CN110430624A - 陶瓷发热装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种陶瓷发热装置及控制方法，所述装置包含陶瓷发热单元、电流感测单元、开关单元、及控制单元。所述控制方法包含：通过所述控制单元控制所述开关单元导通，使得所述陶瓷发热单元接收运作电流而发热；通过所述电流感测单元侦测所述运作电流的大小，以产生输出信号；通过所述控制单元根据所述输出信号，获得所述运作电流的大小，当所述控制单元判断所述运作电流随着时间变化的斜率值小于等于零，且判断所述运作电流小于设定阈值时，控制所述开关单元不导通，使得所述陶瓷发热单元无法接收所述运作电流；而能够实现一种即时侦测及保护的机制。

Description

陶瓷发热装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种发热装置及其控制方法，特别是指一种具有过热保护机制的陶瓷发热装置及控制方法。

背景技术

陶瓷发热装置是一种利用正温度系数(Positive temperature coefficient，PTC)陶瓷发热片来实现发热的装置，并广泛应用于例如浴室暖风机、室内电暖器等设备。现有的陶瓷发热装置都是采用一个温度感测器侦测该陶瓷发热片的温度，例如其外壳温度，以在装置发生故障，进行断电以保障使用者的安全。举例来说，浴室暖风机的风道发生阻塞或马达故障时，导致被加热的暖风无法被顺利吹出时，将导致暖风机的陶瓷发热片的温度越来越高，此时，通过该温度感测器所侦测的温度，再通过一个控制单元(如微控制器)判断该温度超过一个临界值时，则由该控制单元发出控制信号，以断开陶瓷发热片继续接收电流而停止加热。类似地，室内电暖器被衣物或棉被罩住而导致温度异常地升高时，也采取同样的监控及保护机制。然而，现有的这种采用温度感测器监控的方式不但是间接地侦测陶瓷发热片的外壳温度，也常常因为开关的动作频繁而容易损坏。因此，现有的陶瓷发热装置的监控与保护机制便存有改善的空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有过热保护机制的陶瓷发热装置及控制方法。

于是，根据本发明的一个观点，提供一种陶瓷发热装置，适用于电压源，并包含陶瓷发热单元、电流感测单元、开关单元、及控制单元。

所述陶瓷发热单元电连接所述电压源，以接收运作电流，进而发热。所述电流感测单元电连接于所述电压源与所述陶瓷发热单元间，以侦测所述陶瓷发热单元所接收的所述运作电流的大小，进而产生对应的输出信号。

所述开关单元电连接于所述电压源与所述陶瓷发热单元间，并包括电连接所述电压源的第一端、电连接所述陶瓷发热单元的第二端、及接收控制信号的控制端，且根据所述控制信号控制所述第一端与所述第二端间导通或不导通。

所述控制单元电连接所述电流感测单元及所述开关单元，并产生所述控制信号以使得所述开关单元控制所述第一端与所述第二端间导通，且接收来自所述电流感测单元的所述输出信号，以获得所述运作电流的大小。当所述控制单元判断所述运作电流随着时间变化的斜率值小于等于零，且判断所述运作电流小于设定阈值时，产生所述控制信号以使得所述开关单元控制所述第一端与所述第二端间不导通。

在一些实施态样中，其中，所述控制单元每隔预定时间周期，根据所述输出信号计算所述运作电流的大小在所述预定时间周期的变化以获得所述斜率值。

在另一些实施态样中，其中，所述设定阈值等于所述运作电流的大小的最大值乘以预定系数，所述预定系数介于0～1间。

在一些实施态样中，其中，所述控制单元预先储存对应所述陶瓷发热单元的所述运作电流的大小的所述最大值，或者，所述控制单元根据所接收的所述输出信号，获得所述运作电流的大小的所述最大值。

在另一些实施态样中，其中，当所述控制单元还在开启后预定时间判断所述运作电流的大小是小于开启后阈值时，产生所述控制信号以使得所述开关单元控制所述第一端与所述第二端间不导通，所述开启后阈值相关于所述运作电流的大小的最大值。

在另一些实施态样中，其中，所述陶瓷发热装置还包含警报单元，电连接所述控制单元，当所述控制单元产生所述控制信号以使得所述开关单元控制所述第一端与所述第二端间不导通时，控制所述警报单元发出警报通知，所述警报通知包含警示声音及警示灯光的其中至少一者。

根据本发明的另一观点，提供一种控制方法，适用于陶瓷发热装置，所述陶瓷发热装置包含陶瓷发热单元、电流感测单元、开关单元、及控制单元，所述控制方法包含步骤(a)～(c)。

于步骤(a)，通过所述控制单元控制所述开关单元导通，使得所述陶瓷发热单元接收运作电流而发热。

于步骤(b)，通过所述电流感测单元侦测所述运作电流的大小，以产生对应的输出信号。

于步骤(c)，通过所述控制单元根据所述输出信号，获得所述运作电流的大小，当所述控制单元判断所述运作电流随着时间变化的斜率值小于等于零，且判断所述运作电流小于设定阈值时，控制所述开关单元不导通，使得所述陶瓷发热单元无法接收所述运作电流。

在一些实施态样中，其中，在步骤(c)中，所述控制单元每隔预定时间周期，根据所述输出信号计算所述运作电流的大小在所述预定时间周期的变化以获得所述斜率值。

在另一些实施态样中，其中，所述设定阈值等于所述运作电流的大小的最大值乘以预定系数，所述预定系数介于0～1间。

在一些实施态样中，其中，在步骤(c)中，所述控制单元预先储存对应所述陶瓷发热单元的所述运作电流的大小的所述最大值，或者，所述控制单元根据所接收的所述输出信号，获得所述运作电流的大小的所述最大值。

在另一些实施态样中，其中，在步骤(c)中，当所述控制单元还在开启后预定时间判断所述运作电流的大小是小于开启后阈值时，产生所述控制信号以使得所述开关单元控制所述第一端与所述第二端间不导通，所述开启后阈值相关于所述运作电流的大小的最大值。

在另一些实施态样中，所述陶瓷发热装置还包含警报单元，其中，在步骤(c)中，当所述控制单元控制所述开关单元不导通时，还控制所述警报单元发出警报通知，所述警报通知包含警示声音及警示灯光的其中至少一者。

本发明的有益的效果在于：通过所述控制单元根据所述电流感测单元所测得的所述运作电流，在判断所述斜率值为负且所述运作电流小于所述设定阈值时，控制所述开关单元不导通以停止提供所述运作电流给所述陶瓷发热单元，而能够避免所述陶瓷发热装置发生永久性的损坏。

附图说明

图1是一个方块图，说明本发明陶瓷发热装置的一个实施例；

图2是一个曲线图，说明该实施例的一个陶瓷发热单元的运作电流与温度间的对应关系；及

图3是一个流程图，说明该实施例所实施的控制方法。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

在本发明被详细描述的前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

参阅图1，本发明陶瓷发热装置的一个实施例，适用于一个电压源VIN，并包含一个陶瓷发热单元2、一个电流感测单元3、一个开关单元4、一个控制单元1、及一个警报单元5。

该开关单元4包括一个第一端41、一个电连接该开关单元4的第二端42、及一个电连接该控制单元1以接收一个控制信号的控制端43，且根据该控制信号，例如根据该控制信号的电压值或逻辑值，控制该第一端41与该第二端42间导通或不导通。该开关单元4例如是一个继电器，但不以此为限。

该陶瓷发热单元2电连接该电压源VIN及该开关单元4，当该开关单元4的第一端41与第二端42间导通时，接收来自该电压源VIN的一个运作电流，进而发热。该陶瓷发热单元2包括至少一个陶瓷发热片，当该运作电流流经该至少一个陶瓷发热片时，该至少一个陶瓷发热片发热而导致温度上升。再参阅图2，图2示例性地绘出该陶瓷发热单元2的运作电流与温度间的对应关系。

该电流感测单元3电连接于该电压源VIN与该开关单元4的第一端41间，以侦测该陶瓷发热单元2所接收的该运作电流的大小，进而产生一个对应的输出信号。举例来说，该电流感测单元3将所侦测的该运作电流的大小转换为以该输出信号的电压值表示，但不以此为限。

该警报单元5电连接该控制单元1，并受控制以发出一个警报通知。该警报通知包含一个警示声音或一个警示灯光，或者，该警示声音与该警示灯光。该警报单元5例如是一个蜂鸣器及一个发光元件。

该控制单元1电连接该电流感测单元3及该开关单元4的控制端43，并产生该控制信号以使得该开关单元4控制该第一端41与该第二端42间导通，且接收来自该电流感测单元3的该输出信号，以获得该运作电流的大小。更具体地说，该控制单元1每隔一个预定时间周期，根据该输出信号记录或储存该运作电流的大小，该预定时间周期例如是1秒，也可以是其他的时间长度，如小于10秒内，但不以此为限。

当该控制单元1在一个开启后预定时间判断该运作电流的大小是小于一个开启后阈值时，产生该控制信号以使得该开关单元4控制该第一端41与该第二端42间不导通。该开启后预定时间例如是10秒。该开启后阈值相关于该运作电流的大小的一个最大值，该开启后阈值例如是该最大值的25％。换句话说，该控制单元1在该陶瓷发热装置开启后的第10秒的时间点，通过判断该运作电流的大小以判断该陶瓷发热装置是否发生异常，并在判断出异常时，控制该开关单元4不导通，使得该陶瓷发热单元2不再接收该运作电流而停止加热，且控制该警报单元5发出该警报通知，以警告周遭的使用者，该陶瓷发热装置已发生异常。

当该控制单元1判断该运作电流随着时间变化的一个斜率值小于等于零，且判断该运作电流小于一个设定阈值时，产生该控制信号以使得该开关单元4控制该第一端41与该第二端42间不导通。承前例，该控制单元1计算每隔1秒的该斜率值，举例来说，该运作电流在第1秒、第2秒、第3秒的电流大小为1450mA、1500mA、1300mA，则该斜率值在第2秒与第3秒的计算结果为50mA/sec、-200mA/sec，则在第3秒的该斜率值小于等于零。该设定阈值等于该运作电流的大小的一个最大值乘以一个预定系数，该预定系数介于0～1间，较佳地，可以选择介于0.6～0.7间。

在本实施例中，该控制单元1预先储存该运作电流的大小的该最大值，再参阅图2，该最大值为1500mA，该预定系数例如是0.7，则该设定阈值是1050mA。在该陶瓷发热单元2开启后升温发热的过程中，由室温上升至一个设定温度(该设定温度小于等于200度)，此时，对应的该运作电流小于该最大值(即1500mA)。当该陶瓷发热装置发生异常时，该陶瓷发热单元2的温度例如由200度继续上升至225度，此时，该斜率值为负且该运作电流(即850mA)小于该设定阈值(即1050mA)，则该控制单元1控制该开关单元4不导通，使得该陶瓷发热单元2不再接收该运作电流而停止加热，且控制该警报单元5发出该警报通知，以警告周遭的使用者，该陶瓷发热装置已发生异常。

而在其他实施例中，该控制单元1也可以是根据所接收的该输出信号，获得该运作电流的大小的该最大值。举例来说，该控制单元1根据该输出信号并随时更新该运作电流的大小的该最大值，再参阅图2，在该陶瓷发热单元2开启后升温发热的过程中，例如由室温上升至200度间，此时，该控制单元1能够随着所获得的该运作电流的逐渐变大，而更新该最大值。在另一方面，当该陶瓷发热装置发生异常时，该陶瓷发热单元2的温度例如由200度继续上升至225度，此时，对应的该运作电流也由1500mA下降至850mA，然而，该最大值还是保持在最大的数值(即)1500mA，该设定阈值也就保持在1050mA。

另外要特别补充说明的是：在本实施例中，该运作电流并不限于是直流电流或交流电流，都能够据以实施。再者，在其他实施例中，该电流感测单元3及该开关单元4也可以电连接在不同的位置，只要该电流感测单元3电连接于该电压源VIN与该陶瓷发热单元2间而能侦测该运作电流的大小，且该开关单元4电连接于该电压源VIN与该陶瓷发热单元2间而能控制该陶瓷发热单元2接收或不接收该运作电流即可。

参阅图1与图3，图3示例性地说明本发明陶瓷发热装置所实施的一个控制方法的流程图，该控制方法包含步骤S1～S3。

于步骤S1，该控制单元1判断该陶瓷发热装置是否开启，如使用者开启或关闭，也就是说，当该控制单元1判断已开启时，该控制单元1控制该开关单元4导通，使得该陶瓷发热单元2接收该运作电流而发热。接着，执行步骤S2。相反地，当该控制单元1判断未开启时，回到开始位置。

于步骤S2，通过该电流感测单元3侦测该运作电流的大小，以产生该对应的输出信号。

于步骤S3，通过该控制单元1根据该输出信号，获得该运作电流的大小，当该控制单元1判断该运作电流随着时间变化的该斜率值小于等于零，且判断该运作电流小于该设定阈值时，控制该开关单元4不导通，使得该陶瓷发热单元2无法接收该运作电流。更详细地说，步骤S3包括子步骤S30～S34。

于子步骤S30，当该控制单元1在该开启后预定时间判断该运作电流的大小是小于该开启后阈值时，执行步骤S34。

于步骤S31，该控制单元1每隔该预定时间周期，根据该输出信号计算该运作电流的大小在该预定时间周期的变化以获得该斜率值。

于步骤S32，该控制单元1判断该运作电流随着时间变化的该斜率值是否小于等于零。当判断小于等于零时，执行子步骤S33，当判断大于零时，回到子步骤S2。

于步骤S33，该控制单元1判断该运作电流是否小于该设定阈值。当判断小于该设定阈值时，执行子步骤S34，当判断大于等于该设定阈值时，回到子步骤S2。

于步骤S34，该控制该开关单元4不导通，使得该陶瓷发热单元2无法接收该运作电流，并控制该警报单元5发出该警报通知。

综上所述，本发明不需要温度感测器来侦测陶瓷发热单元的温度，而是利用陶瓷发热片本身的物理特性，例如在浴室暖风机因风道阻塞或马达故障，或室内电暖器被衣物或棉被罩住，使得陶瓷发热片的温度在超过其物理温度后，所消耗的电流会急遽下降的现象。因此，该控制单元通过该电流感测单元所测得的该运作电流而判断该斜率值为负且该运作电流小于该设定阈值时，控制该开关单元而停止提供该运作电流给该陶瓷发热单元，以避免该陶瓷发热装置发生永久性的损坏，并还控制该警报单元发出警告，所以确实能达成本发明的目的。

以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (12)

1.一种陶瓷发热装置，适用于电压源，其特征在于：所述陶瓷发热装置包含：

陶瓷发热单元，电连接所述电压源，以接收运作电流，进而发热；

电流感测单元，电连接于所述电压源与所述陶瓷发热单元间，以侦测所述陶瓷发热单元所接收的所述运作电流的大小，进而产生对应的输出信号；

开关单元，电连接于所述电压源与所述陶瓷发热单元间，并包括电连接所述电压源的第一端、电连接所述陶瓷发热单元的第二端、及接收控制信号的控制端，且根据所述控制信号控制所述第一端与所述第二端间导通或不导通；及

控制单元，电连接所述电流感测单元及所述开关单元，并产生所述控制信号以使得所述开关单元控制所述第一端与所述第二端间导通，且接收来自所述电流感测单元的所述输出信号，以获得所述运作电流的大小，当所述控制单元判断所述运作电流随着时间变化的斜率值小于等于零，且判断所述运作电流小于设定阈值时，产生所述控制信号以使得所述开关单元控制所述第一端与所述第二端间不导通。

2.根据权利要求1所述的陶瓷发热装置，其特征在于：所述控制单元每隔预定时间周期，根据所述输出信号计算所述运作电流的大小在所述预定时间周期的变化以获得所述斜率值。

3.根据权利要求1所述的陶瓷发热装置，其特征在于：所述设定阈值等于所述运作电流的大小的最大值乘以预定系数，所述预定系数介于0～1间。

4.根据权利要求3所述的陶瓷发热装置，其特征在于：所述控制单元预先储存对应所述陶瓷发热单元的所述运作电流的大小的所述最大值，或者，所述控制单元根据所接收的所述输出信号，获得所述运作电流的大小的所述最大值。

5.根据权利要求1所述的陶瓷发热装置，其特征在于：当所述控制单元还在开启后预定时间判断所述运作电流的大小是小于开启后阈值时，产生所述控制信号以使得所述开关单元控制所述第一端与所述第二端间不导通，所述开启后阈值相关于所述运作电流的大小的最大值。

6.根据权利要求1所述的陶瓷发热装置，其特征在于：所述陶瓷发热装置还包含警报单元，电连接所述控制单元，当所述控制单元产生所述控制信号以使得所述开关单元控制所述第一端与所述第二端间不导通时，控制所述警报单元发出警报通知，所述警报通知包含警示声音及警示灯光的其中至少一者。

7.一种控制方法，适用于陶瓷发热装置，所述陶瓷发热装置包含陶瓷发热单元、电流感测单元、开关单元及控制单元，其特征在于：所述控制方法包含下列步骤：

(a)通过所述控制单元控制所述开关单元导通，使得所述陶瓷发热单元接收运作电流而发热；

(b)通过所述电流感测单元侦测所述运作电流的大小，以产生对应的输出信号；及

(c)通过所述控制单元根据所述输出信号，获得所述运作电流的大小，当所述控制单元判断所述运作电流随着时间变化的斜率值小于等于零，且判断所述运作电流小于设定阈值时，控制所述开关单元不导通，使得所述陶瓷发热单元无法接收所述运作电流。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：在步骤(c)中，所述控制单元每隔预定时间周期，根据所述输出信号计算所述运作电流的大小在所述预定时间周期的变化以获得所述斜率值。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：在步骤(c)中，所述设定阈值等于所述运作电流的大小的最大值乘以预定系数，所述预定系数介于0～1间。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：在步骤(c)中，所述控制单元预先储存对应所述陶瓷发热单元的所述运作电流的大小的所述最大值，或者，所述控制单元根据所接收的所述输出信号，获得所述运作电流的大小的所述最大值。

11.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：在步骤(c)中，当所述控制单元还在开启后预定时间判断所述运作电流的大小是小于开启后阈值时，产生所述控制信号以使得所述开关单元控制所述第一端与所述第二端间不导通，所述开启后阈值相关于所述运作电流的大小的最大值。

12.根据权利要求7所述的控制方法，所述陶瓷发热装置还包含警报单元，其特征在于：在步骤(c)中，当所述控制单元控制所述开关单元不导通时，还控制所述警报单元发出警报通知，所述警报通知包含警示声音及警示灯光的其中至少一者。