DE4480580C2

DE4480580C2 - Control device for electric heating appliance e.g. pad or blanket

Info

Publication number: DE4480580C2
Application number: DE4480580A
Authority: DE
Inventors: John Weiss; K Y Lin
Original assignee: Micro Weiss Electronics Inc
Current assignee: Sunbeam Products Inc
Priority date: 1994-01-19
Filing date: 1994-01-19
Publication date: 2001-07-05
Anticipated expiration: 2014-01-20

Abstract

Heating elements of positive temperature coefficient (PTC) material are in parallel between a conductor connected through a fuse (5) to an ungrounded pole of electric a.c. main, and a conductor connected through a triac switch (T1) to a grounded pole. Both conductors have a safety link extension to a micro-controller (14). When a fault occurs, a neon breakdown tube connected to the link extension of the ungrounded conductor quickly extinguishes for lack of voltage. Other faults are detected by the grounded conductor.

Description

Background of the invention

Die Erfindung betrifft das Gebiet hochsicherer Steuerschaltungen für wechselstrombetriebene elek trische Geräte Wechselstrombetriebene Geräte werden üblicherweise mit höheren Spannungen be trieben als Gleichstromgeräte.The invention relates to the field of highly secure Control circuits for AC powered elec trical devices AC powered Devices are usually higher voltages powered as DC devices.

Heizkissen und elektrische Decken sind Geräte, die Leitungen aufweisen, die naturgemäß in unmittelbarer Nähe des Benutzers starken Strom führen und größere elektri sche Leistung umsetzen. Neben der wie bei jedem elektri schen Gerät offensichtlichen Gefahr eines elektrischen Schlages gibt es ein gesundheitliches Anliegen in Bezug auf längere Einwirkung elektromagnetischer Strahlung. Heizelemente vom PTC-Typ 2 (deren Heizelement(e) Material mit positivem Temperaturkoeffizienten nutzen) sind be kanntermaßen so eingerichtet, daß sie die elektromagneti schen Felder, die als schädlich angesehen werden, nahezu beseitigen. Dabei ist der sichere Betrieb der PTC-Heize lemente ist von großer Bedeutung. Die Erfindung ist bei Steuerungen für solche Heizelemente zweckmäßig, jedoch sind ihre Sicherheitseigenschaften solcher Art, daß die Erfindung außerdem allgemein in Steuerungen für elek trische Geräte und Einrichtungen mit negativem Tempera turkoeffizienten oder Temperaturkoeffizenten von Null zweckmäßig anwendbar ist.Heating cushions and electric blankets are devices that Lines have, of course, in the immediate vicinity lead the user strong current and larger electrical implement their performance. In addition to the like with any electric obvious danger of an electrical device There is a health concern in terms of impact for prolonged exposure to electromagnetic radiation. Heating elements of PTC type 2 (whose heating element (s) material use with a positive temperature coefficient) are be it is known that they are designed to withstand the electromagnetic almost all fields considered harmful remove. Here is the safe operation of the PTC heater lemente is of great importance. The invention is at Controls for such heating elements appropriate, however their safety characteristics are such that the Invention also generally in controls for elek tric devices and devices with negative tempera turkoeffizienten or temperature coefficients of zero is suitably applicable.

Für Heizelemente verwendete PTC-Materialien haben das zusätzliche Sicherheitsmerkmal, daß sie den aufgenom menen Strom beschränken, wenn sich die Temperatur der Auslegungsgrenze annähert. Davon ausgehend kann eine Heizung aufgebaut werden, ohne daß eine zusätzliche temperaturbegrenzende Einrichtung erforderlich wäre, wie es in der US-PS 4.271.350 geoffenbart ist. Infolge des nichtlinearen Zusammenhanges von Temperatur und Strom kann durch Anpassung der zu der Heizung gelieferten Leistung eine ausreichende Temperaturregelung erreicht werden. Der einzige Betriebszustand, bei dem die inhären te Sicherheit des PTC-Heizelementes untergraben wird, liegt vor, wenn einer der in engem Kontakt mit dem PTC- Material stehenden Leiter bricht und Lichtbogenbildung auftritt. Um das Andauern eines solchen Zustandes und möglicherweise die Verursachung eines Feuers zu verhin dern, wird gewöhnlich eine Sicherheitsschaltung verwen det, die diesen Zustand erfaßt und dann einen Stromstoß erzeugt, der dazu dient, die Eingangssicherung auszulö sen, so daß die Einheit dadurch stillgesetzt wird.For PTC materials used for heating elements the additional security feature that they took the restrict electricity when the temperature of the Design limit approximates. From this, one can Heating be built without an additional temperature limiting device would be required, such as it is disclosed in U.S. Patent 4,271,350. As a result of the nonlinear relationship between temperature and current can by adjusting the delivered to the heater Performance reaches a sufficient temperature control become. The only operating state in which the inherent safety of the PTC heating element is undermined, occurs when one of the persons in close contact with the PTC Material standing conductor breaks and arcing occurs. To the continuation of such a state and possibly preventing the cause of a fire usually will use a security circuit det, which detects this condition and then a surge generated, which serves to trigger the input fuse sen, so that the unit is stopped by it.

Die US-PS 4.436.986 und die DE 32 42 733 C2 offenba ren den Gedanken, Spannungsänderungen an zwei Sicher heitsabgriffen des Heizelements zur Erkennung unzulässi ger Zustände mittels einer Sicherheits-Steuerschaltung zu überwachen. An die Sicherheitsabgriffe ist ein ohmscher Spannungsteiler angeschlossen, dessen Verbindungspunkt mit einem Verbindungspunkt einer Reihenschaltung aus zwei Gasentladungsröhren verbunden ist. Diese sind zwischen beide Speiseleitungen des Heizelements geschaltet und so bemessen, daß sie bei Normalbetrieb nicht gezündet sind. Bei Leitungsbruch in dem Heizelement entsteht an den Sicherheitsabgriffen und den Enden des ohmschen Span nungteiler eine Spannungsverschiebung, die auch eine Spannungsverschiebung des Verbindungspunkts zur Folge hat. Dies führt zur Zündung einer Gasentladungslampe und nachfolgend zur Zündung der anderen Gasentladungslampe. Durch diese Reihenschaltung kann nun ein hoher Strom fließen, der eine vorgeschaltete Sicherung auslöst.US-PS 4,436,986 and DE 32 42 733 C2 offenba the thought, voltage changes to two safe taps of the heating element for detection inadmissible ger states by means of a safety control circuit monitor. At the security taps is a resistive Voltage divider connected, whose connection point with a connection point of a series connection of two Gas discharge tubes is connected. These are between both supply lines of the heating element connected and so measured that they are not ignited during normal operation. When a line break in the heating element is created at the Security taps and the ends of the ohmic chip voltage divider, which is also a Voltage shift of the connection point result Has. This leads to the ignition of a gas discharge lamp and subsequently to the ignition of the other gas discharge lamp. Through this series connection can now be a high current flow, which triggers an upstream fuse.

Die US-PS 4.436.986 und die DE 32 42 733 C2 sehen außerdem vor, in einer Entladungslampe drei Elektroden anzuordnen, die eine Triode bilden, die bei einer ein zigen vorbestimmten Spannung durchbricht und somit die Auswirkung von Durchbruchsspannungstoleranzen vermindert. Um die Sicherung in einer vorbestimmten Zeitspanne auszu lösen ist den Gasentladungslampen ein strombegrenzender Widerstand in Reihe geschaltet. Für den strombegrenzenden Widerstand ist es erforderlich, daß er eine höhere Nenn leistung hat als die Sicherung, um eine sicher öffnende Schaltung zu erhalten. Die Sicherung muß jedoch so bemes sen sein, daß sie den zwei- bis dreifachen Nenndauerstrom des Heizgerätes tragen kann, um die Einschaltstromüberhö hung zu ertragen, die mit der Einschalteigenschaft des PTC-Materiales zusammenhängt.See U.S. Patent 4,436,986 and DE 32 42 733 C2 also before, in a discharge lamp three electrodes to arrange, which form a triode, which at a zigen predetermined voltage breaks through and thus the Impact of breakdown voltage tolerances reduced. To make the backup in a predetermined period of time solve the gas discharge lamps is a current-limiting Resistor connected in series. For the current-limiting Resistance requires it to be rated higher performance has as the backup to a safe opening To get circuit. However, the fuse must be so bemes be that they have two to three times the rated continuous current of the heater can carry to the inrush current to endure hunger with the power of the PTC material.

Die Deaktivierung der Einheit basiert bei allen Mög lichkeiten von Kurzschlüssen auf der Sicherung.The deactivation of the unit is based on all possible short circuits on the fuse.

Moderne elektrische Leistungssteller nutzen Festkör perschaltelemente, wie gesteuerte Siliziumgleichrichter, Leistungstransistoren, Festkörperrelais und TRIACs. Die US-PS 4.315.141, beschreibt ein Paar Festkörperschalter, die durch ein temperaturempfindliches, kapazitives Ele ment als Temperatur-Überlastschaltung für herkömmliche Heizdecken vorgespannt worden sind. Bei diesen Regelsy stemen steuert ein schwaches Signal das Schalten größerer Lastströme. Es können integrierte Schaltungen oder Mikro prozessoren verwendet werden, um das Steuersignal zu liefern, das erforderlich ist, um den schnellen Fest körperschalter zu betätigen. Mikroschaltungen dieser Bauart sind dafür geeignet, mit Frequenzen zu arbeiten, die ein Vielfaches von 50 oder 60 Hz betragen, die ge meinhin bei elektrischen Wechselspannungsquellen vorhan den sind. Dies macht es möglich, jede Wechselspannungs schwingung zu regeln. Tatsächlich kann der Schaltvorgang im Nulldurchgang der Wechselstrom- oder Spannungskurve erfolgen. Diese Art der Regelung vermindert die Geräusch erzeugung, die mit dem Schalten der Wechselspannung verbunden ist und sie nutzt die Wechselspannungsleistung auf effektivste Weise.Modern electric power controllers use solids such as controlled silicon rectifiers, Power transistors, solid state relays and TRIACs. The U.S. Patent 4,315,141, describes a pair of solid state switches, by a temperature-sensitive, capacitive Ele ment as a temperature overload circuit for conventional Electric blankets have been biased. With these rules A weak signal controls the switching of larger signals Load currents. It can be integrated circuits or micro Processors are used to control the signal Deliver that is needed to make the fast holiday to operate body switch. Microcircuits of this Type are suitable for working with frequencies which are a multiple of 50 or 60 Hz, the ge meinhin in electrical AC sources vorhan they are. This makes it possible every AC voltage to regulate vibration. Actually, the switching process can at the zero crossing of the AC or voltage curve respectively. This type of regulation reduces the noise generation, which is connected to the switching of the AC voltage is and she uses the AC power on most effective way.

Neuere Fortschritte bei der Leistungsregelung im Mikrowattbereich haben die Verläßlichkeit integrierter Schaltungen (ICs) verbessert, indem das richtige Span nungseingangssignal für den Mikrocontroller sicherge stellt wird. Die US-PS 5.196.781 gibt eine Erfassung und Schaltschaltung für eine extrem niedrige Spannung an, um ein Leistungseingangssignal für einen IC in einem engen Spannungsbereich zu erzeugen, wenn lediglich eine varia ble Versorgung mit niedriger Leistung verfügbar ist. Watchdog-Zeitgeberschaltungen können in einen IC inte griert sein, um die IC periodisch rückzusetzen und eine längere Sperrung oder zweideutigen Betrieb zu vermeiden, der sich aus Spannungsunterbrechungen und häufig mit Wechselstrom einhergehenden Spannungsspitzen ergibt.Recent progress in capacity regulation in the Microwatts have integrated the reliability Circuits (ICs) improved by the right chip safety signal for the microcontroller sicherge is presented. U.S. Patent 5,196,781 discloses detection and Switching circuit for an extremely low voltage to a power input signal for an IC in a tight To generate voltage range, if only a varia Low power supply is available. Watchdog timer circuits can be integrated into an IC be grated to reset the IC periodically and one avoid prolonged blocking or ambiguous operation, arising from power interruptions and frequent with AC voltage spikes results.

Aus der DE 41 24 187 C1 ist eine Schaltungsanordnung für eine Temperaturregelung bekannt. Die Schaltung ent hält ein Heizelement mit temperaturabhängigem Widerstand. Dieses Heizelement ist mit einem TRIAC und einem ohmschen Widerstand in Reihe geschaltet, der als Stromfühler dient. Parallel zu der so gebildeten, an eine Spannungs quelle angeschlossenen Reihenschaltung ist eine Span nungsteilerschaltung angeordnet. Sowohl die Spannung an der Spannungsteilerschaltung als auch über dem Stromfüh lerwiderstand werden abgegriffen und mittels einer ent sprechenden Ansteuerschaltung in Ansteuerimpulse für das TRIAC umgesetzt. Ein sich infolge einer Temperaturände rung und somit Widerstandsänderung in dem Heizelement ändernder Strom verursacht einen sich ändernden Span nungsabfall über dem Spannungsfühlerwiderstand, der somit zur entsprechenden Regulierung der Ansteuerimpulse her angezogen wird. From DE 41 24 187 C1 is a circuit arrangement known for a temperature control. The circuit ent holds a heating element with temperature-dependent resistance. This heating element is equipped with a TRIAC and a resistive Resistor connected in series, acting as a current sensor serves. Parallel to the thus formed, to a voltage Source connected in series is a chip arranged dividing circuit. Both the voltage the voltage divider circuit as well as the Stromfüh Resistance are tapped and by means of a ent speaking drive circuit in drive pulses for the TRIAC implemented. A due to a temperature change tion and thus resistance change in the heating element changing current creates a changing chip voltage drop across the voltage sensor resistor, thus for the corresponding regulation of the drive pulses is attracted.

Maßnahmen zur Verhinderung gefährlicher Zustände bei Leitungsbruch, insbesondere gefährlicher Zustände, die auf Lichtbogenbildung zurückgehen, sind nicht getroffen.Measures to prevent dangerous conditions Cable break, especially dangerous conditions, the return to arcing, are not hit.

Aus der DE 41 41 062 A1 ist darüberhinaus eine Vor richtung und ein Verfahren zur Regulierung einer Auto sitzheizung mittels Mikroprozessors bekannt. Die Regelung erfolgt temperatur- und zeitabhängig. Jedoch sind keine Maßnahmen gegen Brandgefahren getroffen.From DE 41 41 062 A1 is also a Vor direction and a procedure for regulating a car heated seat known by microprocessor. The regulation is temperature and time dependent. However, none are Measures taken against fire hazards.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Sicherheit von Steuerschaltungen für elektrische Geräte zu verbessern.It is an object of the invention, the safety of Improve control circuits for electrical equipment.

Die vorliegende Erfindung verwendet eine elektrische Schaltung mit Rückführung und einen Halbleiterschalter um die zu einem elektrischen Gerät geführte Leistung zu regulieren, wobei das Gerät bei einer Unterbrechung oder einem Kurzschluß einen sicheren Betriebszustand erfor dert. Obwohl die Erfindung nicht auf Heizkissen be schränkt ist, ist sie hier im Hinblick auf hochsichere Steuer/Regelschaltungen für Heizkissen beschrieben, die ein PTC-Heizelement aufweisen. Es wird eine integrierte Schaltung verwendet, um einem Festkörperschalter Steuer signale zu liefern, die das Ein- und Aus-Verhältnis der elektrischen Wechselstromleistung zu dem Heizelement regulieren, um die Temperatur zu steuern/regeln. Wenn das Heizelement ein PTC-Element ist, ist die natürliche Wirkung sich erhöhender Temperatur, den gezogenen Strom zu drosseln und zu beschränken. Die Fähigkeit, die Tempe ratur der Heizung durch Stromsteuerung oder zeitpropor tionierte Leistungssteuerung zu steuern, ist dabei ver bessert. Der Leistungssteuerpegel kann extern durch die Einstellung einer Temperaturskala über eine Aufwärts- Abwärts-Tastatur oder ein Drehpotentiometer sowie intern durch eine Sicherheitsschaltung eingestellt werden.The present invention uses an electrical Circuit with feedback and a semiconductor switch around the power supplied to an electrical device regulate the device during a break or a short circuit requires a safe operating condition changed. Although the invention does not apply to heating pads is limited, she is here with regard to highly secure Control / regulating circuits for heating pad described that have a PTC heating element. It will be an integrated Circuit used to control a solid state switch provide signals that indicate the on and off ratio of the AC electric power to the heating element regulate to control the temperature. If that Heating element is a PTC element, is the natural Effect of increasing temperature, the current drawn to throttle and restrict. The ability to Tempe temperature of the heating by current control or Zeitpropor Controlling controlled power control is ver repaired. The power control level can be determined externally by the Setting a temperature scale over an upward Downward keyboard or a rotary potentiometer as well as internally be set by a safety circuit.

Erfindungsgemäß ermöglichen beide Sicherheitsabgrif fe der Heizung ein zwangsläufiges Schalten und eine IC braucht nicht ein Eingangssignal mit einer Spannung oder einem anderen Eingangssignal zu vergleichen. Um diese Aufgabe zu lösen, liefert ein Glimmlampen-Durchbruchelement ein zwangsläufiges Schaltsignal an einem IC-Ein gang. Für den anderen Eingang macht die Vorspannung eines Transistors ein zwangsläufiges Schalten möglich. Im allgemeinen ist ein Eingangssignal der Mikrocontroller IC ein Impulssignal mit der Wechselstromfrequenz und ein weiteres Eingangssignal ist eine Gleichspannung (Gleich strom). Für 220 Volt Wechselstromheizungen kann das Glimmlampenelement mit Durchbruchcharakteristik der Steuerschaltung mit zwei zusätzlichen Glimmlampen in Reihe geschaltet sein, um in der Abgriff- oder Rückfüh rungsleitung von der nichtgeerdeten Seite der Heizung ein Zwangsschaltsignal zu erhalten. Wenn lediglich eine zusätzliche Glimmlampe in Reihe geschaltet ist, ist es zweckmäßig, ein oder mehrere nichtleuchtende Dioden (LED) umgekehrt in die Reihenschaltung einzufügen. Die LED leuchtet dann nicht und erzeugt einen Spannungsabfall von ungefähr 7 Volt. Wenn sie so verwendet wird, wird sie als nichtleuchtende LED oder als NLED bezeichnet. Die Ver wendung von einer oder mehreren NLED in Reihe mit le diglich einer Glimmlampe ist außerdem in spezielle Fällen zweckmäßig, um die erforderliche Spannung zum Einschalten der Glimmlampe einzustellen.According to the invention allow both Sicherheitsabgrif fe of heating an inevitable switching and an IC does not need an input signal with a voltage or to compare to another input signal. Around Solving the problem provides a glow lamp breakthrough element an inevitable switching signal on an IC-in gear. For the other input makes the bias of a Transistor inevitable switching possible. in the In general, an input signal is the microcontroller IC a pulse signal with the AC frequency and a another input signal is a DC voltage (equal electricity). For 220 volt AC heaters that can Glow lamp element with breakdown characteristic of Control circuit with two additional glow lamps in Be connected in series in the tap or Rückfüh from the ungrounded side of the heater Forced switching signal to receive. If only one additional glow lamp is connected in series, it is appropriate, one or more non-luminous diodes (LED) reverse inserted in the series connection. The LED then does not light and produces a voltage drop of about 7 volts. If so used, it is considered non-illuminated LED or designated as NLED. The Ver use of one or more NLED in series with le just a glow lamp is also in special Cases appropriate to the required voltage for Switch on the glow lamp.

Bei einer Ausführungsform der hochsicheren Steuerschaltung enthält die Steuerschaltung eine Sicherung, die für den normalen Stromfluß bemessen ist. Das durch eine Mikrocontroller-IC gesteuerte Ein schalten ist so gestaltet, daß in den ersten paar Sekun den ein beschränktes Tastverhältnis erreicht wird, um die Temperatur des PTC-Materiales und somit den elektrischen Widerstand zu erhöhen, um den mittleren Einschaltstrom zu reduzieren. Auf diese Weise wird für die Sicherung, die vom trägen Typ ist, sogar die Einschränkung der Bemessung vermieden, die mit dem für die PTC-Heizelemente typischen hohen Einschaltstrom verbunden ist. Wenn die Sicherung mit ihrem Nennwert nahe bei dem normalen Strombedarf liegt, schaltet ein von einem Kurzschluß herrührender Überstrom die Leistung schnell ab. Nach dem Anfangszyklus, der auf die Verminderung des Einschaltstromes eingerichtet ist, startet ein Vorheizzyklus, der die Temperatur des Kissens auf eine gewisse Temperatur stei gert, indem er 100% Einschaltdauer für eine Zeitdauer gestattet, die einer Anfangseinstellung entspricht. Diese bevorzugte Ausführungsform kann in zwei Varianten gelie fert werden: eine für 220 Volt Nennwechselspannung und eine andere für 110 Volt Wechselspannung.In one embodiment of the highly secure Control circuit contains the control circuit a fuse sized for the normal current flow is. The controlled by a microcontroller IC Ein switch is designed so that in the first few seconds a limited duty cycle is achieved to the Temperature of the PTC material and thus the electrical Increase resistance to the average inrush current to reduce. This way, for the backup, the of the sluggish type, even the limitation of the design avoided that with the typical for the PTC heating elements high inrush current is connected. If the fuse with their nominal value close to the normal power requirement is located, turns off a short-circuiting Overcurrent the power quickly. After the initial cycle, the on the reduction of the inrush current is set up, starts a preheat cycle, which the Temperature of the pillow to a certain temperature stei Gert by giving 100% duty cycle for a period of time allowed, which corresponds to an initial setting. These preferred embodiment can gelie in two variants one for 220 volts AC and another for 110 volts AC.

Bei einer Weiterentwicklung der Erfindung ist der Möglichkeit, daß ein Drehabschalter in der Ein-Position hängenbleiben könnte, begegnet, indem ein zweites TRIAC in Reihe geschaltet ist, das ebenfalls durch die Mikro controller-IC gesteuert ist.In a further development of the invention is the Possibility that a rotary switch in the on position could get stuck, by putting a second TRIAC connected in series, which is also through the micro controller IC is controlled.

Die Reaktion auf einen Fehler ist so schnell, daß eine Viertelsekunde ein reichlich bemessener Zulässig keitsbereich zur Erfassung eines Fehlers ist. Folglich mag der ersten Reaktion oder den ersten paar Fehlerreak tionen gestattet sein, den Ein-Zustand des Heizungsschal ters für eine eine Sekunde nicht überschreitende Zeit spanne zu unterbrechen, so daß eine zweite Reaktion schnell erfolgt, wenn der Fehler fortbesteht, bevor er endgültig ausgeschaltet wird.The reaction to a mistake is so fast that a quarter second a generously proportioned allowed range is to detect an error. consequently like the first reaction or the first few mistakes be allowed, the on-state of the heating scarf ters for a time not exceeding one second span so that a second reaction done quickly if the error persists before it is finally turned off.

Anstelle dessen, daß das zweite TRIAC mit dem Hei zungsschalter-TRIAC einfach in Reihe geschaltet ist, kann das zweite TRIAC so geschaltet sein, daß es die Heizung nach genügend Fehlererfassungen abschaltet (bspw. 10 oder allgemein 3 bis 16), um zu verifizieren, daß das Hei zungsschalter-TRIAC in seiner Ein-Position hängengeblie ben ist.Instead of the second TRIAC with the Hei switch-TRIAC is simply connected in series, can the second TRIAC be switched so that it is the heater switches off after sufficient error detection (eg 10 or general 3 to 16) to verify that the Hei tion switch TRIAC in its on position ben is.

Die Erfindung ist anhand illustrierter Beispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben, in denen: The invention is illustrated by means of illustrated examples Further described with reference to the attached drawings, in which:

Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung einer 220 Volt Heizung ist, die in der ersten rück führenden Leitung 3 Glimmlampen enthält; Fig. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of a control circuit according to the invention of a 220 volt heater, which contains in the first return line 3 neon lamps;

Fig. 2 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung einer 220 Volt Heizung ist, bei der in der rückfüh renden Leitung zwei Glimmlampen mit Durchbruch charakteristik und zwei nichtleuchtende LEDs mit einer Spannungspolarität für den Rückwärts durchbruch vorgesehen sind; Fig. 2 is a circuit diagram of a second embodiment of a control circuit according to the invention of a 220 volt heater, in which in the rückfüh-generating line two glow lamps with breakthrough characteristic and two non-illuminated LEDs are provided with a voltage polarity for the reverse breakthrough;

Fig. 3 ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung für eine 220 Volt Heizung ist, bei der in der pri mären Rückführungsleitung zwei Glimmlampen als Durchbruchelemente und außerdem ein Transistor angeordnet sind, um die Glimmlampen einzuschal ten, wenn die Steuerschaltung eingeschaltet ist; Fig. 3 is a circuit diagram of a third embodiment of a control circuit according to the invention for a 220 volt heater, in which in the pri mary return line two glow lamps as breakdown elements and also a transistor are arranged to th the neon lamps th when the control circuit is turned on;

Fig. 4A ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung für eine 110 Volt Heizung ist, bei der in der er sten Rückführungsleitung eine einzelne Glimm lampe angeordnet ist und die ein zweites optio nales TRIAC in der sekundären Rückführungslei tung enthält; Fig. 4A is a circuit diagram of a first embodiment of a control circuit for a 110 volt heater according to the invention, in which he most return lamp a single glow lamp is arranged and the second optio nal TRIAC in the secondary Rückführungslei device contains;

Fig. 4B ein Schaltbild einer Variante des optionalen zweiten TRIACS nach Fig. 4A ist; FIG. 4B is a circuit diagram of a variant of the optional second TRIAC of FIG. 4A; FIG.

Fig. 5 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerung für eine 110 Volt Heizung ist, bei der in der primären Rück führungsleitung eine einzelne Glimmlampe mit einer Durchbruchsspannung angeordnet ist, die etwas höher ist als die Durchbruchsspannung der Durchbruchröhre nach Fig. 4A; Fig. 5 is a circuit diagram of a second embodiment of a controller according to the invention for a 110 volt heater, wherein in the primary return line a single glow lamp is arranged with a breakdown voltage which is slightly higher than the breakdown voltage of the breakdown tube of Fig. 4A;

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Mikrocontrollers ist; Fig. 6 is a block diagram of a microcontroller;

Fig. 7 ein Zeitdiagramm von möglichen gepulsten Steu ersignalen in dem Verbindungspunkt 12 der Mi krocontroller IC nach Fig. 5 in Bezug auf ein Wechselstromeingangssignal an dem Verbindungs punkt 20 ist; Fig. 7 is a timing diagram of possible pulsed control signals in the connection point 12 of the microcontroller IC of Fig. 5 with respect to an AC input signal at the connection point 20 ;

Fig. 8A ein den sicheren Betrieb veranschaulichendes Zeitdiagramm ist; Fig. 8A is a timing diagram illustrating safe operation;

Fig. 8B ein eine Unterbrechung im Masseleiter einer Heizung repräsentierendes Zeitdiagramm ist; Fig. 8B is a timing chart representing a break in the ground conductor of a heater;

Fig. 8C ein Zeitdiagramm für eine Unterbrechung in dem 110 Volt Wechselspannungsleiter der Heizung ist; Fig. 8C is a timing diagram for an interrupt in the 110 volt AC conductor of the heater;

Fig. 8D ein Zeitdiagramm für den Fall ist, wenn die Heizung nicht mit ihrem Mikrocontroller ver bunden ist; Fig. 8D is a timing chart for the case where the heater is not connected to its microcontroller;

Fig. 9 ein Programmflußbild für die Routine zur Über prüfung der IC-Eingänge 22 und 23 der IC nach Fig. 1 und Fig. 6 ist; und Fig. 9 is a Programmflußbild for the routine for checking the IC inputs 22 and 23 of the IC according to Figures 1 and 6 is..; and

Fig. 10 ein Programmflußbild für dieselbe Routine wie in Fig. 9 mit Bezug auf die Eingänge 22 und 23 der IC 34 nach Fig. 4A ist. Fig. 10 is a program flow diagram for the same routine as in Fig. 9 with respect to the inputs 22 and 23 of the IC 34 of Fig. 4A.

Description of the Preferred Embodiments

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Steuerschaltung, die zur Steuerung einer mit 220 Volt Wechselstrom arbei tenden elektrischen Heizung, bspw. einer Heizung mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC), verwendet wird. Fig. 1 shows a control circuit according to the invention, which is used to control a working with 220 volts AC border electrical heating, for example. A heater with a positive temperature coefficient (PTC).

An der spannungsführenden Seite der 220 Volt Wech selspannungsquelle ist eine Sicherung 5 angeordnet. An der von der Sicherung geschützten Seite ist eine Schwach stromverbindung zur Versorgung des IC 14 mit einer Wech selspannungsquelle zur Zeitgabe und außerdem dazu vor gesehen (über Mittel, die in Fig. 1 nicht veranschaulicht sind), sowohl eine 5,6 Volt Gleichspannung als auch eine Verbindung zu der Heizung über den Anschluß 1 zu erbrin gen. Die Anschlüsse 1, 2 und 3 identifizieren die mit der Heizung verbundenen Leiter. Der Heizungsstrom fließt über das Heizelement PTC und über ein TRIAC T1, das von der IC 14 gesteuert ist, zu dem Masse-, Erd- oder Neutralleiter zurück. Der mit der ungeerdeten Seite des TRIACS ver bundene Leiter 2 ist mit einem Heizungserdleiter zur Verbindung der geerdeten Seiten aller einzelnen Heizele mente der PTC-Heizung und schließlich mit einem Leiter 3 verbunden. Ähnlich bildet der Leiter 1 an der spannungs führenden Seite der PTC-Heizung eine Wechselspannungs speiseleitung für alle einzelnen parallelen Heizelemente und ist dann zu einer Verbindung mit einem Leiter 4 fortgesetzt.At the live side of the 220 volt Wech selspannungsquelle a fuse 5 is arranged. At the protected by the fuse side is a low power connection for supplying the IC 14 with a Wech selspannungsquelle for timing and also seen before (via means that are not illustrated in Fig. 1), both a 5.6 volts DC and the terminals 1, 2 and 3 gen to erbrin through the terminal 1 to connect to the heater. identify associated with the heating conductor. The heating current flows through the heater PTC and a TRIAC T1, which is controlled by the IC 14, back to the mass, ground or neutral conductor. The ver affiliated with the ungrounded side of the TRIACS conductor 2 is connected to a Heizungserdleiter for connecting the grounded sides of all individual Heizele elements of the PTC heater and finally to a conductor 3 . Similarly, the conductor 1 forms at the voltage-leading side of the PTC heating an AC supply line for all individual parallel heating elements and is then continued to a connection with a conductor 4 .

Die Leiter 3 und 4 sind Rückführungsleitungen, die für Steuerzwecke benutzt werden. Die mit dem Leiter 4 verbundene Schaltung kann als primärer Rückführungslei tungskreis und die mit dem Leiter 3 verbundene Schaltung kann als der sekundäre Rückführungsleitungskreis bezeich net werden, weil sie Energie nur erhalten, nachdem der Strom durch die Heizung geflossen ist. The conductors 3 and 4 are return lines used for control purposes. The circuit connected to the conductor 4 may be referred to as the primary feedback line circuit and the circuit connected to the conductor 3 may be referred to as the secondary feedback line circuit because they receive power only after the current has passed through the heater.

In dem primären Rückführungsleitungskreis ist eine erste Diode D1 angeordnet, um eine Halbwellengleich richtung zu erbringen, um die Leistung und die in dem primären Rückführungsleitungskreis umgesetzte Wärme zu vermindern (sie kann bei 110 Volt Wechselspannungsgeräten weggelassen werden). Die wesentlichen Elemente des primä ren Rückführungsleitungskreises sind drei Glimmlampen, typischerweise mit Neon oder einem anderen Edelgas ge füllte Röhren, die jeweils eine Durchbruchsspannung von 55 bis 65 Volt haben, wodurch eine Einschaltschwelle zwischen 165 bis 195 Volt der halbwellengleichgerichteten Wechselspannung erreicht wird.In the primary feedback loop is a first diode D1 arranged to be a half-wave equal to provide the performance and in the primary heat transfer loop converted heat to diminish (it can be used on 110 volt ac devices be omitted). The essential elements of the prima The return loop is three glow lamps, typically with neon or another noble gas filled tubes, each with a breakdown voltage of 55 to 65 volts, creating a switch-on threshold between 165 to 195 volts of the half-wave rectified AC voltage is reached.

Das Signal zum Zünden des TRIACS T1 wird von der IC 14 geliefert und ist ein Nulldurchgangssignal. Das Wech selspannungssignal zur Bestimmung des Wechselspannungs phasenwinkels wird über den Strombegrenzungswiderstand R9 zu der IC geliefert und durch die Diode D5 auf +5 Volt geklemmt. Die Rückführungsleitungen bilden eine Sicher heitsschaltung, die nicht von einem genauen Spannungsver gleich durch die IC abhängt. Sowohl anhand des 220 Wech selspannungssignales als auch des Erd- oder Rückführungs signales wird ein Zwangsschaltsignal geliefert, um eine Bestimmung des Signalpegels durch die IC 14 zu vermeiden. Während des Heizzyklusses ist der Leiter zwischen dem Anschluß 2 und dem Anschluß 3 mit Masse verbunden und der Leiter hat einen Widerstand von 7 Ohm, so daß die Wech selspannung an Anschluß 3 auch für 220 Volt Erregerspan nung niedrig ist. Bei diesem Niveau ist der Spannungs abfall über den Spannungsteiler R3, R4, der durch die Diode D2 halbwellengleichgerichtet und durch C2 und R6 stabilisiert ist, nicht ausreichend, um den Transistor Q1 in Sperrichtung vorzuspannen, so daß die Stromleitung zwischen seinem Emitter und seinem Kollektor ein 5 Volt Signal an die IC 14 an ihren Eingang 23 liefert. Bei einer Leiterunterbrechung zwischen den Anschlüssen 2 und 3 und bei Lichtbogenbildung wird die Wechselspannung an dem Anschluß 3 groß und das Signal an der Basis von Q1 sperrt den Leitzustand, so daß das Signal an Eingang 23 der IC durch R13 auf Masse geht. Bei einer Leitungsunter brechung zwischen den Anschlüssen 2 und 3 nahe bei dem Ende der Heizung oder hinter dem Ende liefert ein Wider stand R10 zwischen der primären und der sekundären Rück führungsleitung das Wechselspannungssignal an Anschluß 3.The signal for igniting the TRIACS T1 is supplied by the IC 14 and is a zero crossing signal. The Wech selspannungssignal for determining the AC phase angle is supplied via the current limiting resistor R9 to the IC and clamped by the diode D5 to +5 volts. The return lines form a safety circuit that does not depend on a precise voltage equalization by the IC. Both on the basis of 220 Wech selspannungssignales and the ground or feedback signal a forced switching signal is supplied to avoid a determination of the signal level by the IC 14 . During the Heizzyklusses the conductor between the terminal 2 and the terminal 3 is connected to ground and the conductor has a resistance of 7 ohms, so that the Wech selspannung to terminal 3 is low voltage for 220 volts excitation voltage. At this level, the voltage drop across the voltage divider R3, R4, which is half-wave rectified by the diode D2 and stabilized by C2 and R6, is not sufficient to bias the transistor Q1 in the reverse direction, so that the power line between its emitter and its collector 5 volts signal to the IC 14 at its input 23 supplies. With a conductor break between terminals 2 and 3 and with arcing, the AC voltage at terminal 3 becomes large and the signal at the base of Q1 disables the conductive state so that the signal at input 23 of the IC goes low through R13. In a line interruption between the terminals 2 and 3 near the end of the heater or behind the end provides a counterclaim R10 between the primary and the secondary return management line, the AC signal to terminal 3rd

Die primäre Rückführungsleitung von Anschluß 4 ist bei 220 Volt Wechselspannungseinsatz mit einer Reihen schaltung von Glimmlampen N1, N2 und N3 verbunden, wobei diese Reihenschaltung durch den Widerstand R11 geerdet ist. Das Wechselspannungssignal an dem Verbindungspunkt 8 ist über einen Widerstand R12 an den Eingang 22 der IC 14 angeschlossen und mittels der Diode D12 während der positiven Halbwelle auf 5 Volt und mittels der Diode D11 während der negativen Halbwelle auf Masse geklemmt. Die IC liest ihren Eingang 22 bei einem Phasenwinkel von 90° aus und sucht nach 5 Volt. Wenn an irgendeiner Stelle entlang der den Anschluß 1 mit dem Anschluß 4 verbinden den Leitung eine Unterbrechung auftritt, fällt die Span nung über der Reihenschaltung der Glimmlampen unter die Durchbruchsspannung ab und öffnet den Stromkreis zwischen den Schaltungspunkten 8 und 6. Im Falle von Lichtbogen bildung über der Unterbrechungsstelle ist der Gesamt spannungsabfall über dem Bogen plus der erforderlichen Durchbruchsspannung über den Glimmlampen größer als die Eingangsspannung, so daß die Glimmlampenreihenschaltung ausgeht. Damit fällt die Spannung an dem Eingang 22 der IC durch den Widerstand R11 auf Masse ab. Das entspre chende Programm des IC-Mikrocontrollers wird in Verbin dung mit den Fig. 6 und 9 diskutiert. Typische Werte für die in Fig. 1 veranschaulichten Widerstände sind in Tabelle 1 an dem Ende dieser Beschreibung aufgeführt.The primary return lead from terminal 4 is connected to a series circuit of glow lamps N1, N2 and N3 at 220 volts AC, this series being grounded through resistor R11. The AC signal at the connection point 8 is connected via a resistor R12 to the input 22 of the IC 14 and clamped by the diode D12 during the positive half-wave to 5 volts and by means of the diode D11 during the negative half-wave to ground. The IC reads its input 22 at a phase angle of 90 ° and searches for 5 volts. If at any point along the terminal 1 to the terminal 4 connect the line interruption occurs, the clamping voltage across the series connection of the glow lamps drops below the breakdown voltage and opens the circuit between the nodes 8 and 6th In the case of arc formation over the break point of the total voltage drop across the arc plus the required breakdown voltage across the glow lamps is greater than the input voltage, so that the glow lamp series circuit starts. Thus, the voltage at the input 22 of the IC drops to ground through the resistor R11. The corre sponding program of the IC microcontroller is discussed in conjunction with FIGS . 6 and 9. Typical values for the resistors illustrated in FIG. 1 are listed in Table 1 at the end of this specification.

Die Schaltung nach Fig. 2 weicht von der Schaltung nach Fig. 1 lediglich in den zwischen die Schaltungspunkte 6 und 8 geschalteten Bauelementen ab. In diesem Zweig der Schaltung sind lediglich zwei Glimmlampen wie im Fall von Fig. 1 zur Erzeugung der Durchbruchsspannung vorgesehen, jedoch sind sie mit einer umgekehrten LED (Leuchtdiode) 60 in Reihe geschaltet, die nicht leuchtet, wenn sie in umgekehrter Polarität bei Durchbruchsspannung verwendet wird. Außerdem kann eine Reihenschaltung von NLEDs verwendet werden, um die Eingangsspannung zu erhö hen, die zum Betrieb der Glimmlampen erforderlich ist. Jede NLED der Reihenschaltung erhöht die erforderliche Spannung um ungefähr 7 Volt. Mit einer einzelnen Glimm lampe kann die Schaltung nach Fig. 2 für 110 Volt Wech selspannungseinsatz für relativ hohe Stromlasten ver wendet werden.The circuit of FIG. 2 differs from the circuit of FIG. 1 only in the switched between the circuit points 6 and 8 components. In this branch of the circuit, only two glow lamps are provided as in the case of Fig. 1 for the generation of the breakdown voltage, but they are connected in series with a reverse LED (light emitting diode) 60 , which does not light when used in reverse polarity at breakdown voltage , In addition, a series circuit of NLEDs can be used to increase the input voltage required to operate the glow lamps. Each NLED of the series increases the required voltage by approximately 7 volts. With a single glow lamp, the circuit of FIG. 2 for 110 volt Wech selspannungseinsatz for relatively high power loads ver be used.

Die Schaltung nach Fig. 3 ist der Schaltung nach Fig. 2 ähnlich, jedoch ist ein zweiter Transistor Q2 eingefügt, der so geschaltet ist, daß er die Glimmlampen einschaltet, wenn der Controller 14 eingeschaltet ist. In diesem Fall wird das Signal an dem Eingang 22 des Con trollers 14 nur dann gelesen, wenn die Einheit einge schaltet ist sowie bei 90° Phasenwinkel und nur dann, wenn der TRIAC T1 getriggert ist. Wenn ein Signal an dem Eingang 23 anzeigt, daß die Heizung eingeschaltet ist und wenn jedoch kein Triggersignal für T1 vorhanden ist, muß der TRIAC T1 kurzgeschlossen sein und das Signal an 24 zum Betrieb der Glimmlampen kann verwendet werden, die Glimmlampen auszuschalten oder blinken zu lassen, um den Nutzer darüber zu alarmieren, daß die Sicherheitsschal tung nicht arbeitet.The circuit of Figure 3 is similar to the circuit of Figure 2, but with a second transistor Q2 connected to turn on the glow lamps when the controller 14 is turned on. In this case, the signal is read at the input 22 of the controller 14 only when the unit is turned on and at 90 ° phase angle and only when the TRIAC T1 is triggered. If a signal at the input 23 indicates that the heater is on, and if there is no trigger signal for T1, the TRIAC T1 must be shorted and the glow-on lamp 24 signal can be used to turn off or blink the glow lamps to alert the user that the safety circuit is not working.

Es wird nun auf Fig. 4A Bezug genommen, die eine mit 110 Volt Wechselspannung betriebene 50 Watt Heizung veranschaulicht, wobei die IC 34, die zur Steuerung des Schaltens der Leistung durch Senden eines Signales zu dem TRIAC T1 verwendet wird, durch eine als 5,6 Volt ver anschaulichte 5 Volt Nennspannungsquelle versorgt wird. Referring now to FIG. 4A, which illustrates a 50 watt heater operated at 110 volts AC, the IC 34 used to control the switching of the power by sending a signal to the TRIAC T1 is represented by one of FIG. 5, FIG. 6 volt illustrated 5 volt rated voltage source is supplied.

Allgemeiner weist die Spannungsversorgung eine stabili sierte Spannung von 4 bis 7 Volt auf. Wie in Fig. 6 veranschaulicht ist, wird die gewünschte Wärme durch Tastschalter 15, 16 und 17 zur Steuerung für Ein, Aus, Höher und Niedriger eingestellt. Der Einstellstatus wird durch eine Flüssigkristallanzeige 18 angezeigt. Zusätz lich zur Anzeige der Wärmeeinstellung kann das Display einen anormalen Betriebszustand durch Blinken oder Akti vieren eines Segmentes des Displays anzeigen, das den Bediener instruiert, die Benutzung abzubrechen. Ähnlich kann ein hörbares Alarmsignal erzeugt werden, um den Nutzer zu alarmieren.More generally, the power supply has a stabilized voltage of 4 to 7 volts. As illustrated in FIG. 6, the desired heat is set by control switches 15 , 16 and 17 for on, off, up and down control. The setting status is indicated by a liquid crystal display 18 . In addition to displaying the heat setting, the display may indicate an abnormal operating condition by flashing or activating a segment of the display instructing the operator to stop using. Similarly, an audible alarm signal can be generated to alert the user.

Die Funktion der IC 34 zur Steuerung der Temperatur der PTC-Heizung erfolgt durch Zeitsteuerung (Tasten) der Leistung. Für eine bspw. niedrige Temperatureinstellung kann die Ein-Zeit bei einer Verweil- oder Auszeit von 28 Sekunden in einem 30-Sekunden-Zyklus zwei Sekunden betra gen. Die mittlere Einstellung würde 15 Sekunden Ein-Zeit und 15 Sekunden Aus-Zeit haben. Die höchste Einstellung würde entsprechend eine 30-sekündige Ein-Zeit oder ein kontinuierliches Heizen liefern. Die niedrigste Einstel lung, in diesem Falle 2 Sekunden Ein, könnte aufgrund der schnellen zeitlichen Reaktion der als Durchbruchelement dienenden Glimmlampe oder -röhre 55 viel niedriger sein.The function of the IC 34 for controlling the temperature of the PTC heater is by time control (keys) of the power. For example, for a low temperature setting, the on time may be two seconds for a 30 second dwell or timeout in a 30 second cycle. The middle setting would be 15 seconds on-time and 15 seconds off-time. The highest setting would accordingly provide a 30 second on-time or continuous heating. The lowest setting, in this case 2 seconds on, could be much lower due to the fast time response of the glow element bulb or tube 55 serving as the breakdown element.

Wenn bei Fig. 4A Funken- oder Lichtbogenbildung infolge einer Leitungsunterbrechung auftritt, kann die hohe örtliche Temperatur des Bogens oder Funkens ver ursachen, daß PTC-Material verbrennt und in dem den Bogen umgebenden Bereich Kohlenstoff bildet. Der durch den Lichtbogenzustand verursachte Kohlenstoffkriechweg kann Strom führen, der an Anschluß 4 ein niedrigeres Wechsel spannungssignal erzeugt. Um zu verhindern, daß dieses niedrigere Spannungssignal an dem Verbindungspunkt 25 ein gepulstes Signal erzeugt und um ein Eingangssignal für die IC bei 22 zu sperren, ist zwischen Anschluß 4 und R10 ein Spannungsdurchbruchselement 55 in Reihe mit der 110 Volt Wechselspannung angeordnet. Der Widerstand R15 liefert einen Stromweg nach Masse und ist so bemessen, daß er dem Strom und der Spannung über 55 erlaubt, gerade über seiner Schwellspannung zu sein, wenn die Eingangs wechselspannung bei der niedrigsten Nennspannung, bspw. bei 100 Volt, ist. Wenn das Durchbruchelement 55 leitet, sind der Verbindungspunkt 25 und der Eingang 22 der IC 34 während eines Halbwellentypes der Wechselspannungsschwin gung durch die Diode D7 auf 5,6 Volt und während der restlichen Zeit auf Masse geklemmt. Das bei dieser Aus führungsform veranschaulichte Durchbruchselement 55 ist eine Miniaturglimmlampe mit einer minimalen Durchbruchs spannung und einer Einschaltspannung von 80 Volt. Für diesen Zweck kann eine #A1E der Xenell & Co. aus Oklahoma benutzt werden. Mit dem mit der Masserückführung ver bundenen Strombegrenzungswiderstand R15 ist die Edel gaslampe 55 lediglich an, wenn das TRIAC T1 gezündet ist und sie wirkt als Heizungsanzeigeleuchte. Wenn der Strom begrenzungstransistor R15 mit der allgemeinen Masse verbunden wäre, wäre die Lampe sowohl während des Aus- Zyklusses als auch während des Ein-Zyklusses an und kann die duale Funktion haben, eine Hintergrundbeleuchtung für das mit dem Mikrocontroller IC 34 verbundene Display 18 zu liefern. Tabelle II an dem Ende dieser Beschreibung zeigt typische Werte einiger der Widerstände der Fig. 4A.In Fig. 4A, when spark or arcing occurs due to a line break, the high local temperature of the arc or spark may cause PTC material to burn and form carbon in the area surrounding the arc. The carbon creepage path caused by the arc state can carry current that produces a lower AC voltage signal at terminal 4 . In order to prevent this lower voltage signal at the connection point 25 from generating a pulsed signal and blocking an input signal for the IC at 22 , a voltage breakdown element 55 is connected in series with the 110 volts AC between terminal 4 and R10. Resistor R15 provides a current path to ground and is sized to allow the current and voltage above 55 to be just above its threshold voltage when the input AC voltage is at the lowest rated voltage, eg, at 100 volts. When the breakdown element 55 conducts, the connection point 25 and the input 22 of the IC 34 during a half-wave type of AC voltage swing through the diode D7 to 5.6 volts and clamped during the remaining time to ground. The breakthrough element 55 illustrated in this embodiment is a miniature glow lamp having a minimum breakdown voltage and a turn-on voltage of 80 volts. For this purpose, a # A1E from Xenell & Co. of Oklahoma can be used. With the associated with the earth return current limiting resistor R15, the noble gas lamp 55 is only on when the TRIAC T1 is ignited and it acts as a heater indicator light. If the current limiting transistor R15 were connected to the common ground, the lamp would be on both during the off-cycle and during the on-cycle and may have the dual function of providing backlighting to the display 18 connected to the microcontroller IC 34 , Table II at the end of this description shows typical values of some of the resistors of Fig. 4A.

Ein zweites TRIAC T2 kann verwendet werden, um die Steuerung bei einem Fehler der Steuerung T1 bei einem Kurzschlußzustand, wie in den Fig. 4A und 4B dargestellt, permanent stillzusetzen. Die zweite TRIAC-Schaltung nach Fig. 4A zum Stillsetzen der Steuerung ist von der her kömmlichen Überspannungsschutzbauart und verbindet die Masse für kurze Zeit mit der Sicherung 5. Ein (nicht dargestellter) strombegrenzender Widerstand kann ver wendet werden, um zu verhindern, daß die Stromwelle Schäden an der Hausinstallation verursacht, oder die Leitdauer des TRIACS T2 kann zeitlich getastet werden, um den Strom zu beschränken und das Durchbrennen der Siche rung 5 innerhalb einer spezifischen Zeitspanne, bspw. 200 Millisekunden, zu bewerkstelligen.A second TRIAC T2 may be used to permanently shut down the control in the event of a fault of the controller T1 in a short-circuit condition as shown in Figs. 4A and 4B. The second TRIAC circuit of Fig. 4A for stopping the control is from her conventional overvoltage protection type and connects the ground for a short time with the fuse. 5 A current limiting resistor (not shown) may be used to prevent the current wave from causing damage to the house installation, or the duration of the TRIACS T2 may be timed to limit the current and burnout of the fuse 5 within one specific time span, for example 200 milliseconds, to accomplish.

Die Steuerung des TRIACS durch seine Steuerleitung 12 wird über eine Folge unidirektionaler Stromimpulse erreicht, die entsprechend die Nulldurchgangsmomente der Wechselstromkurvenform überbrücken, wodurch das TRIAC für die Wechselspannung kontinuierlich so lange leitet, wie die Steuerimpulsfolge nicht unterbrochen wird. Wie oben angemerkt, können die Steuerimpulse für die Sicherheits schaltung anstelle ganz gestoppt zu werden, auch für lediglich 800 Millisekunden unterbrochen werden.The control of the TRIACS by its control line 12 is accomplished via a series of unidirectional current pulses which respectively bridge the zero-crossing moments of the AC waveform, thereby continuously conducting the AC-A TRIAC for as long as the control pulse train is not interrupted. As noted above, the control pulses for the safety circuit can be interrupted for as little as 800 milliseconds instead of being completely stopped.

Wenn ein Fehlerzustand erfaßt wird, wird das Signal zum Zünden des TRIACs verzögert. Wenn der Anfangsfehler erfaßt wird, kann eine TRIAC-Verzögerungszeit von 800 Millisekunden verstreichen und es wird ein weiteres Signal zu dem TRIAC gesendet, das 200 Millisekunden dauert, und, wenn ein weiterer Fehler erfaßt wird, wird die Zündung des TRIACs erneut verzögert. Zu diesem Zeit punkt kann eine dritte Fehlertestfolge aktiviert werden oder das TRIAC-Signal kann für den gesamten Betrieb gesperrt werden. Im allgemeinen können diese Zeitspannen wegen der schnellen Reaktion der Röhre 55 mit Durchbruch- oder Abschaltcharakteristik im sicheren Bereich weit gekürzt werden.When an error condition is detected, the signal to ignite the TRIAC is delayed. If the initial error is detected, a TRIAC delay time of 800 milliseconds may elapse, and another signal is sent to the TRIAC lasting 200 milliseconds, and if another error is detected, the ignition of the TRIAC is again delayed. At this time, a third fault sequence can be activated or the TRIAC signal can be disabled for the entire operation. In general, these periods can be greatly reduced because of the rapid response of tube 55 with breakthrough or turn-off characteristics in the safe area.

Um weiter die Erfassung des Fehlers 200 Millisekun den nachdem der nächste Zyklus beginnt, sicherzustellen, liest die IC das Eingangssignal der Sicherheitsschaltung und wenn der Fehler erfaßt wird, wird das Triggern des TRIACS erneut umgangen und der Treiber für das LCD-Dis play wird in eine Blinkbetriebsart geschaltet. Um eine weitere gefährliche Verwendung insbesondere in einer unbeaufsichtigten Situation zu vermeiden, veranlaßt das wiederholte Auftreten von Fehlern die Einheit, abzuschal ten. Wiederholte Eingaben durch den Bediener, um aus- und einzuschalten, veranlassen lediglich das Display, zu blinken, weil der Fehlerzustand in einem Speicher gespei chert werden kann. Zu diesem Zeitpunkt ist die einzige Möglichkeit, durch die Leistung zu der fehlerhaften Heizung gelangen kann, wenn der Benutzer die Zuleitung aus der Steckdose zieht und den Stecker erneut in die Steckdose steckt. Durch Wiedereinschalten des Controllers würde die ersten 200 Millisekunden der Heizphase erneut nach dem Fehler gesucht und der Erfassungszyklus würde wiederholt, was die Leistung der Heizung erneut abschal tet.To further capture the error 200 milliseconds after the next cycle begins to ensure the IC reads the input signal of the safety circuit and when the error is detected, the triggering of the TRIACS again bypassed and the driver for the LCD Dis play is switched to a flashing mode. To one more dangerous use especially in one To avoid unattended situations causes this repeated occurrence of errors the unit, shut down Repeated inputs by the operator to off and turn on, cause only the display, too blink because the error condition is stored in a memory can be chert. At this time, the only one Possibility, through the performance to the faulty Heating can arrive when the user the supply line pulls out of the socket and put the plug back in Socket is plugged. By restarting the controller would be the first 200 milliseconds of the heating phase again looked for the error and the acquisition cycle would repeated, which again shuts off the power of the heater tet.

Wie in den Fig. 4A und 4B veranschaulicht ist, kann eine redundante sichere Steuerung erreicht werden, indem mit dem TRIAC ein zweites Schaltelement in Reihe geschal tet wird. Fig. 4A veranschaulicht eine Schaltung, bei der, auch wenn ein TRIAC in leitendem Zustand ausfällt, durch das zweite TRIAC T2 eine vollständige Steuerung erreicht wird. Beide Schaltelemente werden gleichzeitig entweder durch das gleiche Signal oder entsprechend durch von der IC34 gesendete separate Signale gezündet. In Fig. 4A steuert eine gesonderte Leitung 55 das TRIAC T2.As illustrated in FIGS. 4A and 4B, redundant secure control can be achieved by connecting a second switching element in series with the TRIAC. Fig. 4A illustrates a circuit in which, even when a TRIAC is in a conductive state, complete control is achieved by the second TRIAC T2. Both switching elements are fired simultaneously either by the same signal or by separate signals sent by the IC34. In Fig. 4A, a separate line 55 controls the TRIAC T2.

Fig. 4B veranschaulicht beide TRIACs T1 und T2 auf der Masseseite der Wechselspannungsversorgung, wobei die Leitung 18 in diesem Fall den TRIAC T1 öffnet anstelle ihn zum Durchbrennenlassen der Sicherung 5 zu schließen. FIG. 4B illustrates both TRIACs T1 and T2 on the ground side of the AC power supply, in which case the line 18 opens the TRIAC T1 instead of closing it to allow the fuse 5 to blow.

Fig. 5 veranschaulicht eine Schaltung, die der Fig. 5A bis auf das Merkmal des zweiten TRIACS ähnlich ist. Die primäre 110 Volt Wechselspannungsrückführungsleitung erzeugt einen wechselspannungsfrequenten Leistungsimpuls als Eingangssignal für die IC an ihrem Eingang 22. Die Sicherheitsverbindungsleitung 103 der Masserückführung ist mit dem Verbindungspunkt von R110 und einem Spannungsteiler R103-R104 verbunden. Wenn der durch die Heizung führende Masse- oder Erdleiter durchgehend ist, dann schließt dieser Leiter den Verbindungspunkt über den TRIAC T1 nach Masse kurz, und das Signal der sekundären Sicherheitsverbindung zu der IC weist bei 23 Massepoten tial auf. Das Sicherheitsbetriebssignal der so erhaltenen Anordnung ist das gleiche wie in Fig. 8A, wie untenste hend weiter erläutert ist. Bei einer unterbrochenen oder offenen Heizungsmasseleitung ist die Verbindung zwischen den Widerständen R103 und R104 nicht länger nach Masse kurzgeschlossen und der Spannungsteil wird aktiv und die Verbindungsspannung beträgt 5 Volt. Der Fehlerzustand für die Signaleingabe an Anschluß 23 der IC114 beträgt nun 5 Volt (Impulsweise) und der Sicherheitszustand ist Masse potential wie bei den vorstehenden Beispielen nach Fig. 4A. Fig. 5 illustrates a circuit similar to Fig. 5A except for the feature of the second TRIACS. The primary 110 volt AC return line generates an AC-frequency power pulse as input to the IC at its input 22 . The earth return safety connection line 103 is connected to the connection point of R110 and a voltage divider R103-R104. If the ground or ground conductor leading through the heater is continuous, then that conductor shorts the connection point to ground via the TRIAC T1, and the signal of the secondary safety connection to the IC is at 23 ground potential. The safety operation signal of the arrangement thus obtained is the same as in Fig. 8A, as further explained below. With a broken or open heater ground line, the connection between resistors R103 and R104 is no longer shorted to ground and the voltage portion becomes active and the connection voltage is 5 volts. The error state for the signal input to terminal 23 of IC114 is now 5 volts (pulse mode) and the safety state is ground potential as in the above examples of FIG. 4A.

In Fig. 5 sind die PTC-Heizungsstränge über die Eingangsleiter 101 und 102 mit Energie versorgt. Der Leiter 101 ist über die Sicherung 105 mit 110 Volt Wech selspannung verbunden und die Leitung 102 ist durch den TRIAC T101 nach Masse geschaltet. Das Signal zum Zünden des TRIACS wird durch die IC114 geliefert und ist ein Nulldurchgangssignal. Das Wechselspannungssignal zur Bestimmung des Wechselspannungsphasenwinkels wird über R109 zu der IC gesendet und über die Diode D105 auf +5 Volt geklemmt. Die Leitungen 103 und 104 sind wiederum zu einer Sicherheitsschaltung zurückgeführt, jedoch erfor dern sie keine präzise Analyse durch die IC. Sowohl an der 110 Volt Wechselspannungsleitung als auch an den Massesicherheitsrückführungsverbindungen 104 und 103 werden Zwangsschaltsignale erzeugt, was eine Signalpegel bestimmung durch die IC vermeidet.In Fig. 5, the PTC heating strands are supplied via the input conductors 101 and 102 with energy. The conductor 101 is connected via the fuse 105 with 110 volt AC voltage and the line 102 is connected through the TRIAC T101 to ground. The signal for igniting the TRIACS is provided by IC114 and is a zero crossing signal. The AC voltage signal for determining the AC phase angle is sent to the IC via R109 and clamped to +5 volts through diode D105. The lines 103 and 104 are in turn fed back to a safety circuit, but they do not require precise analysis by the IC. Forced switching signals are generated at both the 110 volt AC line and the grounding safety feedback links 104 and 103 , avoiding signal level determination by the IC.

Während des Heizzyklusses ist die Leitung zwischen 102 und 103 mit Masse verbunden, wobei die Leitung einen Widerstand von 7 Ohm aufweist und die Wechselspannung an 103 niedrige 2 bis 10 Volt beträgt. Bei diesem Niveau ist der nachfolgende Spannungsabfall über dem Spannungsteiler R103 und R104, gefolgt durch Halbwellengleichrichtung durch die Diode D102 und Stabilisierung durch C102 und R106, nicht ausreichend, um den Transistor Q101 in Sperrichtung vorzuspannen, so daß die Stromleitung zwi schen dem Emitter und dem Kollektor ein 5 Volt Wechsel spannungssignal an dem IC-Mikrocontroller 14 an 123 erzeugt. Wenn die Leitung zwischen 102 und 103 bricht und Lichtbogenbildung auftritt, wird die nun über das resi stive PTC-Material mit der 110 Volt Seite verbundene Wechselspannung an 103 high und das Signal an der Basis von Q101 sperrt die Stromleitung und das Signal an 123 geht durch R113 auf Masse. Bei einer Unterbrechung der Leitung 102-103 nahe dem Ende des PTC-Widerstandes oder nach dessen Ende liefert ein zwischen die Rückführungs leitungen geschalteter Widerstand R110 an 103 das Wech selspannungssignal.During the heating cycle the line is connected to ground between 102 and 103 , the line having a resistance of 7 ohms and the AC voltage at 103 being low 2 to 10 volts. At this level, the subsequent voltage drop across the voltage divider R103 and R104, followed by half-wave rectification by the diode D102 and stabilization by C102 and R106, is insufficient to reverse bias the transistor Q101 so that the power line is between the emitter and the collector a 5 volt AC voltage signal is generated at the IC microcontroller 14 at 123 . When the line breaks between 102 and 103 and arcing occurs, the ac voltage now connected to the 110 volt side via the resistive PTC material becomes 103 high and the signal at the base of Q101 disables the power line and the signal to 123 passes R113 on earth. In an interruption of the line 102-103 near the end of the PTC resistor or after its end provides a line between the feedback lines connected resistor R110 to 103 the Wech selspannungssignal.

Die 110 Volt Wechselspannungs-Sicherheitsrückführung ist bei 104 über eine Glimmlampe N101 und einen Reihenwi derstand R111 mit Masse verbunden. Die Glimmlampe ist für eine Durchbruchspannung von 75 bis 85 Volt ausgesucht. Das Wechselspannungssignal an 108 ist über R112 mit dem Eingang 122 der IC verbunden, während der positiven Halbwelle mit D112 auf 5 Volt geklemmt und während der negativen Halbwelle mit D111 mit Masse verbunden. Die IC liest 122 bei einem Phasenwinkel von 90° auf der Suche nach 5 Volt Signalen aus. Wenn an irgendeiner Stelle entlang der 110 Volt Wechselspannungsleitung 101, 104 Lichtbogenbildung oder ein Leitungsbruch erfolgt, fällt die Spannung über N101 unter die Durchbruchsspannung, öffnet den Kreis zwischen 106 und 108 und der Widerstand R111 zieht die Spannung an 122 auf Masse. Tabelle I für die entsprechenden Elemente von Fig. 1 kann für Fig. 5 verwendet werden, mit der Ausnahme, daß R101 von Fig. 5 den halben Widerstand von R3 von Fig. 1 hat, weil Fig. 1 für 220 Volt Wechselspannung ausgelegt ist, während Fig. 5 für 110 Volt Wechselspannung ausgelegt ist.The 110 volt AC safety feedback is connected to ground at 104 via a neon lamp N101 and a series resistor R111. The glow lamp is selected for a breakdown voltage of 75 to 85 volts. The AC signal to 108 is connected to the input 122 of the IC via R112, clamped to 5 volts with D112 and grounded to D111 during the negative half cycle. The IC reads 122 at a phase angle of 90 ° looking for 5 volt signals. When arcing or line break occurs anywhere along the 110 volt AC line 101 , 104 , the voltage drops below the breakdown voltage via N101, opens the loop between 106 and 108, and the resistor R111 pulls the voltage 122 to ground. Table I for the corresponding elements of Fig. 1 may be used for Fig. 5, except that R101 of Fig. 5 has half the resistance of R3 of Fig. 1 because Fig. 1 is designed for 220 volts AC. while Fig. 5 is designed for 110 volts AC.

Die Mikrocontroller-IC nach Fig. 6 enthält einen Read-Only-Speicher "ROM" 29, in dem der Satz der Algo rithmen und Instruktionen gespeichert ist, die das Pro gramm zur Steuerung der Heizung und der Anzeige enthal ten. Die Instruktionen des ROM 29 werden in der arithme tischen Logikeinheit ALU 30 verarbeitet und die sich ergebenden Werte werden in einem Datenregisterspeicher mit wahlfreiem Zugriff RAM 31 gespeichert, um als Eingabe für das Programm verwendet zu werden. Die Eingangssignale AC IN und Sicherheitsschaltungseingangssignale 22 und 23 werden über den Datenbus 32 empfangen. Das Programm bestimmt auf der Basis des Eingangssignales von der Sicherheitsschaltung und des Kontrollstatus, wann Energie zu liefern ist. Das Zünden des TRIACs wird mit der Wech selspannungskurvenform an dem Wechselspannungseingang 20 koordiniert, um den TRIAC im Nulldurchgang zu zünden. Ein Programmzähler PC 32 ist erforderlich, um die Programm schritte zu verfolgen und er dient dazu, die nächste Programmanweisung zu indexieren.The microcontroller IC of Fig. 6 includes a read-only memory "ROM" 29 in which is stored the set of algorithms and instructions containing the program for controlling the heater and the display. The instructions of the ROM 29 are processed in the arithmetic logic unit ALU 30 , and the resulting values are stored in a random access data register RAM 31 to be used as input to the program. The input signals AC IN and safety circuit input signals 22 and 23 are received via the data bus 32 . The program determines when to deliver power based on the input signal from the safety circuit and the control status. The ignition of the TRIAC is coordinated with the AC voltage waveform at AC input 20 to ignite the TRIAC at zero crossing. A program counter PC 32 is required to track the program steps and serves to index the next program statement.

Eine außerhalb der Mikrocontroller IC dargestellte Timerschaltung 21 dient dazu, die Taktfrequenz, mit der das Programm arbeitet, zu steuern. Sie wird durch einen konventionellen RC-Oszillator gebildet. Es kann ebenfalls ein Quarzoszillator verwendet werden. Typischerweise liegt die Taktfrequenz in der Größenordnung von 1 bis 2 MHz. Der Watchdog-Timer ist so eingestellt, daß er periodisch eine Überlast herbeiführt und dadurch ein Rücksetzen der Einrichtung auslöst (Reset). Beim Rück setzen wird das Programm initialisiert und es startet vom Anfang weg. Der Watchdog-Timer stoppt den Betrieb des Mikroprozessors wiederholt für eine voreingestellte Zeitspanne, die zwischen 0,01 und 3 Sekunden einstellbar ist. Der Zeitgeber 33 und der Programmzähler 32 werden ebenfalls rückgesetzt. Wenn ein Hängenbleiben eintritt, setzt der Watchdog-Timer, der seinen eigenen internen Oszillator hat, mit dem Countdown fort und setzt das Programm dann zurück. Diese Auszeit-Betriebsart wird außerdem beim Einschalten aktiviert, um sicherzustellen, daß die richtige Spannung in dem Mikroprozessor gegeben wird, was der Stromversorgungsleitung Zeit gibt, sich zu stabilisieren. Der Watchdog-Timer 5 ist wichtig, um die Verarbeitung des Sicherheitsschaltungssignales zu garan tieren. Er kann den Mikroprozessor außerdem in allen Situationen einschließlich Störimpulsen rücksetzen, die den Speicherinhalt beeinträchtigen oder ein Hängenbleiben verursachen. Während der Heizphase erzeugt die IC ein Ausgangssignal an einem Verbindungspunkt 12 oder 112, der den Wechselstrom zu der Heizung leitenden TRIAC triggert. Das Ausgangssignal an 12, 112 steuert das Zünden des TRIACs. Ein Beispiel einer Mikrocontroller-IC ist das Element Nr. MSM64162 der OKI Company, das die wie oben für eine 110 Volt Steuerschaltung geforderten Funktionen ausführen kann.A timer circuit 21 shown outside the microcontroller IC serves to control the clock frequency with which the program operates. It is formed by a conventional RC oscillator. It can also be used a quartz oscillator. Typically, the clock frequency is on the order of 1 to 2 MHz. The watchdog timer is set to periodically overload and thereby reset the device (Reset). When reset, the program is initialized and it starts from the beginning. The watchdog timer repeatedly stops the operation of the microprocessor for a preset period of time, which can be set between 0.01 and 3 seconds. The timer 33 and the program counter 32 are also reset. If a stall occurs, the watchdog timer, which has its own internal oscillator, continues the countdown and then resets the program. This time out mode is also activated at power up to ensure that the proper voltage is being applied in the microprocessor, giving the power line time to stabilize. The watchdog timer 5 is important to garan the processing of the safety circuit signal. It can also reset the microprocessor in all situations, including glitches, which affect memory contents or cause them to get stuck. During the heating phase, the IC generates an output signal at a junction 12 or 112 which triggers the AC to the heating conductive TRIAC. The output at 12, 112 controls the ignition of the TRIAC. An example of a microcontroller IC is Element No. MSM64162 of the OKI Company, which can perform the functions required above for a 110 volt control circuit.

Die Beschreibung des Mikrocontrollers nach Fig. 6 ist, obwohl sie sich inbesondere auf eine 110 Volt Wech selspannungsquelle bezieht, in einer Weise gegeben, die für einen Fachmann ausreichend klar ist, um zu verstehen, wie ein entsprechender Mikroprozessor für ein mit einer 220 Volt Wechselspannungsquelle arbeitendes System ausge wählt werden kann. Zur bequemen und kurzen Beschreibung ist der Mikrocontroller nach Fig. 5 lediglich beschrie ben, wie er bei 110 Volt Steuerschaltungen nach den Fig. 4 und 5 angewendet wird.The description of the microcontroller of Fig. 6, although particularly referring to a 110 volt AC voltage source, is given in a manner which is clear enough to one skilled in the art to understand how to provide a corresponding microprocessor for use with a 220 volt AC source working system can be selected. For convenience and brief description, the microcontroller of Figure 5 is merely described as applied to 110 volt control circuits of Figures 4 and 5.

Das Wechselspannungsleistungseingangssignal und das TRIAC-Triggersignal der Ausführungsform nach Fig. 5 sind in dem Zeitdiagramm der Fig. 7 veranschaulicht. Die Signalzeitperiode beträgt 60 Hz über 10 Schwingungen. Die gleichen Situationen liegen vor, wenn die Wechselspannung 50 Hz beträgt. Für den gleichen Zeitrahmen veranschauli chen die Fig. 8A bis 8D die mögliche Kombination von Signalen, die an dem Eingang der IC zur Bestimmung des sicheren Betriebs vorliegen. Die 60 Hz-Impulsfolge an dem IC-Eingang 22 und Masse an 23, dargestellt in Fig. 8A, bilden die für den sicheren Betrieb geforderte Signalkom bination. Fig. 8B veranschaulicht die Signale an 22 und 23, wenn eine Unterbrechung in der Masseleitung der Heizung erfolgt ist. Fig. 8C ist die Signalkombination, die sich aus einer Unterbrechung der 110 Volt Leitung der Heizung ergibt. Die Signalkombination der Fig. 8D wird erwartet, wenn sowohl die 110 Volt Wechselspannungslei tung als auch die Masseleitung der Heizung offen sind: Dies tritt typischerweise ein, wenn die Heizung nicht mit der Steuerung verbunden ist. Die Signalanalyse einer der Fig. 8B, 8C und 8D führt zu der Unterbrechung des Trig gersignales des TRIACS über die in Fig. 5 dargestellte Leitung 12 und somit zu der Unterbrechung der Zufuhr von 110 Volt Wechselspannungsleistung zu der Heizung. Im Falle der Fig. 8B und 8C hindert diese Leistungsunter brechung das PTC-Material an Lichtbogenbildung und an der Verursachung eines Feuers. Der Zustand einer offenen Schaltung nach Fig. 8D tritt ein, wenn der Bediener den Gerätestecker der Heizung noch nicht eingesteckt hat.The AC power input signal and the TRIAC trigger signal of the embodiment of FIG. 5 are illustrated in the timing diagram of FIG . The signal time period is 60 Hz over 10 oscillations. The same situations exist when the AC voltage is 50 Hz. For the same time frame, Figs. 8A to 8D illustrate the possible combination of signals present at the input of the IC for determining safe operation. The 60 Hz pulse train at the IC input 22 and ground at 23, shown in Fig. 8A, form the required for safe operation Signalalkom combination. Fig. 8B illustrates the signals at 22 and 23 when an interruption in the ground line of the heater has occurred. Figure 8C is the signal combination resulting from an interruption of the 110 volt line of the heater. The signal combination of Figure 8D is expected when both the 110 volt AC line and the ground line of the heater are open: this typically occurs when the heater is not connected to the controller. The signal analysis of one of FIGS. 8B, 8C and 8D results in the interruption of the trig gersignales of the TRIACS via the line 12 shown in Fig. 5 and thus to the interruption of the supply of 110 volts AC power to the heater. In the case of Figs. 8B and 8C, this power interruption prevents the PTC material from arcing and causing a fire. The state of an open circuit of Fig. 8D occurs when the operator has not yet plugged in the appliance plug of the heater.

Das in dem ROM-Bereich 29 der IC 114 gespeicherte Programm enthält eine Routine zur Analyse der Signale 22 und 23 der Sicherheitsverbindung wie in Fig. 9 darge stellt. Auf den Ablaufplan der Routine nach Fig. 9 Bezug nehmend, sucht die erste Anweisung nach dem Sicherheits signal, Fig. 8A. Wenn an Anschluß 22 das Impulssignal erfaßt wird und an 23 Masse erfaßt wird, ist das Ergebnis in der ersten Stufe JA und die nächste Anweisung ist, zu überprüfen, daß der Heizzyklus eingeschaltet ist. Wenn das TRIAC im Kurzschlußzustand ausgefallen ist und die Heizung in der Aus-Betriebsart ist, führt eine NEIN-Antwort auf die Heizstatusanzeige das Programm zu dem Heizstatuszähler "HSC"-Unterprogramm. Das HSC-Unter programm zählt zu dem HSC-Wert Eins dazu und vergleicht den Wert dann mit Zehn. Wenn der Zählwert über Zehn liegt, dann zeigen zehn aufeinanderfolgende Zyklen einen TRIAC-Fehler an und das Unterprogramm wird zum Fehler schutz und einer Alarmroutine verzweigt. Wenn der Hei zungsstatuszähler anzeigt, daß normaler Betrieb auftritt, werden der Fehlerzähler und der Heizstatuszähler auf Null gesetzt und die Routine kehrt zu dem Hauptprogramm zu rück. In dem ersten Stadium, wenn an 22 kein Impuls erfaßt wird oder an 23 ein Impuls vorliegt, ist die Antwort NEIN, und wenn der Heizstatus EIN ist und ein Fehlerzustand vorliegt, zeigt dies einen unsicheren Betriebszustand an. An diesem Punkt wird der Fehlerzähler um Eins heraufgezählt und in zehn Zyklen, ungefähr 87 Millisekunden, wird das Unterprogramm zu der Fehlersi cherheitsroutine verzweigt, um das TRIAC zu sperren, das Display blinken zu lassen, eine Anzeigelampe blinken zu lassen oder einen Alarm auszusenden. Der Fehlerzähler wird bspw. auf Zehn gesetzt, um in 87 Millisekunden auf einen Fehler zu reagieren. Der Zählwert kann kleiner sein, wenn eine schnellere Reaktion erforderlich ist. Der Zählwert sollte nicht so klein wie Eins sein, um lästige Fehler zu verhindern, die sich aus Leistungsschwankungen ergeben könnten. Für die Zählschwelle des HSC-Unterpro grammes ist ein Wert von Fünf recht praktisch.The program stored in the ROM area 29 of the IC 114 includes a routine for analyzing the signals 22 and 23 of the security link, as shown in FIG . Referring to the routine of the routine of Fig. 9, the first instruction looks for the safety signal, Fig. 8A. When the pulse signal is detected at terminal 22 and ground is detected at 23 , the result in the first stage is YES and the next instruction is to check that the heating cycle is on. If the TRIAC has failed in the short circuit condition and the heater is in the off mode, a NO response to the heater status indicator will return the program to the heater status counter "HSC" subroutine. The HSC subroutine counts to the HSC value one and then compares the value with ten. If the count is above ten, then ten consecutive cycles indicate a TRIAC error and the subroutine branches to error protection and an alarm routine. When the heating status counter indicates that normal operation is occurring, the error counter and the heating status counter are set to zero and the routine returns to the main program. In the first stage, if no pulse is detected at 22 or there is a pulse at 23 , the answer is NO, and if the heating status is ON and there is an error condition, this indicates an unsafe operating condition. At this point, the error counter is incremented by one and in ten cycles, approximately 87 milliseconds, the subroutine branches to the fault safety routine to disable the TRIAC, flash the display, flash an indicator light, or issue an alarm. For example, the error counter is set to ten to respond to an error in 87 milliseconds. The count may be smaller if a faster response is required. The count should not be as small as one to prevent annoying errors that could result from performance fluctuations. For the count threshold of the HSC sub-program, a value of five is quite practical.

Der in Fig. 10 veranschaulichte Programmablauf ist für die Schritte 36 bis 48 derselbe wie in Fig. 9. Der Schritt 49 vergleicht den Heizstatuszähler wie Schritt 47 mit Zehn, nur ist diesesmal, wenn der Zählwert über Zehn liegt, der nächste Programmschritt die Zündroutine für das TRIAC 2, die die Einheit sperrt. Wenn der HSC-Wert in Schritt 49 nicht größer als Zehn ist, dann ist der Feh lerzustand kein Ergebnis des leitend ausgefallenen TRIACS T1 und die Routine wird zu dem Schritt 50 verzweigt, bei dem nach Sperren des Signales des TRIACS 1 die Anzeige blinkt.The program flow illustrated in Fig. 10 is the same for steps 36 to 48 as in Fig. 9. Step 49 compares the heating status counter with step ten as in step 47 , except that this time, if the count exceeds ten, the next program step is the ignition routine for the TRIAC 2 , which locks the unit. If the HSC value in step 49 is not greater than ten, then the error condition is not a result of the conductive failed TRIACS T1 and the routine is branched to step 50 , in which after disabling the signal of the TRIACS 1, the display flashes.

Die Schaltungen der Fig. 1 bis 6 und die Diagramme der Fig. 7 bis 10 veranschaulichen die Prinzipien der Erfindung und es ist entsprechend erkennbar, daß bei der Anwendung der Prinzipien der Erfindung verschiedene Modifikationen in vielerlei Hinsicht möglich sind. Ins besondere kann die Verwendung eines zweiten TRIACS bei 220 Volt Steuerschaltungen (Fig. 1 bis 3) in der mit Bezug auf die 110 Volt Wechselspannungssteuerschaltung (Fig. 4) veranschaulichten und beschriebenen Weise ange wendet werden, selbstverständlich mit den erwarteten Abwandlungen der Steuerung nach Fig. 6 zur Verwendung bei 220 Volt Wechselspannung. The circuits of Figures 1 to 6 and the diagrams of Figures 7 to 10 illustrate the principles of the invention and it will be appreciated that various modifications can be made in many respects in the application of the principles of the invention. In particular, the use of a second TRIACS in 220 volt control circuits ( Figs. 1 to 3) in the manner illustrated and described with respect to the 110 volt ac control circuit ( Fig. 4) may be used, of course with the expected modifications of the controller of Figs . 6, for use at 220 volts AC.

TABLE I Referring to FIG. 1

T1T1 TRIACTRIAC Q1Q1 PNP Transistor VCE < 35 VPNP transistor VCE <35V N1, N2, N3N1, N2, N3 Glimmlampe BDV~ 75-87 V~Glow lamp BDV ~ 75-87 V ~ R3R3 200 k Widerstand 1/8 Watt200k resistor 1/8 watts R4R4 100 k Widerstand 1/8 Watt100k resistor 1/8 watts R6R6 470 k Widerstand 1/8 Watt470 k resistor 1/8 watts R9R9 1 M Widerstand 1/8 Watt1 M resistor 1/8 watts R10R10 220 k Widerstand 1/8 Watt220k resistor 1/8 watt R11R11 20 k Widerstand 1/8 Watt20k resistor 1/8 watt R12R12 1 k Widerstand 1/8 Watt1k resistor 1/8 watts R13R13 20 k Widerstand 1/8 Watt20k resistor 1/8 watt AL=L<D2, D5, D11,AL = L <D2, D5, D11,

TABLE II Referring to Fig. 4A

R9R9 1 MΩ1 MΩ R10R10 1 MΩ1 MΩ R13R13 5 KΩ5 KΩ R14R14 50 KΩ50 KΩ R15R15 20 MΩ20 MΩ

Eine Heizeinrichtung für ein Heizkissen nutzt Heiz elemente mit positiven Temperaturkoeffizienten (PTC), die zwischen einem Leiter, der über eine Sicherung mit einem nicht geerdeten Pol eines elektrischen Wechselspannungs netzes verbunden ist, und einem Leiter, der über einen TRIAC-Schalter mit einem geerdeten Pol des Wechselspan nungsnetzes verbunden ist, parallel angeordnet sind. Beide Leiter weisen, nachdem sie mit Enden der PTC-Ele mente verbunden sind, Sicherheitsverbindungsverlängerungen auf, um an eine integrierte Mikrocontrollerschaltung, wenn das Heizmittel ohne Fehler eingeschaltet ist, ent sprechend 5 V Wechselspannungsimpulse an einen Mikrocon trollereingang und ein gleichbleibendes 5 V-Signal zu liefern. Wenn ein Fehler auftritt, wie beispielsweise eine Unterbrechung eines weiteren Leiters in oder nahe bei dem Heizmittel, erlischt eine Glimmlampe, die mit der Sicherheitsverbindungsverlängerung des ungeerdeten Lei ters verbunden ist, schnell wegen der fehlenden Spannung und verursacht, daß das normalerweise gleichbleibende erwartete 5 V-Signal auf Massepotential abfällt. Andere Fehler werden durch die Verlängerung des geerdeten Lei ters erfaßt, der einen Spannungsteiler nach Masse auf weist. Ein Wechselspannungssignal von seinem Teilerpunkt steuert einen Transistor, der eingeschaltet ist, wenn der Transistor nicht infolge eines Fehlers auf seine Ausstel lung zu vorgespannt ist. Für 220 V Wechselspannungsanwen dungen werden drei Röhren zur Stromunterbrechung (d. h. deren Leitfähigkeit bei Unterschreiten einer Schwelle zum Erliegen kommt) oder zwei von ihnen und eine oder mehrere (nicht leuchtende) LEDs mit umgekehrter Polarität ver wendet.A heater for a heating pad uses heating elements with positive temperature coefficient (PTC), the between a conductor who has a fuse with a ungrounded pole of an electrical alternating voltage net, and a leader who has one TRIAC switch with a grounded pole of the removable chip network is arranged in parallel. Both conductors have, after they with ends of the PTC-Ele mente are connected, security link extensions on to an integrated microcontroller circuit, if the heating medium is switched on without error, ent speaking 5 V AC pulses to a microcon control input and a constant 5 V signal deliver. If an error occurs, such as an interruption of another conductor in or near At the heating means, a glow lamp goes out, which with the Safety connection extension of the ungrounded Lei ters, fast because of the lack of tension and causes the normally consistent expected 5 V signal drops to ground potential. Other Errors are caused by the extension of the grounded lei ters detected, which is a voltage divider to ground has. An AC signal from its divider point controls a transistor that is turned on when the Transistor not as a result of an error on his exhibit is too biased. For 220 V AC voltage application three tubes are used to cut off electricity (ie. whose conductivity falls below a threshold for Succumbing) or two of them and one or more (non-illuminated) LEDs with reverse polarity ver applies.

Claims

1. Safety control circuit for an electrical device to be operated with AC voltage,
which has a heating element (PTC) with a first and a second feed line ( 1 , 101 , 2 , 102 ) and with a first and a second safety tap ( 4 , 104 , 3 , 103 ),
with a fuse ( 5 , 105 ), via which the first supply line ( 1 , 101 ) is connected to a non-grounded pole of an AC voltage source,
with an electrically controlled switch (T1, T101) via which the second feed line ( 2 , 102 ) is connected to earth and has a control input ( 12 , 112 ),
comprising a microcontroller unit ( 14 , 34 , 114 ) implemented as an integrated circuit and having at least one output connected to the control input ( 12 , 112 ) of the switch (T1, T101) and two safety inputs ( 22 , 122 , 23 , 123 ),
with at least one gas discharge element (N1, N2, 55, N101) with breakdown characteristic over which the first Si cherheitsabgriff ( 4 , 104 ) to the one safety input ( 22 , 122 ) of the microcontroller unit ( 14 , 34 , 114 ) is the verbun to in the fault-free state at this one between a DC voltage and ground potential to produce alternating voltage
with a connection between the second safety tap ( 3 , 103 ) and the other safety input ( 23 , 123 ) of the microcontroller unit ( 14 , 34 , 114 ) in order to keep it at ground potential in the faultless state, and
with a connection branch between the first and second security taps ( 3 , 103 , 4 , 104 ).

2. Safety control circuit according to claim 1, characterized in that the first and the second Spei supply line ( 1 , 101 , 2 , 102 ) through the heating element remote from the fuse ( 5 , 105 ) and the switch (T1, T101 ) are connected to the first and second Sicherheitsab handle ( 4 , 104 , 3 , 103 ).

3. Safety control circuit according to claim 1, characterized in that it has an electrical DC voltage source with a constant voltage between tween 4 V and 7 V against mass, which is applied to a one input of the microcontroller ( 14 , 114 ), the connected to another input to ground and with a further input to a derived from the AC voltage source AC voltage.

4. Safety control circuit according to claim 3, characterized in that the gas discharge element (N1) with breakthrough characteristic generates a voltage exceeding 50 V voltage drop when it conducts, and locks at below this voltage drop, the at the one safety input ( 22 , 122 ) generated change signal is clamped depending on the current polarity of the AC voltage source to the potential of the DC voltage source or to ground potential.

5. Safety control circuit according to claim 1, characterized in that
in that the second safety tap ( 3 ) is connected to a threshold-setting resistor (R15) which is set so as to determine a switch-on threshold for the at least one gas discharge element with breakdown characteristic at the lowest nominal voltage of the electric-current AC voltage, the resistance ( R15) connected to a not permanently connected to the first safety tap ( 4 ) electrode connection of the at least one gas discharge element ( 55 ) with breakthrough characteristic and a high-impedance resistance (R10) with the first safety input ( 22 ) of the microcontroller unit ( 34 ) and with the Connection point of a pair of clamping diodes (D6, D7) is connected, which clamp the first safety signal of the microcontroller unit ( 34 ) either to ground or to the potential of the DC power source; and
that the second safety tap ( 4 ) via the threshold-setting resistor (R15) is also guided to the connection point of a resistive voltage divider (R13, R14), which is connected between the DC voltage and Mas se;
so as to prevent that a weakened AC component of the second safety tap ( 3 ) causes the ground potential at the terminal of the ohm's voltage divider during the conducting phase of the at least one gas discharge element with breakthrough characteristic is not constant.

6. Safety control circuit according to claim 5, characterized in that the gas discharge element is a single gas discharge element ( 55 ), wherein the AC voltage source provides an AC voltage with an ef fective mean voltage of 110 V, wherein the ohmic voltage divider in its connected to ground potential part Resistance that is not greater than one-tenth of the resistance of its connected to the DC part.

7. Safety control circuit according to claim 1, characterized in that the AC voltage source an AC voltage with an effective value of 220 V _eff lie fert, and:
in that the first safety tap ( 4 ) is connected to a line containing a diode (D1) interposed between the heating element and a series circuit of the gas discharge elements to reduce the energy consumed by the control device;
in that at least two gas discharge elements (N2, N3) are connected in series between the diode ( 1 ) and a series resistor (R12) which leads to the first safety input ( 22 ) of the microcontroller unit ( 14 ), the series circuit being connected by a further resistor ( R11) is connected to ground connected to the series resistor, the first safety input being clamped by diodes (D11, D12) so as not to exceed the potential of the DC electric power source and not to a potential with respect to the ground potential to go with opposite sign;
that the connection between the second safety tap and a connection point of the diode ( 1 ) with the series connection of the gas discharge elements is an ohmic weak current path (R10), wherein the second safety tap by a resistive voltage divider (R3, R4) ge connected to ground, of the divider point of which leads a line to the second safety input ( 23 ) of the microcontroller unit ( 14 , 140 );
the line branch comprises a transistor (Q1) whose switching path is connected between a connection of the second safety input ( 23 ) of the microcontroller unit ( 14 ) to a load transistor leading to ground potential and the DC electrical source at the other end of the switching path of the transistor;
that this line branch also contains a connection between a control electrode of the transistor and the divider point of the ohmic voltage divider via a diode (D2),
so that when an arc is generated by a fault in the heating element or its higher voltage lines or terminals ( 1 , 2 , 3 , 4 ), the voltage across the series circuit of the gas discharge elements falls below the breakdown voltage and the on output signal of the first safety input ( 22 ) of the microcontroller unit drops because of the elimination of the current from the series circuit to ground, whereas the line branch, if no error, does not supply sufficient voltage vorzu to bias the transistor in the reverse direction, and therefore a constant voltage of the DC voltage source is supplied to the second input ( 23 ) of the microcontroller unit, and so that the ohm cal weak current path (R10), when in the connection between tween the second supply line ( 2 ) of the heating means and the second security tap ( 3 ) an interruption occurs on AC signal to the line branch and to the second safety Input ( 23 ) of the Mikrocontrol lereinheit ( 14 , 140 ) supplies.

8. Safety control circuit according to claim 7, since characterized in that the current interruption in the Series connection not more than two gas discharge elements (N2, N3) are provided and that the current interruption in series connection in series with the gas discharge elements At least one non-illuminated LED (NLED) in vice reversed polarity is arranged.

9. Safety control circuit according to claim 7, since characterized in that the current interruption in the Series connection three gas discharge elements (N1, N2, N3) are arranged and that the series connection by wenigs at least one non-illuminated LED (NLED) with reversed pole in series with the gas discharge elements (N1, N2, N3) extended to power interruption.

10. Safety control circuit according to claim 1, characterized in that
in that the first safety tap ( 4 ) has a diode (D1) arranged between the heating means and a series connection of the gas discharge elements in order to reduce the energy consumed by the control device ( 1 );
that in the series circuit in series between the di ode (D1) and one to the first safety input ( 22 ) of the microcontroller unit ( 14 , 114 ) leading Reihenwi resistor (R12) for interrupting the current three individual gas discharge elements and at least one light emitting diode are arranged to the so is poled that it is not lit (NLED), wherein the series circuit is extended by another connected to the series resistor (R12) resistor (R11), wherein the first safety input is clamped by diodes (D11, D12) to the potential of the electric Not to exceed DC voltage source and not to go to a potential below ground potential;
in that between the second safety tap and a connection point of the diode (D1) with the series connection of a gas discharge element and at least one light-emitting diode which is poled so that it is not lit (NLED), a resistive low-current path (R10) is constructed, wherein the second safety tap is connected to ground by a resistive voltage divider (R3, R4), from whose divider point a circuit branch leads to the second safety input ( 23 ) of the microcontroller unit ( 14 , 140 );
that the circuit branch holds a transistor (Q1) ent whose switching path is connected at one end to a connec tion point of the second safety input ( 23 ) of the microcontroller unit ( 14 , 140 ) with a load resistor leading to ground and to the DC voltage at the other end;
that the circuit branch also includes a connection from a control electrode of the transistor via a diode (D2) to the divider point of the resistive voltage divider;
such that when an arc is generated by a fault in the heating means or in its higher voltage connected lines ( 1 , 2 , 3 , 4 ), the voltage across the series of gas discharge elements falls below an interrupt threshold voltage and the input signal of the first safety input ( 22 ) of the microcontroller unit ( 14 , 140 ) due to the elimination of Stromver supply through the series circuit to ground, whereas the circuit branch normally, if no error, does not supply sufficient bias voltage to lock the transistor, so that a constant voltage the DC voltage source to the second input ( 23 ) of the microcontroller unit ( 14 , 140 ) is supplied, whereas, when in the connection between the second supply line ( 2 ) of the heating means and the second safety tap ( 3 ) interruption occurs, the resistive low-current path ( R10) an AC signal to the line branch and to the second safety input ( 23 ) of the microcontroller unit ( 14 , 140 ).

11. Safety control circuit according to claim 4, 5, 6 or 7, characterized in that a second transistor (Q2) is provided to the further resistor (R11) un ter the control of a connection point between an output ( 24 ) of the microcontroller unit ( 34 , 140 ) and egg ner control electrode of the second transistor (Q2) to be grounded controlled so that at least the series circuit is activated and at least one gas discharge element in the series circuit can be made conductive and thus lit when the AC voltage device is turned on.

12. Safety control circuit according to claim 4, 5, 6, 7 or 8, characterized in that a second elec- trically controllable switch (T2) is provided, whose switching path is connected so that the first supply line ( 1 ) of the heating element (PTC ) is then switched to ground when a fault resistance indicates that the elec trically controllable, grounded switch (T1) of the heating medium, regardless of a controlling connection to the microcontroller unit ( 34 ), could remain switched through incorrectly, the microcontroller unit so programmed is that the second electrically controllable scarf switched ter and thus the protection fuse ( 5 ) is triggered after elapse of a time interval.

13. Safety control circuit according to claim 4, 5, 6, 7 or 8, characterized in that for the Heizel ement (PTC), a second electrically controllable switch (T2) between ground potential and the electrically controll ble, with the second feed line ( 2 Is arranged) of the heating element connected switch of the heating element, so that after an interval which is sufficient that the presence of another error is unlikely, the second electrically controllable switch of the heating element via a connection ( 18 ) between its control electrode and the Microcontroller unit can be opened on the assumption that the electrically controlled scarf ter (T1) of the heating element, which is connected to the second feed line of the heating element, because it remains closed, has a malfunction.

A control method for a safety control circuit according to claim 1, characterized in that the microcontroller unit comprises a display ( 18 ), a ROM ( 29 ), a RAM serving as a data register, a program counter, and an arithmetic and logical unit, which includes a heat status counter and a fault counter, and wherein the microcontroller unit is programmed to, when at the first safety circuit input of the microcontroller unit no between ground potential and the DC potential alternating voltage is detected while the two te safety circuit input of the microcontroller unit remains at ground potential, first determines whether the heat status counter is ON and, if so, secondly increments the error counter and third determines whether the content of the error counter is greater than a first predetermined number greater than four and less than sixteen; if so, fourthly, the closing of the electrically controllable switch is disabled, and thereafter the display ( 18 ) flashes intermittently, whereupon the microprocessor unit, if there is no such fault, determines if the heat status counter is ON, and if so is, deletes the error and the heat status counter before returning to a main program, whereas if it is determined that the heat status counter is not ON, the heat status counter is incremented and, if the content is less than a predetermined number, the Microcontroller unit back to the main program, whereas the electrically controllable switch, when the content of the heat status counter exceeds the predetermined number ge is blocked and the display flashes intermittently.