CN200953658Y - 正温度系数发热元件的快速升温控制电路装置 - Google Patents

Abstract

一种涉及电加热器控制电路，尤指一种主要适用于快速升温控制集成电路或模块电路的正温度系数发热元件的快速升温控制电路装置。本实用新型由集成电路和模块电路组成一整体的控制电路结构，在控制电路比较器U1的负电压输入端连接温度选择开关Ks的单刀端；在可控硅元件SCR与温度选择开关Ks之间设置温度设定选择器模块，在电源与地之间通过电阻分压设置对应的参考电压。主要解决如何在快速升温控制电路中增加温度设定选择器的电路设计及电路原理等有关技术问题。本实用新型的优点是：该装置既可提高发热元件的设定温度，又能根据实际加热功率来重新调整设定温度，使温控产品的工作面的温度迅速的达到目标温度的电路装置。

Description

正温度系数发热元件的快速升温控制电路装置

技术领域

本实用新型涉及一种电加热器控制电路，尤指一种主要适用于快速升温控制集成电路或模块电路的正温度系数发热元件的快速升温控制电路装置。

背景技术

目前，具有正温度系数发热元件是用电阻合金制造的发热元件，如金属陶瓷发热体、金属发热丝等等。

由于正温度系数发热元件(以下简称发热元件)具有正温度系数特性，随着温度的升高电阻也会不断变大，因此发热元件同时又可作为恒温控制电路的测温元件。

如图1所示，温控产品的机械结构基本相似。以一款卷发器为例，图1是其截面图；其中：1.手柄  2.导热体：其作用是把发热元件的热量传导至温控产品工作面；3.温控产品工作面：为用户使用部分；4.发热元件：为发热体，发热和测温的元件；5.控制电路：完成发热元件的加热控制功能。

如图2所示，为传统恒温控制电路。其中L和N为交流电源(110V或220V)连接端子，SCR是可控硅元件，H是发热元件，K1是温度采样开关，VCC是直流电源，U1是比较器，SYNC是可控硅触发过零同步电路，RA是温度采样电阻，R1和R2是温度设定电阻。

在交流电源正半周期，可控硅SCR可以导通使发热元件H加热。加热时，开关K1必须断开，以便阻断交流电源的高压进入比较器U1。

温度采样在可控硅SCR非导通期间进行。R1和R2组成分压网络产生设定温度TSO+所对应的参考电压。温度采样时，闭合开关K1，RA和发热元件H上的分压值作为采样信号送到比较器U1。比较器将采样信号与参考电压进行比较，比较结果经过同步电路SYNC产生同步触发信号C去控制SCR导通或截止，从而控制实际加热的导通率(即加热功率)，使发热元件本身维持在恒定温度TSO+。

如图3所示，为传统温控产品加热过程中各部分温度及功率曲线，其中：Line 1：发热元件的温度曲线；Line 2：温控产品工作面的温度曲线；Line 3：温控产品加热功率的曲线；

图3显示传统电路的是一开始加热便把发热元件温度设定在TSO+，恒温控制电路会以全功率加热(SCR 100％加热导通率，图中标记为％100P)。当检测到发热元件温度达到TSO+时，控制电路会通过调低加热功率(或加热导通率)，使得发热元件维持在恒定温度TSO+。

温控产品的测温是利用发热元件本身电阻的变化，而非工作面温度，因而发热元件到达设定温度TSO+时，温控产品工作面的温度不能同时达到目标温度TSO。

发热元件继续向温控产品工作面传热，一段时间后，工作面升到目标温度TSO，此时控制电路仍然继续维持发热元件保持温度TSO+，这样工作面温度不会继续上升，此时升温过程自动结束，系统进入保温状态。保温状态时，加热的功率(或加热导通率)等于工作面的热量散失的功率，工作面保持稳定恒温度TSO。

图3显示在保温状态时，由于工作面有热量散失，内部发热元件的温度TSO+会略高于工作面温度TSO。由于传统电路的TSO+与TSO差别不大，造成传导热量的速度也比较慢，因此缺点是工作面升温过程是十分漫长的。

实用新型内容

为了克服上述不足之处，本实用新型的主要目的旨在提供一种快速升温控制电路，既可提高发热元件的设定温度，又能根据实际加热功率来重新调整设定温度，使温控产品的工作面的温度迅速的达到目标温度的正温度系数发热元件的快速升温控制电路装置。

本实用新型要解决的技术问题是：主要解决如何在快速升温控制电路中增加温度设定选择器，增加由VCC在R1、R2和R3分压产生的较高设定温度TSH所对应的参考电压，同时还要增加一个单刀双掷型温度设定开关Ks的电路设计及电路原理等有关技术问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该装置由发热元件、可控硅元件、比较器、开关及同步电路等部件组成，由集成电路和模块电路组成一整体的控制电路结构，在控制电路比较器U1的负电压输入端连接温度选择开关Ks的单刀端；在可控硅元件SCR与温度选择开关Ks之间设置温度设定选择器模块，在电源VCC与地之间通过电阻分压设置对应的参考电压。

所述的正温度系数发热元件的快速升温控制电路装置的控制电路的交流电源L端子连接可控硅元件SCR的正端，交流电源N端子同时连接发热元件H的一端及电阻R3的另一端后再接地；发热元件H的另一端同时连接可控硅元件SCR的负端及采样开关K1的一端，可控硅元件SCR的输出信号经由发热元件H后接地；

直流电源端子VCC同时连接电阻RA的的一端及电阻R1的一端；电阻R1的另一端同时连接电阻R2的一端及温度选择开关Ks的一号掷端；电阻R2的另一端同时连接电阻R3的一端及温度选择开关Ks的二号掷端，电阻R3的另一端接地；

比较器U1的正电压输入端同时连接采样开关K1的另一端及电阻RA的的另一端；比较器U1的负电压输入端连接温度选择开关Ks的单刀端，比较器U1的输出端连接可控硅触发过零同步电路SYNC的输入端；

可控硅触发过零同步电路SYNC的输出端同时连接控硅元件SCR的控制端及温度设定选择器的输入端，温度设定选择器的输出端连接温度选择开关Ks的控制端。

所述的正温度系数发热元件的快速升温控制电路装置的温度选择开关Ks或为单刀双掷开关或为单刀多掷开关。

所述的正温度系数发热元件的快速升温控制电路装置的比较器U1的负电压输入端与正电压输入端为互换端。

本实用新型的有益效果是：该装置成功的解决了快速升温控制电路，既可提高发热元件的设定温度，又能根据实际加热功率来重新调整设定温度，使温控产品的工作面的温度迅速的达到目标温度的电路装置；并可以推广到设定几个较高设定温度，如差值15度，20度…；同时可以设计多种切换功率比率，如10％，20％，…50％…以便得到最佳控制等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图1为传统的温控产品卷发器的截面示意图；

附图2为传统的恒温控制电路结构原理图；

附图3为传统的温控产品加热过程中各部分温度及功率曲线示意图；

附图4为本实用新型恒温控制电路原理图；

附图5为本实用新型温度及功率曲线示意图；

附图6为本实用新型温度及功率曲线中切换比率点过大示意图：

附图7为本实用新型温度及功率曲线中切换比率点过小示意图；

附图8为本实用新型实施例之一的电路原理图；

附图9为本实用新型实施例之二的电路原理图；

附图中标号说明：

1-手柄；

2-导热体；

3-温控产品工作面；

4-发热元件；

5-控制电路；

10-温度设定选择器；

20-可控硅触发过零同步电路SYNC；

30-可控硅元件SCR；

具体实施方式

请参阅附图4、5、6、7所示，本实用新型由发热元件、可控硅元件、比较器、开关及同步电路等部件组成，该装置由集成电路和模块电路组成一整体的控制电路结构，在控制电路比较器U1的负电压输入端连接温度选择开关Ks的单刀端；在可控硅元件SCR(30)与温度选择开关Ks之间设置温度设定选择器(10)模块，在电源VCC与地之间通过电阻分压设置对应的参考电压。

所述的正温度系数发热元件的快速升温控制电路装置的控制电路的交流电源L端子连接可控硅元件SCR的正端，交流电源N端子同时连接发热元件H的一端及电阻R3的另一端后再接地；发热元件H的另一端同时连接可控硅元件SCR(30)的负端及采样开关K1的一端，可控硅元件SCR(30)的输出信号经由发热元件H后接地；

直流电源端子VCC同时连接电阻RA的的一端及电阻R1的一端；电阻R1的另一端同时连接电阻R2的一端及温度选择开关Ks的一号掷端；电阻R2的另一端同时连接电阻R3的一端及温度选择开关Ks的二号掷端，电阻R3的另一端接地；

比较器U1的正电压输入端同时连接采样开关K1的另一端及电阻RA的的另一端；比较器U1的负电压输入端连接温度选择开关Ks的单刀端，比较器U1的输出端连接可控硅触发过零同步电路SYNC(20)的输入端；

可控硅触发过零同步电路SYNC(20)的输出端同时连接控硅元件SCR的控制端及温度设定选择器(10)的输入端，温度设定选择器(10)的输出端连接温度选择开关Ks的控制端。

所述的正温度系数发热元件的快速升温控制电路装置的温度选择开关Ks或为单刀双掷开关或为单刀多掷开关。

所述的正温度系数发热元件的快速升温控制电路装置的比较器U1的负电压输入端与正电压输入端为互换端。

本实用新型快速升温控制电路如图4所示，相对于传统控制电路，快速升温控制电路增加了温度设定选择器。另外增加了由VCC在R1、R2和R3分压产生的较高设定温度TSH所对应的参考电压。同时还增加了一个单刀双掷型温度设定开关Ks。

与传统电路不同的是一开始加热时，本实用新型就提高发热元件的设定温度，然后根据实际加热功率来重新调整设定温度，使温控产品的工作面的温度迅速的达到目标温度。

温度设定选择器作用是根据检测到的实际加热功率去控制设定开关Ks。当检测到的加热功率大于全功率的某个特定比率(例如全功率的25％)时，选择较高设定温度TSH。当检测到功率小于某个特定比率时选择正常设定温度TSO+。

参见温度及功率曲线图5所示，刚开始加热时，温度设定选择器控制Ks，使发热元件在较高设定温度TSH。同传统电路类似，控制电路刚开始会以全功率(％100P)加热。当发热元件温度到达TSH时，恒温控制电路会通过调节加热功率(或加热导通率)保持该温度。温度设定选择器继续维持Ks保持在较高设定温度档TSH，此时发热元件快速向温控产品工作面传导热量。

由于在本实用新型电路中TSH与目标TSO差别较大，传导热量的速度比传统电路快，因此工作面升温速度也比传统电路快。

随着工作面温度的上升，实际加热功率会逐步减小。当温度设定选择器检测到功率下降到全功率的某个特定比率(例如25％)时，温度设定选择器控制Ks把设定温度切换到正常设定温度TSO+。

适当选择切换功率点，使得工作面的温度上升到TSO(或比较接近TSO)时恰好进行切换。切换到TSO+后，可控硅SCR会自动立即截止并停止加热。待发热元件降低到保温温度TSO+，控制电路会自动控制SCR恢复加热，并保持发热元件维持恒定温度TSO+。由于工作面的温度已经上升到了TSO(或比较接近TSO)，所以升温过程很快结束，系统进入保温状态。同传统电路类似，保温状态时，加热功率等于工作面热量散失的功率，工作面稳定恒温在TSO。

温度设定选择器是根据实际加热功率大小去控制设定开关Ks。设计不同的切换点，对加热曲线的影响有所不同。图6是切换比率点过大(例如全功率的35％)，它没有达到最快温度上升速度。图7是切换比率点过小(例如全功率的19％)，它造成温度上升过冲。

适当选择较高设定热温度TSH与正常设定温度TSO+的差值(如15度或其它)，使得切换点的功率比率点适合于温度设定选择器检测。

当升温过程结束后，由于温控产品工作面外部热负载等原因，工作面温度有时会下降。此时恒温控制电路试图维持温度不变，实际加热功率也会同时增大。当温度设定选择器检测到加热功率大于全功率的某个比率时，温度设定选择器仍然会切换回到较高设定温度TSH，以便使温控产品工作面温度尽快恢复。

本实用新型可以推广到设定几个较高设定温度(如差值15度，20度…)；同时可以设计多种切换功率比率(如10％，20％，…50％…)以便得到最佳控制。

本实用新型的实施例

请参阅附图8所示，为本实用新型实施例之一的电路原理图；其把图4中的温度采样开关K1由一个整流二极管D1替代，其中：D1的作用是：在可控硅SCR非导通期间，不会影响到温度的采样。而在可控硅SCR导通期间，阻断交流电源的高压进入比较器U1。

请参阅附图9所示，为本实用新型实施例之二的电路原理图；其把图四中单刀双掷开关Ks改换为单刀多掷开关Kms，其中：Kms的作用是：可以设定两个或更多较高设定温度(如图9中的TSH_1，TSH_2…)。

本实用新型的具体结构特征如下：

一种集成电路或模块电路装置发明，其中L和N为交流电源(110V或220V)连接端子，VCC是直流电源连接端子，SCR是可控硅元件(其引出端：正端，负端和控制端)，H是正温度系数发热元件(其引出端：1端和2端)，K1是温度采样开关(其引出端：1端和2端)，Ks为单刀双掷型温度选择开关(其引出端：控制端，单刀端，1号掷端和2号掷端)，U1是比较器(其引出端：1号输入端，2号输入端和输出端)，SYNC是可控硅触发过零同步电路(其引出端：输入端和输出端)，另外还有加热温度设定选择器(其引出端：输入端和输出端)，温度采样电阻RA(其引出端：1端和2端)，温度设定电阻R1(其引出端：1端和2端)、R2(其引出端：1端和2端)和R3(其引出端：1端和2端)。

其中：

交流电源L端子连接可控硅元件SCR的正端；

交流电源N端子同时连接发热元件的2端及电阻R3的2端；

发热元件的1端同时连接可控硅元件SCR的负端及采样开关K1的1端；

直流电源端子VCC同时连接电阻RA的的1端及电阻R1的1端；电阻R1的2端同时连接电阻R2的1端及温度选择开关Ks的1号掷端；

电阻R2的2端同时连接电阻R3的1端及温度选择开关Ks的2号掷端；

比较器U1的1号输入端同时连接采样开关K1的2端及电阻RA的2端；

比较器U1的2号输入端连接温度选择开关Ks的单刀端；

比较器U1的输出端连接可控硅触发过零同步电路SYNC的输入端；

可控硅触发过零同步电路SYNC的输出端同时连接控硅元件SCR的控制端及功温度设定选择器的输入端；

温度设定选择器的输出端连接温度选择开关Ks的控制端。

当实际加热功率大于全功率的某个特定比率点时(如全功率的25％或其它)，选择较高设定温度THS；而小于某个比率点时，选择正常设定温度TSO+。

该电路装置由VCC在R1、R2和R3分压产生正常设定温度TSO+和较高设定温度TSH所对应的参考电压，且TSH温度高于TSO+温度。

该电路装置可适当选择较高设定温度TSH与正常设定温度TSO+的差值(如15度或其它)；同时适当选择切换TSH及TSO+的特定比率点(如全功率的25％或其它)；使得温控产品的工作表面温度既可以尽快升温，同时过冲最小。

该电路装置的温度采样(即温度采样开关K1闭合)必须在可控硅SCR非导通期间进行。

Claims (4)

1、一种正温度系数发热元件的快速升温控制电路装置，该装置有发热元件、可控硅元件、比较器、开关及同步电路，其特征在于：由集成电路和模块电路组成一整体的控制电路结构，在控制电路比较器U1的负电压输入端连接温度选择开关Ks的单刀端；在可控硅元件SCR(30)与温度选择开关Ks之间设置温度设定选择器(10)模块，在电源VCC与地之间通过电阻分压设置对应的参考电压。

2、根据权利要求1所述的正温度系数发热元件的快速升温控制电路装置，其特征在于：所述的控制电路的交流电源L端子连接可控硅元件SCR的正端，交流电源N端子同时连接发热元件H的一端及电阻R3的另一端后再接地；发热元件H的另一端同时连接可控硅元件SCR(30)的负端及采样开关K1的一端，可控硅元件SCR(30)的输出信号经由发热元件H后接地；

直流电源端子VCC同时连接电阻RA的的一端及电阻R1的一端；电阻R1的另一端同时连接电阻R2的一端及温度选择开关Ks的一号掷端；电阻R2的另一端同时连接电阻R3的一端及温度选择开关Ks的二号掷端，电阻R3的另一端接地；

比较器U1的正电压输入端同时连接采样开关K1的另一端及电阻RA的的另一端；比较器U1的负电压输入端连接温度选择开关Ks的单刀端，比较器U1的输出端连接可控硅触发过零同步电路SYNC(20)的输入端；

可控硅触发过零同步电路SYNC(20)的输出端同时连接控硅元件SCR的控制端及温度设定选择器(10)的输入端，温度设定选择器(10)的输出端连接温度选择开关Ks的控制端。

3、根据权利要求1所述的正温度系数发热元件的快速升温控制电路装置，其特征在于：所述的温度选择开关Ks或为单刀双掷开关或为单刀多掷开关。

4、根据权利要求1所述的正温度系数发热元件的快速升温控制电路装置，其特征在于：所述的比较器U1的负电压输入端与正电压输入端为互换端。

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