CN103987137A - 一种有关双向可控硅控制金属陶瓷发热体的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造涉及电学和可控硅技术领域，具体来说是一种有关双向可控硅控制金属陶瓷发热体的电路及方法，包括U1专用控温集成电路KC-0.5、80C51、LM3911或具有信号采集、计算、输出和稳压及控键输入、显示输出的集成电路，双向可控硅、陶瓷金属发热体、电阻电容元件，其特征在于该电路由专用控温控制集成电路U1、双向可控硅Q1、陶瓷金属发热体R5，采样电阻、负电源供电电路，交流时钟和交流电压采样电路连接组成。本发明同现有技术相比，其优点在于：将交流信号输入到集成电路U1的CLK管脚，集成电路U1内部有交流时钟采样电路计算交流电的准确过零点并测出交流电压值，在需要加热时GATE脚在交流电过零点输出负的电压脉冲，使双向可控硅导通，实现稳定可靠的控温。

Description

一种有关双向可控硅控制金属陶瓷发热体的电路及方法

[技术领域]

本发明创造涉及电学和可控硅技术领域，具体来说是一种有关双向可控硅控制金属陶瓷发热体的电路及方法。

[背景技术]

MCH是指将金属钨或者是钼锰浆料印刷在陶瓷流延坯体上，经过热压叠层，然后在1600℃氢气氛保护下，陶瓷和金属共同烧结而成的陶瓷发热体，具有耐腐蚀、耐高温、寿命长、高效节能、温度均匀、导热性能良好、热补偿速度快等优点，而且不含铅、镉、汞、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚等有害物质，符合欧盟RoHS等环保要求。MCH（金属陶瓷发热体）发热体已广泛应用于小家电产品中，这种发热体最大的特点是其电阻值具有正温度系数特性，并且线性度很好，可利用这一特性去测定工作面温度，这样MCH发热体在加温产品中既可用作发热体又可用作温度传感器，不仅使得系统的电路及整机的安装得到简化，而且由于不存在温度传感器的安装位置不当的问题，产品的安全性也得到很大的提高。

中国专利号200810038919.4公开了一种正温度系数发热元件温度控制电路，在此单向可控硅控制MCH发热体的电路中，在外加交流电的正半周，开关k1闭合，开关k2打开，控制电路给出触发信号1触发SCR，发热体在这半周内被加热；在外加交流电的负半周，开关k1打开，SCR不再触发，开关k2闭合，控制电路在2给出一个直流电压，通过采样电阻RS和发热体电阻RH的分压，一个电压信号在3被采样。这种方法采用单向可控硅来控制，在外加交流电的正半周进行加热，而负半周进行测温，对于一些需要快速加温的产品，就不得不减小MCH的电阻值来加大功率，如此则增加了测温难度，增加了系统功耗，所以，只有通过全波加热才能在不减小电阻值的前提下增加功率。

目前已有的中国专利号为200910194722.4的发明专利公开了一种用双向可控硅控制MCH发热体的电路经过推理以及实际测试，其电路中的双向无法正常触发，无法正常工作。

[发明内容]

本发明创造的目的是为了克服上述缺陷，根据电路设计原理和双向可控硅应用技术知识，将集成电路或单片机控制系统中的出发信号加载到可控硅的控制极，为减少触发电路的干扰提供一种结构新颖的双向可控硅控制MCH发热体的控制电路及方法。

为了实现上述目的，设计一种有关双向可控硅控制金属陶瓷发热体的电路，包括U1专用控温集成电路KC-0.5、80C51、LM3911或具有信号采集、计算、输出和稳压及控键输入、显示输出的集成电路，双向可控硅、陶瓷金属发热体、电阻电容元件，该电路由专用控温控制集成电路U1、双向可控硅Q1、陶瓷金属发热体R5，采样电阻、负电源供电电路，交流时钟和交流电压采样电路连接组成，集成电路U1的GND端接地并抽头一端连接交流电零线，集成电路U1的PTC热敏电阻信号线与电阻R1一端相连，并抽头一线与双向可控硅Q1的T2端子相连，电阻R1另一端与地线GND端相连，集成电路U1的信号启动端GATE连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接双向可控硅Q1的控制极G，双向可控硅Q1的T1端子与陶瓷金属发热体R5一端相连，集成电路U1的时钟信号线CLK端与电阻R3一端相连，并抽头两线分别与电阻R4、电容C1一端相连，电阻R4、电容C1另一端接地，集成电路U1的负电压供电信号线VEE端连接电阻R6一端，并抽头两线分别与电容C2、电容C3一端相连，电容C2和C3另一端接地，电阻R6另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接交流电火线，并抽头两线分别连接陶瓷金属发热体R5和电阻R3的另一端，所述的电阻阻值R1为0.1Ω，R2为100Ω，R3为1M，R4为8.2K，R6为20K-2W，电容C3为47uF/10V。

采样电阻为R1，根据电阻R1上面的电压得出陶瓷金属发热体R5中的电流。

交流时钟和交流采样电路由电阻R3、电容C1、电阻R4组成，把信号输入给集成电路U1的CLK端供U1计算使用。

负电压供电电路路由二极管D1、电阻R6、电容C2和C3构成，负责提供一个负5伏的电源供给集成电路U1的VEE端，集成电路U1内设有并联稳压电路；在有不同附加功能的电路中，R6和C3的数值会做出相应的调整。

可控硅控制极限流电阻为R2，用于调整可控硅的触发电流，从适应不同型号的可控硅。

集成短路U1的输出端设有LED或者LCD显示电路、按键或其他根据设计需要的外围电路。

一种有关双向可控硅控制金属陶瓷发热体的电路方法，该电路通过集成电路U1的CLK端和U1内的数字过零采样电路采集外部交流电压过零点，集成电路GATE端在电压过零点输出负脉冲开启可控硅，在导通过程中通过集成电路U1的PTC端采集采样电阻R1上的电压，得到采样电阻中的电流，同时根据集成电路U1的CLK端上的电压得出同一时刻的电源电压，计算出陶瓷发热体的电阻，从而得到其内部温度，在加热的同时检测到了陶瓷发热体的温度，并综合温度上升斜率和绝对值等数据通过比例变化决定控制加热，从而实现稳定可靠的控温。

本发明创造同现有技术相比，其优点在于：将交流信号输入到集成电路U1的CLK管脚，集成电路U1内部有数字化的交流时钟采样电路来计算出交流电的准确过零点，同时测出交流电压值，在需要加热时GATE脚会在交流电过零点输出负的电压脉冲，使双向可控硅导通，从而实现稳定可靠的控温，工作稳定，可靠性高。

[附图说明]

图1是本发明创造双向可控硅控制MCH发热体的电路图；

图2是本发明创造双向可控硅控制MCH发热体的电路的实施例；

参见图1和图2，U1是专用控温集成电路，负责信号采集、计算、输出以及按键输入、显示输出等，图中只是系统电路的一部分，另外的按键、显示等电路会根据客户的需求有多种方案供选择；Q1是双向可控硅，是发热丝加热的控制单元，用以实现发热体电源的开断；R5是陶瓷金属发热体；R1是采样电阻，可根据上面的电压得出发热丝中的电流；R3，C1和R4组成交流时钟和交流电压采样电路，把信号输入给U1的CLK管脚供U1计算使用；D1，R6，C2，C3是负电压供电电路，负责给系统提供一个负5伏的电源供给U1的VEE管脚，U1内部有并联稳压电路；R2是可控硅控制极限流电阻，用于调整可控硅的触发电流，以适应不同型号的可控硅；

指定图1作为本发明的摘要附图。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1及图2所示，一种使用双向可控硅实现陶瓷金属发热体即加热又传感的控温电路图，电路中包括专用控制集成电路，双向可控硅，采样电阻，负电源供电电路，交流时钟和交流电压采样电路，电路通过CLK管脚和U1内部数字过零采样电路采集外部交流电压过零点，GATE脚在电压过零点输出负脉冲开启可控硅，在导通过程中通过PTC脚采集采样电阻R1上的电压，得到采样电阻中的电流，同时根据CLK管脚上的电压得出同一时刻的电源电压，计算出陶瓷发热体的电阻，从而得到其内部温度，在加热的同时检测到了发热体的温度，并综合温度上升斜率和绝对值等数据通过比例变化决定是否需要继续加热，从而实现稳定可靠的控温。

本系统中D1，46，C2，C3配合集成电路U1内的并联稳压电路，负责从120伏或者220伏的交流电上转换出一个稳定的负5伏电源，供整个系统使用，在有不同附加功能的电路中R6和C3的数值会做出相应的调整。

系统通过R3，C1和R4将交流信号输入到集成电路U1的CLK管脚，集成电路U1内部有数字化的交流时钟采样电路来计算出交流电的准确过零点，同时测出交流电压值。

在需要加热时GATE脚会在交流电过零点输出负的电压脉冲，使双向可控硅导通，在电压最高点时系统会同时采集PTC管脚的电压和CLK管脚的电压，数据送给U1内部逻辑控制单元，计算出陶瓷发热体当前的温度，并根据温度的变化率等数据使用状况决定是否需要继续加热，从而实现稳定可靠的控温。

其中目标温度可以通过按键或者电位器来设定，设定温度和当前温度内容可以通过LED或者LCD显示。

Claims (7)

1.一种有关双向可控硅控制金属陶瓷发热体的电路，包括U1专用控温集成电路KC-0.5、80C51、LM3911或具有信号采集、计算、输出和稳压及控键输入、显示输出的集成电路，双向可控硅、陶瓷金属发热体、电阻电容元件，其特征在于该电路由专用控温控制集成电路U1、双向可控硅Q1、陶瓷金属发热体R5，采样电阻、负电源供电电路，交流时钟和交流电压采样电路连接组成，集成电路U1的GND端接地并抽头一端连接交流电零线，集成电路U1的PTC热敏电阻信号线与电阻R1一端相连，并抽头一线与双向可控硅Q1的T2端子相连，电阻R1另一端与地线GND端相连，集成电路U1的信号启动端GATE连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接双向可控硅Q1的控制极G，双向可控硅Q1的T1端子与陶瓷金属发热体R5一端相连，集成电路U1的时钟信号线CLK端与电阻R3一端相连，并抽头两线分别与电阻R4、电容C1一端相连，电阻R4、电容C1另一端接地，集成电路U1的负电压供电信号线VEE端连接电阻R6一端，并抽头两线分别与电容C2、电容C3一端相连，电容C2和C3另一端接地，电阻R6另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接交流电火线，并抽头两线分别连接陶瓷金属发热体R5和电阻R3的另一端，所述的电阻阻值R1为0.1Ω，R2为100Ω，R3为1M，R4为8.2K，R6为20K-2W，电容C3为47uF/10V。

2.如权利要求1所述的一种有关双向可控硅控制金属陶瓷发热体的电路，其特征在于采样电阻为R1，根据电阻R1上面的电压得出陶瓷金属发热体R5中的电流。

3.如权利要求1所述的一种有关双向可控硅控制金属陶瓷发热体的电路，其特征在于交流时钟和交流采样电路由电阻R3、电容C1、电阻R4组成，把信号输入给集成电路U1的CLK端供U1计算使用。

4.如权利要求1所述的一种有关双向可控硅控制金属陶瓷发热体的电路，其特征在于负电压供电电路路由二极管D1、电阻R6、电容C2和C3构成，负责提供一个负5伏的电源供给集成电路U1的VEE端，集成电路U1内设有并联稳压电路；在有不同附加功能的电路中，R6和C3的数值会做出相应的调整。

5.如权利要求1所述的一种有关双向可控硅控制金属陶瓷发热体的电路，其特征在于可控硅控制极限流电阻为R2，用于调整可控硅的触发电流，从适应不同型号的可控硅。

6.如权利要求1所述的一种有关双向可控硅控制金属陶瓷发热体的电路，其特征在于集成短路U1的输出端设有LED或者LCD显示电路、按键或其他根据设计需要的外围电路。

7.一种如权利要求1所述的有关双向可控硅控制金属陶瓷发热体的电路方法，其特征在于该电路通过集成电路U1的CLK端和U1内的数字过零采样电路采集外部交流电压过零点，集成电路GATE端在电压过零点输出负脉冲开启可控硅，在导通过程中通过集成电路U1的PTC端采集采样电阻R1上的电压，得到采样电阻中的电流，同时根据集成电路U1的CLK端上的电压得出同一时刻的电源电压，计算出陶瓷发热体的电阻，从而得到其内部温度，在加热的同时检测到了陶瓷发热体的温度，并综合温度上升斜率和绝对值等数据通过比例变化决定控制加热，从而实现稳定可靠的控温。