CN210469748U - 一种用于ptc/ntc发热线的温度控制及保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及温度控制及保护装置，具体涉及一种用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置，包括装置壳体及设置在装置壳体内的控制电路，控制电路包括与交流电源相连的交流输入模块、与PTC/NTC发热线相连的加热模块及主控芯片模块，主控芯片模块包括用于控制加热模块工作的主控芯片，加热模块包括串联在加热支路中的双向可控硅；主控芯片具有发送控制信号的第24脚，第24脚连接有向双向可控硅发送触发控制脉冲的触发模块，主控芯片具有用于模数信号转换的第26脚，第26脚连接有用于生成断线检测信号和NTC检测信号的NTC及断线检测模块；本实用新型所提供的技术方案能够有效克服温度误差较大、平稳度较差、无法对产品局部或单点过温过热进行精确保护的缺陷。

Description

一种用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置

技术领域

本实用新型涉及温度控制及保护装置，具体涉及一种用于 PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置。

背景技术

PTC材料是一种具有正温度系数的半导体电阻，超过居里温度时，其电阻值随着温度的升高而显著增大。

NTC材料是一种具有负温度系数的半导体电阻，超过居里温度时，其电阻值随着温度的升高而显著减小。

PTC/NTC发热线，则是在PVC绝缘层外壳内设置一层检测线、一层PTC加热线，并在检测线和PTC发热线之间填充一层NTC绝缘材料。现有的发热毯、电热毯、宠物垫、发热靴、按摩发热垫、人体局部发热产品，暖胎垫、餐盘加热垫及其它物品保温、加热系列产品中的发热元件经常采用PTC/NTC发热线。

但是，目前国内外的传统发热垫、电热毯等电热产品，采用普通发热线加热、温控器控温，其控温精度误差较大，恢复时间较长，温度平稳度不好，在不同的使用环境下发热效果相差明显，在环境温度很低的时候使用者会感觉不够热，舒适度不佳，且这些产品非正常使用时，无任何安全保护功能。而对于采用单纯PTC加热线或单纯PTC 测温的温度控制产品在安全方面也不能对产品局部或单点过温、过热进行保护，非正常使用仍有安全隐患，产品失效可能对使用者产生危害。而另有一类电热产品，尽管采用PTC/NTC发热线，具有利用NTC 特性对产品局部或单点过温过热进行保护的功能，通过判断NTC绝缘材料因局部高温形成较大漏电流在取样电阻上产生的压降是否达到主控芯片的设定值的方式来决定是否关闭可控硅，实现保护目的。但如果可控硅击穿，则只能等到温度高到熔断发热线，利用很大的漏电流使电阻发热熔断温度保险丝才能实现保护目的，不足之处显而易见。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本实用新型提供了一种用于 PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置，能够有效克服现有技术所存在的温度误差较大、平稳度较差、无法对产品局部或单点过温过热进行精确保护的缺陷。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置，包括装置壳体及设置在所述装置壳体内的控制电路，所述控制电路包括与交流电源相连的交流输入模块、与PTC/NTC发热线相连的加热模块及主控芯片模块，所述主控芯片模块包括用于控制所述加热模块工作的主控芯片，所述加热模块包括串联在加热支路中的双向可控硅；所述主控芯片具有发送控制信号的第24脚，所述第24脚连接有向所述双向可控硅发送触发控制脉冲的触发模块，所述主控芯片具有用于模数信号转换的第26脚，所述第26脚连接有用于生成断线检测信号和NTC检测信号的NTC及断线检测模块，所述主控芯片具有用于输入所述加热模块检测电流的第25脚，所述第25脚连接有电流检测模块，所述主控芯片具有输入电压采样值的第22脚，所述第22脚连接有电压检测模块，所述主控芯片具有输入与交流电源相位相同且电压幅值最大为 VCC+0.3V同步信号的第19脚，所述第19脚连接有取样同步信号的同步模块。

优选地，所述NTC及断线检测模块包括能在触发模块关闭加热模块后形成检测回路的第一分压电阻R11、第二分压电阻R10和第三分压电阻R25；所述第一分压电阻R11的第一端连接电流熔断器F1的输出端，所述第一分压电阻R11的第二端与PTC/NTC发热线中的检测线相连，所述第二分压电阻R10和第三分压电阻R25串联后并接在温度熔断器TF1的第二端；所述主控芯片的第26脚连接在第二分压电阻 R10与第三分压电阻R25之间。

优选地，所述触发模块包括限流电阻R21、与所述双向可控硅TR1 的门极G相连接的耦合电容C9和抗干扰电阻R22；所述限流电阻R21 的第一端与主控芯片IC1的第24脚连接，所述限流电阻R21的第二端与耦合电容C9的第一端连接，所述抗干扰电阻R22跨接于双向可控硅 TR1的门极G与主电极之间。

优选地，所述电流检测模块包括取样电阻R17和隔离电阻R19；所述取样电阻R17的第一端和隔离电阻R19的第一端分别与双向可控硅TR1的主电极连接，所述隔离电阻R19的第二端与主控芯片IC1的第25脚连接。

优选地，所述交流输入模块通过短路保护模块、漏电保护模块、 EMC模块，所述交流输入模块经直流稳压模块转换为直流电后连接主控芯片的第21脚。

优选地，所述短路保护模块包括与交流输入模块的火线端L串联的电流熔断器F1；所述EMC模块包括压敏电阻ZNR1、X电容C1和电阻R3构成的并联支路，所述并联支路的第一端与电流熔断器F1的输出端连接，所述并联支路的第二端与交流输入模块的温度熔断器TF1 的第二端连接。

优选地，所述漏电保护模块包括温度熔断器TF1、第一整流二极管D3和电阻R7串联、第二整流二极管D4和电阻R26串联，所述第一整流二极管D3阴极接电流熔断器F1，所述第二整流二极管D4阴极接温度熔断器TF1，所述温度熔断器TF1在PCB上位于电阻R7和电阻R26之间；所述漏电保护模块还包括双向可控硅TR2、触发电阻R23 和抗干扰电阻R24，所述双向可控硅TR2电极T1、T2分别接第二整流二极管D4阴极、阳极，所述触发电阻R23的第一端与主控芯片的第28脚连接，所述触发电阻R23的第二端和双向可控硅TR2的门极G 连接，所述抗干扰电阻R24跨接于双向可控硅TR2的门极G与电极 T1之间，所述温度熔断器TF1在PCB板上位于R26、R7中间，所述温度熔断器TF1、R26、R7三个元件平行紧密接触，均涂有导热硅脂。

优选地，所述直流稳压模块包括依次串联在熔断器输出端与温度熔断器TF1第二端之间的降压电容C3、电阻R1；所述降压电容C3的第二端连接第一整流二极管D1的阳极和第二整流二极管D2的阴极，所述第二整流二极管D2的阳极连接零线端N，所述第一整流二极管 D1的阴极连接稳压二极管ZD1的阴极、电解电容C4的正极、瓷片电容C5的第一端和电阻R8的第一端，所述稳压二极管ZD1的阳极、电解电容C4的负极、瓷片电容C5的第二端和电阻R8的第二端连接温度熔断器TF1第二端。

优选地，所述电压检测模块包括第一分压电阻R6和第二分压电阻 R5串联的分压电路；所述第一分压电阻R6的第一端连接电流熔断器 F1的输出端，所述第一分压电阻R6的第二端和第二分压电阻R5的第一端与主控芯片U1的第22脚连接，所述第二分压电阻R5的第二端连接GND。

优选地，所述同步模块包括电阻R4和瓷片电容C6构成的串联支路；所述电阻R4的第一端连接电流熔断器F1的输出端，所述电阻R4 的第二端和瓷片电容C6的第一端连接主控芯片IC1的第22脚，所述瓷片电容C6的第二端连接直流稳压模块的GND端。

(三)有益效果

与现有技术相比，本实用新型所提供的一种用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置具有以下技术效果：

1、由于采用PTC控温，所以温度控制精确，误差小于±3摄氏度，避免了机械温控器的回滞温度区间大的弊端，具有平稳度较好的优点；

2、在产品局部或单点过温过热保护方面，因主控芯片模块采用12Bits模拟-数字转换器，使产品局部或单点过温过热而在NTC绝缘层中生成的漏电流经NTC取样电阻转换而成的漏电压降的分辨率可达 819级/伏，所以可对产品局部或单点过温过热进行精确保护，误差也可小于±3摄氏度，并可以实现短路保护、抗干扰能力强、骚扰度小、电网浪涌抑制、断线保护、防双向可控硅误触发、防单个双向可控硅短路、防主控芯片失效或触发引脚损坏、防用户程序跑飞等安全保护功能；

3、特别使用单个主可控硅控制加热和单个小功率可控硅在漏电 (过温)时主动熔断温度熔断器相结合的设计，单个主可控硅控制加热比目前市场上的两个可控硅串联控制加热有成本低、元件功耗小、工作温度低的优点，单个小功率可控硅在电流检测模块检测到控制加热的主可控硅击穿后单片机触发导通小功率可控硅，使AC(N)通过温度熔断器、小功率可控硅T1-T2、漏电(过温)保护模块中的第二电阻、第一电阻、第一整流管、电流熔断器和AC(L)形成回路，第二电阻、第一电阻发热熔断温度熔断器，TF1在PCB板上位于R26、R7中间，三个元件平行紧密接触，并涂有导热硅脂，这种漏电(过温)保护模块结合了主可控硅击穿保护，具有结构简单可靠、智能判断并提前保护的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型系统结构示意图；

图2为本实用新型电路结构示意图；

图3为本实用新型同步及触发波形示意图；

图4为本实用新型NTC及断线检测模块电路结构示意图；

图5为本实用新型漏电保护模块电路结构示意图；

图6为本实用新型可控硅击穿保护电路结构示意图；

图7为本实用新型PTC/NTC发热线结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置，如图1至图6 所示，包括装置壳体及设置在装置壳体内的控制电路，控制电路包括与交流电源相连的交流输入模块、与PTC/NTC发热线相连的加热模块及主控芯片模块，主控芯片模块包括用于控制加热模块工作的主控芯片，加热模块包括串联在加热支路中的双向可控硅；主控芯片具有发送控制信号的第24脚，第24脚连接有向双向可控硅发送触发控制脉冲的触发模块，主控芯片具有用于模数信号转换的第26脚，第26脚连接有用于生成断线检测信号和NTC检测信号的NTC及断线检测模块，主控芯片具有用于输入加热模块检测电流的第25脚，第25脚连接有电流检测模块，主控芯片具有输入电压采样值的第22脚，第22 脚连接有电压检测模块，主控芯片具有输入与交流电源相位相同且电压幅值最大为VCC+0.3V同步信号的第19脚，第19脚连接有取样同步信号的同步模块。

NTC及断线检测模块包括能在触发模块关闭加热模块后形成检测回路的第一分压电阻R11、第二分压电阻R10和第三分压电阻R25；第一分压电阻R11的第一端连接电流熔断器F1的输出端，第一分压电阻R11的第二端与PTC/NTC发热线中的检测线相连，第二分压电阻 R10和第三分压电阻R25串联后并接在温度熔断器TF1的第二端；主控芯片的第26脚连接在第二分压电阻R10与第三分压电阻R25之间。

触发模块包括限流电阻R21、与双向可控硅TR1的门极G相连接的耦合电容C9和抗干扰电阻R22；限流电阻R21的第一端与主控芯片 IC1的第24脚连接，限流电阻R21的第二端与耦合电容C9的第一端连接，抗干扰电阻R22跨接于双向可控硅TR1的门极G与主电极之间。

电流检测模块包括取样电阻R17和隔离电阻R19；取样电阻R17 的第一端和隔离电阻R19的第一端分别与双向可控硅TR1的主电极连接，隔离电阻R19的第二端与主控芯片IC1的第25脚连接。

交流输入模块通过短路保护模块、漏电保护模块、EMC模块，交流输入模块经直流稳压模块转换为直流电后连接主控芯片的第21脚。

短路保护模块包括与交流输入模块的火线端L串联的电流熔断器 F1；EMC模块包括压敏电阻ZNR1、X电容C1和电阻R3构成的并联支路，并联支路的第一端与电流熔断器F1的输出端连接，并联支路的第二端与交流输入模块的温度熔断器TF1的第二端连接。

漏电保护模块包括温度熔断器TF1、第一整流二极管D3和电阻 R7串联、第二整流二极管D4和电阻R26串联，第一整流二极管D3 阴极接电流熔断器F1，第二整流二极管D4阴极接温度熔断器TF1，温度熔断器TF1在PCB上位于电阻R7和电阻R26之间；漏电保护模块还包括双向可控硅TR2、触发电阻R23和抗干扰电阻R24，双向可控硅TR2电极T1、T2分别接第二整流二极管D4阴极、阳极，触发电阻R23的第一端与主控芯片的第28脚连接，触发电阻R23的第二端和双向可控硅TR2的门极G连接，抗干扰电阻R24跨接于双向可控硅 TR2的门极G与电极T1之间，温度熔断器TF1在PCB板上位于R26、 R7中间，温度熔断器TF1、R26、R7三个元件平行紧密接触，均涂有导热硅脂。

直流稳压模块包括依次串联在熔断器输出端与温度熔断器TF1第二端之间的降压电容C3、电阻R1；降压电容C3的第二端连接第一整流二极管D1的阳极和第二整流二极管D2的阴极，第二整流二极管 D2的阳极连接零线端N，第一整流二极管D1的阴极连接稳压二极管 ZD1的阴极、电解电容C4的正极、瓷片电容C5的第一端和电阻R8 的第一端，稳压二极管ZD1的阳极、电解电容C4的负极、瓷片电容 C5的第二端和电阻R8的第二端连接温度熔断器TF1第二端。

电压检测模块包括第一分压电阻R6和第二分压电阻R5串联的分压电路；第一分压电阻R6的第一端连接电流熔断器F1的输出端，第一分压电阻R6的第二端和第二分压电阻R5的第一端与主控芯片U1 的第22脚连接，第二分压电阻R5的第二端连接GND。

同步模块包括电阻R4和瓷片电容C6构成的串联支路；电阻R4 的第一端连接电流熔断器F1的输出端，电阻R4的第二端和瓷片电容 C6的第一端连接主控芯片IC1的第22脚，瓷片电容C6的第二端连接直流稳压模块的GND端。

本发明的PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置由交流输入模块、短路保护模块、EMC模块、直流稳压模块、同步模块、主控芯片模块、LCD显示模块、按键操作模块、电压检测模块、电流检测模块、 NTC及断线检测模块、触发模块、加热模块、漏电(过温)保护模块构成。所有模块的元器件均焊接在一块印刷线路板上，再装配进一套含上壳、下壳、按键帽等零部件的塑胶组件内，形成一个完整的控制器。

交流输入模块是一根带插头的电源线，插头端直接插入交流市电插座，另一端焊接于印刷线路板的火线端L、零线端N焊盘，作用是给温度控制及保护装置供电。

短路保护模块由电流熔断器F1组成，电流熔断器F1的第一端连接于火线端L，电流熔断器F1的输出端连接EMC模块的第一端。短路保护模块的作用是当温度控制及保护装置的电路中出现异常大电流时迅速熔断，防止高温乃至火灾或爆炸事故的发生，从而确保产品安全。

温度控制及保护装置所需的交流电源通过交流输入模块的电源线引入，经过接于火线端L的熔断器F1后，交由EMC模块进行装置抗扰能力的提升、装置骚扰度的降低和交流电源浪涌电压的抑制等处理，使交流电源质量变得纯净，再供直流稳压模块、同步模块、主控芯片模块、电压检测模块、NTC及断线检测模块和加热模块使用。

EMC模块由压敏电阻ZNR1、X电容C1、电阻R3并联构成，并联后的第一端连接于电流熔断器F1的第二端，并联后的第二端连接于温度熔断器的第二端。X电容C1和电阻R3的作用是既要提高装置自身的抗干扰能力以达到安规认证的要求，又要降低装置对电网的骚扰度以达到安规认证的要求，压敏电阻ZNR1的作用是抑制交流电源的浪涌电压对该PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置的冲击。

直流稳压模块为阻容降压、整流、稳压、滤波的电路结构，作用是将交流市电转换成稳定的5V直流电源，给同步模块、主控芯片模块、显示模块等低压电路供电。电阻R1的第一端连EMC模块的第一端，电阻R1的第二端连接降压电容C3的第一端，降压电容C2的第二端连接整流二极管D2的阳极和整流二极管D1的阴极，整流二极管D1 的阳极连接温度熔断器第二端，整流二极管D1的阴极连接稳压二极管 ZD1的阴极、电解电容C4的正极、瓷片电容C5的第一端、电阻R8 的第一端，稳压二极管ZD1的阳极、电解电容C4的负极、瓷片电容 C5的第二端、电阻R8的第二端连接温度熔断器第二端。交流电源负半周期间，电能经过温度熔断器TF1、整流二极管D1、降压电容C3、电阻R1、熔断器F1回到火线端L，将正半周期间降压电容C3的储存电能放掉。交流电源正半周期间，电能经过火线端L、电流熔断器F1、电阻R1、降压电容C3、整流二极管D2、稳压二极管ZD1、电解电容 C4、瓷片电容C5、电阻R8、温度熔断器TF1回到零线端N，给降压电容C3充电的同时，在稳压二极管ZD1、电解电容C4、瓷片电容C5、电阻R8并联的两端得到稳定的5V直流电源，极性为与温度熔断器相连的一端为GND，与电解电容C4正极相连的一端为VCC。

同步模块由取样和整形电路组成，取样电路包括电阻R4和电容 C6，主控芯片内部钳位二极管，作用是将交流电源的正弦波电压转换成与之相位相同、电压幅值最大VCC+0.3V的同步信号，供主控芯片 IC1使用。同步模块中电阻R4的第一端连接电流熔断器F1的输出端，电阻R4第二端连接瓷片电容第一端和主控芯片IC1的22脚，瓷片电容第二端连接直流稳压模块的GND端。正半周时，交流电源的正弦波电压经火线端L、电流熔断器F1、电阻R4接至主控芯片IC1的第22 脚始终为0。负半周时，交流电源的正弦波电压经零线端N、温度熔断器TF1、IC1内部钳位二极管、电阻R4、熔断器F1、火线端L，主控芯片IC1的第22脚始终为0。

主控芯片模块为PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置的核心所在，主控芯片IC1是一款SOP28封装、4K*16BitsFLASHROM、 12*12BitsADC、8M/4M内振、3个内部+2个外部中断源、8级堆栈、内置WDT定时器的高性价比的微控制器。主控芯片U1的引脚配置如下：第20脚连接GND；第21脚连接VCC；第1--16、27脚配置为LCD 显示驱动；第17、18脚为背光显示驱动；第26脚配置为模拟输入口，接收NTC及断线检测信号；第25脚配置为模拟输入口，接收电流检测信号；第23脚配置为模拟输入口，连接操作按键；第24脚配置为推挽输出口，连接可控硅触发电路；第28脚配置为推挽输出口，连接保护可控硅TR2的触发电路；第22脚配置为模拟输入口，接收电压检测信号；第19脚配置为输入口，接收同步信号。

显示模块由LCD显示电路背光显示模块构成。LCD显示档位值、定时时间、故障图标、预热图标、睡眠图标、条块动态显示。背光显示有亮、暗、熄灭三种状态。

操作模块为5个轻触按键，串联分压后接主控芯片IC1的第23脚，另一端接GND。作用是将按压与释放的按键操作转换为分别对应主控芯片IC1的23脚上的不同电压信号，供主控芯片IC1检测。温度控制及保护装置的工作状态只能由轻触按键设定，根据不同轻触按键的操作，可以设定装置的待机状态、定时时间、及1--6档工作状态。

电压检测模块9为第一分压电阻R6和第二分压电阻R5串联的分压电路，第一分压电阻R6第一端连接电流熔断器F1的输出端，第一分压电阻R6的第二端和第二分压电阻R5的第一端以及主控芯片U1 的第22脚连接，第二分压电阻R5的第二端连接GND，作用是从熔断器F1输出端与GND端之间获取交流电源，将幅值很高的交流电压以线性关系降低为幅值5V以内的交流电压，供给主控芯片IC1的第22 脚，进行模拟与数字转换，转换后的电压采样值作为温度判断的依据之一。

电流检测模块为一种小阻值电阻取样电路，包括取样电阻R17和隔离电阻R19。取样电阻R17的第一端和隔离电阻R19的第一端连接加热模块中双向可控硅TR1的主电极，取样电阻R17第二端连接温度熔断器TF1，隔离电阻R19的第二端连接主控芯片IC1的第25脚。电流检测模块的作用是在加热模块中的双向可控硅TR1开通后，交流电源将在火线端L、熔断器F1、PTC加热线、双向可控硅TR1、取样电阻R17、温度熔断器、零线端N的回路中产生加热电流Ih，此加热电流Ih流过取样电阻R17，即得到一个对应的电压，大小等于Ih与取样电阻R17阻值的乘积，此电压经隔离电阻R19供给主控芯片IC1的第 25脚，进行模拟与数字信号转换，转换后电流采样值作为温度判断的依据之二。

NTC及断线检测模块为一种电阻串联分压电路，包含第一分压电阻R11、PTC/NTC发热线的NTC绝缘层、检测线、第二分压电阻R10、第三分压电阻R25。第一分压电阻R11第一端连接电流熔断器F1的输出端，第一分压电阻R11的第二端与PTC/NTC发热线中的检测线、第二分压电阻R10和第三分压电阻R25相串联并接温度熔断器TF1,零线端N。第二分压电阻R10的第二端连接主控芯片IC1的26脚和第三分压电阻R25的第一端，第三分压电阻R25的第二端连接GND。

NTC及断线检测模块的作用是生成断线检测信号和NTC检测信号，通过主控芯片IC1的26脚，供主控芯片IC1的模拟与数字信号转换器采集。

本实施例中，NTC及断线检测模块的工作原理是，在交流电源的正半周，关断加热模块的双向可控硅TR1，交流电源首先将在火线端L、熔断器F1、第一分压电阻R11、第二分压电阻R10、第三分压电阻R25、零线端N的回路中产生一个恒定的断线检测电流Ib，除非该回路断线开路，其次在火线端L、熔断器F1、PTC加热线、NTC绝缘层、检测线、第二分压电阻R10、第三分压电阻R25、零线端N的回路中产生一个随发热线温度变化而同向变化的NTC检测电流In。恒定的断线检测电流Ib和随发热线温度变化而同向变化的NTC检测电流In共同作用，在第三分压电阻R11上将产生电压降，通过主控芯片IC1的第26 脚，进入主控芯片IC1的模拟与数字转换器转换，转换后的数据称为断线及NTC采样值，作为断线保护和发热主体局部过热的判断依据。当该回路断线开路时，在第三分压电阻R25上产生的电压降会低于主控芯片U1内程序中固化的断线保护判断基准值，主控芯片IC1将关断加热模块的双向可控硅TR1，同时LCD故障图标闪烁，避免发热主体非正常发热，从而确保产品安全。当该回路未断线开路且发热线温度较低时，NTC检测电流In极小，只有断线检测电流Ib在第三分压电阻R25上产生电压降，此电压降会高于主控芯片IC1内程序中固化的断线保护判断基准值，但低于主控芯片IC1内程序中固化的发热主体局部过热的判断基准值，断线保护功能和发热主体局部过热保护功能均不起作用，整个装置将按设定档位正常工作。当该回路未断线开路且发热线局部温度过热时，NTC检测电流In较大，此时断线检测电流 Ib和随发热线温度变化而同向变化的NTC检测电流In共同作用，在第三分压电阻R25上产生的电压降既高于主控芯片IC1内程序中固化的断线保护判断基准值，又高于主控芯片IC1内程序中固化的发热主体局部过热的判断基准值，断线保护功能不起作用，但发热主体局部过热保护功能生效，主控芯片IC1将关断加热模块的双向可控硅TR1，避免发热主体非正常发热，从而确保产品安全。

触发模块采用电阻限流、电容耦合的方式传输触发脉冲至双向可控硅，第一耦合电容C9第一端连接主控芯片IC1的第24脚，第二端接限流电阻R21第一端，限流电阻R21的第二端连接双向可控硅TR1 的门极，抗干扰电阻R22跨接于双向可控硅TR1的门极与主电极之间。触发模块简单可靠，一方面抗干扰电阻可防止双向可控硅TR1的误触发，另外，即使主控芯片IC1失效或其触发脉冲输出口损坏，一直保持高电平或低电平，都会因电容的隔直通交作用被第一耦合电容C9所隔断，双向可控硅TR1得不到触发脉冲电流而无法导通，避免发热主体非正常发热，从而确保产品安全。

加热模块由PTC/NTC发热线中的PTC加热线和一个无触点、小电流可控的功率开关元件串联组成。所述PTC/NTC发热线包括一层检测线、一层PTC加热线和一层介于检测线和PTC加热线之间的NTC 绝缘层。PTC加热线的第一端通过熔断器F1接于交流市电的火线，PTC加热线的第二端接于双向可控硅TR1的第二主电极，双向可控硅TR1 的第一主电极连接电流检测模块中取样电阻R17的第一端，取样电阻 R17的第二端连接TF1,双向可控硅TR1的门极接至触发电路中限流电阻R21的第二端。

加热模块的作用是在交流电源过零点且接受触发脉冲后，功率开关元件导通，PTC加热线两端得到交流电源而产生热量，而没有触发脉冲时，功率开关元件关断，PTC加热线两端得不到交流电源而停止加热。

主控芯片模块由直流稳压模块输出的+5V供电，完成初始化后，即循环运行用户程序的主程序。

主控芯片模块的主控芯片IC1在运行用户程序的主程序过程中，通过第8脚接收操作模块的按键信号，根据按键指令输出档位指示信号，点亮对应的LCD和背光显示。

主控芯片模块中主控芯片IC1在运行用户程序的主程序过程中，通过第15脚还接收同步模块的同步信号。一旦该同步信号出现从“0”到“1”的上升沿或从“1”到“0”的下降沿，主控芯片IC1立即根据该装置目前的工作状态和检测的实时温度，控制加热模块中双向可控硅TR1的开通与关断，同时启动对应交流电源过零点至波峰点的 4.167mS或5mS的定时子程序，为下次温度检测或NTC及断线检测做准备。

主控芯片模块的主控芯片IC1在运行用户程序的主程序过程中，一旦上述已启动的对应交流电源过零点至波峰点的4.167mS或5mS的定时子程序执行完毕，立即对当前通过第14脚和第7脚接收的电压检测模块的电压信号和电流检测模块的电流信号进行采集和模拟与数字转换，转换完成后，将电压数据除以电流数据，根据欧姆定律算出对应PTC发热线的当前阻值，也就对应PTC发热线的当前实时温度，此结果即参与对加热模块中双向可控硅TR1的开通与关断的控制。

对应PTC发热线的当前阻值越大，说明当前温度越高，一旦高于档位设定的阻值时，主控芯片U1会关断双向可控硅TR1，断开发热线的供电电源。延时一段时间后，重新接通发热线的供电电源，再次检测PTC发热线的阻值，重新判断PTC发热线的阻值是否降低到档位设定的阻值范围内，是则说明温度降低了，需要加热。如果PTC发热线的阻值仍然高于档位设定的阻值，则继续断开发热线的供电电源。如此循环检测、判断和控制，即可达到温度自动精确控制的目的。

主控芯片模块的主控芯片IC1在运行用户程序的主程序过程中，通过第26脚还接收NTC及断线检测模块的NTC及断线检测信号。一旦上述已启动的对应交流电源过零点至波峰点的4.167mS或5mS的定时子程序执行完毕，立即对当前通过26脚接收的NTC及断线检测模块的NTC及断线检测信号进行采集和模拟与数字转换，依据模拟与数字转换的结果，判断发热主体当前状态是正常状态，还是断线状态、或发热主体局部过热状态，进而分别执行正常加热或停热功能、断线保护功能和发热主体局部过热保护功能。

漏电(过温)保护模块包括温度熔断器、第一整流二极管D3和第一电阻R7串联、第二整流二极管D4和第二电阻R26串联。第一整流二极管D3阴极接电流熔断器F1阳极接第一电阻R7第一端，第二整流二极管D4阴极接温度熔断器TF1阳极接第二电阻R26第一端，第一电阻R7第二端、第二电阻R26第二端接检测线，温度熔断器TF1 在PCB上位于第一电阻R7和第二电阻R26之间。当毯体漏电后大电流会流过R7、R26,R7、R26会发热并熔断夹在中间的温度熔断器TF1, 起到保护作用。漏电(过温)保护模块还包括双向可控硅TR2、触发电阻R23和抗干扰电阻R24，双向可控硅TR2的T1、T2极分别接第二整流二极管D4阴极和阳极，触发电阻R23的第一端与主控芯片的第28脚连接，触发电阻R23的第二端和双向可控硅的门极相联，抗干扰电阻跨接于双向可控硅TR2的门极G与电极T1之间。电流检测模块检测到控制加热的主可控硅TR1击穿后单片机第28脚触发导通可控硅TR2，使AC(N)通过温度熔断器TF1、可控硅TR2的T1-T2极、漏电(过温)保护模块中的第二电阻R26、第一电阻R7、第一整流管D3、电流熔断器F1和AC(L)形成回路，第二电阻R26、第一电阻R7发热熔断温度熔断器TF1。TF1在PCB板上位于R26、R7中间，三个元件平行紧密接触，并涂有导热硅脂。这种漏电(过温)保护模块结合了主可控硅击穿保护，具有结构简单可靠、智能判断并提前保护的优点。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置，其特征在于：包括装置壳体及设置在所述装置壳体内的控制电路，所述控制电路包括与交流电源相连的交流输入模块、与PTC/NTC发热线相连的加热模块及主控芯片模块，所述主控芯片模块包括用于控制所述加热模块工作的主控芯片，所述加热模块包括串联在加热支路中的双向可控硅；所述主控芯片具有发送控制信号的第24脚，所述第24脚连接有向所述双向可控硅发送触发控制脉冲的触发模块，所述主控芯片具有用于模数信号转换的第26脚，所述第26脚连接有用于生成断线检测信号和NTC检测信号的NTC及断线检测模块，所述主控芯片具有用于输入所述加热模块检测电流的第25脚，所述第25脚连接有电流检测模块，所述主控芯片具有输入电压采样值的第22脚，所述第22脚连接有电压检测模块，所述主控芯片具有输入与交流电源相位相同且电压幅值最大为VCC+0.3V同步信号的第19脚，所述第19脚连接有取样同步信号的同步模块。

2.根据权利要求1所述的用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置，其特征在于：所述NTC及断线检测模块包括能在触发模块关闭加热模块后形成检测回路的第一分压电阻R11、第二分压电阻R10和第三分压电阻R25；所述第一分压电阻R11的第一端连接电流熔断器F1的输出端，所述第一分压电阻R11的第二端与PTC/NTC发热线中的检测线相连，所述第二分压电阻R10和第三分压电阻R25串联后并接在温度熔断器TF1的第二端；所述主控芯片的第26脚连接在第二分压电阻R10与第三分压电阻R25之间。

3.根据权利要求1所述的用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置，其特征在于：所述触发模块包括限流电阻R21、与所述双向可控硅TR1的门极G相连接的耦合电容C9和抗干扰电阻R22；所述限流电阻R21的第一端与主控芯片IC1的第24脚连接，所述限流电阻R21的第二端与耦合电容C9的第一端连接，所述抗干扰电阻R22跨接于双向可控硅TR1的门极G与主电极之间。

4.根据权利要求1所述的用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置，其特征在于：所述电流检测模块包括取样电阻R17和隔离电阻R19；所述取样电阻R17的第一端和隔离电阻R19的第一端分别与双向可控硅TR1的主电极连接，所述隔离电阻R19的第二端与主控芯片IC1的第25脚连接。

5.根据权利要求1所述的用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置，其特征在于：所述交流输入模块通过短路保护模块、漏电保护模块、EMC模块，所述交流输入模块经直流稳压模块转换为直流电后连接主控芯片的第21脚。

6.根据权利要求5所述的用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置，其特征在于：所述短路保护模块包括与交流输入模块的火线端L串联的电流熔断器F1；所述EMC模块包括压敏电阻ZNR1、X电容C1和电阻R3构成的并联支路，所述并联支路的第一端与电流熔断器F1的输出端连接，所述并联支路的第二端与交流输入模块的温度熔断器TF1的第二端连接。

7.根据权利要求5所述的用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置，其特征在于：所述漏电保护模块包括温度熔断器TF1、第一整流二极管D3和电阻R7串联、第二整流二极管D4和电阻R26串联，所述第一整流二极管D3阴极接电流熔断器F1，所述第二整流二极管D4阴极接温度熔断器TF1，所述温度熔断器TF1在PCB上位于电阻R7和电阻R26之间；所述漏电保护模块还包括双向可控硅TR2、触发电阻R23和抗干扰电阻R24，所述双向可控硅TR2电极T1、T2分别接第二整流二极管D4阴极、阳极，所述触发电阻R23的第一端与主控芯片的第28脚连接，所述触发电阻R23的第二端和双向可控硅TR2的门极G连接，所述抗干扰电阻R24跨接于双向可控硅TR2的门极G与电极T1之间，所述温度熔断器TF1在PCB板上位于R26、R7中间，所述温度熔断器TF1、R26、R7三个元件平行紧密接触，均涂有导热硅脂。

8.根据权利要求5所述的用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置，其特征在于：所述直流稳压模块包括依次串联在熔断器输出端与温度熔断器TF1第二端之间的降压电容C3、电阻R1；所述降压电容C3的第二端连接第一整流二极管D1的阳极和第二整流二极管D2的阴极，所述第二整流二极管D2的阳极连接零线端N，所述第一整流二极管D1的阴极连接稳压二极管ZD1的阴极、电解电容C4的正极、瓷片电容C5的第一端和电阻R8的第一端，所述稳压二极管ZD1的阳极、电解电容C4的负极、瓷片电容C5的第二端和电阻R8的第二端连接温度熔断器TF1第二端。

9.根据权利要求1所述的用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置，其特征在于：所述电压检测模块包括第一分压电阻R6和第二分压电阻R5串联的分压电路；所述第一分压电阻R6的第一端连接电流熔断器F1的输出端，所述第一分压电阻R6的第二端和第二分压电阻R5的第一端与主控芯片U1的第22脚连接，所述第二分压电阻R5的第二端连接GND。

10.根据权利要求1所述的用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护装置，其特征在于：所述同步模块包括电阻R4和瓷片电容C6构成的串联支路；所述电阻R4的第一端连接电流熔断器F1的输出端，所述电阻R4的第二端和瓷片电容C6的第一端连接主控芯片IC1的第22脚，所述瓷片电容C6的第二端连接直流稳压模块的GND端。

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