CN101098571A

CN101098571A - 电热地毯的温控器

Info

Publication number: CN101098571A
Application number: CNA2006100995829A
Authority: CN
Inventors: 尹正洙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2008-01-02
Also published as: TW200803594A; TWI337045B; KR100738310B1

Abstract

本发明涉及一种电热地毯的温控器，它采用了电阻值随温度改变而改变的导电电阻器作为温控器的加热导线，因此可调节电阻值与温度成正比，从而可精确控制电热地毯的温度。本发明的温控器进一步包括温度补偿单元，正反馈电路单元，安全保护电路单元以及误差校正单元，使由温度检测单元测出的温度得到补偿，从而能无误差地测出热敏丝的加热温度。此外，温度比较单元可以稳定地输出控制信号。另外，当加热器与传感器被短路，传感器感应出充分的工业用电时，会向温度比较单元提供一个高电平检测电压，以便将输出装置切换到关闭状态，从而切断提供给加热器的加热电源。进一步，还可以手动清除由与传感器或温度设置单元相连接的元件引起的误差。

Description

电热地毯的温控器

技术领域

本发明通常涉及一种电热地毯的温控器，尤指一种采用导电电阻器的电热地毯的温控器。该导电电阻器作为温控器的加热导线，其电阻值可随温度的变化而改变，因此可调节使其电阻值与温度成正比，从而可精确控制电热地毯的温度。

背景技术

通常，如果将设有温控器的电热地毯铺在地板上且向其供电，它很容易提供热量。由于电热地毯不仅使用方便，而且容易搬动，所以它广泛用于取暖。

传统电热地毯温控器中采用的相位控制方法，其问题在于：其一，温度控制的精度很低，且在宽频带内有开关噪声，从而引起电路故障；其二，必须使用诸如线路滤波器那样的屏蔽装置以去除噪声，因此提高了成本；其三，伴随着加热装置的发热，必然会产生电场，该电场会发射不期望的电磁干扰EMI，尽管EMI的强度有一些差别，但它对物体与生命体是有害的。

此外，传统电热地毯所使用的加热导线是利用尼龙传感器来确定温度控制值。然而尼龙传感器根据其物理性能具有负温度特性，如图5所示，该特性随湿度及外界温度而变化。因此，尼龙传感器的问题在于，由于测出的温度变化范围过大，所以难以精确确定温度控制值。

此外，传统温控器的问题在于，要设定一个恒定温度是很困难的。这是因为当构成传统电热地毯中使用的温控器的单个组件刚在市场上销售时，其设定的温度是不同的；或者是因为外界温度有变化；或者还因为设定温度受其他电压值的影响。

此外，传统电热地毯中使用的温控器的问题还在于，为了在出现过电压时切断过电压，电热丝必须连接一独立的保险丝。

发明内容

因此，本发明已考虑到现有技术中出现的问题，且本发明的目的是就要提供一种采用导电电阻器的电热地毯的温控器，该导电电阻器作为温控器的加热导线，其电阻值可随温度的变化而改变，因此可调节电阻值与温度成正比，从而可精确控制电热地毯的温度。

本发明的另一目的是要提供一种采用可变电阻器的电热地毯的温控器，采用这种可变电阻器，即使在下列情况下，即组成温控器的单个元件是新投放市场而导致设定温度不同，或因外界温度有变化，或因设定温度受到其它电压值的影响，都可任意调节温度(电压)值。

本发明又一目的是提供一种采用了正反馈电路的电热地毯的温控器，当温度比较单元的输入电压低时可降低电压值，而当温度比较单元的输入电压高时可提高电压值，从而防止在温度比较单元中出现操作错误。

本发明还有另一目的是提供一种电热地毯的温控器，在其电压检测电路单元的一侧设有一单独的电容器，以使发生过热时中断加热，从而防止输出装置继续工作。

为了达到上述目的，本发明提供一种电热地毯的温控器，该温控器包括：热敏单元，由一根软线式热敏丝，第一和第二传感线圈，以及第一和第二加热线圈组成；直流电源供应单元，它由工业用交流电供电且用于提供恒定直流电压以供各电路运作之需；电场指示单元，用于确定第二传感线圈连接的是由工业交流电供电的电源插座的冷端子还是热端子，根据该确定结果来点亮或熄灭发光二极管，并显示电场的辐射；全波零压检测单元，用于在交流电源从负电压上升到正电压期间获得具有预定宽度的方波脉冲电压；以及温度比较单元，用于将热敏单元的温度与用户设定的热敏单元的温度作比较，然后输出一个热敏丝控制信号，其包括：温度检测单元，用于检测热敏单元的温度，然后将检测到的热敏单元的温度输出到温度比较单元；温度设置单元，用于允许用户设定热敏单元的加热温度并将设定好的加热温度输出到温度比较单元；温度补偿单元，与温度检测单元相连，用于对温度检测单元检测到的温度进行补偿，从而无误差地检测热敏丝的加热温度；正反馈电路单元，用于延迟由热敏单元提供给温度比较单元的电压，并提供延迟电压，以使温度比较单元稳定地输出控制信号；安全保护电路单元，用于在加热器与传感器被短路且传感器感应充足的工业用电时，产生一个高电平检测电压以供给温度补偿单元，从而将输出装置切换到关闭状态，并切断提供给加热器的加热电源；以及误差校正电路单元，用于手动消除由与加热器连接的个别元件引起的误差。

较佳地，温度补偿单元可以包括第一及第二二极管，且在传感器的传感线圈检测到加热线圈的加热温度时，对由温度检测单元的第三二极管的正向电压引起的误差进行补偿。

较佳地，正反馈电路单元可以包括第一、第二电阻器及电容器，用于通过第一电阻器用输出装置的半波输出电压对电容器充电、并通过第二电阻器放电，从而提高输入到温度比较单元的设定温度值。

较佳地，安全保护电路单元可以包括二极管，电容器和电阻器，用于当加热线圈和传感线圈被短路时，传感线圈中感应的充足的工业用电供给温度比较单元的正相输入端，并且输出一个高电平(H)信号，再被晶体管反相，从而关闭输出装置。

较佳地，误差校正电路单元可以包括可变电阻器，用于当传感器的传感线圈检测到响应检验员操作的加热线圈的加热温度时，消除由于外界条件引起的温度测量误差。

附图说明

本发明的上述及另外目的、特点和其它优点可从以下详细说明和附图中获得清楚的了解，附图中：

图1是根据本发明电热地毯的温控器的结构框图；

图2是图1的详细电路图；

图3是显示图1中电场指示单元的工作过程的电路图；

图4是显示本发明所述加热导线(检测导线)的侧视图；

图5是显示由尼龙材料制成的传统检测导线的负温度特性图；

图6是显示应用于本发明的加热导线(检测导线)的温度特性图。

具体实施方式

现在参看附图，在各个附图中，同一附图标记代表相同或相似的元件。

下面参看附图详细说明本发明实施例的电热地毯的温控器。

如图1及图2所示，本发明所述的电热地毯温控器包括：热敏单元105，交流(AC)电源线AC1和AC2，直流电供应单元110，电场指示单元120，全波零压检测单元(single zero voltage detection unit)130，温度比较单元140，温度检测单元150，温度设置单元160，温度补偿单元170，正反馈电路单元180，安全保护电路单元190，及误差校正电路单元195。热敏单元105由软线式热敏丝，传感线圈S1和S2及加热线圈H1和H2组成；交流(AC)电源线AC1和AC2向热敏单元105的加热线圈H1和H2提供加热所需的交流电；直流(DC)电供应单元110由工业交流电源AC1和AC2供电且它给各电路提供工作所需的恒定直流电压；电场指示单元120确定传感器线圈S2连接的是由工业交流电供电的电源插座的冷端子还是热端子，并根据确定结果点亮或熄灭发光二极管，以指示电场的辐射状况；全波零电压检测单元130在交流电源由负电压(-)上升到正电压(+)期间获得具有预定宽度的方波脉冲电压；温度比较单元140对热敏单元105的温度与用户设定的热敏单元的温度进行比较，然后输出热敏丝控制信号；温度检测单元150检测热敏单元105的温度，然后将测得的温度输出到温度比较单元140；温度设置单元160允许用户设置热敏单元105的加热温度，并将设定的加热温度输出到温度比较单元140；温度补偿单元170连接到温度检测单元150，以对温度检测单元150测出的温度进行补偿，从而无误差地测得热敏丝的加热温度；正反馈电路单元180延迟了由热敏单元105供给温度比较单元140的电压，并提供延迟电压，从而防止由于温度比较单元140的负载周期低而导致的输出装置TH的故障；在加热器N1及传感器N2被短路且有充足的工业用电供给传感器N2时，安全保护电路单元190生成高电平检测电压以提供给温度比较单元140，从而将输出端TH切换到关闭状态，并切断供给加热器N1的加热电源；误差校正电路单元195用于手动清除与传感器N2或温度设置单元160相连的个别元件引起的误差。

直流(DC)电源供应单元110包括电阻器R3和电容器C2，整流二极管D4和D5，电容器C3以及齐纳二极管ZD1。电阻器R3和电容器C2串联连接到电源开关SW上；整流二极管D4和D5连接到电容器C2的另一端；电容器C3用于平滑整流后的纹波分量；齐纳二极管ZD1用于将变平滑后的直流电转换成恒定电压。电阻器R3及电容器C2使直流电产生压降。

用于保护直流电源供应单元110的电阻器R3吸收并消除通过第一及第二交流电源线AC1及AC2流入直流电源供应单元110的冲击电流(或冲击电压)，从而保护直流电源供应单元110的组成元件。

加热电路设置在交流电源线AC1和AC2之间，在加热电路中，输出装置TH是用具有触发端的有源开关装置(如硅可控整流器SCR)来实现的，加热线圈H1和H2彼此互相串联。过热保护二极管D1并联在加热线圈H1和H2之间。

如图4所示，热敏单元105包括：呈螺旋状绕在耐热芯K的外圆周上的加热线圈H1和H2；包覆在加热线圈H1和H2外且由耐热绝缘材料制成的尼龙热敏管K1，以及传感线圈S1和S2。其中，传感线圈S1和S2呈螺旋状绕在尼龙热敏管K1的外圆周上，工作时可利用具有正(+)温度系数(PTC)特性的电阻的变化来检测温度电压。绝缘外层K2a包覆在传感线圈S1和S2上，作为保护层材料。在整个加热段上，加热线圈H1和H2通过一返折部分HC以反方向缠绕，因此95％或以上的磁场被抵消和消除。

由本案申请人提出的韩国实用新型申请(登记号20-0413919)公开了热敏单元105的详细结构，因此其详细说明在此从略。

电场指示单元120包括：电阻器R30，用于对检测单元ANT测出的电压进行电流限制并向电平比较器U1-C的反相输入端(-)提供限流电压；检测单元ANT，用于当电源插头插回到电源插座上时检测出60Hz的环境电压(空间电压)；滤波器，用于通过检测单元ANT、电阻器R31和电容器C11给定的时间常数，允许频率为60Hz左右的交流分量通过，并滤除频率超过60Hz的高频噪声；电平比较器U1-C，用于对来自检测单元ANT的输入电压与通过电阻器R28和R29输出到正相输入端(+)的分路电压(参考电压VCC)相比较，确定电流电压是热电压还是冷电压，并且当电流电压是热电压时，输出切断信号；发光二极管D13连接到电平比较器U1-C的输出端，当电流电压是冷电压时发光二极管D13被点亮；以及电容器C10和上拉电阻器26，用于为点亮发光二极管D13提供电流。

因此，当用户将电源插头插入电源插座，以使传感器N2连接到电源插座冷端时，开关转向端子

，如图3所示，并且在冷电压状态下，交流电源线AC2和传感器N2形成相对于地的等电位线。因此，通过位于检测单元和地之间的电容器C，使流动在检测单元ANT和地之间的电流达到最小。此外，当将低于电场指示单元120的电平比较器U1-C正相输入端(+)的参考电压的电压输入到其反相输入端(-)时，电平比较器U1-C产生高电平(H)输出信号。从而，发光二极管D13被点亮，而由加热器Nl发出的电场被传感器N2屏蔽和吸收，并最后接地，以使得加热线圈H1和H2的电场最小化。

同时，当用户将电源插头插入电源插座，使传感器N2连接到电源插座的热端时，开关便转向端子

，交流电源线AC2及传感器N2处于热状态，从而通过位于检测单元和地之间的电容器C，使流动在检测单元和地之间的电流达到最大。此外，当将大于电场指示单元120的电平比较器U1-C正相输入端(+)的参考电压的电压输入到其反相输入端(-)时，电平比较器U1-C产生低电平(L)输出信号。从而，电容器C10放电，发光二极管D13熄灭，传感线圈S1和S2的电场在热状态下达到最大。因此，考虑到这一事实，电源插头必须与电源插座断开并且以倒置位置再次插进电源插座。

同时，全波零压检测单元130在交流电从负(-)电压上升到正(+)电压过程中的零电压期内，对宽度为0.5-3ms的全波方波脉冲进行检测，并用该全波方波脉冲作为输出装置TH1的触发信号，从而防止EMI的产生，这与分别在交流电上升沿和下降沿处检测脉冲的半波零压检测器(half type zero voltage detector)不同。

全波零压检测单元130包括：电阻器R4，用于对正向二极管D15和反向二极管D18提供交流电；电阻器R25和R34及二极管D17和D19，它们与比较器U1-A的反相输入端(-)连接；以及电阻器R24、二极管D15和D19及电容器C6，它们与比较器U1-A的正相输入端(+)相连。在交流电从负电压上升到正电压的一个周期内，即，在输入到比较器UI-A的反相输入端(-)的电压与输入到比较器UI-A的正相输入端(+)的电压互相重叠的周期内，产生一个脉冲宽度为0.5ms到3ms的负(-)的全波方波脉冲。该方波脉冲被晶体管Q1倒置，然后用于1/4分压，检测热敏丝温度和利用SCR实现的输出装置TH的触发(切换)。

方波脉冲的宽度，即0.5ms，是进行温度检测和使输出装置TH保持在触发状态的最小值。这就是说，当方波脉冲的宽度小于等于0.5ms时，传感线圈S1和S2可能测不出温度电压，或者可能在比较温度时产生误差，此外，输出装置TH的触发电流还可能小于维持电流，从而使输出装置出故障。另外，当方波脉冲宽度超过3ms时，可能会在远离零电压点位置进行温度比较和输出装置TH的触发时产生EMI。因此，最好将方波脉冲宽度设定为0.5ms-3ms。

方波脉冲宽度可通过调节由电阻器R24和电容器C6给定的时间常数作适当改变。通过在交流电负(-)电压周期内检测热敏单元105的温度可对方波脉冲作比较，所述负电压周期是以电源电压正弦波上的零电压点为基准的方波宽度的一半周期，在交流电压正(+)电压周期内方波脉冲用于触发输出装置TH，该正电压周期是方波的另一半周期。

温度比较单元140包括：温度比较器U1-B，电阻器R10，电容器C8以及二极管D9，它们与温度比较器U1-B的正相输入端相连；还包括电阻器R27、R16和电容器C4，它们与温度比较器U1-B的反相输入端相连。

温度检测单元150包括：施加了全波方波脉冲电压的电阻器R1，二极管D2，以及由具有PTC电阻特性的传感线圈S1、S2组成的传感器N2。

温度设置单元160包括：施加了全波方波脉冲电压的电阻器R11，与电阻器R11串联连接的电阻器R15和R16，以及与电阻器R16并联的可变电阻器R2。由于电阻器R16与可变电阻器R2并联，因此可更精细地设置温度电压。

同时，由传感线圈S1和S2测出的温度检测电压，是通过电阻器R1输入的全波方波脉冲电压经电阻器R1和传感器N2分压而得。当加热线圈H1和H2产生的热量通过尼龙热敏电阻K1传给传感线圈S1和S2时，传感器N2上的电压改变了具有PTC电阻特性的传感线圈S1和S2的电阻值，因此，矩形全波方波脉冲电压随着电阻的变化而改变。在这种情况下，由传感线圈S1和S2测出的温度特性表明电阻与温度成正比，如图6所示，因此，电阻值可调节，从而精确控制加热线圈H1和H2的加热温度。

这就是说，传感线圈S1和S2测得加热线圈H1和H2作为电压的加热温度，并将此温度电压实时输入到温度比较器U1-B的正相输入端(+)。由温度设置单元160的可变电阻器R2设定的温度电压输入到温度比较器U1-B的反相输入端(-)。温度比较器U1-B对这两个输入的温度电压进行比较。

在这种情况下，当传感线圈S1，S2检测出温度电压时，加热线圈H1和H2也许会产生分支电流，然而，如上所述，热敏单元105的加热线圈H1和H2使连接于输出装置TH的阴极一侧，举例说，是连接于输出装置TH阴极与第二交流电源线AC2之间。从而使影响温度电压的测量的负(-)交流电被输出装置TH清除，以精确测出温度电压并且稳定地控制温度。

温度补偿单元170包括二极管D6和D10，用于在传感器N2的传感线圈S1和S2检测加热线圈H1和H2的加热温度时，对由温度检测单元150的二极管D2的正向电压引起的误差进行补偿。

换言之，通过全波零压检测单元1 30输出且被晶体管Q1反相的电压Vcc经温度检测单元150的电阻器R1及二极管D2供向传感器N2。部分供给传感器N2的电压Vcc会由于二极管D2的正向电压而损失。尽管这一损失很小，但会影响传感器N2对加热线圈H1和H2的加热温度的测量，因而会引起误差。因此，温度补偿单元170的二极管D6和D10对可能由二极管D2而消耗的电压值进行补偿，从而使传感器N2能精确测量加热线圈H1和H2的加热温度，并且将测得的加热温度输出到温度比较单元140。

正反馈电路180包括电阻器R5，R13及电容器C5，在工作时如果输出装置TH1被接通，则线圈H1将感应正(+)的半波电源电压，并在通过电阻器R5时对电容器C5充电。充于电容器C5的电压通过电阻器R13放电，然后会影响到温度设置单元160。也就是说，当输入到温度比较单元140的正相输入端(+)的传感器N2的检测电压，与输入到反相输入端(-)的设定温度值之间的差值很小时，输出装置TH1的通/断周期便被缩短，从而会引起故障。在这种情况下，输出装置TH1的半波输出电压便通过电阻器R5给电容器C5充电，然后再由电阻器R13放电，从而提高输入到温度比较单元140的设定温度值。

安全保护电路单元190包括二极管D7，电容器C1和电阻器R6。用于当加热线圈H1和H2以及传感线圈S1和S2短路时，传感线圈S1和S2感应的工业电源被供给温度比较单元140的正相输入端(+)。从而，温度比较单元140输出一个H电平信号，再经晶体管Q2反相，使输出装置TH1关闭，从而防止热敏丝和电热地毯过热进而防止着火。

误差校正电路单元195是利用可变电阻器R18来实现的。在电热地毯投放市场之前，检验员根据实验结果调整电阻值，以清除可能影响传感器N2工作的元件引起的误差，如与传感器N2连接的元件，构成温度设置单元160的元件，或构成正反馈电路单元180的元件。

本发明的结构，操作和实施例如上所述，其优点在于，它采用了可依温度变化而变化的导电电阻器作为温度控制器的加热导线，因此可调节该电阻值使其与温度成正比，从而精确控制电热地毯的温度。

进一步，本发明的优点在于，它采用了可变电阻器，因此，即使构成温控器的个别元件是初次投放市场而使设定温度有所波动，或由于外界温度有变化，或是设定温度受其它电压值的影响，都可以利用可变电阻器任意调节温度(电压)。

更进一步，本发明的优点在于，它采用了正反馈电路，当输入温度比较单元的电压低时可降低电压值；当输入温度比较单元的电压高时可提高电压值，从而防止在温度比较单元中出现操作误差。

此外，本发明的优点在于，在电压检测电路单元的一侧设有一单独的电容器，以便出现过电压时能切断过压，从而防止输出端继续工作。

虽然为了说明的目的已公开了本发明的几个最佳实施例，但对所属技术领域的技术人员而言，可作的各种修改，增加和替换，都不会偏离在权利要求书中公开的本发明的范围和实质。

Claims

1.一种电热地毯的温控器，该温控器包括：热敏单元，它由一根软线式热敏丝，第一及第二传感线圈，以及第一和第二加热线圈组成；直流电源供应单元，它由工业交流电供电并用于向各个电路提供工作所需的恒定直流电压；电场指示单元，用于确定第二传感线圈连接的是由工业交流电供电的电源插座的冷端子还是热端子，根据确定结果点亮或熄灭发光二极管，并指示电场的辐射；全波零压检测单元，用于在交流电源从负电压上升到正电压的期间内获得一具有预定宽度的方波脉冲电压；以及温度比较单元，用于将热敏单元的温度与用户设定的热敏单元的温度作比较，然后输出一个热敏丝控制信号，包括：

温度检测单元，用于检测热敏单元的温度，然后将测得的温度输出给温度比较单元；

温度设置单元，用于允许用户设定热敏单元的加热温度，并将设定的加热温度输出给温度比较单元；

温度补偿单元，它与温度检测单元相连接且用于对由温度检测单元测得的温度进行补偿，从而无误差地检测热敏丝的加热温度；

正反馈电路单元，用于延迟由热敏单元提供给温度比较单元的电压，并提供延迟电压，以使温度比较单元稳定地输出控制信号；

安全保护电路单元，用于在加热器与传感器被短路且在传感器感应出充足的工业用电时，产生一个提供给温度比较单元的高电平检测电压，从而将输出装置切换到关闭状态，并切断提供给加热器的加热电源；以及误差校正电路单元，用于手动清除与加热器相连的个别元件引起的误差。

2.根据权利要求1所述的温控器，其中，温度补偿单元包括第一及第二二极管，当传感器的传感线圈检测加热线圈的加热温度时，用于补偿由于温度检测单元的第三二极管的正向电压引起的误差。

3.根据权利要求1所述的温控器，其中，正反馈电路单元包括第一及第二电阻器和一个电容器，用于通过第一电阻器对电容器充电，充电电压为输出电压的半波输出电压；并通过第二电阻器放电，从而提高输入到温度比较单元的设定温度值。

4.根据权利要求1所述的温控器，其中，安全保护电路单元包括二极管，电容器和电阻器，用于当加热线圈与传感线圈被短路时，传感线圈感应的工业用电供给温度比较单元的正相输入端，并且输出高电平信号(H)，且被晶体管反置，从而切断输出装置。

5.根据权利要求1所述的温控器，其中，误差校正电路单元包括可变电阻器，当传感器的传感线圈检测到响应检验员操作的加热线圈的加热温度时，用于清除因外界条件引起的误差。