CN201629560U - 高可靠防失控的复合式温度控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高可靠防失控的复合式温度控制电路，包括供电电源、继电器的触点开关、电热负载和前级控温开关或前级超限控温电路相串连构成的回路，还包括感应所述的电热负载的温度的温度传感电路以及带有串控开关的后级防失控的异常保控电路，温度传感电路与后级防失控的异常保控电路相连，后级防失控的异常保控电路中的串控开关与所述的继电器的驱动端相连。本实用新型避免了控温电路中存在的因双金属片控温器容易打火粘连而该断电时不能断电、因温度保险管功效不能检验而仅有一次保险机会给用户所存在的严重的安全隐患，通过后级防失控的异常保控电路的设置，防止温度失控效果好，保险功效可验证，可靠性高，有重要的实用价值。

Description

高可靠防失控的复合式温度控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种温度控制电路，尤其涉及一种高可靠防失控的复合式温度控制电路。

背景技术

目前，在某些小家电中所应用的简易控温及其保护电路，多数是采用串联双金属片控温器TZ及两只温度保险管Fs1、Fs2来控制电热管W(负载)温度的，如图8所示，某些电路中串有继电器J及电子电路是作其它控制用途的。这种技术虽然简单实用，但在大批量生产的产品中存在着严重的安全隐患。因为双金属片控温器TZ内触点工作时间长了容易打火粘连，不能断电，温度持续上升，而后备的温度保险管在大批量生产时，难免有少数失效失控，况且它只有一次使用机会，其功效不能检验，仅有一次保险机会给用户，并且无法保证给用户的一次机会是绝对可靠的，所以用温度保险管作控温保护并不能绝对保险，仍然存在严重的安全隐患。若不幸遇上电路失控不能断电的情况，将引起火灾，给用户和生产厂家造成的损失都是巨大的。上述技术问题和缺陷，在行业内是常见之事，由于某些因素的影响，至今未得到根本性的解决。

发明内容

本实用新型主要解决原有控温电路中采用的双金属片控温器容易打火粘连，该断电时不能断电，并且温度保险管其功效不能检验，仅有一次保险机会给用户，仍然存在严重的安全隐患的技术问题；提供一种防止温度失控效果好、其功效可验证、可靠性高、有重要的实用价值的高可靠防失控的复合式温度控制电路。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括供电电源、继电器的触点开关、电热负载和前级控温开关或前级超限控温电路相串连构成的回路，还包括感应所述的电热负载的温度的温度传感电路以及带有串控开关的后级防失控的异常保控电路，温度传感电路与后级防失控的异常保控电路相连，后级防失控的异常保控电路中的串控开关与所述的继电器的驱动端相连。电路工作时，后级防失控的异常保控电路会检测前级控温开关(如双金属片控温器)、前级超限控温电路及温度传感电路是否正常工作，一旦发现异常故障，后级防失控的异常保控电路会输出控制信号给串控开关的控制端，使串控开关中至少有一个开关断开，从而切断继电器的驱动电压，使继电器的触点开关断开，切断电热负载的供电电源，使电热负载断电而停止加热，确保用电安全。有效避免了双金属片控温器、温度保险管处于失控失效状态引发的安全隐患。

作为优选，所述的后级防失控的异常保控电路包括越顶控温电路和触底反断电路，还包括延时断开电路和/或触顶即断电路，所述的温度传感电路与越顶控温电路、触底反断电路均相连，所述的温度传感电路也与延时断开电路和/或触顶即断电路相连，所述的越顶控温电路、触底反断电路、延时断开电路和/或触顶即断电路分别与后级防失控的异常保控电路中的串控开关的多个控制端相连，串控开关与所述的继电器的驱动端相连。延时断开电路和触顶即断电路可配合越顶控温电路选择使用。当前级失效失控时，越顶控温电路立即输出控制信号断开与之相连的串控开关使继电器的触点开关断开，关断电热负载电源，保证安全。采用触底反断电路，设置底限保控，当热敏电阻出现断线故障时，输出控制信号断开与之相连的串控开关使继电器的触点开关断开，关断电热负载电源。当前级控温电路失效失控后，后级控温保护电路顶替时，延时断开电路启动计数、定时功能，超过一定的使用时间，输出控制信号断开与之相连的串控开关使继电器的触点开关断开，电热负载将永久切断电源，并禁止恢复使用，避免继电器超过使用寿命，发生触点粘连失控的事故。触顶即断电路是个手动控制开关，必要时可选择使用，当前级失效失控时，温度升高触越顶限，可很快使电热负载永久断电，并禁止恢复使用，保证安全，在使用前可验证防失控功效，放心使用。串控开关中的每个开关由上述越顶控温电路、触底反断电路、延时断开电路和触顶即断电路一一对应控制，串控开关中只要有一个开关断开，继电器就失去驱动电压，其常开触点分离，使电热负载断电停止加热，确保用电安全。

作为优选，所述的后级防失控的异常保控电路包括单片机电路，单片机电路的输入端接所述的温度传感电路，单片机电路的多个输出端分别与所述的串控开关的多个控制端相连，串控开关接所述的继电器的驱动端。单片机电路检测温度传感电路是否发生故障，若发生故障，单片机电路的输入端有信号输入，经过单片机内部程序处理，单片机输出端输出控制信号断开与之相连的串控开关使继电器的触点开关断开，使电热负载断电停止加热，确保用电安全。所述的串控开关一般由二到四个三极管串联构成，只要有一个三极管断开，继电器就失去驱动电压，其常开触点分离，加热负载断电。有效防止三极管可能存在的故障，确保万无一失。

作为优选，所述的串控开关包括多个相串联的三极管，三极管的基极为串控开关的控制端，第一个三极管的集电极接所述的继电器的驱动端的负极，则最后一个三极管的发射极接地；或者第一个三极管的集电极接所述的继电器的驱动端的正极，则最后一个三极管的发射极接电压V+。

本实用新型的有益效果是：1.采用越顶控温电路，当正常控温的前级控温电路发生异常故障失控时，后级能立即接替前级控温或作异常保护，不会引起系统电路失控2.采用触底反断电路，设置底限保控，可以防止热敏电阻因断线引起的失控。3.后级设置延时断开电路，当前级控温电路失效失控后，后级控温保护电路顶替时，启动计数、定时功能，超过一定的使用时间，控制电路将永久切断电源，并禁止恢复使用，避免继电器超过使用寿命，发生触点粘连失控的事故。4.设置触顶即断电路，当前级失效失控时，温度升高触及顶限，可很快关断电源，并禁止恢复使用，保证安全，在使用前可验证防失控功效，放心使用。5.采用多个三极管集射极串联作为串控开关，控制继电器进而再控制负载电源，只要串控开关中有一个三极管载止，就可断开负载电源。因而，能有效可靠地防止某个三极管(开关)短路引起的失控，保证安全。6.在延时断开电路中，设置电容短路保护电路，不仅能有效防止充电电容短路引起的计时满不能断电的失控，而且还有自动顶替前级触底反断电路的功能。上述措施，从根本上解决了电路内外失控的技术问题。由于充分利用了原有电路中继电器和电子电路的资源和性能，还省去了原有不可靠的温度保险管，所以成本并未增加，反而略降低了。本实用新型防止温度失控效果好，其功效可验证，可靠性高，确保用电安全，具有重要的实用价值。

附图说明

图1是本实用新型的一种电路原理框图。

图2是实施例1的电路原理图。

图3是实施例2的电路原理图。

图4是实施例3的电路原理图。

图5是实施例4的电路原理图。

图6是实施例5的电路原理图。

图7是实施例6的电路原理图。

图8是现有公知的简易控温电路的一种电路原理框图。

图中1.前级控温开关，2.继电器，3.电热负载，4.温度传感电路，5.前级超限控温电路，6.越顶控温电路，7.延时断开电路，8.触顶即断电路，9.触底反断电路，10.串控开关，11.单片机电路，12.供电电源，18.后级防失控的异常保控电路。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的高可靠防失控的复合式温度控制电路，如图1所示，包括供电电源12、继电器2的触点开关、电热负载3和前级控温开关1相串连构成的回路，还包括感应电热负载3的温度的温度传感电路4以及带有串控开关10的后级防失控的异常保控电路18。后级防失控的异常保控电路18包括越顶控温电路6、触底反断电路9、延时断开电路7和触顶即断电路8，温度传感电路4与越顶控温电路6、触底反断电路9、延时断开电路7和触顶即断电路8均相连，越顶控温电路6、触底反断电路9、延时断开电路7和触顶即断电路8分别与后级防失控的异常保控电路18中的串控开关10的多个控制端相连，串控开关10与继电器2的驱动端相连。

本实施例具体的电路图如图2所示，双金属片控温器TZ2为前级控温开关1，电热管W2为电热负载3，负温度系数热敏电阻Ntc2为温度传感电路4，电压比较器B21和B22为越顶控温电路6，电压比较器B23和B24为触底反断电路9，PC2/TMR2为延时断开电路7，开关K2就是触顶即断电路，三极管VT21、VT22相串联构成串控开关10。

电路上电之初，电热管W2与其外壳上固定的双金属片控温器TZ2和负温度系数热敏电阻Ntc2的温度都较低。热敏电阻Ntc2在低温时阻抗很大，将电路中Vi20和Vi21(Vi22)两点电位降得很低。又由于电阻R215和R216的分压点Vi21(Vi22)上对电路地端接有电容C21，使分压点Vi21(Vi22)电位在上电之初也很低，随着电容C21迅速充电，Vi21(Vi22)电位很快高于集成电压比较器B24、B23的反相输入端(底限设置端Vd20)电位，即Vd20＜Vi21(Vi22)，因此电路中集成电压比较器B21~B24的输出端Vo21、Vo22、Ve21、Ve22全部输出悬空的高电平，将Vz21(Ve21)端电位置为B21的控温点上限电位，Vz22电位置为B22的控温点上限电位，Vo21端的高电平经电阻R23推动三极管VT21导通，Vo22和Ve22端的高电平经电阻R26推动三极管VT22导通，使继电器JB2的驱动端负极与电源电压负极(接地端)接通，继电器JB2常开触点JB2-1、JB2-2吸合，接通市电供电电源的L、N两端。同时，在电热管W2的交流电回路中串接的双金属片控温器TZ2在低温时也处于接通状态，故电热管W2通电升温。当温度上升高于双金属片控温器TZ2控温点上限时，TZ2内触点弹开切断电源，使电热管W2断电降温；当温度低于TZ2控温点下限时，TZ2又接通电源，电热管W2温度又上升，进入下一控温循环。在TZ2进行控温循环过程中，继电器JB2始终处于吸合接通的守备状态，因为继电器JB2所属后级控温电路的控温点顶限要高于TZ2控温点上限，所以系统正常控温任务是由双金属片控温器TZ2完成的。

当双金属片控温器TZ2发生异常故障失控不能断电时，电热管W2继续通电升温，Ntc2阻值变小，使Vi20和Vi21(Vi22)电位上升，当Vi21(Vi22)电位高于VZ21和VZ22两端点的顶限电位时，电压比较器B21、B22的输出端Vo21、Vo22电位由高变低，一方面经电阻R22和R210拉低VZ21和VZ22两点电位(置于控温点下限电位)，另一方面，使三极管VT21、VT22失去基流而截止，继电器驱动端断电，其触点JB2-1、JB2-2断开，电热管W2停止加热，W2开始降温，Ntc2阻值增大，Vi20、Vi21(Vi22)电位下降，当Vi21(Vi22)电位低于VZ21和VZ22两点的下限电位时，又使电压比较器B21、B22输出高电平，Vo21高电位经电阻R23推动三极管VT21导通，Vo22高电位经发光管LED22(电流小不发光)、电阻R26推动三极管VT22导通，继电器JB2被驱动，其常开触点吸合，又接通电热管W2电源，W2又升温，使后备控温电路进入下一控温循环。由于后备控温电路是由B21-VT21和B22-VT22两个单元电路并行工作的，互为守备状态，所以只要有一个能正常工作，另一个发生失控或三极管集射两极短路时，系统电路仍然能正常工作，即该断电时仍能断电，避免了异常时不能断电的失控状态。

为了可靠地防止失控，在后备控温循环阶段中，采取了计数或延时断电的措施，即设置了延时断开电路PC2/TMR2，当后备级控温循环电路启动工作时，VB2端点电位时高时低触发延时断开电路PC2/TMR2开始计数或计时，当计数或计时满溢出高电平，经二极管D23反馈到输入端Vi21(Vi22)，使电路始终锁定在三极管VT21、VT22截止、继电器JB2释放断电状态，避免了继电器JB2因频繁动作控温失效而失控的事故。

另外，还采取了一种快速有效防止失控的措施，即在后级防失控的异常保控电路中设置了触顶即断电路8，由开关K2和二极管D22组成，需要使用时，将开关K2闭合(不用时断开)，当前级控温电路失控后，温度升高，Ntc2阻值变小，Vi21(Vi22)电位上升越触顶限时，在VB2端点产生的高电位，经二极管D22反馈到Vi21(Vi22)，立即将电压比较器B21、B22电路锁定在三极管VT21、VT22截止，继电器JB2释放断电状态。这就便于使用前快速验证防失控的功效。

为了防止Ntc2断线产生失控，还设置了触底反断电路，由B24、B23和电阻R24、R25、R211、R212、发光二极管LED21、LED22组成。当Ntc2发生异常断线故障时，Vi20电位极低，Vi21(Vi22)电位也低于Vd20端所设底限电位，使电压比较器B24、B23输出端Ve21、Ve22电位由高变低，一方面使三极管VT21、VT22截止，继电器JB2释放断电，防止了B21、B22失控；另一方面，使发光二极管LED21、LED22中都有大电流通过而发光，显示Ntc2发生了断线故障。由于B24-VT21和B23-VT22也是两个单元并行工作，互为守备，只要有一个能正常工作，就不会发生系统失控。

由上述工作过程和原理可知：本电路防止失控能力强，可靠性高，且成本也低，在简易控温保护电路中，有重要的实用价值。

实施例2：本实施例的高可靠防失控的复合式温度控制电路，如图3所示，双金属片控温器TZ3为前级控温开关1，电热管W3为电热负载3，负温度系数热敏电阻Ntc3为温度传感电路4，集成运算放大器A32为越顶控温电路6，集成运算放大器A31为触底反断电路9，集成运算放大器A33、A34、A35和电阻R35、电容C31及辅助元件为延时断开电路7(其中运算放大器A33为电容短路保护电路，也兼备后级触底反断电路的功能，运算放大器A34是为电容放电而设，使连续两次定时误差较小)，开关K3和二极管D31就是触顶即断电路8，三极管VT31、VT32为串控开关10。

电路上电之初，负载W3与其外壳上固定的双金属片控温器TZ3和负温度系数热敏电阻Ntc3的温度都较低。串接于电阻R30和R31之间的热敏电阻Ntc3在低温时阻抗很大，将电阻R32两端的Vi30和Vi31两点电位降得很低。由于输入端Vi31电位低于基准点Vm31(电阻R316串R317的分压点)电位，高于底限Vd31(电阻R315串R316的分压点)电位，使第①单元控温电路(图中上面一个虚线框)中集成运算放大器A31的输出端Ve31输出高电平，为三极管VT31发射极提供电压源；使集成运算放大器A32的输出端Vo31输出低电平，一方面，经电阻R33拉动三极管VT31导通，另一方面，Vo31端的低电平经电阻R318正反馈，使Vi31点电位降得更低，但仍然高于底限Vd31电位。Vo31端的低电平，不能使电阻R35、二极管D31对电容C31充电，因而Vi32端点电位低于基准点Vm32(电阻R312串R314的分压点)电位，高于底限Vd32(电阻R313串R314的分压点)电位，使第②单元延时电路(图中下面一个虚线框)中集成运算放大器A35的输出端Vo32输出低电平，将三极管VT32发射极置为低电位；使第②单元定时电路中集成运算放大器A33的输出端Ve32输出高电平，经电阻R38推动三极管VT32导通；集成运算放大器A34输出端Vf32输出高电位(与Vo32电位是反相的)经二极管D34隔离后，为电容C31充电准备了条件。因此，上电之初，电路中两个三极管VT31、VT32同时处于导通状态。因而，继电器JB3吸合，其常开触点JB3-1、JB3-2闭合接通交流市电电源的L、N两端。同时，在电热负载W3的交流电源回路中串接的双金属片控温器TZ3在低温时也处于接通状态，使电热负载W3通电升温，当温度上升高于控温器TZ3控温点上限时，TZ3内触点弹开切断电源，使电热负载W3断电降温，当温度低于TZ3控温点下限时，TZ3又接通电源，电热负载W3温度又上升，进入下一控温循环。在TZ3进行控温循环过程中，继电器JB3始终处于吸合接通的守备状态，因为继电器JB3所属的后级防失控的异常保控电路的控温点顶限要高于TZ3控温点上限，所以系统正常控温任务是由双金属片控温器TZ3完成的，而由Ntc3→A31～A35→JB3所组成的后级防失控的异常保控电路是承担后备控温及异常故障保护任务的。

当双金属片控温器TZ3发生异常故障失控不能断电时，电热负载W3继续通电升温，Ntc3阻值变小，使Vi30和Vi31两点电位上升，当Vi31端点电位高于基准点Vm31电位时，集成运算放大器A32的输出端Vo31电位由低变高，一方面经电阻R318正反馈，使Vi31端点电位更高；另一方面使三极管VT31截止；还有一方面经二极管D31、电阻R35对电容C31充电，此时，如果电热负载W3散热很慢(降温缓慢)，热敏电阻Ntc3的阻值增大也缓慢，Vi30和Vi31两点电位下降也缓慢，输出端Vo31长时间处于高电位状态，使二极管D31、电阻R35连续不断对电容C31充电升压，经电阻R36串R311分压后，使输入端Vi32电位很快高于基准点Vm32电位，触发集成运算放大器A35，使其输出端Vo32电位由低变高，三极管VT32截止，继电器JB3释放(线圈反电势由二极管D32消除)断电，同时反馈电阻R311使Vi32端点电位更高，并锁定这一状态；  如果电热负载W3散热很快(降温很快)，热敏电阻Ntc3的阻值增大速度也很快，Vi30和Vi31两点电位下降也很快，当输入端Vi31电位低于基准点Vm31电位时，触发集成运算放大器A32，使其输出端Vo31电位由高变低，电阻R35、R34又将电容C31所充电量放掉一部份，同时又经电阻R33拉动三极管VT31导通，于是，后级防失控的异常保控电路进入控温循环阶段，输出端Vo31电位连续高低变化多次，使电容C31所充电量也越来越多，最终使Vi32端点电位高于基准点Vm32电位，触发集成运算放大器A35，使其输出端Vo32电位由低变高，三极管VT32截止，继电器JB3释放断电，同时反馈电阻R311使Vi32端点电位更高，并锁定这一稳定状态。避免继电器JB3因频繁动作控温失效而发生失控。从而实现了控温延时断电的功能，而且延时长短是根据负载W3控温循环快慢自动调节的。三极管VT32截止，使二极管D33正极与电阻R39串R310的连接点电位升高，于是发光二极管LED30发光，显示负载电路处于断电状态。

当电容C31发生短路时，Vi32电位低于底限Vd32电位，触发集成运算放大器A33，使其输出端Ve32电位由高变低，三极管VT32截止，所以集成运算放大器A33是防止电容C31发生短路引起失控的，也可以作为后级触底反断电路。  当集成运算放大器A35的输出端Vo32为高电位时，经集成运算放大器A34反相使输出端Vf32为低电平(二极管D34是隔离A34输出端高电平的)，将电容C31所充电量放完，使前后连续两次定时误差较小。因此，第②单元延时电路(图中下面一个虚线框)是一种定时误差较小、又能防止电容C31发生短路引起失控、还能作为后级顶替前级触底反断电路9的延时断开电路。

为了可靠防止失控，还采取了一种快速有效防止失控的措施，即在后级防失控的异常保控电路中设置了触顶即断电路，由开关K3和二极管D31组成，需要使用时，将开关K3闭合(不用时断开)，当前级控温电路失控后，温度升高，Ntc3阻值变小，Vi30、Vi31两点电位上升，触发集成运算放大器A32，其输出端Vo31电位由低变高，使三极管VT31截止，继电器JB3释放断电。同时，由于V031高电位经二极管D31、开关K3直接正反馈到集成运算放大器A32的正相(+)输入端Vi31形成钳位自锁，此后，Vi30电位降低时，也不能触发A32往回翻转。因此，输入端Vi31电位升高触及顶限后三极管VT31始终锁定在截止状态，继电器JB3持续释放断电。这就便于使用前快速验证防失控的功效。

为了防止Ntc3断线产生失控，还设置了触底反断电路，由集成运算放大器A31和电阻R32、R33组成。当Ntc3发生异常断线故障时，Vi30电位极低，Vi31电位也低于Vd31电位，使集成运算放大器A31输出端Ve31电位由高变低，三极管VT31截止，继电器JB3释放断电，防止了Ntc3断线引起的失控。

由于本电路通电工作的逻辑关系设计为：集成运算放大器A31、A33的输出端Ve31、Ve32输出高电位，为三极管提供基极电流源(或者为负载继电器提供电压源)；集成运算放大器A32、A35的输出端Vo31、Vo32输出低电位吸入电流，让三极管处于导通、继电器JB3处于吸合状态。当输出端Ve31、Vo31、Ve32、Vo32与三极管基极电流通路发生开路或脱焊时，三极管只会截止，不会导通，继电器JB3只会释放断电，不会吸合，从而避免了制造和使用中常见的开路或脱焊故障引起的失控。

由上述工作过程和原理可知：本电路防止失控能力强，可靠性高，且成本也低，用于简易控温电路的安全保护，有重要的实用价值。

实施例3：本实施例的高可靠防失控的复合式温度控制电路，如图4所示，后级防失控的异常保控电路18包括单片机电路11，串控开关10由四个三极管VT41、VT42、VT43和VT44相串联构成，单片机电路11的两个输入端并接后与作为温度传感电路4的热敏电阻Ntc4的一端相连，单片机电路11的四个输出端分别经电阻与上述四个三极管的基极相连，三极管VT44的发射极接地，三极管VT41的集电极接继电器JB4的驱动端的负极。本实施例中电热负载W4的工作回路同实施例1。

单片机电路检测热敏电阻是否发生断线故障，若发生故障，单片机电路的两个输入端有信号输入，经过单片机内部程序(模拟图1～3、图5～7电路功能)处理，单片机的四个输出端有相应的控制信号使某些三极管处于截止状态，则继电器JB4无驱动电压，其常开触点分离，使电热负载W4断电停止加热，确保用电安全。本实施例中只要有一个三极管断开，继电器就失去驱动电压，加热负载断电，有效防止三极管可能存在的故障，确保万无一失。

实施例4：本实施例的高可靠防失控的复合式温度控制电路，如图5所示，双金属片控温器TZ5为前级控温开关1，电热管W5为电热负载3，正温度系数热敏电阻Pte5和/或TZa5均为温度传感电路4，同时又兼备越顶控温电路6和触顶即断电路8的功能，IC5及其外围元件所组成的第①单元电路是第一个延时断开电路7，同时又兼备触底反断电路9和电容C51短路保护的功能。集成电压比较器B51、B52、B53及其外围元件所组成的第②单元电路是第二个延时断开电路7，同时也兼备第二个触底反断电路9和电容C52短路保护的功能。第①、第②单元并行工作是为增加可靠性而设置，三极管VT50、VT51、VT52、VT53相串联构成串控开关10。

电路上电之初，电热管W5与其外壳上固定的双金属片控温器TZ5及正温度系数热敏电阻Ptc5、控温器TZa5都处于低温状态，略高于环境温度。热敏电阻Ptc5在低温时，阻值很小，产生的电压降也很小；控温器TZa5在低温时，直接接通电路，其触点接触电阻更小。同时，第①单元电路(图中上面一个虚线框)和第②单元电路(图中下面一个虚线框)都会输出高电平，让三极管VT50、VT51、VT52、VT53处于导通状态，使继电器JB5线圈通电吸合，其常开触点JB5-1、JB5-2接通电热管W5的交流市电电源的L、N两端，双金属片控温器TZ5在低温时，也处于接通状态，负载W5通电加热升温。当温度高于TZ5上限时，TZ5断电降温，当温度低于TZ5下限时，TZ5又接通电源，负载W5又通电升温，进入下一个控温循环。在循环控温过程中，继电器JB5始终处于吸合接通电路的守备状态，因为热敏电阻Ptc5的居里点温度和控温器TZa5的控温点顶限要高于控温器TZ5上限，所以系统正常控温任务是由双金属片控温器TZ5来完成的，而热敏电阻Ptc5和控温器TZa5是用来承担后备级控温及异常故障保护控制任务的。

第①单元延时电路主要由IC5(时基电路556)、三极管VT50、VT51、发光二极管LED51、电阻R50、R51～R55、电容C51、C53组成，其作用是控制三极管VT50、VT51导通与截止的，其功能是对后备级控温电路进行延时断电和电容短路保护及触底反断保护的。电路上电之初，因电阻R53、R54才开始对电容C51充电，输入端Vi51处于低电位(＜0.4V)状态，IC5被其第4脚复位，使IC5的第5脚(输出端VO51)输出低电平，三极管VT51截止，VB5端电位升高，电阻R53、R54可继续对电容C51充电，输入端Vi51电位上升，当输入端Vi51电位上升至＞1V时，IC5的第6、8两脚受低电平触发有效，使IC5的第9、5两脚(输出端VO50、VO51)都输出高电平(此时LED51不发亮)，经电阻R50、R51推动三极管VT50、VT51导通，于是VB5端电位降低，使电阻R53、R54停止对电容C51充电，并维持在此种低电位状态。IC5的第3、11两脚对地所接电容C53是用于抗干扰的。

第②单元延时电路主要由集成电压比较器B51、B52、B53、三极管VT52、VT53、发光二极管LED52及电阻R56～R513、电容C52组成。其作用是控制三极管VT52、VT53导通与截止的。电路上电之初，因电容C52开始充电，Vi52点电位低于电阻R56串R57的分压点Vd52底限电位，因此电压比较器B53输出端Ve52输出低电位。一方面，经电阻R511抬升，使VO52点电位高于Vi52点电位，于是电压比较器B51、B52输出开路悬空的高电位状态，Vf52点的悬空，为电阻R58、R59对电容C52充电准备了条件；另一方面，使三极管VT52、VT53截止，VB5端电位升高，让电阻R58、R59可对电容C52继续充电，Vi52电位很快高于Vd52电位，于是电压比较器B53输出端Ve52输出高电位，经电阻R512、R513推动三极管VT52、VT53导通，VB5端电位降低，使电阻R58、R59停止对电容C52充电，并维持在此种低电位状态。

当双金属片控温器TZ5失控不能断电时，温度继续升高，高于控温器TZa5的顶上限温度而断开，或高于热敏电阻PTC5的居里点温度，使其电阻急剧增大，VB5点电位升高接近V+。一方面使继电器释放，断开负载W5电源；另一方面，电阻R53、R54对电容C51充电，电阻R58、R59对电容C52充电，使第①单元电路输入端Vi51和第②单元电路输入端Vi52电位升高。

当第①单元延时电路输入端Vi51电位升高至大于IC5第2、12两脚的阈值电压时，IC5被触发翻转，其第5、9、13三脚输出低电平，一方面将IC5的第10脚置于低电位(＜0.3V)，也使发光二极管LED51发光，另一方面使三极管VT50、VT51截止。IC5第10脚(复位端)的低电位(＜0.4V)又将第9脚(输出端)持续锁定(复位)于低电位，同时也使IC5的第8脚和第12脚输入无效。IC5的第13脚低电位，将电容C51快速完全放电(为下次充电作好准备，使前后两次充电时间误差较小)，使输入端Vi51电位降低(＜0.4V)，将IC5的第4脚(复位端)置于低电位(＜0.4V)，又使IC5的第5脚(输出端)持续锁定(复位)在低电位状态，此时IC5的第6脚和第2脚输入无效。IC5的第5脚和第9脚被持续锁定(复位)在低电位状态，使三极管VT50、VT51也持续处于截止状态，只有待电路中断电源后，才能解除这种锁定的截止状态。IC5的第4脚(复位脚)与输入端Vi51相连接的作用是：防止电容C51短路不能充电、输入端Vi51电位不能上升触发IC5输出低电平、不能截止三极管VT50、VT51使负载断电而引起电路失控的。

当第②单元延时电路输入端Vi52电位上升高于VO52电位时，则电压比较器B51、B52被触发翻转，输出低电平。VO52的低电平，一方面使LED52通电发光，另一方面使三极管VT52、VT53截止；电压比较器B52输出端Vf52的低电平，让电容C52快速放电完毕，为下次充电作好准备，使前后两次充电时间误差较小，同时也使输入端Vi52电位降低。但由于电压比较器B51的输出端与其正相输入端并在一点(VO52)，直接形成正反馈，使电压比较器B51、B52正相端VO52电位极低，低于电压比较器B51、  B52反相输入端Vi52电位，将电压比较器B51、B52、B53输出端VO52、Vf52、Ve52都始终锁定在低电位状态，使三极管VT52、VT53始终处于截止状态。只有等电路中断电源后，才能解除这种状态。电压比较器B53的作用是：防止C52击穿短路时，输入端Vi52电位不能上升，三极管VT52、VT53不能截止，继电器不能断电，而引起电路失控的。

三极管VT50、VT51、VT52、VT53的截止，是在前级TZ5异常失控后，负载W5温度升高，高于控温器TZa5的上限控温点和热敏电阻Ptc5的居里点温度，控温器TZa5断开，热敏电阻Ptc5阻值急剧增大，使VB5点电位升高，让电阻R53、R54对电容C51充电和让电阻R58、R59对电容C52充电一定时间后产生的。三极管VT50、VT51、VT52、VT53截止后，由于第①单元和第②单元电路将锁定这一状态。因此，热敏电阻Ptc5和控温器TZa5降温后，恢复接通时，继电器JB5仍然不能通电，持续释放，常开触点JB5-1、JB5-2持续断开负载W5的交流电源。这种状态也只有当系统电路中断电源后，才能解除。

第①单元电路和第②单元电路结构不同，但功能、效果相同。两单元电路并行工作，互为守备，是为了增加系统可靠性而设的。在要求不高的情况下，只用第①单元电路或第②单元电路都可以。

由上述电路的工作过程和原理可知：本电路的防失控性能较好，其有效性是可以验证的，可靠性很高，用于简易控温电路的安全保护，因而有重要的实用价值。

实施例5：本实施例的高可靠防失控的复合式温度控制电路，如图6所示，双金属片控温器TZ6为前级控温开关1，电热管W6为电热负载3，负温度系数热敏电阻Ntc6为温度传感电路4，电压比较器B62为越顶控温电路6，电压比较器B61为触底反断电路9，K6串接D61为触顶即断电路8，电压比较器B65为延时断开电路7，电压比较器B63为电容短路保护电路，也兼备后级触底反断电路的功能，电压比较器B64是为电容放电而设，使连续两次定时误差较小。三极管VT60、VT61、VT62和VT63相串联构成串控开关10。

电路上电之初，负载W6与其外壳上固定的双金属片控温器TZ6和负温度系数热敏电阻Ntc6的温度都较低。串接于电阻R60和R61之间的热敏电阻Ntc6在低温时阻抗很大，将电阻R32两端的Vi60和Vi61两点电位降得很低。由于Vi61端点电位低于基准点Vm61(电阻R616串R617的分压点)电位，高于底限Vd61(电阻R615串R616的分压点)电位，使第①单元电路(图中上面一个虚线框)中集成电压比较器或运算放大器B62、B61的输出端Vo61、Ve61输出低电平，一方面，Vo61端的低电平经电阻R63拉动三极管VT61导通，Ve61端的低电平经电阻R619拉动三极管VT60导通；另一方面，Vo61端的低电平经电阻R618正反馈，使Vi61点电位降得更低，但仍然高于底限Vd61电位。Vo61端的低电平，不能使电阻R65、二极管D61对电容C61充电，因而Vi62端点电位低于基准点Vm62(电阻R612串R614的分压点)电位，高于底限Vd62(电阻R614串R613的分压点)电位，使第②单元电路(图中下面一个虚线框)中集成电压比较器(或运算放大器)B65、B63的输出端Vo62、Ve62输出低电平，Vo62端的低电平经电阻R67拉动三极管VT63导通，Ve62端的低电平经电阻R68拉动三极管VT62导通；集成电压比较器B64输出端Vf62输出高电位(与Vo62电位是反相的)，经二极管D64隔离后，为电容C61充电准备了条件。因此，上电之初，电路中四个三极管VT60、VT61、VT62、VT63同时处于导通状态。于是，继电器JB6吸合，其常开触点JB6-1、JB6-2闭合接通交流市电电源的L、N两端。同时，在负载W6的交流电源回路中串接的双金属片控温器TZ6在低温时也处于接通状态，使负载W6通电升温，当温度上升高于控温器TZ6控温点上限时，TZ6内触点弹开切断电源，使负载W6断电降温，当温度低于TZ6控温点下限时，TZ6又接通电源，负载W6温度又上升，进入下一控温循环。在TZ6进行控温循环过程中，继电器JB6始终处于吸合接通的守备状态，因为继电器JB6所属的后级防失控的异常保控电路的控温点顶限要高于TZ6控温点上限，所以系统正常控温任务是由双金属片控温器TZ6完成的，而由Ntc6→B60～B65→JB6所组成的后级防失控的异常保控电路是承担后备控温及异常故障保护任务的。

当双金属片控温器TZ6发生异常故障失控不能断电时，负载W6继续通电升温，Ntc6阻值变小，使Vi60和Vi61两点电位上升，当Vi61端点电位高于基准点Vm61电位时，集成电压比较器B62的输出端Vo61电位由低变高，一方面经电阻R618正反馈，使Vi61端点电位更高；另一方面使三极管VT61截止；还有一方面经二极管D61、电阻R65对电容C61充电，此时，如果电热负载W6散热很慢(降温缓慢)，热敏电阻Ntc6的阻值增大也缓慢，Vi60和Vi61两点电位下降也缓慢，输出端Vo61长时间处于高电位状态，使二极管D61、电阻R65连续不断对电容C61充电升压，经电阻R66串R611分压后，使输入端Vi62电位很快高于基准点Vm62电位，触发集成电压比较器B65，使其输出端Vo62电位由低变高，三极管VT63截止，继电器JB6释放(线圈反电势由二极管D62消除)断电，同时反馈电阻R611使Vi62端点电位更高，并锁定这一状态；如果电热负载W6散热很快(降温很快)，热敏电阻Ntc6的阻值增大速度也很快，Vi60和Vi61两点电位下降也很快，当输入端Vi61电位低于基准点Vm61电位时，触发集成电压比较器B62，使其输出端Vo61电位由高变低，电阻R65、R64又将电容C61所充电量放掉一部份，同时又经电阻R63拉动三极管VT61导通，于是，后级防失控的异常保控电路进入控温循环阶段，输出端Vo61电位连续高低变化多次，使电容C61所充电量也越来越多，最终使Vi62端点电位高于基准点Vm62电位，触发集成电压比较器B65，使其输出端Vo62电位由低变高，三极管VT63截止，继电器JB6释放断电，同时反馈电阻R611使Vi62端点电位更高，并锁定这一稳定状态。避免继电器JB6因频繁动作控温失效而发生失控。从而实现了控温延时(定时)断电的功能，而且延时(定时)长短是根据负载W6控温循环快慢自动调节的。任何一个三极管截止，都会使二极管D63负极与电阻R69串R610的连接点电位降低，于是发光二极管LED60发光，显示继电器处于释放断电状态。

为防止充电电容C61短路引起失控，设置了集成电压比较器或运算放大器B63，当电容C61发生短路时，Vi62电位低于底限Vd62电位，触发集成电压比较器或运算放大器B63，使其输出端Ve62电位由低变高，三极管VT62截止，所以集成电压比较器或运算放大器B63是防止充电电容C61发生短路引起失控的，也可以作为后级触底反断电路。当集成电压比较器或运算放大器B65的输出端Vo62为高电位时，经集成电压比较器或运算放大器B64反相为低电平(二极管D64是隔离B64输出端高电平的)，将电容C61所充电量放完，使前后连续两次定时误差较小。因此，第②单元延时(定时)电路(图中下面一个虚线框)是一种定时误差较小、又能防止电容C61发生短路引起失控、还能顶替触底反断电路9的延时(定时)断开电路。

为了可靠防止失控，还采取了一种快速有效防止失控的措施，即在后级防失控的异常保控电路中设置了触顶即断电路8，由开关K6和二极管D61组成，需要使用时，将开关K6闭合(不用时断开)，当前级控温电路失控后，温度升高，Ntc6阻值变小，Vi60、Vi61两点电位上升，触发集成电压比较器B62，其输出端Vo61电位由低变高，使三极管VT61截止，继电器JB6释放断电。同时，由于V061高电位经二极管D61、开关K6直接正反馈到集成电压比较器B62的正相输入端Vi61形成钳位自锁，此后，Vi60电位再降低时，也不能触发B62往回翻转。因此，输入端Vi61电位升高触顶后三极管VT61始终锁定(稳定)在截止状态，继电器JB6持续释放断电。这就便于使用前快速验证防失控的功效。

为了防止Ntc6断线产生失控，还设置了触底反断电路，由集成电压比较器B61和三极管VT60及电阻R620、R619组成。当Ntc6发生异常断线故障时，Vi60电位极低，Vi61电位也低于Vd61电位，使集成电压比较器B61输出端Ve61电位由低变高，三极管VT60截止，继电器JB6释放断电，防止了Ntc6断线引起的失控。

由于本电路通电工作的逻辑关系设计为：集成电压比较器B61、B62、B63、B65的输出端Ve61、Vo61、Ve62、Vo62在低电位吸入电流时，让三极管处于导通、继电器JB6处于吸合状态。当输出端Ve61、Vo61、Ve62、Vo62与三极管基极电流通路发生开路或脱焊时，三极管只会截止，不会导通，继电器JB6只会释放断电，不会吸合，从而避免了制造和使用中常见的开路或脱焊故障引起的失控。

由上述工作过程和原理可知：本电路防止失控能力强，可靠性高，且成本也低，用于简易控温电路的安全保护，有重要的实用价值。

实施例6：本实施例的高可靠防失控的复合式温度控制电路，如图7所示，双金属片控温器TZ7为前级控温开关1，电热管W7为电热负载3，负温度系数热敏电阻Ntc7为温度传感器电路4，反相缓冲器F71、F72都是越顶控温电路6，正相(同相)缓冲器Z71、Z72为触底反断电路9，开关K71串联隔离二极管D73就是触顶即断电路8，计数或定时电路(PC7/TMR7)串接隔离二极管D72就是延时断开电路7，三极管VT71、VT72、VT73、VT74为串控开关10。

电路上电之初，电热负载W7及其外壳上固定的负温度系数热敏电阻Nte7温度较低，略高于环境温度。Ntc7阻值较大，将电路中Vi70、Vi71、Vi72三点电位降得较低，还由于电容C71、C72电位不能突升，使Vi71、Vi72电位低于反相缓冲器F71、F72输入端的阈值电压，因此，反相缓冲器F71、F72在上电之初输出高电平，经电阻R71、R72推动三级管VT71、VT72导通。同时，正相(同相)缓冲器Z71、Z72输入端Vp71、Vp72电位高于其阈值电位，使其输出端Ve71、Ve72输出高电平，分别经电阻R73、R74推动三级管VT73、VT74导通。于是，上电之初，电路中四个三极管同时处于导通状态，继电器JB7线圈通电吸合，其常开触点JB7-1、JB7-2闭合，接通交流市电的L、N两端。常闭触点JB7-3断开，LED70不发光，显示电路处于正常工作状态。此时，电路系统正常工作的控温功能(任务)由前级控温电路(串接于交流电回路中的双金属片控温器TZ7)来实现(承担)。双金属片控温器TZ7在低温时，内触点也处于接通状态，使负载W7通电升温，当温度高于控温器TZ7控温点上限时，TZ7内触点切断交流电流，使负载断电降温，当温度低于TZ7控温点下限时，TZ7又接通交流电源，使负载W7通电升温，进入下一控温循环。在TZ7处于控温循环过程中，继电器JB7始终处于接通吸合的守备状态，只有当TZ7发生异常故障时才释放断开交流电源，保证安全。

当双金属片控温器TZ7发生异常故障失控不能断电时，负载W7继续通电升温，Ntc7阻值变得更小，使Vi70和Vi71、Vi72三点电位上升，当Vi71、Vi72电位高于反相缓冲器F71、F72的阈值电压时，输出端Vo71、Vo72均输出低电平，使三极管VT71、VT72失去基流而截止，一方面，VT71集电极(VB7端)的高电位经电阻R711、R722反馈，使输入端Vi71、Vi72电位更高，升至本电路控温点顶限；另一方面，继电器JB7线圈断电释放(其反电势由D71消除)，其常开触点JB7-1、JB7-2点断开负载W7的交流电源使负载W7降温，其常闭触点JB7-3接通使发光二极管LED70发光，显示电路进入后备控温阶段。反相缓冲器F71、F72并行和三极管VT71、VT72串控继电器JB7工作，互为守备，只要有一个能正常工作，就不会发生失控。

为了可靠地防止失控，对后备级控温循环阶段采取了时间限制措施，即设置了延时断开电路(PC7/TMR7)，当后备级控温循环电路启动工作时，三极管VT71集电极(VB7端)电位时高时低，其上升沿触发延时断开电路(PC7/TMR7)开始计数或计时，当计数或计时满溢出高电平，经二极管D72反馈到输入端Vi70、Vi71、Vi72，使反相缓冲器F71、F72输出低电平，三极管VT71、VT72失去基流而截止，形成双稳态互锁，继电器JB7始终锁定(稳定)在释放断电状态。避免了继电器JB7因长期频繁动作控温失效而失控。

为了可靠防止失控，还采取了一种快速有效防止失控的措施，即在后级防失控的异常保控电路18中设置了触顶即断电路8，由开关K71和二极管D73组成，需要使用时，将开关K71闭合(不用时断开)，当前级控温电路失控后，温度升高，Ntc7阻值变小，Vi70、Vi71、Vi72三点电位上升(越触控温点顶上限)，使反相缓冲器F71、F72输出端Vo71、Vo72电位由高变低，三极管VT71、VT72截止，VB7端高电位经二极管D73、开关K71直接正反馈到Vi70端及反相缓冲器F71、F72输入端Vi71、Vi72，形成钳位自锁。此后，Vi70电位再降低时，也不能触发电路往回翻转。因此，输入端Vi70电位升高触顶后，将三极管VT71、VT72始终锁定(稳定)在截止状态，继电器JB7持续释放断电。这就便于使用前快速验证防失控的功效。

为了防止Ntc7断线产生失控，还设置了触底反断电路9，由正相缓冲器Z71、Z72和三极管VT73、VT74及电阻R73～R710组成。当Ntc7发生异常断线故障时，Vi70电位极低，Vp71、Vp72电位也低于正相(同相)缓冲器Z71、Z72的阈值电压，输出端Ve71、Ve72电位由高变低，经电阻R710、R75正反馈形成施密特效应，将三极管VT73、VT74始终锁定(稳定)在截止状态，继电器JB7持续释放断电，防止了Ntc7断线引起的失控。正相缓冲器Z71、Z72并行和三极管VT73、VT74串控继电器JB7工作，互为守备，只要有一个能正常工作，就不会发生失控。

由上述工作过程和原理可知：本电路防止失控能力强，可靠性高，且成本也低，用于简易控温电路的安全保护，有重要的实用价值。

Claims (4)

1.一种高可靠防失控的复合式温度控制电路，包括供电电源(12)、继电器(2)的触点开关、电热负载(3)和前级控温开关(1)或前级超限控温电路(5)相串连构成的回路，其特征在于还包括感应所述的电热负载(3)的温度的温度传感电路(4)以及带有串控开关(10)的后级防失控的异常保控电路(18)，温度传感电路(4)与后级防失控的异常保控电路(18)相连，后级防失控的异常保控电路(18)中的串控开关(10)与所述的继电器(2)的驱动端相连。

2.根据权利要求1所述的高可靠防失控的复合式温度控制电路，其特征在于所述的后级防失控的异常保控电路(18)包括越顶控温电路(6)和触底反断电路(9)，还包括延时断开电路(7)和/或触顶即断电路(8)，所述的温度传感电路(4)与越顶控温电路(6)、触底反断电路(9)均相连，所述的温度传感电路(4)也与延时断开电路(7)和/或触顶即断电路(8)相连，所述的越顶控温电路(6)、触底反断电路(9)、延时断开电路(7)和/或触顶即断电路(8)分别与后级防失控的异常保控电路(18)中的串控开关(10)的多个控制端相连，串控开关(10)与所述的继电器(2)的驱动端相连。

3.根据权利要求1所述的高可靠防失控的复合式温度控制电路，其特征在于所述的后级防失控的异常保控电路(18)包括单片机电路(11)，单片机电路(11)的输入端接所述的温度传感电路(4)，单片机电路(11)的多个输出端分别与所述的串控开关(10)的多个控制端相连，串控开关(10)接所述的继电器(2)的驱动端。

4.根据权利要求1或2或3所述的高可靠防失控的复合式温度控制电路，其特征在于所述的串控开关(10)包括多个相串联的三极管，三极管的基极为串控开关(10)的控制端，第一个三极管的集电极接所述的继电器(2)的驱动端的负极，则最后一个三极管的发射极接地；或者第一个三极管的集电极接所述的继电器(2)的驱动端的正极，则最后一个三极管的发射极接电压V+。

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