加熱線控制電路及加熱元件的操作方法
【專利摘要】加熱線控制電路(1)，用于控制其所連接的加熱元件(21)的AC供電，包括：在每個(gè)正和/或負(fù)半波確定加熱元件(21)溫度并根據(jù)所述溫度設(shè)定對(duì)加熱元件(21)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(21)的溫度停止對(duì)加熱元件(21)的供電；b)開關(guān)元件(36)，當(dāng)加電時(shí)，在操作電路(35)和加熱元件(21)之間提供連接i)持續(xù)給定長(zhǎng)度T1的時(shí)間，和/或ii)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。
【專利說明】加熱線控制電路及加熱元件的操作方法
[0001]本發(fā)明專利申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/EP2009/058857，國(guó)際申請(qǐng)日為2009年7月10日，進(jìn)入中國(guó)國(guó)家階段的申請(qǐng)?zhí)枮椤?00980136401.7”，名稱為“加熱線控制電路及加熱元件的操作方法”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]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)】
[0003]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。
[0004]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，這可以通過電子控制單元檢測(cè)到，并且中斷電源。
[0005]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。
[0006]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?？刂破鳈z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。
[0007]現(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】

[0008]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)。
[0009]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)置來決定中斷裝置的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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，來確定加熱元件的溫度。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]測(cè)量溫度后，在加熱元件過熱的情況下，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，因此可通過去除半波而使功率被連續(xù)地降低，例如，對(duì)于輕微的過熱，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。
[0020]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。
[0021]在加熱元件嚴(yán)重過熱的情況下，用戶設(shè)置的休息模式可被無效，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)的過熱對(duì)加熱元件造成的損壞。
[0022]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)。
[0023]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)。
[0024]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)。
[0025]可在每個(gè)正和/或負(fù)半波的開始部分確定加熱元件的溫度。
[0026]加熱元件的操作方法可包括以下步驟:
[0027]a)在每個(gè)正和/或負(fù)半波的開始部分測(cè)量加熱元件(21)的溫度，
[0028]b)根據(jù)所述溫度評(píng)估剩余的半波所需的電源設(shè)置，
[0029]c)根據(jù)所述溫度和/或用戶設(shè)置來設(shè)定到加熱元件(21)的供電。
[0030]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。
[0031 ] 時(shí)間長(zhǎng)度TI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。
[0032]本發(fā)明的又一個(gè)方面，在每次測(cè)量后，通過啟動(dòng)或抑制AC電源周期的正和/或負(fù)半波的剩余部分，來設(shè)定對(duì)加熱元件的供電。
[0033]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:
[0034]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。
[0035]b)可變長(zhǎng)度的休息模式，在該模式中，電源被關(guān)閉。
[0036]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。
[0037]在加熱元件嚴(yán)重過熱的情況下，用戶設(shè)置的休息模式可被無效，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)的過熱對(duì)加熱元件造成的損壞。
[0038]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I至5分鐘之間，優(yōu)選為2分鐘。其他設(shè)置也是可以的。
[0039]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。
[0040]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。
[0041]加熱元件的芯線可具有0.5 Q/m到1.0Q/m之間的低電阻，優(yōu)選為0.86 Q/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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]通過參考實(shí)施例和附圖，更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中附圖示出了:
[0043]圖1:加熱元件；
[0044]圖2:加熱元件NTC層的電阻與溫度的關(guān)系圖；
[0045]圖3:根據(jù)各溫度設(shè)置的工作循環(huán)；
[0046]圖4:自修復(fù)過程中的工作循環(huán)；
[0047]圖5:嚴(yán)重過熱的情況下，自修復(fù)過程中的工作循環(huán)；
[0048]圖6:加熱線控制電路的簡(jiǎn)化方框圖；
[0049]圖7:加熱線控制電路的另一個(gè)簡(jiǎn)化方框圖；
[0050]圖8:加熱線控制電路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051]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
0.86Q/m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24由摻雜的PVC制成，其呈現(xiàn)出負(fù)溫度系數(shù)(NTC)特性?？梢允蔷哂胁煌瑩诫s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24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54.5Q/m。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)ULAWMStyIe#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)。
[0052]如圖8所示，通過使用這樣的加熱元件I的結(jié)構(gòu)，以及通過串聯(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)了流過加熱線23的電流的回路。
[0053]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。
[0054]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85kQ。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 Q，從而使總電阻為19.3k Q。
[0055]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19.3kQ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。
[0056]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”中的每一種來說，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。
[0057]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，加熱線控制電路被設(shè)定到用戶選擇的溫度設(shè)置上。
[0058]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。
[0059]對(duì)于用戶設(shè)置為“高”，在溫度高于150°C的嚴(yán)重過熱情況下的工作循環(huán)如圖5所示。溫度到約140°C以前，通過去除越來越多的正半波來降低功率，極端地去除每個(gè)半波。如果溫度不能通過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。
[0060]在圖6中示出了加熱線控制電路I的簡(jiǎn)化方框圖；所示的加熱線控制電路I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^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，來確定溫度。
[0061]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。
[0062]取決于加熱元件的溫度，如果加熱元件21的溫度過高，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。
[0063]加熱線控制電路I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電能被施加至IJ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效以阻止對(duì)加熱元件21的損壞。
[0064]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的供電。
[0065]在圖7中示出了加熱線控制電路I的另一個(gè)簡(jiǎn)化方框圖；加熱線控制電路I主要包括中斷裝置31和控制裝置32。中斷裝置31能夠通過使AC電能的正和負(fù)半波均通過，只通過正或負(fù)半波，或使正和負(fù)波均不通過來操縱對(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)間通過控制裝置32測(cè)量一次加熱元件21的電阻。控制裝置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 y 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 y s內(nèi)，無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。
[0066]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。
[0067]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 ii 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T2 15被導(dǎo)通。在三端雙向可控硅開關(guān)元件T2 15仍關(guān)閉的第一個(gè)250 u s內(nèi)，半波電路5決定是否開啟晶閘管Tl 14。
[0068]在加熱元件21的正常操作中，例如整個(gè)NTC絕緣層24的溫度在60°C以下，通過NTC絕緣層24的泄露電流相對(duì)較小。比較器U1B8負(fù)輸入端的電壓信號(hào)小于來自分壓器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晶閘管Tl 14。
[0069]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)間來決定。只要電容C7 17施加到比較器U1C12負(fù)輸入端的電壓信號(hào)低于比較器U1C12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U1C12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U1C12輸出“低電平”，通過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”，來關(guān)閉三端雙向可控硅開關(guān)元件T2 15和晶閘管T114。這將使休息模式開始。休息模式的持續(xù)時(shí)間由電容C717的放電決定，電容C7 17通過二極管19、電阻器20a，20b和可變電阻器VRlll放電。只要電容C7 17的電壓低于比較器U1C12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VRlll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。
[0070]在由于錯(cuò)誤使用而發(fā)生部分過熱或加熱元件整個(gè)過熱的情況下，例如毯子被折疊或褶皺，NTC絕緣層24的電阻會(huì)變低，例如上述的19.3k Q。通過NTC層24的泄露電流會(huì)增大，因此在比較器U1B8的負(fù)輸入端形成正信號(hào)。如果該輸入信號(hào)變得比來自分壓器R3，R4的正輸入端的信號(hào)大，那么比較器U1B8輸出“低電平”，該“低電平”將關(guān)閉晶閘管T114。由于晶閘管Tl 14的關(guān)閉，使正半波不能通過。
[0071]因?yàn)槿穗p向可控硅開關(guān)元件T2 15只能在每個(gè)正半波開始的250 U 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。
[0072]如果熱點(diǎn)越來越嚴(yán)重，且溫度超過150°C，則休息模式將增加，如圖6所示。由于NTC絕緣層24的電阻甚至可低于上述的19.3k Q，因此休息模式電路6在比較器UlDlO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UlDlO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U1C12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T2 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。
[0073]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 y 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Rl，R2。
[0074]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。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)。
[0075]計(jì)時(shí)IC16測(cè)量從接通加熱線控制電路開始所經(jīng)過的時(shí)間。在預(yù)設(shè)的時(shí)間后，例如10小時(shí)后，計(jì)時(shí)IC16向它的輸出引腳18輸出“低電平”，然后該“低電平”降低比較器U1C12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(I)，用于控制其所連接的加熱元件(21)的AC供電，包括:在每個(gè)正和/或負(fù)半波確定加熱元件(21)溫度并根據(jù)所述溫度設(shè)定對(duì)加熱元件(21)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(21)的溫度停止對(duì)加熱元件(21)的供電； b)開關(guān)元件(36)，當(dāng)加電時(shí)，在操作電路(35)和加熱元件(21)之間提供連接 i)持續(xù)給定長(zhǎng)度Tl的時(shí)間，和/或 ii)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱線控制電路(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)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任意一項(xiàng)所述的加熱線控制電路(I)，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%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至2中的任意一項(xiàng)所述的加熱線控制電路(I)，其特征在于所述閾值小于AC線路電壓的50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至2中的任意一項(xiàng)所述的加熱線控制電路(I)，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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至 2中的任意一項(xiàng)所述的加熱線控制電路(I)，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。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至2中的任意一項(xiàng)所述的加熱線控制電路(I)，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(21)的AC電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至2中的任意一項(xiàng)所述的加熱線控制電路(I)，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。
9.加熱元件(21)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，以在每個(gè)正和/或負(fù)半波的開始部分確定加熱元件(21)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)所述溫度通過操作電路(35)停止對(duì)加熱元件(21)的供電。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的加熱元件(21)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%。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的加熱元件(21)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)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至10中的任意一項(xiàng)所述的加熱元件(21)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%。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至10中的任意一項(xiàng)所述的加熱元件(21)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。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至10中的任意一項(xiàng)所述的加熱元件(21)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(21)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。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的加熱元件(21)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(21)的溫度。
16.根據(jù)權(quán)利要求9至10中的任意一項(xiàng)所述的加熱元件(21)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(21)的溫度的判斷，和/或 b)由操作電路(35)影響對(duì)加熱元件(21)的供電。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的加熱元件(21)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I至5分鐘之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求9至10中的任意一項(xiàng)所述的加熱元件(21)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(21)`的供電。
【文檔編號(hào)】H05B3/56GK103687095SQ201310625271
【公開日】2014年3月26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