CN1056709C - 低压电热器 - Google Patents

Abstract

低压电热器，属于电热器，其特征是：由输入端子、高频变压装置、电热元件组成；高频变压装置由整流器、振荡器、变压器组成，振荡器由半桥式或单端式或并联开关式或全桥式或集成模块式电路组成；工频电压经过高频变压装置转换成大于5KHz频率的安全低电压供给电热元件。

本发明提出的技术方案使电热器变压装置的重量、体积大幅度下降，安全可靠性提高；原来直接使用市电电压的电热产品可改为安全低电压的供电。本发明为各类电热产品的安全应用创造了良好的条件。

Description

低压电热器

低压电热器，属于电热器。本发明涉及到各类电热器具，高频变压装置(频率＞5KHZ的逆变装置)、电热元件。

目前生活中使用的电热器具如电热毯、电热服、电热(红外线)理疗仪、电热美容器、电热卷发器、各种电热工具等大都是直接采用220V工频市电供给电热元件，电热功率一般大于20W。由于采用220V电压供电，较易发生电气事故，电热器产品酿成的触电、火灾事故常有发生。

如要保证电热器具的安全性，最有效的方法就是将工频市电变为安全电压给电热元件供电。而传统的铁心变压器的重量和体积都较大，如20W的铁心变压器重量近0.5Kg，100W的铁心变压器重量近2Kg，体积近960CM³，如与电热元件装设在一起，使用与携带都很不方便，没有什么实用意义，市场上也极少见到这样的产品。因此，必须大幅度降低变压装置的重量与体积，才能使电热器的低压供电具有实用意义。

本发明的目的是：从根本上保证电热器产品的安全性，并解决上述大幅度降低变压装置的重量和体积这一技术问题。为此本发明提出一种新技术方案：将高频变压装置与电热元件组合成一体；即采用高频变压装置，通过整流器、振荡器将工频市电转为频率＞5KHz的高频电源，利用工作频率增高，变压器磁力线载体(磁心)的重量与体积减小的原理，采用轻便小巧的铁氧体磁心变压器将220V的电压降为安全电压供给电热元件，以保证电热器产品的安全性。利用本发明的技术方案，同功率变压装置的重量可下降10倍，体积可下降3倍。从而实现了本发明的目的。

本发明技术方案的详细内容如下：

一、将输入端子、高频变压装置、电热元件通过金属导线或接插件组合成一体；其中输入端子是不拘形状的金属件，高频率变压装置由整流器、振荡器、变压器连接组成，整流器由二极管组成桥式整流器，振荡器由半桥式或单端式或关联开关式或集成模块或全桥式电路组成；变压器由铁氧体磁心或合金材料磁心及初、次级绕组组成。

二、由输入端子引入工频市电电源，经整流器转为脉动直流电压，经振荡器振荡后转为大于5KHz的高频电源，再经变压器降低为安全电压，供给电热元件转化成热能。

三、振荡器电路中的开关管可为双极型晶体管、静电感应器件(SIT或BCIT)或场效应管(MOSFET)或绝缘栅晶体管(IGBT)或场效应管集成模块或静电感应器件集成模块或绝缘栅晶体管集成模块。

在场效应管集成模块或静电感应器件集成模块中将开关管及开关管激励单元集成在一起，以进一步缩小体积，提高可靠性。

四、在变压器次级绕组上可增设抽头，以便调节输出电压。

五、在高频变压装置外部可设置屏蔽层，以减少对空间的射频干扰。在高频变压装置的变压器输出端可设置整流滤波模块或短路保护模块，过流过压保护模块，以增强高频变压装置的实用性与可靠性。

六、在电热元件外可充填蓄热材料或保温材料。

下面结合附图一和附图二、附图四、附图六、附图八、附图九说明本发明结构。附图一展示了本发明的基本结构。

附图一所示各部件名称如下：

(1)输入端子(2)高频变压装置(3)电热元件(4)整流器(5)振荡器(6)变压器(25)金属导线(26)接插件

如说明书附图一所示，输入端子(1)、整流器(4)、振荡器(5)、变压器(6)依次连接，变压器(6)与电热元件(3)通过金属导线(25)或接插件(26)连接。

在上述结构中：输入端子(1)用来引入工频市电电源；振荡器(5)的作用是将工频交流电源转换成大于5KHZ频率(以下简称高频)的交流电源；变压器(6)的作用是将高频交流电源由高电压变成安全电压；电热元件(3)的作用是将电能转换成热能。

附图二、附图四、附图六、附图八、附图九分别展示了以附图一结构为基础的采用不同电路结构的振荡器(5)。附图二中的振荡器(5)是半桥式电路结构；附图六中的振荡器(5)是单端式电路结构；附图八中的振荡器(5)是集成模块式电路结构；附图九中的振荡器(5)是全桥式电路；附图四的振荡器(5)是并联开关式电路。本发明工作原理如下：工频市电电源从输入端子(1)引入，通过整流器(4)转变成单向脉动电源，经过振荡器(5)转变成大于5KHZ频率的交流电源，再经过变压器(6)转变成低电压电源，通过金属导线(25)或插接件(26)供给电热元件(3)。

本发明的特点：1.通过提高电频率，大大减少了变压器的体积重量，使电热器的电压变换装置小型化，便于使用携带，有利于电热器产品的推广普及。2.采用各种不同电路结构的振荡器，利用各种电路和各种开关管的特点，提高电热器的技术经济特性，适应不同场合需要。3.电子电路工作在开关状态，电路本身能耗很小，与矽钢片铁心构成的工频变压器相比，可节约相当电耗并节约金属材料，降低产品成本。

本发明的社会经济意义：与传统的电热器类产品相比，提高了电热器的安全可靠性，增加了使用、携带的便利，保障人的生命安全，因此能大面积普及应用，广泛增加社会经济效益。

下面结合实施例一对附图一、附图二说明。

实施例一：附图一所示结构是，本发明基本结构。附图二是实施例一电原理举例图。

实施例一的整流器(4)在附图二中是由二极管组成的桥式整流器。实施例一的振荡器(5)在附图二中是由双极型晶体管(19)，开关管激励单元(29)及电容C1、C2等元件组成的半桥式振荡电路。其中开关管也可以是场效应管(MOSFET)或静电感应器件(SIT或BSIT)或绝缘栅晶体管(IG-BT)。实施例一的变压器(6)在附图二中是由铁氧体或坡莫合金磁心及初、次级线圈组成的变压器。实施例一的输入端子(1)是两只铜接点。

实施例一的电热元件(3)是由DZR器件(7)或PTC器件(8)或电热膜器件(9)或电阻发热元件(10)构成。电热元件(3)与变压器(6)之间用金属导线(25)或接插件(26)连接。

实施例一广泛应用于各种电热器具。

下面结合实施二对附图三说明。

实施例二：附图三是实施例二的电原理举例图，与附图二结构相似。实施例二中的振荡器(5)在附图三中是由静电感应器件(SIT或BSIT)(20)、开关管激励单元(29)及电容C1、C2等元件组成的半桥式振荡电路。实施例二除具有实施例一的基本结构外，它还在输入端子(1)与整流器(4)之间并接了压敏电阻(31)以减少瞬间过电压对电路的冲击。

实施例二的输入端子(1)制成插头形状与高频变压装置(2)组装在绝缘外壳(28)内。实施例二的电热元件(3)与变压器(6)之间通过接插件(26)或金属导线(25)连结。实施例二的电热元件(3)与电热元件保护套(24)之间填充了蓄热材料(11)。实施例二广泛用于电热医疗器具及家用电热器具。

下面结合实施例三对附图四说明。

实施例三：附图四是实施例三的电原理举例图。实施例三的振荡器(5)在附图四中是由逆导可控硅(RCT)(22)、可控硅触发单元(30)、电感L、电容C3及变压器(6)组成的并联开关式振荡电路。其中开关管可以是逆导可控硅也可以是门极可关断可控硅(GTO)或非对称可控硅(ASCR)。

实施例三的输入端子(1)与高频变压装置(2)组装在绝缘外壳(28)内，变压器(6)增设了抽头(17)与抽头分接开关(18)，可以通过调节电压来调节电热元件(3)的发热功率。

下面结合实施例四对附图五说明。

实施例四：附图五是实施例四的电原理举例图，与附图四相似。实施例四中的振荡器(5)结构与实施例三相同。实施例四在输入端子(1)与整流器(4)之间串接了扼流圈(32)以限制高次谐波对电网影响，另外它又增加了电流感应线圈(33)和过流、过压保护模块(15)，当电流或电压超过限值时，过流、过压保护模块(15)输出一驱动信号，使可控硅SCR导通，逆导可控硅(RCT)(22)的门极电压降为零，整个装置停止工作。实施例四还在绝缘外壳(28)内部增设了屏蔽层(16)，减少了高频辐射。实施例四的电热元件(3)与电热元件保护套(24)之间填充了保温材料(12)。

实施例四本发明增加了自我保护能力，提高了热效率。

下面结合实施例五对附图六说明。

实施例五：附图六是实施例五的电原理举例图。实施例五的振荡器(5)在附图六中是由静电感应器件(SIT或BSIT)(20)、开关管激励单元(29)、整流管D、变压器(6)等组成的正激单端式振荡电路。实施例五结构简单、不存在共态导通问题，可靠性较高。实施例五的电热元件(3)与电热元件保护套(24)间填充了蓄热材料(11)和保温材料(12)。

下面结合实施例六对附图七说明。

实施例六：附图七是实施例六的电原理举例图。

实施例六的振荡器(5)在附图七中是由双极型晶体管(19)、开关管激励单元(29)、变压器(6)、整流管D等组成的反激单端式振荡电路。实施例六与实施例五不同之处在于：实施例六是两组振荡器—高频变压器并联运行，叠加功率输出。其特点是：使用小容量的开关管并联可输出二倍的功率，加在整流管D两端的电压频率也提高一倍，有利于下一级滤波。实施例六还在输入端子(1)与整流器(4)之间串接了负温系数热敏电阻(34)和温度继电器(35)，温度继电器的感热元件安装在开关管的散热片上。当电流启动时能自动限制输入电流，限制功耗，当温升超过限值时能自动切断电源，对整个装置起保护作用。实施例六的输入端子(1)做成插头形状与高频变压装置(2)组装在绝缘外壳(28)内，变压器(6)通过金属导线(25)或接插件(26)与电热元件(3)连接。

下面结合实施例七对附图八说明。

实施例七：附图八是实施例七的电原理举例图。实施例七的振荡器(5)在附图八中是由静电感应器件集成模块(36)及其它元件组成的半桥式振荡电路。实施例七中的静电感应器件集成模块(36)将开关管及开关管激励单元(29)、做在一块底板上，实现了开关管器件集成化，使整个装置可靠性提高，体积进一步缩小，有利于大批量生产和降低制造成本。实施例七的集成模块中的开关管可以是双极型晶体管(BJT)、场效应管(MOS-FET)、绝缘栅晶体管(IGBT)、逆导可控硅(RCT)、门极可关断可控硅(GTO)、静电感应器件(SIT或BSIT)。实施例七的变压器(6)增设了抽头(17)与抽头分接开关(18)。

实施例七为本发明的大面积推广应用展开了广阔的前景。

下面结合实施例八对附图九说明。

实施例八：附图九是实施例八的电原理举例图。

实施例八中的振荡器(5)在附图九中是由场效应管(MOSFET)(21)、变压器(6)、开关管激励单元(29)、压敏电阻(31)等组成的全桥式振荡电路。

下面结合实施例九对附图十说明。

实施例九：附图十是实施例九的电原理举例图。

实施例九的振荡器(5)在附图十中是由绝缘栅晶体管(IGBT)及有关元件组成的正激单端式振荡电路。

实施例九在实施例一的基础上增设了整流滤波模块(13)，同时在高频变压装置(2)的外部也增设了屏蔽层(16)。变压器(6)输出的交流电源经过整流滤波模块(13)转变成直流电源供给电热元件(3)。减少了高频幅射。

下面结合实施例十对附图十一说明。

实施例十：附图十一是实施例十的电原理举例图。

实施例十在实施例一的基础上增设了短路保护模块(14)和过压、过流保护模块(15)，当输出端短路时自动切断电流输出，当输出端出现过电压或过电流时自动调整输出电压和电流如附图十一。短路保护模块(14)和过压、过流保护模块(15)可以由双极型晶体管(BJT)、场效应管(MOS-FET)、静电感应器件(SIT或BSIT)、可控硅BCR或SCR)、固态继电器(SSR)、三端稳压器件或特殊的集成保护器件组成。

下面结合实施例十一对附图十二说明。

实施例十一：附图十二是实施例十一的电原理举例图。在本实施例中变压器(6)与电热元件(3)之间串接了可调电容器(38)。通过调节可调电容器(38)的电容量来改变电热元件(3)的阻抗比，从而调节了电热功率。

实施例十二：附图十三是实施例十二的电源举例图。在本实例中振荡器(5)是使用场效应管集成模块(37)的单端式电路。

变压器(6)次级输出电压为7V或7V以下电压。

附图一—附图十三所示各部件名称如下：

(1)输入端子(2)高频变压装置(3)电热器(4)整流器(5)振荡器(6)变压器(7)DZR器件(8)PTC器件(9)电热膜器件(10)电阻发热元件(11)蓄热材料(12)保温材料(13)整流滤波模块(14)短路保护模块(15)过流过压保护模块(16)屏蔽层(17)抽头(18)抽头分接开关(19)双极型晶体管(BJT)(20)静电感应器件(SIT或BSIT)(21)场效应管(MOSFET)(22)逆导可控硅(RCT)(23)绝缘栅晶体管(IGBT)(24)电热元件保护套(25)金属导线(26)接插件(27)插头形状的输入端子(28)绝缘外壳(29)开关管激励单元(30)可控硅触发单元(31)压敏电阻(32)扼流圈(33)电流感应线圈(34)负湿系数热敏电阻(35)温度继电器(36)静电感应器件集成模块(37)场效应管集成模块(38)可调电容器。附图图名说明：附图1：基本结构图。

附图2：实施例一电原理举例图(半桥式电路)

附图3：实施例二的电原理举例图(半桥式电路)

附图4：实施例三的电原理举例图(并联开关式电路)

附图5：实施例四的电原理举例图(并联开关式电路)

附图6：实施例五的电原理举例图(正激单端式电路)

附图7：实施例六的电原理举例图(反激单端式电路)

附图8：实施例七的电原理举例图(静电感应器件集成模块式电路)

附图9：实施例八的电原理举例图(全桥式电路)

附图10：实施例九的电原理举例图(增设整流滤波模块的正激单端式电路)

附图11：实施例十的电原理举例图(增设短路保护模块和过流过压保护模块的半桥式电路)。

附图12：实施例十一的电原理举例图(增设可调电容器(38)的半桥式电路)

附图13：实施例十二的电源举例图(场效应管集成模块单端式电路)

Claims (11)

1.低压电热器，其特征是：由输入端子(1)、高频变压装置(2)、电热元件(3)依次用金属导线(25)或接插件(26)连接组成；输入端子(1)由金属件构成；高频变压装置(2)由整流器(4)、振荡器(5)、变压器(6)依次连接组成；振荡器(5)的电路结构为半桥式或单端式或并联开关式或集成模块式或全桥式结构；变压器(6)由铁氧体磁芯、初级线圈、次级线圈组成，也可用合金材料代替铁氧体；从输入端子(1)引入的工频电压经过高频变压装置(2)中的整流器(4)、振荡器(5)转变成大于5KHz频率的电源，再通过变压器(6)将电压变成安全电压供给电热元件(3)。

2.如权利要求1所述的低压电热器，其特征是：输入端子(1)可与高频变压装置(2)组合装设在绝缘外壳(28)内，输入端子(1)可为插头形状。

3.如权利要求1所述的低压电热器，其特征是：电热元件(3)外部可设电热元件保护套(24)；电热元件(3)与电热元件保护套(24)之间可充填蓄热材料(11)或保温材料(12)。

4.如权利要求1所述的低压电热器，其特征是：变压器(6)与电热元件(3)之间可增设整流滤波模块(13)；高频变压装置(2)内部可增设短路保护模块(14)或增设过流过压保护模块(15)。

5.如权利要求1所述的低压电热器，其特征是：高频变压装置(2)外部可增设屏蔽层(16)。

6.如权利要求1所述的低压电热器，其特征是：可在变压器(6)的次级绕组上增设抽头(17)。

7.如权利要求1所述的低压电热器，其特征是：振荡器(5)可由静电感应器件集成模块(36)组成。

8.如权利要求1所述的低压电热器，其特征是：振荡器(5)可由场效应管集成模块(37)组成。

9.如权利要求1所述的低压电热器，其特征是：振荡器(5)可由绝缘栅晶体管集成模块组成。

10.如权利要求1所述的低压电热器，其特征是：变压器(6)输出的电压可为7V及以下的电压。

11.如权利要求1所述的低压电热器，其特征是：在变压器(6)与电热元件(3)之间可串接可调电容器(38)。

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