CN101674686A

CN101674686A - 发热装置及其控温方法

Info

Publication number: CN101674686A
Application number: CN200810215568A
Authority: CN
Inventors: 廖广埔
Original assignee: 李淑秋
Current assignee: FANYU HEALTH TECHNOLOGY GROUP Co Ltd
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: CN101674686B

Abstract

一种发热装置及其控温方法，主要是以一负温度系数元件包覆一芯材，以一感测线卷绕于负温度系数元件的外周缘，使感测线与芯材呈并联状态，并以一电容、一电阻与感测线串联，使形成一RC电路，该RC电路分别与微处理器及一开关连接。藉此，当微处理器在一预定时间内输出包括至少一工作周期(dutycycle)方波的控制信号以控制开关时，使一直流电源对RC电路充、放电，同时量测其RC时间常数，而当微处理器侦测到RC时间常数的变化到达一预设状态时，则输出控制信号以使芯材与直流电源呈导通或断路状态，从而使发热装置保持在一定的工作温度。

Description

发热装置及其控温方法

技术领域

本发明是有关一种发热装置，尤指一种通过直流电源进行加热的用于电热炉、热敷毯等的发热装置及其控温方法。

背景技术

电热毯或热敷毯等发热结构在目前市面上已被广泛的使用，而为达到可调整、控制温度的目的，以PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)元件或NTC(Negative Temperature Coefficient，负温度系数)元件作为感测结构，并同时搭配发热线以进行加热的方式被大量使用。

如图7所示是为美国第5,861,610号专利案，其主要的技术特点是在于一芯材a的外周缘依序包覆卷绕加热用的导线a1、第二绝缘层a2、侦测线a3及第一绝缘层a4，该侦测线a3是为PTC材料(镍合金)所制成。通过PTC材料的特性，当侦测线a3的温度随着加热导线a1的温度上升，或因高温使得侦测线a3的电阻改变，都将经由控制器内的比较电路进行比对，再以比对结果调整输入导线a1的电流量，以控制发热温度在使用者所设定的范围内。

上述技术在美国第6,300,597号、第6,310,322号及第6768086号专利案已同时被揭露。由上述各专利核准案可知，目前以电阻线直接发热，并以PTC元件应用在控温及侦测的技术已相当普遍，而如图8所示，其为美国第7,138,611号专利案。则是以一微处理器b定时侦测二个整形电路(b1、b2)的相移变化，以控制触发电路b3的开关，使PTC元件b4持续加热或降温，从而使发热线保持在一定范围的工作温度。藉此，可有效控制发热线的发热温度，以提供更安全的保障。而在美国第7,180,037号专利案中，则是利用NTC元件的特性，并同样侦测相移的变化，以控制发热线的发热温度。

但是，上述各种发热结构都必须输入100伏以上的交流电，以达到加热的效果；因此，纵然具有完善的保护电路，仍会存在有线路破损或电路故障等风险，让人暴露在触电的危险之中。且当人们在户外或车内时，并不容易由室内取得交流电，而虽然可以经由电源转换器将电池的直流电转换为交流电，但要产生足够的电力以加热电热毯或热敷毯等发热结构，将会大幅增加电源转换器的体积，不但在空间上相当浪费，且不方便使用。

有鉴于此，为了改善上述的缺点，使发热装置及其控温方法不仅能以低压的直流电源进行加热，让使用者避免触电、方便使用，且可通过NTC元件的特性进行控温，以达到安全防护的效果，发明人积多年的经验及不断的研发改进，遂有本发明的产生。

发明内容

本发明的主要目的在提供一种发热装置及其控温方法，通过一直流电源进行加热，并在加热过程中，使一RC电路的NTC元件的电阻改变，并由一微处理器侦测因NTC元件的电阻改变而产生的RC时间常数改变，使在低温时持续加热，而在高温时自动断电，以确保使用安全，且可有效控制加热温度。

为达上述的发明的目的，本发明所设的发热装置的控温方法，包括下列步骤：S1.提供一微处理器以在一预定时间内输出包括至少一工作周期(duty cycle)方波的控制信号，对一包括一负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC)元件的电阻-电容(RC)电路充、放电；S2.经由一芯材对负温度系数元件进行加温，以改变RC电路的RC时间常数；以及S3.在加热过程中，经由微处理器定时侦测RC时间常数的变化，以输出控制信号，使芯材与直流电源呈导通或断路状态。

本发明所设的发热装置包括一发热线、一电容、一开关以及一微处理器。其中，该发热线包括一芯材、一负温度系数元件及一感测线，该负温度系数元件是包覆芯材，该感测线是卷绕于负温度系数元件的外周缘，供感测负温度系数元件的电阻，并使芯材与感测线并联；该电容是与感测线及一电阻串联，供形成一RC电路，一直流电源是连接于该RC电路的一端；该开关是连接直流电源，并以可与直流电源导通或断路的方式连接RC电路的另端；而该微处理器是与开关连接，供在一预定时间内输出包括至少一工作周期(duty cycle)方波的控制信号，且该微处理器是连接RC电路，供定时侦测RC时间常数的变化，以使发热线与直流电源呈导通或断路状态，从而使发热装置保持在一定的工作温度。

因此，本发明具有以下的优点：

1、本发明能通过低压直流电源以进行加热程序，不但方便在各种场所使用，且可有效确保使用安全。

2、本发明可通过侦测因NTC元件的电阻改变而产生的RC时间常数变化，控制发热线的加温或降温，以确保工作温度保持在预定范围内。

为便于对本发明能有更深入的了解，兹详述于后：

附图说明

图1为本发明发热装置的控温方法的步骤流程图；

图2为本发明的电路方块示意图；

图3为本发明进行加热及控温时的流程图；

图4为本发明的发热线的立体外观图；

图5为本发明发热装置的电路图；

图6A～6C为本发明的RC电路的RC时间常数变化示意图；

图7为美国第5,861,610号专利案的发热线的组合剖面图；

图8为美国第7,138,611号专利案的电路方块示意图。

附图标记说明：

a-芯材；a1-导线；a2-第二绝缘层；a3-侦测线；a4-第一绝缘层；b-微处理器；b1、b2-整形电路；b3-触发电路；b4-PTC元件；10-微处理器；11-开关；12-直流电源；13-芯材；14-RC电路；15-负温度系数元件；16-感测线；1-发热装置；2-发热线；21-芯材；22-负温度系数元件；23-感测线；24-披覆层；25-纤维线；3-RC电路；4-开关；5-比较器；6-微处理器；7-袋体；8-直流电源。

具体实施方式

请参阅图1、2所示，其为本发明发热装置的控温方法的较佳实施例，是包括下列步骤：

S1、提供一微处理器10以在一预定时间内输出包括至少一工作周期(dutycycle)方波的控制信号，供控制一开关11，使一直流电源12对一包括一负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC)元件15的电阻-电容(RC)电路14充、放电；

S2、经由一芯材13对负温度系数元件15进行加温，以改变RC电路14的RC时间常数；以及

S3、在加热过程中，经由微处理器10定时侦测RC时间常数的变化，以输出控制信号，使芯材13与直流电源12呈导通或断路状态。

请参阅图2、图3所示，本发明以输出电压为12伏(V)的低压直流电源12为例，进一步说明加热及控温的方法。首先，是在微处理器10设定时间计数器等于0后开始计数，并将代表是否加热状态的开关指标设为0，使直流电源12对芯材13加热，同时让微处理器10在1秒内持续输出一工作周期(duty cycle)为4毫秒(ms)的包括1.5个周期方波及5伏的高位准电压的控制信号，以控制开关11，使直流电源12对RC电路14充、放电，以便使微处理器10量测RC时间常数，直到开关指标改变为1。其中，所述的微处理器10亦可输出一个或一个以上工作周期方波，以控制开关11。

在前述步骤中，是显示开关11导通以使直流电源12在1秒内正常持续对芯材13加热，而当时间计数值等于1秒，亦即持续加热1秒之后，该微处理器10将会设定时间计数值为0以重新计数下1秒，同时输出另一组具有以1.5个方波周期为一4毫秒(ms)的工作周期控制信号及5伏的高位准电压的控制信号，使直流电源12对RC电路14充、放电，并使微处理器10量测RC时间常数，之后在每一秒侦测一次，若开关指标持续为0，则持续加热。

在加热过程中，芯材13持续对RC电路14的负温度系数元件15加温，并使感测线16的温度同时升高。当负温度系数元件15因温度上升而使电阻变小时，将使得RC电路14的RC时间常数值变短。若微处理器10所侦测到的RC时间常数值大于或等于预设的设定值，开关指标仍会为0，芯材12将会被继续加热；而当RC时间常数值小于预设的设定值时，开关指标则会转变为1，让微处理器10每秒输出一工作周期(duty cycle)为4毫秒(ms)的包括1.5个周期方波及0伏的低位准电压的控制信号，以控制开关11，使芯材12与直流电源12呈断路状态。当芯材12不再加热时，负温度系数元件的电阻即会因温度的降低而逐渐加大，同时改变RC时间常数值，在RC时间常数值等于预设的设定值时，开关指标转变为0，加热程序即会被重新启动。藉此，可在低温时持续加热，而在高温时自动断电，以控制加热温度在一定的范围内。

请参阅图4、图5所示，其为本发明发热装置1的较佳实施例，包括一发热线2、一RC电路3、一开关4、一比较器5以及一微处理器6。该发热线2是容置于一袋体7内，以做为电热毯使用，而该比较器5亦可内建于该微处理器6内。

该发热线2包括一芯材21、一负温度系数元件22、一感测线23及一披覆层24，该芯材21是为卷绕于一纤维线25外周缘的导线，该负温度系数元件22是完全包覆芯材21，而该感测线23为一低电阻的导线，是卷绕于负温度系数元件22的外周缘(如图4所示)，供感测负温度系数元件22的电阻。

该感测线23与电阻R5、电容C1串联呈一RC电路3，且该RC电路3与芯材21并联，该RC电路3的一端连接直流电源8的正端，RC电路3的另端连接开关4，在本实施中，该开关4是为场效应晶体管(Field-EffectTransistor，简称FET)Q1，该RC电路3的另端是连接于场效应晶体管Q1的漏极，该场效应晶体管Q1的源极连接直流电源8的负端，而该场效应晶体管Q1的栅极经由一PNP晶体管Q2及一电阻R1连接微处理器6的第9脚。

另，一节点N是设于该RC电路3的电容C1与感测线23之间，且该节点N经由一电阻R2连接比较器5的反向输入端，该比较器5的非反向输入端连接于二电阻(R3、R4)之间的节点N1，以输入一直流分压，而该比较器5的输出端连接微处理器6的第7脚。

加热时，该微处理器6是以1秒为一单位，经由PNP晶体管Q2对场效晶体管Q1的栅极输出一组一工作周期为4毫秒(ms)的具有1.5个周期方波及5伏的高位准电压的控制信号(如第6A图所示)，使直流电源8对RC电路3充、放电。

当场效晶体管Q1的漏极及源极导通(ON)，以使直流电源8与发热线2呈通路状态时，电容C1开始充电，而当场效晶体管Q1呈断路(OFF)时，电容C1即会放电，并经由节点N输出，使比较器5的反向输入端的电压随之升高。在本实施例中，由于该比较器5的非反向输入端所输入的直流分压是预定为2.5伏的定电压，因此，当比较器5的反向输入端的电压升高至2.5伏以上时，比较器5的输出端的电位即会由高电位(HI)转为低电位(LO)，在输入微处理器6的第7脚时，即可计算得到电容C1放电至2.5伏所需的充电时间，并得知在加温状态时，由于负温度系数元件22的电阻变小时，RC电路3的RC时间常数的变化量(如第6A～6C图)。同样的，在降温状态时，由于负温度系数元件22的电阻增大，将使得RC电路3的RC时间常数增加，其变化量亦同样会输入至微处理器6内。

其中，当RC电路3的RC时间常数值小于预设的设定值时，微处理器6即会每秒输出一组一工作周期为4毫秒(ms)的具有1.5个周期方波及0伏的低位准电压的控制信号，以使发热线2与直流电源8呈断路状态；而当微处理器6再次侦测到RC时间常数值大于或等于预设的设定值时，微处理器6则会再输出控制信号，以加热发热线2的芯材21，使达到控温的目的。

因此，本发明具有以下的优点：

综上所述，依上文所揭示的内容，本发明确可达到发明的预期目的，提供一种不仅能以低压的直流电进行加热，使避免触电、方便使用，且可通过NTC元件的特性进行控温，以达到安全防护效果的发热装置及其控温方法，极具产业上利用的价值，依法提出发明专利申请。

Claims

1、一种发热装置的控温方法，包括以下步骤：

S1：提供一微处理器，使其在一预定时间内输出包括至少一工作周期方波的控制信号，以控制一开关，使一直流电源对一包括一负温度系数元件的电阻-电容电路充、放电；

S2：经由一芯材对该负温度系数元件进行加温，以改变该电阻-电容电路的电阻-电容时间常数；以及

S3：在加热过程中，经由该微处理器定时侦测电阻-电容时间常数的变化，以输出控制信号，使芯材与直流电源呈导通或断路状态。

2、一种发热装置，包括：

一发热线，包括一芯材、一负温度系数元件及一感测线，该负温度系数元件是包覆该芯材，该感测线是卷绕于负温度系数元件的外周缘，供感测负温度系数元件的电阻，并使芯材与感测线并联；

一电容，是与感测线及一电阻串联，以形成一电阻-电容电路，一直流电源是连接于该电阻-电容电路的一端；

一开关，一端连接直流电源，另一端连接电阻-电容电路的另端，用以控制该电阻-电容电路与直流电源导通或断路；以及

一微处理器，是与开关连接，供在一预定时间内输出包括至少一工作周期方波的控制信号，且该微处理器是连接电阻-电容电路，定时侦测电阻-电容时间常数的变化，以控制发热线与直流电源呈导通或断路状态。

3、根据权利要求2所述的发热装置，其特征在于，该开关为场效应应晶体管，该场效应晶体管的源极连接直流电源，场效应晶体管的漏极连接电阻-电容电路的另端，而场效应晶体管的栅极连接微处理器。

4、根据权利要求1所述的发热装置，其特征在于，更包括一袋体，用以将发热线容置于其中。

5、根据权利要求1所述的发热装置，其特征在于，更包括一节点，该节点是设于电阻-电容电路的电阻和电容之间，且该节点连接微处理器。

6、根据权利要求5所述的发热装置，其特征在于，更包括一比较器，该比较器的正向输入端连接一直流分压，该直流分压是为一定电压，且该比较器的反向输入端连接所述节点，而该比较器的输出端连接微处理器。