CN1172635A - 使用逆变装置可调节功率的轻便低压电热器 - Google Patents

Abstract

使用逆变装置可调节功率的轻便低压电热器,属于电热器,由逆变装置、电热体、功率调节器组成。逆变装置将市电转换成频率大于10KHz的安全电压供给电热体,可无级调节功率。由于采用逆变装置降低电源电压,革除了笨重的铁心变压器,提高电热体的绝缘强度,大幅度降低变压部件的重量与体积,使电热器具有更加轻便、安全。本发明的典型应用是电热医疗保健用品和各种接近人体的电热器,并为电热服、电热褥毯、红外线理疗仪、各种电热用具。

Description

使用逆变装置可调节功率的轻便低压电热器 本发明涉及到各种电热器具及逆变装置。

目前人们所使用的电热器如电热毯、电热垫、电暖器、电热服、电热美容器、电热饭盒、红外线理疗仪、电热工具等大都是直接使用220V工频电压供给电热元件，比较容发生漏电、触电事故。一部分电热器采用铁心变压器将工频电压转变成安全电压供给电热元件，由于铁心变压器占有相当体积与重量，20W以上的铁心变压器就很难与电热元件装设在一起，使电热器使用、携带很不方便。中国专利“低压电热器”(ZL94226592.0)曾提出了使用逆变装置降低电源电压的方案，但其中没有连续调节功率的功能。

本发明的目的是向社会提供一种使用逆变装置供电可调节功率的轻便安全的低压电热器，以做对以上技术方案的改进与补充。

本发明提出以下技术方案：一、通过逆变装置中的整流器、振荡器将工频电源转换成大于10KHZ频率的电源，提高电频率，缩小变压器的体积和重量五与十倍(60W)。二、电热体由电阻发热材料或PTC元件、DZR元件、电热膜元件，或电热合金丝或导线绕制的线圈构成。三、采用脉宽调节器(PWM调节器)或PWM集成电路或整流器开关或温度继电器或单片微机调节器连续调节或分段调节电热输出功率。四、逆变装置可连接一个或多个电热体，电热体可在多个方位同时使用。五、逆变装置内部振荡器中的开关管可为静电感应器件(SIT或BSIT)或场效应管(MOSFET)或它们制成的集成模块，利用上述两种开关管的“负温度特性”和“无存储效应特性”、“无二次击穿特性”等优点提高整机的工作可靠性。开关管也可采用双极型晶体管(BJT)或绝缘栅晶体管(IGBT)。六、在逆变装置及电热体间或内部可连接温度继电器，温度超过温限时切断电路。七、在电热体外部可设置阻燃材料或远红外幅射材料，以增强远红外幅射量，改善安全性。八、振荡器采用半桥式电路或全桥式电路或单端式电路或并联开关式电路或集成模块式电路。九、逆变装置、发热体可连接定时器。十、变压器输出电压可为7V及7V以下，以适应甚低电压工作。十一、逆变装置的输入端子可制成插头形状与逆变装置外壳组合成一体，使用时更加方便。十二、通过设置短路保护电路，过电流保护电路提高整机的可靠性。十三、电热体可制成各种贴近人体的电热用品和医疗保健用品。

下面结合附图1～附图8来说明本发明结构。

附图1展示了本发明基本结构，其所示各部体名称如下：

(1)逆变装置，(2)电热体，(3)功率调节器，(4)输入端子，(5)整流器，(6)振荡器，(7)变压器，(21)导线，(22)接插件。

如附图1所示，逆变装置(1)电热体(2)功率调节器(3)通过导线(2 1)或接插件(22)连接，逆变装置(1)由输入端子(4)，整流器(5)、振荡器(6)变压器(7)依次连接。电路中连接一个或多个电热体(2)。

在附图1(A)与附图1(B)中功率调节器(3)连接在逆变装置(1)的内部，在附图1(C)与附图1(D)中功率调节器(3)连接在逆变装置(1)的外部。附图1(A)中的功率调节器(3)由脉宽调节器(PWM调节器)(8)构成，附图1(B)中的功率调节器(3)由单片微机调节器(60)或PWM集成电路(61)构成，附图1(C)中是脉宽调节器(8)，附图1(D)中是整流器开关(9)或温度继电器(12)。

上述结构中：输入端子(4)用来引入工频市电电源，整流器(5)和振荡器(6)的作用是将工频市电电源转换成大于10KHZ频率的电源(以下简称高频电源)；变压器(7)的作用是将高频电源由高电压变成小于50V的安全电压；电热体(2)的作用是将电能转换成热量；功率调节器(3)通过调节高频振荡的占空比或通过调节市电输入电压的占空比或通过调节变压器输出电压或通过整流管斩波来实现输出功率的调节。

附图2、附图3、附图4、附图5、附图6、附图7、附图8分别展示了以附图1结构为基础的采用不同电路的振荡器(6)。附图2的振荡器(6)是使用双极型晶体管(BJT)的半桥式电路；附图3的振荡器(6)是使用静电感应器件(SIT或BSIT)的半桥式电路；附图4的振荡器(6)是使用静电感应器件(SIT或BSIT)集成模块式电路；附图5是使用场效应管(MOSFET)的半桥式电路；附图6是使用逆导可控硅(RCT)的并联开关式电路；附图7是使用绝缘栅晶体管(IGBT)的单端式电路。附图8是使用场效应管(MOSFET)集成模块的单端式电路。本发明的工作原理如下：从输入端子(4)引入工频电源，通过整流器(5)转变成单向脉动电源，经过振荡器(6)转变成大于10KHZ频率的电源，经过变压器(7)将高电压变成安全电压供给电热体(2)，电热体(2)产生并幅射热量。

下面结合实施例一对附图二说明，附图二是实施例一的电源理举例图。

实施例一：实施例一中采用双极型晶体管(BJT)(23)做开关管，振荡器(6)是半桥式电路。实施例一的电热体(2)是由导线绕制的线圈(24)构成。线圈轴心为垂直排列，即将电热体用做红外线理疗仪对人体作治疗时线圈轴心与人体表面垂直。电热体(2)外部装置有远红外幅射材料(16)，如远红外涂复层或远红外纤维织物，以增强热幅射效果。这里是二个线圈或多个线圈并接，作多方位同步使用。实施例一中功率调节器(3)是由整流器开关(9)构成，关闭或打开开关K1即可调节功率。电路中设置了定时器(18)和温度继电器(12)，定时器(18)可为机械定时器(58)、电子定时器(59)，当定时时间到或电热体(2)温度超过规定温度时，电路自动断路。定时器(18)与温度继电器(12)的功能也可由设置的单片微机调节器(60)(如INTEL8031或MC6805等单片微机)来代替。

实施例一的逆变装置(1)的振荡频率为20KHZ；变压器(7)的磁心为铁氧体磁心，型号R2K，规格EI30，变压器次级输出电压为36V或24V、12V；线圈直径为5～200mm，线圈外部的远红外热幅射材料(16)幅射波长为7～16微米的远红外线。实施例一的逆变装置重量0.1kg，输出功率60W。

实施例一可应用于红外线理疗仪、电热毯、电热褥、电热服、电热鞋等方面。

下面结合实施例二对附图3说明，附图3是实施例二的电源理举例图。实施例二：实施例二中采用静电感应器件(SIT或BSIT)(14)做开关管，振荡器(6)是半桥式电路。电热体(2)是由电热合金丝(26)构成。电热合金丝(26)为单股或多股绞合。实施例二中电热合金丝(26)外部包裹有抗高温的阻燃材料(17)，例如聚氟塑料等。这里为二个电热体(2)串接。功率调节器(3)由脉宽调节器(PWM调节器)(8)构成，脉宽调节器(8)通过输出不同脉宽的脉冲控制振荡器(6)中开关管的通断，调节振荡周期达到调节输出功率的目的。实施例二的功率调节器(3)也可由脉宽调节集成电路(61)(如IC3524等)构成。电路中串接了温度继电器(12)。实施例二的变压器(7)由坡合金磁心、初级绕组、次级绕组构成。

实施例二可应用于电暖器、人体腔内红外线理疗仪、电烙铁等方面。

下面结合实施例三对附图4说明。附图4是实施例三的电原理举例图。实施例三：实施例三中采用静电感应器件(SIT或BSIT)集成模块(27)构成半桥式振荡器(6)。实施例三的电热体(2)由PTC元件(28)构成。PTC元件(28)相互间可串接或并接，保持恒定温度40°～60℃。功率调节器(3)由温度继电器(12)构成，温度继电器(12)根据电热体上的温度传感器(52)自动调节变压器输出电压，达到调节功率的目的。实施例三中设置了过电流保护电路(20)，电流超过限值时电阻RB上的端电压推动晶体管GB导通，使振荡器(6)的开关管栅极电位为零，振荡器(6)则停止工作。实施例三的PTC元件也可由可塑性PTC材料(36)代替。

实施例三可应用于电热服、电热鞋、性功能治疗仪、前列腺治疗仪等。

下面结合实施例四对附图5说明。附图5是实施例四的电原理举例图。实施例四：实施四中采用了场效应管(MOSFET)(15)做开关管构成了半桥式振荡器(6)。其中电热体(2)由电阻发热材料(25)构成，电阻发热材料(25)是指高电阻率的金属或金属氧化物、金属盐、碳、稀土金属或它们相互的混合物构成的电能——热能转换材料。这里电热体(2)附着在纺织物(54)或塑料(55)或陶瓷(51)上。功率调节器(3)由整流器开关(9)构成；实施例四内设置了短路保护电路(19)，该电路由采样线圈LS1与开关管激励线圈LS2组成，LS1上面感应的电压经LS2耦合用以推动开关管G2，维持振荡器(6)工作，当变压器(7)输出端短路时，LS1电压为零，LS2电压为零，则关断开关管，振荡停止。在实施例四中电源输入端还串接了负温系数热敏电阻(30)，以减少电路动时冲击电流。实施例四应用于红外线理疗仪，电热背心、电热腰带等。

下面结合实施五对附图6说明。附图6是实施例五的电原理举例图。实施例五：实施例五中采用逆导可控硅(RCT)(31)做开关管构成并联开关式振荡器(6)，电热体(2)表面装置了远红外热幅射材料(16)，如远红外涂复材料或远红外纤维编织物。实施例五中将输出端子(4)制成插头形状(见附图6)，装置在逆变装置外壳(13)上面，将逆变装置(2)变成了一个“插头”，使用起来很方便。实施例五中电热体(2)由DZR元件(32)或电热膜元件(33)构成，DZR元件(32)或电热膜元件(33)可以多个串、并联。实施例四的脉宽调节器是PWM集成电路(61)，同时也是开关管激励单元(50)，通过输出不同占空比的脉冲来调节振荡周期，以此实现调节逆导可控硅(31)的输出功率。

实施例五设置了短保护电路(19)，该电路由开关管GA1、GA2和电阴R组成，当输出端短路时，GA1或GA2的栅极电压为零，GA1或GA2被关断，输出电流中止。PWM集成电路(61)与电阻R3组成过电流保护电路(20)。

下面结合实施例六对附图7说明，附图7是实施例六的电原理举例图。这里的振荡器(6)由绝缘栅晶体管(IGBT)(34)做开关管构成单端式振荡器。电热体(2)由电热合金丝(26)构成，外形为带状。变压器(7)输出电压为7V及7V以下电压。实施例六设置了温度继电器(12)，串接在电热合金丝(26)内部，并在它外部设置了阻燃材料(17)。

下面结合实施例七对附图8说明。附图8是实施例七的电原理举例图。实施例七：实施例7中采用场效应管(MOSFET)集成模块(35)做振荡器(6)的开关管构成单端式振荡器(6)。电热体(2)由导线绕制的线圈(24)构成，线圈轴心水平排列敷设在编织物上，构成带状的电热体(2)。线圈轴心内装置了柔性的远红外幅射材料(16)做为线圈芯柱，线圈直径1.5～3mm。在电源输入端连接了定时器(18)。实施例七的功率调节器(3)是脉宽调节器(8)，通过对双向可控硅SCR输入压电占空比的调节来实现输出功率的调节。实施例七的脉宽调节器(8)可采用时基电路555的无稳态振荡电路来实现，调节555电路输出方波的脉宽即可调节可控硅导电后电压波形的占空比，从而调节了输出功率。

下面结合实施例八对附图9作说明。附图9是实施例八电原理举例图。实施例八：实施例八由场效应管(MOSFET)(16)开关管构成单端式振荡器(6)；电热体(2)由可塑性PTC材料(36)制成耳套(37)、腹腰带(40)、关节罩(42)、仿男性性器官(44)；电热体(2)自动恒温40～65℃间；这里的可塑性PTC材料(36)是指将PTC材料挤塑在两根金属线间所制成的可塑性材料。实施例八的功率调节器(3)是单片微机调节器(60)，单片微机调节器(60)通过温度传感器(52)检测电热体(2)上的温度，按既定程序运算判断后，通过I/O口启闭温度继电器(12)触点，中断或接通电热体(2)的供电回路，从而调节电热功率。这里单片微机调节器(60)还可兼做定时器(18)使用，根据预定时限控制温度继电器(12)切断供电回路。单片微机调节器(60)可为二位或四位或八位或十六位或32位单片微机如INTEL80系列单片微机、MC68系列单片微机、MSM64162或MSM64P164单片微机等。

下面结合实施例九对附图10作说明。附图10是实施例九电原理举例图。

实施例九：实施例九的电热体(2)由电热合金丝(26)制成手套(38)、胯带(41)、乳罩(43)、背心(46)、电热园柱体(57)。实施例九的振荡器(6)是由场效应管(MOSFET)集成模块(35)构成的单端式电路，在实施例九中场效应管集成模块是采用PWR-TOP200或PWR-TOP210及类似系列的三端PWM开关电源集成电路(56)。功率调节器(3)通过光电耦合器(53)调节集成模块激励信号的占空比，从而调节了输出功率。PWR系列集成电路内部设有限流和过热保护功能。实施八的功率调节器(3)也可采用单片微机调节器(60)代替。

下面结合实施例十对附图11作说明，附图11是实施例十的电原理举例图。实施例十：实施例十由电阻发热材料(25)制成脚套(39)、臂套(47)、腿套(48)、仿女性性器官(45)。振荡器(6)是由绝缘栅晶体管(IGBT)集成模块(49)构成的单端式电路。

附图图名说明：

附图1：基本结构图。附图2：实施例一电原理例图(导线绕制的线圈构成电热体，双极型晶体管构成半桥式振荡器)。附图3：实施例二电原理例图(静电感应器件构成半桥式振荡器，PWM集成电路构成功率调节器)。附图4：实施例三电原理举例图(静电感应器件集成模块构成半桥式振荡器)。附图5：实施例四电原理例图(场效应管构成半桥式振荡器)。附图6：实施例五电原理例图(逆导可控硅构成并联开关式振荡器)。附图7：实施例六电原理例图(绝缘栅晶体管构成单端式振荡器)。附图8：实施例七电原理例图(场效应管集成模块构成单端式振荡器)。附图9：实施例八电原理例图(场效应管构成单端式振荡器，可塑性PTC材料构成电热体，单片微机调节器构成功率调节器)。附图10：实施例九电原理举例图(三端PWM开关电源集成电路构成单端式振荡器)。附图11：实施例十电原理举例图(绝缘栅晶体管集成模块构成单端式振荡器)。

附图1～附图11所示部件名称如下：(1)逆变装置，(2)电热体，(3)功率调节器，(4)输出端子，(5)整流器，(6)振荡器，(7)变压器，(8)脉宽调节器(PWM调节器)，(9)整流器开关，(12)温度继电器，(13)逆变装置外壳，(14)静电感应器件(SIT或BSIT)，(15)场效应管(MOSFET)，(16)远红外幅射材料(17)阻燃材料，(18)定时器，(19)短路保护电路，(20)过电流保护电路，(21)导线，(22)接插件，(23)双极型晶体管(BJT)，(24)导线绕制的线圈，(25)电阻发热材料，(26)电热合金丝，(27)静电感应器件(SIT或BSIT)集成模块，(28)PTC元件，(30)负温系数热敏电阻，(31)逆导可控硅(RCT)，(32)DZR元件，(33)电热膜元件，(34)绝缘栅晶体管(IGBT)，(35)场效应管(MOSFET)集成模块，/(36)可塑性PTC材料，(37)耳套，(38)手套，(39)脚套，(40)腹腰带，(41)胯带，(42)关节罩，(43)乳罩，(44)仿男性性器官，(45)仿女性性器官，(46)背心，(47)臂套，(48)腿套，(49)绝缘栅晶体管(IGBT)集成模块，(50)开关管激励单元，(51)陶瓷，(52)温度传感器，(53)光电耦合器，(54)纺织物，(55)塑料，(56)三端PWM开关电源集成电路，(57)电热园柱体，(58)机械定时器(59)电子定时器，(60)单片微机调节器，(61)PWM集成电路。

Claims (10)

1. 一、使用逆变装置可调节功率的轻便低压电热器，其特征是：由逆变装置(1)、电热体(2)、功率调节器(3)构成，其间通过导线或接插件连接；逆变装置(1)后连接一个或多个电热体(2)，电热体(2)之间可并联或串联；逆变装置(1)将市电电源转换成频率大于10KHZ、电压为安全电压的电源供给电热体(2)，电热体(2)将电能转换成热量，功率调节器(3)用来调节输出功率；

   逆变装置(1)由输入端子(4)、整流器(5)、振荡器(6)、变压器(7)依次连接组成，其中振荡器(6)由半桥式电路或全桥式电路或单端式电路或并联开关式电路或集成模块式电路构成，变压器(5)由铁氧体磁心、初级绕组、次级绕组构成，也可用合金材料代替铁氧体磁心，输入端子(4)由金属构成；

   电热体(2)是指由电热转换材料构成的导电发热体；

   功率调节器(3)是指设置在逆变装置(1)内部或外部的脉宽调节器(PWM调节器)(8)或PWM集成电路(61)或单片微机调节器(60)或温度继电器(12)或整流器开关(9)。
2. 二、如权利要求1所述的使用逆变装置可调节功率的低压电热器，其特征是：输入端子(4)可制成插头形状与逆变装置外壳(13)组合成一体。
3. 三、如权利要求1所述的使用逆变装置可调节功率的低压电热器，其特征是：振荡器(6)中的开关管可为静电感应器件(SIT或BSIT)(14)或其制成的集成模块。
4. 四、如权利要求1所述的使用逆变装置可调节功率的低压电热器，其特征是：振荡器(6)中的开关管可为场效应管(MOSFET)(15)或其制成的集成模块。
5. 五、如权利要求1所述的使用逆变装置可调节功率的低压电热器，其特征是：电热体(2)外部可装设远红外幅射材料(16)或阻燃材料(17)。
6. 六、如权利要求1所述的使用逆变装置可调节功率的低压电热器，其特征是：电热体(2)可由电热合金丝(26)构成。
7. 七、如权利要求1所述的使用逆变装置可调节功率的低压电热器，其特征是：电热体(2)可由PTC元件(28)或可塑性PTC材料(36)构成。
8. 八、如权利要求1所述的使用逆变装置可调节功率的低压电热器，其特征是：逆变装置(1)、电热体(2)可与定时器(18)连接。
9. 九、如权利要求1所述的使用逆变装置可调节功率的低压电热器，其特征是：逆变装置(1)内外可设置短路保护电路(19)或过电流保护电路(20)。
10. 十、如权利要求1所述的使用逆变装置可调节功率的低压电热器，其特征是：电热体(2)可制成电热衣(62)、电热裤(63)、或电热鞋(64)、电热褥(65)、电热毯(66)、电热园柱体(57)；或制成耳套(37)、手套(38)、脚套(39)、腹腰带(40)、胯带(41)、关节罩(42)、乳罩(43)、仿男性性器官(44)、仿女性性器官(45)、背心(46)、臂套(47)、腿套(48)。

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