CN105228412B - 加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加热装置。温度感测单元用以感测环境温度，并据以输出温度感测电压。驱动单元耦接加热晶体管单元与温度感测单元，用以依据温度感测电压驱动加热晶体管单元进行加热。启动单元耦接温度感测单元，用以在印制电路板(PCB板)上温度上升至预设温度时，依据温度感测电压输出启动信号。本发明提供的加热装置可确保加热装置在极低温的环境下正常地发出启动信号。

Description

加热装置

技术领域

本发明涉及一种电子装置，尤其涉及一种加热装置。

背景技术

随着科技的快速发展，各种电子装置已充斥于人类日常生活或工作中。一般来说，使用电子装置时所要求环境温度符合大多数人的居住环境温度，而不须特别进行温度控制，顶多只须加装风扇等散热装置即可使电子装置正常运作。然在一些特别的地区或工作环境下，温度可能非常低(例如在-40℃以下)而导致无法正常地启动电子装置，因此须先对电子装置加热到达一定温度后，再启动电子装置，以确保电子装置可正常开机运作。

一般来说，电子装置加热装置是以微控制器或中央处理单元来控制，然而微控制器或中央处理单元在低温酷寒的环境下，可能出现无法正常运作的情形。业界中，通常利用加热板(heater board)进行加热，但是加热板(heater board)具有成本高的缺点，此也为需要改进的问题。

发明内容

本发明提供一种加热装置，可降低加热装置的生产成本。

本发明的加热装置，其特征在于，包括加热晶体管单元、温度感测单元以及驱动单元。其中温度感测单元用以感测环境温度，并据以输出温度感测电压。驱动单元耦接加热晶体管单元与温度感测单元，用以依据温度感测电压驱动加热晶体管单元进行加热。

基于上述，本发明的实施例通过驱动单元来依据温度感测电压驱动加热晶体管单元进行加热，利用加热晶体管单元进行加热可有效降低加热装置的生产成本。在其他实例中，加热装置还可具有启动单元，驱动单元依据温度感测电压驱动加热晶体管单元进行加热而使印制电路板(以下简称PCB板)上温度上升至预设温度时，启动单元可依据温度感测电压输出启动信号。由于驱动单元对低温的耐受度高于微控制器或中央处理单元，因此可确保加热装置在极低温的环境下正常地发出启动信号。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明的实施例的一种加热装置的示意图；

图2是依照本发明另一实施例的加热装置的示意图；

图3是依照本发明另一实施例的加热装置的示意图；

图4是依照本发明另一实施例的加热装置的示意图；

图5是依照本发明另一实施例的加热装置的示意图。

附图标记说明：

100、200、300、400、500：加热装置；

102：加热晶体管单元；

104：温度感测单元；

106：驱动单元；

302：迟滞单元；

304：反馈单元；

402：启动单元；

502：或门；

A1：比较器；

NTC1、NTC2：负温度系数热敏电阻；

Q1：NPN双极性晶体管；

Q2～Q5：PNP双极性晶体管；

R1、R2、R3、R4、R5：电阻；

VCC：操作电压；

Vref1、Vref2：参考电压；

M1：金氧半场效晶体管；

S1：启动信号。

具体实施方式

图1是依照本发明的实施例的一种加热装置的示意图，请参照图1。加热装置100包括加热晶体管单元102、温度感测单元104以及驱动单元106，驱动单元106耦接加热晶体管单元102与温度感测单元104。其中温度感测单元104用以感测温度，并依据感测结果输出温度感测电压，而驱动单元106则用以依据温度感测电压驱动加热晶体管单元102进行加热。其中加热晶体管单元102可例如以双极性晶体管来实施，如PNP双极性晶体管，如此通过加热晶体管单元102来代替加热板(heater board)做为加热元件可大幅地降低生产成本，并减少印刷电路板的布局(layout)空间。

图2是依照本发明另一实施例的加热装置的示意图，请参照图2。详细来说，上述加热晶体管单元102、温度感测单元104以及驱动单元106的实施方式可如图2所示，在图2实施例的加热装置200中，温度感测单元104为以负温度系数热敏电阻NTC1来实施，其耦接于驱动单元106与接地之间。驱动单元106在本实施例中包括NPN双极性晶体管Q1、电阻R1以及电阻R2，其中电阻R1以及电阻R2串联于操作电压VCC与NPN双极性晶体管Q1的基极之间，且电阻R1以及电阻R2的共同接点耦接NPN双极性晶体管Q1的集极，NPN双极性晶体管Q1的射极则耦接至接地。另外，加热晶体管单元102在本实施例中包括串接于操作电压VCC与接地之间的三个PNP双极性晶体管Q2～Q4，其中PNP双极性晶体管Q2的基极耦接NPN双极性晶体管Q1的集极，PNP双极性晶体管Q2、Q3的基极接分别耦接其集极。

当环境温度越低时，负温度系数热敏电阻NTC1的电阻值将越大，负温度系数热敏电阻NTC1上的电压也越大。通过适当设计电阻R1、电阻R2以及负温度系数热敏电阻NTC1的电阻值，可在环境温度低至预设值(例如-40℃)时，使负温度系数热敏电阻NTC1上的电压导通NPN双极性晶体管Q1，而提高NPN双极性晶体管Q1的基极电压，进而拉低PNP双极性晶体管Q2的基极电压，导通PNP双极性晶体管Q2～Q4。被导通的PNP双极性晶体管Q2～Q4可开始产生热，以提高印制电路板(PCB板)温度。随着PNP双极性晶体管Q2～Q4渐渐提高PCB板温度，负温度系数热敏电阻NTC1的电阻值以及NPN双极性晶体管Q1的基极电压也慢慢下降，最终使得NPN双极性晶体管Q1被关闭，进而连带关闭PNP双极性晶体管Q2～Q4，以避免加热时间过长而导致温度过高或浪费不必要的电源。

本实施例的加热晶体管单元102包括三个PNP双极性晶体管Q2～Q4，其可分别配置于不同的需要加热的位置，以提高加热效果。例如当加热装置200应用在电子装置上时，可将PNP双极性晶体管Q2～Q4分别配置到电子装置中对低温耐受度较差的元件的位置，以确保电子装置可正常地开机或运作。此外，由于作为加热元件的PNP双极性晶体管可直接耦接至接地(如PNP双极性晶体管Q4)，加热元件的PNP双极性晶体管可通过接地线路将热能传导至PCB接地面上，更有效地进行加热。此外，在本实施例中虽以三个PNP双极性晶体管Q2～Q4为例进行说明，然实际应用上并不以此为限，使用者可依实际情形所需设定PNP双极性晶体管的个数。

图3是依照本发明另一实施例的加热装置的示意图，请参照图3。相较于图1的加热装置100，本实施例的加热装置300中可还包括迟滞单元302，其耦接于温度感测单元104与驱动单元106之间。迟滞单元302可用以延迟温度感测单元104所输出的温度感测电压的电压电平切换时间，以避免温度在致能驱动单元106的临界温度附近摆荡时，驱动单元106依据温度感测电压频繁地切换其状态。迟滞单元302可例如在温度上升至第一温度时依据温度感测电压输出第一电压而致能驱动单元106，并于温度下降至第二温度时依据温度感测电压输出第二电压而禁能驱动单元106，其中第一温度高于第二温度。

举例来说，本实施例的温度感测单元104可例如包括负系数热敏电阻NTC2以及电阻R3，其中负系数热敏电阻NTC2的一端耦接操作电压VCC，电阻R3则耦接于负系数热敏电阻NTC2的另一端与接地之间。迟滞单元302可包括比较器A1以及反馈单元304，比较器A1的正输入端耦接参考电压Vref1，负输入端耦接负系数热敏电阻NTC2与电阻R3的共同接点，反馈单元304则耦接于比较器A1的输出端与正输入端之间，其用以依据比较器A1的输出端上的电压产生反馈电压至比较器A1的正输入端。在本实施例中反馈单元304为以电阻R4来实施，然不以此为限。

驱动单元106在本实施例中包括金氧半场效晶体管M1，其耦接于加热晶体管单元102与接地之间，金氧半场效晶体管M1的栅极则耦接至比较器A1的输出端。另外，本实施例的加热晶体管单元102包括PNP双极性晶体管Q5，其射极耦接操作电压VCC，PNP双极性晶体管Q5的集极耦接接地，PNP双极性晶体管Q5的基极则耦接金氧半场效晶体管M1的漏极。值得注意的是，本实施例的加热晶体管单元102虽仅以一个PNP双极性晶体管来实施，然并不以此为限。

在本实施例中，环境温度越低，负温度系数热敏电阻NTC2的电阻值越大，而使得比较器A1的负输入端的电压越小。当比较器A1的负输入端的电压小于正输入端的参考电压Vref1时，比较器A1将输出高电压而导通金氧半场效晶体管M1。导通的金氧半场效晶体管M1可拉低PNP双极性晶体管Q5的基极电压，而导通PNP双极性晶体管Q5，使PNP双极性晶体管Q5开始产生热，进而提高PCB板温度。而随着PNP双极性晶体管Q5渐渐提高温度，负温度系数热敏电阻NTC2的电阻值将慢慢下降，使得比较器A1的负输入端的电压慢慢变大。当比较器A1的负输入端的电压大于正输入端的参考电压Vref1时，比较器A1的输出电压转为低电压而使得金氧半场效晶体管M1关闭，进而关闭PNP双极性晶体管Q5，使其停止加热。

值得注意的是，在本实施例中，通过电阻R4将比较器A1的输出电压反馈给正输入端可延迟金氧半场效晶体管M1被导通以及被关闭的时间。例如可使PCB板上温度下降至6℃时才开启金氧半场效晶体管M1，使PNP双极性晶体管Q5开始加热，而在温度上升至22℃时才关闭金氧半场效晶体管M1，使PNP双极性晶体管Q5停止加热。其中金氧半场效晶体管M1被延迟导通以及被延迟关闭的时间并不以此为限，可依据实际需求通过改变电阻R4的电阻值来调整。

此外，由上述实施例可知，驱动单元106并非如微控制器或中央处理单元等复杂的电路来实施，对低温的耐受度较高，如此可确保在极低温的环境下仍可正常地进行精确的加热控制。

图4是依照本发明另一实施例的加热装置的示意图，请参照图4。如上所述，加热装置可应用在电子装置上，也即加热装置也可具有启动电子装置的功能，其可确保电子装置在低温环境下可正常地开机或运作。如在本实施例中，加热装置400可用以输出启动信号S1，以启动电子装置中的芯片、中央处理单元或微处理器等元件，电子装置可例如为电脑、显示器…等等。如图4所示，本实施例的加热装置400除了图1的加热装置100外，还包括启动单元402，其耦接温度感测单元104，启动单元402可在PCB板上温度上升至预设温度时，依据温度感测电压输出启动信号S1。

进一步来说，为确保在PCB板内温度尚未上升至预设温度前，启动单元402不会输出启动信号S1启动电子装置，加热装置的实施方式可如图5所示。在图5中，加热装置500包括启动单元402以及如图3的加热装置300。启动单元402在本实施例可以或门502来实施，或门502的第一输入端耦接负温度系数热敏电阻NTC2与电阻R3的共同接点，或门502的第二输入端则耦接或门502的输出端并接收处于逻辑低电平的参考电压Vref2，参考电压Vref2可例如通过将或门502的第二输入端通过电阻R5耦接到接地来提供，然不以此为限。当环境温度太低而使得负温度系数热敏电阻NTC2与电阻R3的共同接点上的电压(也即温度感测电压)处于逻辑低电平时，或门502的输出也为逻辑低电平，也及此时启动单元402不输出启动信号S1。

另一方面，加热装置300则开始进行加热而使得温度开始上升，负温度系数热敏电阻NTC2与电阻R3的共同接点上的电压也因此随着上升。当负温度系数热敏电阻NTC2与电阻R3的共同接点上的电压上升至逻辑高电平时(此时PCB板温度才上升至预设温度)，或门502改为输出逻辑高电位的电压，也即此时启动单元402才输出启动信号S1，其中启动单元402输出启动信号S1时对所对应的温度可例如通过改变电阻R3的电阻值来设定。如此依据温度感测电压来决定是否启动，即可确保在温度尚未上升至预设温度前，启动单元402不会输出启动信号S1启动电子装置，进而避免电子装置在低温时被启动而导致电子装置开机或运作不正常。

值得注意的是，在本实施例中或门502的第二输入端与输出端相耦接，因此当或门502输出逻辑高电位的电压后(也即输出启动信号S1后)，或门502的第二输入端的电压也会转为逻辑高电位。如此一来，不论之后或门502第一输入端上的电压如何变化，也即不论环境温度如何变化，或门502输出的电压皆会保持在逻辑高电位。也就是说，在电子装置在被启动后，加热装置500不会因为后来环境温度下降而将电子装置关闭，而会持续地保持电子装置的启动状态。在其他实施例中，在电子装置在被启动后，若欲设定使加热装置500在环境温度下降到低于预设温度时停止输出启动信号S1，可移除或门502的第二输入端与输出端间的耦接关系。

综上所述，本发明的实施例通过驱动单元来依据温度感测电压驱动加热晶体管单元进行加热，以使启动单元在温度上升至预设温度时，依据温度感测电压输出启动信号。由于驱动单元对低温的耐受度高于微控制器或中央处理单元，因此可确保加热装置在极低温的环境下可正常地发出启动信号。此外，利用加热晶体管单元进行加热则可降低加热装置的生产成本，再者，由于做为加热元件的加热晶体管单元可通过PCB接地面将热能传导至其他元件，相较于常用的加热板仅能通过印刷电路板导热，可更有效地进行加热。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种加热装置，其特征在于，包括：

一加热晶体管单元；

一温度感测单元，用以感测一环境温度，并据以输出一温度感测电压；

一驱动单元，耦接所述加热晶体管单元与所述温度感测单元，用以依据所述温度感测电压驱动所述加热晶体管单元进行加热；

一迟滞单元，耦接于所述温度感测单元与所述驱动单元之间，用以延迟所述温度感测电压的电压电平切换时间，其中所述迟滞单元用以在印制电路板上温度上升至一第一温度时依据所述温度感测电压输出一第一电压而致能所述驱动单元，并在温度下降至一第二温度时依据所述温度感测电压输出一第二电压而禁能所述驱动单元，所述第一温度高于所述第二温度；以及

一启动单元，耦接所述温度感测单元，用以在印制电路板温度上升至一预设温度时，依据所述温度感测电压输出一启动信号，所述启动单元包括：

一或门，其第一输入端耦接所述温度感测单元，所述或门的第二输入端接收一参考电压，其中所述参考电压处于逻辑低电位，所述或门的输出端耦接所述第二输入端。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述迟滞单元包括：

一比较器，其正输入端耦接一参考电压，所述比较器的负输入端耦接所述温度感测单元；以及

一反馈单元，耦接于所述比较器的输出端与正输入端之间，用以依据所述比较器的输出端上的电压产生一反馈电压至所述比较器的正输入端。

3.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述反馈单元包括：

一电阻，耦接于所述比较器的正输入端与输出端之间。

4.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热晶体管单元包括：

一第一PNP双极性晶体管，其射极耦接一操作电压，所述第一PNP双极性晶体管的集极耦接一接地，所述第一PNP双极性晶体管的基极耦接所述驱动单元。

5.根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，所述加热晶体管单元还包括：

一第二PNP双极性晶体管，其射极耦接所述第一PNP双极性晶体管的集极，所述第二PNP双极性晶体管的基极与集极相互耦接，且所述第二PNP双极性晶体管的集极耦接所述接地。

6.根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，所述驱动单元包括：

一金氧半场效晶体管，耦接于所述加热晶体管单元与所述接地之间，所述金氧半场效晶体管的栅极耦接所述迟滞单元。

7.根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，所述温度感测单元包括：

一负系数热敏电阻，其一端耦接所述操作电压；以及

一电阻，耦接于所述负系数热敏电阻的另一端与所述接地之间。

8.根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，所述温度感测单元为一负系数热敏电阻，所述驱动单元包括：

一NPN双极性晶体管，所述NPN双极性晶体管的集极耦接所述第一PNP双极性晶体管的基极，所述负系数热敏电阻耦接于所述NPN双极性晶体管的基极与所述接地之间；

一第一电阻；以及

一第二电阻，与所述第一电阻串接于所述操作电压与所述NPN双极性晶体管的基极之间，所述第一电阻与所述第二电阻的共同接点耦接所述第一PNP双极性晶体管的基极。

9.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，包括：

一电阻，耦接于所述或门的第二输入端与接地之间。