CN1838017A - 发热元件的温度控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种发热元件的温度控制方法和装置，通过检测发热元件的发热体的实际温度、用检测出的实际温度计算温度下降梯度及温度下降频率，根据上述实际温度、温度下降梯度及温度下降频率，形成基准信号，控制开关电源实现对电发热元件的电功率的快速控制。实施本发明提供的发热元件的温度控制方法和装置，可应用到电烙铁等电热器具上，对发热元件的输入功率进行快速有效的控制，从而保证使用过程中，不管热负荷或环境温度如何变化，发热元件例如电烙铁芯的加热体都能保证温度恒定于所设定的温度上，并可根据需要，随时调节设置温度，节省电能，延长发热元件使用寿命，也可以应用到其它对电热温度要求高而电热负载有变化的场合。

Description

发热元件的温度控制方法和装置
技术领域
本发明涉及发热元件的温度控制技术，具体涉及一种对诸如电烙铁的电热器具中发热元件进行基于温度的功率控制方法和装置。
背景技术
电发热元件应用越来越广，传统的对电发热元件的温度-功率控制方法都采用绝对的温度控制，即只对发热元件的绝对温度值进行采样和控制，而无法判断发热元件的工作状态和被加热物体对热量的需求和对温度的影响，在温度下降时，发热元件的瞬态响应差，温度回升慢，不能适用于发热元件热传递快速变化的场合，例如，电烙铁在没有接触到被焊接金属时，温度较高，一旦接触到较大被焊接金属或焊接接触时间较长时，由于热量被快速传导，使得电烙铁温度迅速下降，在被焊接金属的表面积较大或环境温度较低时尤其如此。采用传统技术控制电烙铁温度，只考虑焊头温度绝对数值，因此，调节速度慢，功率调节的变化赶补上温度的变化，以至在有些特殊场合因为控制延迟而完全不能满足焊接要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为电热器具中的电发热元件提供一种功率控制方法和装置，能够快速检测到诸如电烙铁或其它电热器具温度的变化并根据温度变化快速调整电发热元件的功率，以保证电发热元件以基本不变的温度进行工作。
本发明上述技术问题这样解决，构造一种发热元件的温度控制方法，包括以下步骤：a)对发热元件的发热体温度进行检测；b)产生基准信号；c)将检测到的实际温度与基准信号进行比较；d)可控功率放大单元根据比较结果，产生施加到发热元件的电功率，其特征在于，所述产生基准信号b)包括以下步骤：b1)根据检测到的实际温度计算温度下降梯度信号；b2)根据检测到的实际温度计算温度下降频率信号；b3)根据选定温度信号、温度下降梯度信号和温度下降频率信号产生基准信号。
在上述发热元件的温度控制方法中，所述基准信号与温度下降梯度信号成正比。
在上述发热元件的温度控制方法中，所述基准信号与温度下降频率信号成正比。
在上述发热元件的温度控制方法中，所述步骤b3)包括以下步骤：b31)根据温度下降梯度信号和温度下降频率信号产生附加温度信号；b32)将附加温度信号和选定温度信号合成为基准信号；其中，所述根据温度下降梯度信号和温度下降频率信号产生附加温度信号，是由CPU通过查找预先设置好附加温度信号经验数据的表格实现的。
在上述发热元件的温度控制方法中，所述步骤b3)包括以下步骤：b33)根据实际温度信号、温度下降梯度信号和温度下降频率信号产生附加温度信号；b34)将附加温度信号和选定温度信号合成为基准信号；其中，所述根据实际温度信号、温度下降梯度信号和温度下降频率信号产生附加温度信号，是由CPU通过查找预先设置好附加温度信号经验数据的表格实现的。
本发明另一技术问题这样解决，构造一种发热元件的温度控制装置，包括发热元件1、驱动发热元件1工作的可控功率单元2、对发热元件1的发热体实际温度进行检测的温度检测单元3，还包括根据温度检测单元3输出的实际温度信号和给定温度信号4控制所述可控功率单元2的控制单元，其特征在于，所述控制单元包括根据温度检测单元3的输出的实际温度信号产生温度下降梯度信号的温度下降梯度信号发生单元5、根据温度检测单元3的输出的实际温度信号产生温度下降频率信号的温度下降频率信号发生单元6、以实际温度信号、温度下降梯度信号和温度下降频率信号通过查表方式确定附加温度信号的微处理器单元7，以及合成附加温度信号与给定温度信号的基准温度信号单元8，以及将基准信号单元8输出的基准温度信号与温度检测单元3输出的实际温度信号进行比较，产生所述可控功率单元2控制信号的温度比较放大单元9。其中，可控功率单元2为开关电源电路。
实施本发明提供的发热元件的温度控制方法和装置，可以应用到电烙铁或其它电热器具上，根据电发热元件的发热体在使用中温度的变化对电发热元件的电功率进行快速有效的控制，保证使用过程中，不管热负荷的温度或环境温度如何变化，使得发热元件例如电烙铁芯，都能保证其温度恒定于所设定的温度上，并可根据需要，随时调节设置温度，节省电能，延长电发热元件的使用寿命，也可以应用到其它对电热温度要求高而电热负载有变化的场合。
附图说明
图1是本发明的发热元件温度控制装置实施例的原理示意图；
具体实施方式
本发明提供的发热元件的温度控制方法和装置，采用三维控制方法，即对发热元件的绝对温度、温度下降梯度以及温度下降频率进行采样判断，然后通过CPU进行最佳控制。当在某一段时间内采样到的温度曲线变化平缓，说明被加热物体对热量的需求比较均匀，此时可采用绝对温度控制。当采样到的温度曲线下降梯度较大，说明被加热物体在瞬间对热量的需求加大，温度下降明显，则温度控制可在原来外部设定的温度基础上附加一个温度作为补偿，以弥补发热元件因热量不足而产生的温度下降，使其快速回温；如果采样得到的温度曲线中，温度下降点过多，则说明被加热物体对温度需求比较频繁，平均热量需求大，则可同样采用在原来外部设定的温度基础上增加一个附加温度，用以补偿热量的不足。这样，就可大大提高发热元件的瞬间动态响应。
本发明控制方法的第一个实施例：
1、给定加热体理想温度(简称给定温度)T0；
2、检测发热元发热体之实际温度T(t)；
3、计算温度下降梯度dT/dt；
4、计算温度下降频率cdt；
5、根据实际温度与设置温度之差，计算第一温度调节量DT1＝T(t)-T0；
6、根据发热元件温度下降梯度计算第二温度调节量DT2＝f(dT/dt)；
7、根据发热元件温度下降频率计算第三温度调节量DT3＝g(cdt)；
8、计算总的温度调节量DT＝DT1+DT2+DT3；
9、以总的温度调节量为基准确定电发热元件的输入功率即由开关电源提供发热元件的工作电压。
其中，步骤6中，由发热元件温度下降梯度确定第二温度调节量，可以通过查表方式得到；步骤7中由发热元件温度下降频率确定第三温度调节量，同样可以通过查找预先设置的关系函数表的方式得到；也可以将步骤5-7合并，这样就形成以下第二个实施例：
1、给定加热体理想温度(简称给定温度)T0；
2、检测发热元发热体之实际温度T(t)；
3、计算温度下降梯度dT/dt；
4、计算温度下降频率(单位时间温度下降次数)cdt；
5、根据实际温度T(t)、温度下降梯度dT/dt和温度下降频率cdt，查表计算温度总调节量DT＝f(T(t)，dT/dt，cdt)；
6、以总的温度调节量为基准确定电发热元件的输入功率即由开关电源提供发热元件的工作电压。
其中，计算温度下降梯度dT/dt可以通过微分电路实现，计算温度下降频率cdt可以通过对微分信号的计数电路来实现，根据实际温度T(t)、温度下降梯度dT/dt和温度下降频率d2T/dt2，查表计算温度总调节量DT＝f(T(t)，dT/dt，cdt)，可以通过查找三维的表格来实现，三维表格中的各个数据DT可以通过实验得到并预先设置在微处理器中。
结合图1，在本发明的发热元件温度控制装置的实施例中，可控功率单元或可控电压调节器2将输出电压U供给发热元件1，发热元件1将产生的热量传递给被加热物体(未示出)，紧密接触被加热体的温度传感器即温度检测单元3检测出发热元件1加热体的实际温度，一方面直接经过温度-电压转换放大器送到微处理器单元7，另一方面，由微分电路组成的温度下降梯度信号单元5将实际温度信号转换为温度下降梯度信号也输入到微处理器7的输入端口；第三路是由温度下降频率单元6对实际温度信号的下降变化情况进行统计，得出温度下降频率信号，送到微处理器单元7。在微处理器单元7，根据实际温度信号、温度下降梯度信号合乎温度下降频率信号查出附加温度信号，与给定温度信号单元4的给定温度信号一起送到基准温度信号单元8(可以是加法器)，将两个信号进行叠加合成形成基准信号，送到温度比较放大单元9与实际温度信号进行比较，产生可控功率单元2的控制信号，对发热元件1的电功率进行控制。由于微处理器提供的附加温度信号已经考虑到的温度下降的梯度和温度下降的频率，使得温度控制具有比仅考虑实际温度的单一控制模式，大大提高了瞬态响应。其中，可控功率单元2可以是开关电源电路。

Claims (7)

1、一种发热元件的温度控制方法，包括以下步骤：a)对发热元件的发热体温度进行检测；b)产生基准信号；c)将检测到的实际温度与基准信号进行比较；d)可控功率放大单元根据比较结果，产生施加到发热元件的电功率，其特征在于，所述产生基准信号b)包括以下步骤：b1)根据检测到的实际温度计算温度下降梯度信号；b2)根据检测到的实际温度计算温度下降频率信号；b3)根据选定温度信号、温度下降梯度信号和温度下降频率信号产生基准信号。
2、根据权利要求1所述发热元件的温度控制方法，其特征在于，所述基准信号与温度下降梯度信号成正比。
3、根据权利要求1所述发热元件的温度控制方法，其特征在于，所述基准信号与温度下降频率信号成正比。
4、根据权利要求2或3所述发热元件的温度控制方法，其特征在于，所述步骤b3)包括以下步骤：b31)根据温度下降梯度信号和温度下降频率信号产生附加温度信号；b32)将附加温度信号和选定温度信号合成为基准信号；其中，所述根据温度下降梯度信号和温度下降频率信号产生附加温度信号，是由CPU通过查找预先设置好附加温度信号经验数据的表格实现的。
5、根据权利要求2或3所述发热元件的温度控制方法，其特征在于，所述步骤b3)包括以下步骤：b33)根据实际温度信号、温度下降梯度信号和温度下降频率信号产生附加温度信号；b34)将附加温度信号和选定温度信号合成为基准信号；其中，所述根据实际温度信号、温度下降梯度信号和温度下降频率信号产生附加温度信号，是由CPU通过查找预先设置好附加温度信号经验数据的表格实现的。
6、一种发热元件的温度控制装置，包括发热元件(1)、驱动发热元件(1)工作的可控功率单元(2)、对发热元件(1)的发热体实际温度进行检测的温度检测单元(3)，还包括根据温度检测单元(3)输出的实际温度信号和给定温度信号(4)控制所述可控功率单元(2)的控制单元，其特征在于，所述控制单元包括根据温度检测单元(3)的输出的实际温度信号产生温度下降梯度信号的温度下降梯度信号发生单元(5)、根据温度检测单元(3)的输出的实际温度信号产生温度下降频率信号的温度下降频率信号发生单元(6)、以实际温度信号、温度下降梯度信号和温度下降频率信号通过查表方式确定附加温度信号的微处理器单元(7)，以及合成附加温度信号与给定温度信号的基准温度信号单元(8)，以及将基准信号单元(8)输出的基准温度信号与温度检测单元(3)输出的实际温度信号进行比较，产生所述可控功率单元(2)控制信号的温度比较放大单元(9)。
7、根据权利要求6所述发热元件的温度控制装置，其特征在于，所述可控功率单元为开关电源电路。
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