)度的通電模式，在該模式中，根據(jù)加熱元件的溫度，至少部分電能被施加到加熱元件。b)可變長(zhǎng)度的休息模式，在該模式中，電源被關(guān)閉。通電模式的持續(xù)時(shí)間是固定的，例如為10s，而休息模式的持續(xù)時(shí)間取決于用戶設(shè)定，用戶設(shè)定可在“高”、“中”和“低”之間變換，其對(duì)應(yīng)休息模式為8s、19s和38s的持續(xù)時(shí)間。更多和/或不同的用戶設(shè)置和休息模式持續(xù)時(shí)間是可能的。在加熱元件嚴(yán)重過(guò)熱的情況下，用戶設(shè)置的休息模式可被無(wú)效，可延長(zhǎng)該休息模式的時(shí)間，例如在用戶設(shè)置“高”時(shí)為37s。該特性可防止基于局部熱點(diǎn)的過(guò)熱對(duì)加熱元件造成的損壞。本發(fā)明的又一方面包括使加熱元件操作在“快速模式啟動(dòng)”中，加熱預(yù)定時(shí)間。在該“快速模式啟動(dòng)”加熱中，進(jìn)行對(duì)加熱元件溫度的確定，和/或由中斷裝置或操作電路影響對(duì)加熱元件的供電，類似于正常的通電模式操作。這使得在加熱元件被完全冷卻后，例如當(dāng)存放后第一次使用時(shí)，可以迅速加熱到用戶設(shè)定的溫度。該“快速模式啟動(dòng)”加熱的持續(xù)時(shí)間在1至5分鐘之間，優(yōu)選為2分鐘。其他設(shè)置也是可以的。本發(fā)明的又一個(gè)方面包括加熱元件的操作，其特征在于在預(yù)設(shè)時(shí)間后，停止對(duì)加熱元件的供電，例如10小時(shí)后。
根據(jù)本發(fā)明的柔性加熱元件，包括芯線，其被具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)特性的層包圍；以及加熱線，螺旋形纏繞該NTC層。加熱元件的芯線可具有0. 5 Ω /m到1. 0 Ω /m之間的低電阻，優(yōu)選為0. 86 Ω /m。芯線可以是捻制的線，尤其包括多股金屬線帶，優(yōu)選包括至少一股聚酯纖維，以增強(qiáng)芯線的抗拉強(qiáng)度。芯線為絞合的，以獲得最佳的撓曲特性。該加熱元件可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)UL AWM Style#11019 而使用PVC作為基材。其他材料和線結(jié)構(gòu)也是可以的。


通過(guò)參考實(shí)施例和附圖，更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中附圖示出了 圖1 加熱元件；圖2 加熱元件NTC層的電阻與溫度的關(guān)系圖；圖3 根據(jù)各溫度設(shè)置的工作循環(huán)；圖4 :自修復(fù)過(guò)程中的工作循環(huán)；圖5 嚴(yán)重過(guò)熱的情況下，自修復(fù)過(guò)程中的工作循環(huán)；圖6 加熱線控制電路的簡(jiǎn)化方框圖；圖7 加熱線控制電路的另一個(gè)簡(jiǎn)化方框圖；圖8 加熱線控制電路的電路圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的柔性加熱元件21。該元件包括中心芯線22，圍繞該芯線22的第一絕緣層24，加熱線23和覆蓋加熱元件21的第二絕緣層25。芯線22呈現(xiàn)出
0.86Ω/πι的較低電阻率，且芯線由在聚酯纖維中互相纏繞的絞合的多股金屬線帶而成。金屬線的數(shù)量為4。第一絕緣層M由摻雜的PVC制成，其呈現(xiàn)出負(fù)溫度系數(shù)(NTC)特性。 可以是具有不同摻雜劑的各種基材。第一絕緣層的厚度為0. 30mm,內(nèi)部絕緣層的直徑為
1.06mm。加熱線23成螺旋形地纏繞在第一絕緣層M上，其螺距被選擇為使得加熱線23在加熱元件21的整個(gè)長(zhǎng)度上呈現(xiàn)出所需的電阻。在所示的示例中，該加熱線呈現(xiàn)出每英寸上 15圈的螺距，這使得加熱元件21的加熱線23的電阻為Μ. 5Ω/πι。第二或外部絕緣層25 由厚度為0. 52mm的PVC制成，使得加熱元件的整體直徑為2. 10mm。該加熱元件可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ULAWM Style#11019而使用PVC作為基材。也可以使用其他材料以及其他尺寸和/或結(jié)構(gòu)。如圖8所示，通過(guò)使用這樣的加熱元件1的結(jié)構(gòu)，以及通過(guò)串聯(lián)連接芯線22和加熱線23，使加熱元件的電磁場(chǎng)很低，因?yàn)樾揪€22充當(dāng)了流過(guò)加熱線23的電流的回路。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的加熱元件NTC層的電阻與溫度的關(guān)系圖。實(shí)線示出了 30m長(zhǎng)的典型加熱元件的NTC電阻，其中整個(gè)加熱元件的溫度相同。虛線表示加熱元件中的 0. 5m的NTC電阻，其處在升高的溫度中。在局部熱點(diǎn)的情況下，例如由于毯子的折疊或褶皺引起的過(guò)熱而使加熱元件中的0. 5m為約140°C，該NTC的整體電阻可以由正常溫度下30m 或29. 5m的NTC電阻和升高的溫度下0. 5m的NTC電阻的并聯(lián)電路計(jì)算出。高于加熱元件的平均溫度的局部熱點(diǎn)的溫度成為影響整體電阻的主導(dǎo)因素。例如，當(dāng)加熱元件的全部長(zhǎng)度的溫度為50°C時(shí)，NTC電阻為約8 Ω。當(dāng)由非正常使用而引起出現(xiàn)局部熱點(diǎn)時(shí)，加熱元件中的0. 5m的溫度上升到約140°C，該局部熱點(diǎn)的阻抗變成25k Ω，從而使總電阻為19. 3k Ω。在最大加熱設(shè)置的情況下，根據(jù)圖3設(shè)置為“高”，加熱元件的溫度不會(huì)高于55°C， 這使得NTC電阻為約30kQ。從上述給定的例子中得到的19. 3kΩ的低電阻將被加熱線控制電路檢測(cè)到，該控制電路降低功率以防止熱點(diǎn)處的加熱元件被損壞。圖3示出了典型的關(guān)于溫度設(shè)置為“低”、“中”、“高”和“快速模式啟動(dòng)”的工作循環(huán)。每一工作循環(huán)通常包括通電模式，其中對(duì)加熱元件加電，且加熱線作為電阻對(duì)加熱元件進(jìn)行加熱，通電模式接下來(lái)是休息模式，不加電，以進(jìn)行冷卻。對(duì)于這三種可能的溫度設(shè)置 “低”、“中”、“高”中的每一種來(lái)說(shuō)，通電模式持續(xù)正好10s，而休息模式的持續(xù)時(shí)間對(duì)“低”而言為38s、對(duì)“中”而言為19s，對(duì)“高”而言為8s。當(dāng)加熱線控制電路在每次完全冷卻后長(zhǎng)時(shí)間不使用時(shí)第一次接通的時(shí)候，加熱線控制電路自動(dòng)切換到“快速模式啟動(dòng)”兩分鐘，以快速加熱。在“快速模式啟動(dòng)”期間，一直處于通電狀態(tài)，而沒有休息模式。兩分鐘一過(guò)，加熱線控制電路被設(shè)定到用戶選擇的溫度設(shè)置上。圖4中示出了對(duì)于溫度設(shè)置為“高”的典型工作循環(huán)，在熱點(diǎn)的情況下加熱線控制電路的自修復(fù)特性。對(duì)于低于60°C的溫度，在每次正常操作中，工作循環(huán)包括IOs的通電模式，接著是8s的休息模式，如圖4所示。當(dāng)加熱元件的一部分的溫度超過(guò)60°C時(shí)，例如形成了熱點(diǎn)，那么通電模式的正半波被去除。去除的半波的數(shù)量取決于各自熱點(diǎn)的溫度。熱點(diǎn)的溫度越高或熱點(diǎn)處NTC電阻越低，則被加熱線控制電路去除的半波越多。在所給的示例中，對(duì)于600C到800C之間的溫度，每個(gè)第四正半波被去除。當(dāng)溫度在800C到100°C之間時(shí)， 每個(gè)第二半波被去除，當(dāng)溫度在100°C到120°C之間時(shí)，四個(gè)半波中的三個(gè)被去除。當(dāng)溫度高于120°C時(shí)，則每個(gè)正半波被阻擋。所示出的工作循環(huán)僅為示例，溫度和所去除的半波數(shù)量可改變。在每個(gè)正半波的開始時(shí)決定是否去除該正半波。對(duì)于用戶設(shè)置為“高”，在溫度高于150°C的嚴(yán)重過(guò)熱情況下的工作循環(huán)如圖5所示。溫度到約140°C以前，通過(guò)去除越來(lái)越多的正半波來(lái)降低功率，極端地去除每個(gè)半波。 如果溫度不能通過(guò)上述功率的降低而被降低，且達(dá)到150°C或更高，那么除此之外，工作循環(huán)中的休息模式還從8s增大到37s。這充分地減少了施加到加熱元件的平均功率且允許額外的冷卻。在圖6中示出了加熱線控制電路1的簡(jiǎn)化方框圖；所示的加熱線控制電路1包括操作電路35，開關(guān)元件36，循環(huán)單元37和計(jì)時(shí)模塊33。操作電路35可根據(jù)加熱元件21的溫度停止對(duì)加熱元件21的供電。操作電路35還可確定加熱元件21的溫度?？赏ㄟ^(guò)測(cè)量加熱元件21的任何與溫度有關(guān)的電學(xué)特性，例如其壓降、電流或電阻，來(lái)確定溫度。為了確定加熱元件21的溫度，操作電路35需要與加熱元件21相連，該連接可由開關(guān)元件36來(lái)建立。該連接不是永久連接，而是僅持續(xù)一定的時(shí)間。該時(shí)間優(yōu)選地被設(shè)定為從AC輸入電源的每個(gè)正和/或負(fù)零交越點(diǎn)開始，且其持續(xù)時(shí)間僅為AC電源周期的一部分。AC電源周期的這一部分少于AC電源周期的10%，優(yōu)選在0%和5%之間，最優(yōu)選在 0. 25%和1. 5%之間。每個(gè)AC周期至少測(cè)量一次加熱元件21的溫度。取決于加熱元件的溫度，如果加熱元件21的溫度過(guò)高，則在測(cè)量后，操作電路35 在AC電源的正和/或負(fù)半波剩余的時(shí)間段內(nèi)停止對(duì)加熱元件21的供電。
加熱線控制電路1還包括循環(huán)單元37，其主要使操作電路35和加熱線21能夠以工作循環(huán)被操作。每個(gè)工作循環(huán)包括通電模式和休息模式。在通電模式中，AC電能被施加到加熱元件21上，且加熱元件21的溫度由操作電路35至少每個(gè)AC周期控制一次。通電模式的持續(xù)時(shí)間一般是恒定的，且被設(shè)定為10s，但是也可以被設(shè)定為不同的和/或可變的。 休息模式的持續(xù)時(shí)間取決于用戶設(shè)定，設(shè)定可在“高”、“中，，和“低”之間變換，其分別對(duì)應(yīng)休息模式的8s、19s和38s的持續(xù)時(shí)間。更多不同的用戶設(shè)置和休息模式持續(xù)時(shí)間是可能的。在加熱元件21嚴(yán)重過(guò)熱的情況下，如圖5所描述的，用戶設(shè)定的休息模式可被無(wú)效以阻止對(duì)加熱元件21的損壞。計(jì)時(shí)模塊33是附加的安全裝置，其在持續(xù)使用10小時(shí)后切斷對(duì)加熱元件21的供 H1^ ο在圖7中示出了加熱線控制電路1的另一個(gè)簡(jiǎn)化方框圖；加熱線控制電路1主要包括中斷裝置31和控制裝置32。中斷裝置31能夠通過(guò)使AC電能的正和負(fù)半波均通過(guò)，只通過(guò)正或負(fù)半波，或使正和負(fù)波均不通過(guò)來(lái)操縱對(duì)所連接的加熱元件21的供電。在每個(gè)AC 電源周期內(nèi)，用AC周期的一小段時(shí)間通過(guò)控制裝置32測(cè)量一次加熱元件21的電阻?？刂蒲b置32根據(jù)測(cè)量的值決定什么轉(zhuǎn)換狀態(tài)對(duì)剩余的AC周期是合適的，并相應(yīng)地設(shè)置中斷裝置31。由觸發(fā)裝置34確定測(cè)量加熱元件電阻的確切時(shí)間。在給定的示例中，AC周期用于測(cè)量的時(shí)間不多于250 μ s，且該測(cè)量在AC周期的正零交越點(diǎn)處被精確觸發(fā)。觸發(fā)裝置34 將中斷裝置31設(shè)置為以下狀態(tài)在上述的250 μ s內(nèi)，無(wú)半波被施加到加熱元件21上，且可由控制裝置32完成測(cè)量。在預(yù)先設(shè)定的操作時(shí)間后，計(jì)時(shí)模塊33將中斷裝置33永久地設(shè)置為沒有半波被供應(yīng)到加熱元件21上的狀態(tài)，以防止不必要的能量消耗。該預(yù)先設(shè)定的時(shí)間被設(shè)定為10 小時(shí)，也可以為其他值。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的加熱毯的加熱線控制電路的電路圖。在操作中，一旦AC 線路電能的正半波的上升斜率達(dá)到與分壓器R9，R10限定的電壓相同的電壓，比較器U1A13 將輸出“高電平”。比較器U1A13輸出端的“高電平”信號(hào)然后會(huì)使三端雙向可控硅開關(guān)元件T2 15導(dǎo)通。由于AC線路電能的正半波要達(dá)到分壓器R9，RlO預(yù)先設(shè)定的值需要一定的時(shí)間，因此三端雙向可控硅開關(guān)元件T2 15的接通有一定的延遲。在給定示例中該延遲時(shí)間為250 μ s，也可以為其他值。在AC線路電壓的每個(gè)正零交越點(diǎn)后的限定延遲時(shí)間后，三端雙向可控硅開關(guān)元件Τ2 15被導(dǎo)通。在三端雙向可控硅開關(guān)元件Τ2 15仍關(guān)閉的第一個(gè) 250μ s內(nèi)，半波電路5決定是否開啟晶閘管Tl 14。在加熱元件21的正常操作中，例如整個(gè)NTC絕緣層M的溫度在60°C以下，通過(guò) NTC絕緣層M的泄露電流相對(duì)較小。比較器UlB 8負(fù)輸入端的電壓信號(hào)小于來(lái)自分壓器 R3，R4的正輸入端的信號(hào)。因此比較器的U1B8輸出將為“高電平”，其致使晶閘管Tl 14持續(xù)保持或開啟。因此其余的半波將通過(guò)晶閘管Tl 14。在加熱元件的正常操作中，電路在通電模式和休息模式之間交替改變。通電模式的持續(xù)時(shí)間由電容C7 17的充電時(shí)間來(lái)決定。只要電容C7 17施加到比較器UlC 12負(fù)輸入端的電壓信號(hào)低于比較器UlC 12正輸入端的參考電壓，則比較器輸出“高電平”。所給示例中電容的充電時(shí)間為10s，但是也可以選擇不同的值。只要電容C7 17被充滿且比較器 UlC 12的負(fù)輸入端的電壓信號(hào)高于其正輸入端的參考電壓信號(hào)，則比較器UlC 12輸出“低電平”，通過(guò)使三端雙向可控硅開關(guān)元件和晶閘管的柵極電壓為“低電平”，來(lái)關(guān)閉三端雙向可控硅開關(guān)元件T2 15和晶閘管Tl 14。這將使休息模式開始。休息模式的持續(xù)時(shí)間由電容C7 17的放電決定，電容C7 17通過(guò)二極管19、電阻器20a，20b和可變電阻器VRl 11放電。只要電容C7 17的電壓低于比較器UlC 12正輸入端上的參考電壓信號(hào)，則比較器的輸出將再次變?yōu)椤案唠娖健?，該“高電平”可使三端雙向可控硅開關(guān)元件T2 15導(dǎo)通以啟動(dòng)通電模式。根據(jù)對(duì)可變電阻器VIU 11設(shè)置“低”、“中”或“高”，或者用戶各自的設(shè)置，在所給示例中，休息模式的持續(xù)時(shí)間為38s、19s或8s。不同的設(shè)置也是可以的。在由于錯(cuò)誤使用而發(fā)生部分過(guò)熱或加熱元件整個(gè)過(guò)熱的情況下，例如毯子被折疊或褶皺，NTC絕緣層M的電阻會(huì)變低，例如上述的19. 3k Ω。通過(guò)NTC層M的泄露電流會(huì)增大，因此在比較器UlB 8的負(fù)輸入端形成正信號(hào)。如果該輸入信號(hào)變得比來(lái)自分壓器R3， R4的正輸入端的信號(hào)大，那么比較器UlB 8輸出“低電平”，該“低電平”將關(guān)閉晶閘管Tl 14。由于晶閘管Tl 14的關(guān)閉，使正半波不能通過(guò)。因?yàn)槿穗p向可控硅開關(guān)元件Τ2 15只能在每個(gè)正半波開始的250 μ s延遲時(shí)間后被開啟，因此在每個(gè)正半波進(jìn)行比較或測(cè)量。如果熱點(diǎn)越來(lái)越嚴(yán)重，且溫度超過(guò)150°C，則休息模式將增加，如圖6所示。由于 NTC絕緣層M的電阻甚至可低于上述的19. 3k Ω，因此休息模式電路6在比較器UlD 10的正輸入引腳接收的信號(hào)高于其負(fù)輸入引腳上的信號(hào)。因此比較器UlD 10輸出“高電平”， 以利用Vcc對(duì)電容C7 17進(jìn)行充電。只要電容C7 17還沒有放完電，比較器UlC 12會(huì)輸出 “低電平”，該“低電平”會(huì)使三端雙向可控硅開關(guān)元件Τ2 15和晶閘管Tl 14保持關(guān)閉。對(duì)于用戶設(shè)置“高”，電容C7 17的放電時(shí)間為約37s，但是也可以選擇不同值。對(duì)于用戶設(shè)置 “中”，放電時(shí)間為約43. 2s。雖然在用戶設(shè)置“低”時(shí)幾乎不可能形成熱點(diǎn)，在這種情況下放電時(shí)間可為約52.8s。如果加熱元件完全失效，例如芯線和加熱線之間短路，電阻Rl和R2將在正半波的第一個(gè)250 μ S內(nèi)加熱，熱熔絲7將被熔斷以完全切斷線路電源供應(yīng)。盡管在圖3的電路圖中，熱熔絲7遠(yuǎn)離電阻Rl和R2，事實(shí)上熱熔絲7非常接近于或直接熱接觸于電阻R1，R2中的至少一個(gè)，優(yōu)選非常接近于或直接熱接觸于兩個(gè)電阻R1，R2。當(dāng)?shù)谝淮尾僮麟娐窌r(shí)或存放了很長(zhǎng)時(shí)間后，電容C7 17被充分放電。因此，為了使比較器UCl 12的負(fù)輸入端電壓值高于施加到其正輸入端的電壓值，第一次充電所需的通電模式時(shí)間會(huì)比正常操作期間所需的時(shí)間長(zhǎng)。該延長(zhǎng)的時(shí)間會(huì)啟動(dòng)“快速模式啟動(dòng)”加熱， 該延長(zhǎng)的時(shí)間在所給的示例中為約2分鐘。雖然該“快速模式啟動(dòng)”持續(xù)的時(shí)間比通常的通電模式的時(shí)間長(zhǎng)，但是他們的功能是一樣的。在每個(gè)正零交越點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，并確定是否允許正半波通過(guò)。該操作模式僅在加熱線控制電路于電容C7 17完全放電后第一次開啟時(shí)是可用的?！翱焖倌Ｊ絾?dòng)”的可用性的其他變型也是可以的，例如當(dāng)加熱元件21已經(jīng)完全冷卻時(shí)。計(jì)時(shí)IC 16測(cè)量從接通加熱線控制電路開始所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。在預(yù)設(shè)的時(shí)間后，例如10小時(shí)后，計(jì)時(shí)IC 16向它的輸出引腳18輸出“低電平”，然后該“低電平”降低比較器 UlC 12的輸出，這進(jìn)而使晶閘管Tl 14和三端雙向可控硅開關(guān)元件T2 15關(guān)閉。由于晶閘管Tl 14和三端雙向可控硅開關(guān)元件T2 15均被關(guān)斷，加熱元件21中不再有功率消耗。這種自動(dòng)斷電是附加的安全裝置，以防止對(duì)加熱線控制電路的損壞，還可避免不必要的耗電。
權(quán)利要求
1.加熱線控制電路(1)，用于控制其所連接的加熱元件的AC供電，包括a)中斷裝置(31)，對(duì)于施加到加熱元件的AC供電具有至少三個(gè)轉(zhuǎn)換狀態(tài) i)兩半波開， )正或負(fù)半波關(guān)， iii)兩半波關(guān)，以及b)控制裝置(32)，用于確定加熱元件的溫度，并根據(jù)所述溫度和/或用戶設(shè)置來(lái)決定中斷裝置(31)的轉(zhuǎn)換狀態(tài)；c)觸發(fā)裝置(34)，在AC電源的每個(gè)正和/或負(fù)零交越點(diǎn)處使中斷裝置(31)轉(zhuǎn)換至所述兩半波關(guān)狀態(tài)i)持續(xù)給定長(zhǎng)度Tl的時(shí)間，和/或 )只要AC輸入電壓的上升斜率期間的電壓低于預(yù)定的閾值， 使控制裝置(3 確定加熱元件的溫度。
2.加熱線控制電路(1)，用于控制其所連接的加熱元件的AC供電，包括在每個(gè)正和/或負(fù)半波確定加熱元件溫度并根據(jù)所述溫度設(shè)定對(duì)加熱元件供電的裝置，所述裝置包括a)操作電路(35)，當(dāng)加電時(shí)，可根據(jù)加熱元件的溫度停止對(duì)加熱元件的供H1^ οb)開關(guān)元件(36)，當(dāng)加電時(shí)，在操作電路(3 和加熱元件之間提供連接 i)持續(xù)給定長(zhǎng)度Tl的時(shí)間，和/或 )只要AC輸入電壓的上升斜率期間的電壓低于預(yù)定的閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的加熱線控制電路(1)，其特征在于Tl的起點(diǎn)在AC電源的每個(gè)正和/或負(fù)零交越點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)的加熱線控制電路(1)，其特征在于時(shí)間長(zhǎng)度Tl為 AC電源周期的一部分，小于10%，優(yōu)選在O%和5%之間，更優(yōu)選在0. 25%和1.5%之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任意一項(xiàng)的加熱線控制電路(1)，其特征在于所述閾值小于AC線路電壓的50%，優(yōu)選在0%和30%之間，更優(yōu)選在1. 5%和9. 5%之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中的任意一項(xiàng)的加熱線控制電路(1)，其特征在于所述操作電路(35)在AC電源的正和/或負(fù)半波的剩余時(shí)間段內(nèi)可停止供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)的加熱線控制電路(1)，包括循環(huán)單元(37)，用于設(shè)定工作循環(huán)的持續(xù)時(shí)間，例如固定的通電模式通電時(shí)間和可變的休息模式斷電時(shí)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任意一項(xiàng)的加熱線控制電路(1)，還包括計(jì)時(shí)模塊(33)，其可在預(yù)設(shè)時(shí)間后關(guān)閉加熱元件的AC電源，優(yōu)選10小時(shí)后。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任意一項(xiàng)的加熱線控制電路(1)，還包括熱熔絲(7)，在短路情況下，該熱熔絲斷開加熱線控制電路⑴與AC電源的連接。
10.加熱元件的操作方法，其特征在于在每個(gè)正和/或負(fù)半波的開始部分確定加熱元件的溫度，且根據(jù)所述溫度設(shè)定給加熱元件的供電。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的加熱元件的操作方法，包括以下步驟a)在每個(gè)正和/或負(fù)半波的開始部分測(cè)量加熱元件的溫度，b)根據(jù)所述溫度評(píng)估剩余的半波所需的電源設(shè)置，c)根據(jù)所述溫度和/或用戶設(shè)置來(lái)設(shè)定給加熱元件的供電。
12.加熱元件的操作方法，其特征在于在操作電路(35)和所述加熱元件之間提供連接，以確定加熱元件的溫度a)該連接從TO開始持續(xù)給定長(zhǎng)度的時(shí)間Tl，和/或b)只要AC輸入電壓波的上升斜率低于給定的閾值，以及根據(jù)所述溫度通過(guò)操作電路(3 停止對(duì)加熱元件的供電。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的加熱元件的操作方法，其特征在于時(shí)間長(zhǎng)度Tl為AC電源周期的一部分，小于10%，優(yōu)選在0%和5%之間，更優(yōu)選在0. 25%和1. 5%之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的加熱元件的操作方法，其特征在于TO在AC電源的每個(gè)正和/或負(fù)零交越點(diǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中的任意一項(xiàng)的加熱元件的操作方法，其特征在于所述AC輸入電壓的上升斜率的閾值小于AC線路電壓的50%，優(yōu)選在0%和30%之間，更優(yōu)選在1. 5%和9. 5%之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中的任意一項(xiàng)的加熱元件的操作方法，其特征在于所述操作電路(35)可停止AC電源周期剩余的時(shí)間段內(nèi)的正和/或負(fù)半波。
17.根據(jù)權(quán)利要求10至16中的任意一項(xiàng)的加熱元件的操作方法，其特征在于，加熱元件以不同的工作循環(huán)被操作，所述工作循環(huán)包括a)給定長(zhǎng)度的通電模式，在所述通電模式中，根據(jù)所述加熱元件的溫度，至少部分電能被施加到所述加熱元件(21)，以及b)可變長(zhǎng)度的休息模式，在所述休息模式中，電源被關(guān)閉。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的加熱元件的操作方法，其特征在于，所述休息模式的時(shí)間長(zhǎng)度取決于用戶設(shè)置和/或所述加熱元件的溫度。
19.根據(jù)權(quán)利要求10至18中的任意一項(xiàng)的加熱元件的操作方法，其特征在于，啟動(dòng)“快速模式啟動(dòng)”加熱至預(yù)定時(shí)間，在該模式中a)發(fā)生對(duì)所述加熱元件的溫度的判斷，和/或b)由中斷裝置(31)或操作電路(35)影響對(duì)加熱元件的供電。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的加熱元件的操作方法，其特征在于，所述“快速模式啟動(dòng)” 加熱的預(yù)設(shè)時(shí)間在1至5分鐘之間，優(yōu)選為2分鐘。
21.根據(jù)權(quán)利要求10至20中的任意一項(xiàng)的加熱元件的操作方法，其特征在于，在預(yù)設(shè)時(shí)間后，停止對(duì)加熱元件的供電，例如10小時(shí)后。
全文摘要
控制其所連接的加熱元件(21)的AC電源的加熱線控制電路(1)包括中斷裝置(31)，對(duì)于加熱元件的AC電源具有至少三個(gè)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，例如兩個(gè)半波開，正或負(fù)半波關(guān)，以及兩半波關(guān)；以及控制裝置(32)，確定所述加熱元件(21)的溫度，根據(jù)所述溫度和/或用戶設(shè)置來(lái)決定所述中斷裝置(31)的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。
文檔編號(hào)H05B1/02GK102160453SQ200980136401
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日
發(fā)明者馮毅良 申請(qǐng)人:百略智慧財(cái)產(chǎn)責(zé)任有限公司