JP2011528163A - ヒータ配線制御回路および加熱素子の作動方法 - Google Patents

Abstract

接続された加熱素子（２１）のＡＣ電力供給を制御するためのヒータ配線制御回路（１）は、加熱素子（２１）に供給されるＡＣ電力に関する少なくとも３つの切換状態を有する遮断手段（３１）を備え、その切換状態は、たとえば両方の半波がオンである状態、正または負の半波がオフである状態、および両方の半波がオフである状態である。ヒータ配線制御回路は、さらに加熱素子（２１）の温度を決定して、前記温度および／またはユーザ設定に依存して遮断手段（３１）の切換状態を決定するための制御手段（３２）を備える。

Description

本発明は、ヒータ配線制御回路および、加熱毛布または加熱パッドにおいて用いられ得る加熱素子の作動方法に関する。

ヒータ配線制御回路およびヒータ配線を作動させるための対応する方法のさまざまな例が、従来の技術において知られている。

ＵＳ５８６１６１０は、統合センサを有するヒータ配線と、それのためのコントローラとを記述する。統合センサを有するヒータ配線は、基本的に、加熱素子として用いられる第１の螺旋巻きの導電体と、検出素子として用いられる、第１の導電体と同軸に配置された第２の螺旋巻きの導電体と、それら２つの導電体の間の柔軟で熱伝導性を有する電気絶縁体とからなる。第２の配線は、正の温度係数（ＰＴＣ）を有し、したがって温度が高くなるにつれてその抵抗を増大させる。その抵抗に依存して、加熱配線に出力される電力が調整される。深刻な過熱の場合には、２つの導電体の間の柔軟で熱伝導性を有する電気的絶縁体が劣化して２つの導電体が電気的に接触し、そのことは電子制御ユニットによって検出されて電力が遮断される。

ＵＳ６２２２１６２において、電気加熱素子および制御回路が開示される。加熱素子は、ポリマーコアおよびその周りに螺旋巻きされた導電体からなる。導電体は、加熱配線として用いられる。その正の温度係数（ＰＴＣ）により、温度が高くなるにつれて抵抗が増大する。加熱導電体の抵抗のこの変化が測定されて、制御回路は加熱配線への電力を調整する。

ＵＳ６３１０３３２は、加熱素子および電子コントローラを有する加熱毛布を開示する。加熱素子は、基本的には、毛布に熱を与える第１の導電体と、第２の導電体と、第１および第２の導電体の間の溶断層とからなる。溶断層は、負の温度係数（ＮＴＣ）を示し、したがって温度が高くなるにつれて２つの導電体の間の抵抗が減少する。通常の使用では、ＡＣ電力の正または負の半波のみが加熱素子に供給される。コントローラは、溶断層の抵抗の変化を検出し、加熱素子に出力される電力を制御し、加熱素子の破壊を防止する。

従来技術での加熱素子および加熱配線制御の主たる不利な点の１つは、加熱配線の一定の、または平均的な温度の変化のみが検出されることである。加熱素子に穴が開いたり、加熱素子が捩じれたりすることによって加熱配線の小さな部分が過熱した場合、そのホットスポット（hot spot）は検出されず、このことがヒータ配線の破壊をもたらす。

本発明の目的は、従来技術で知られている装置の不利な点を克服することである。

本発明に従う、接続された加熱素子のＡＣ電力供給を制御するためのヒータ配線制御回路は、遮断手段を備え、遮断手段は、加熱素子に供給されるＡＣ電力に関連する少なくとも３つの切換状態を有し、その切換状態は、たとえば半波の両方がオンの状態、正または負の半波がオフの状態、および両方の半波がオフの状態である。制御回路はさらに制御手段を備え、制御手段は、加熱素子の温度を決定して、遮断手段の切換状態を前記温度および／またはユーザ設定によって決定する。

加熱素子の通常の動作の間、完全なＡＣ電力（たとえば両方の半波がオンである）が加熱素子に供給されて、それの温度を上昇させる。加熱素子がある特定の温度レベルに達するか、または加熱素子にホットスポットが生じた場合、たとえば、正または負の半波をオフに切換えることによって、電力供給が低減される。与えられる電力が減少して、加熱素子を冷却することができる。たとえば、加熱素子を折畳むことによって引き起こされる深刻な過熱のために電力をさらに減少させることが必要な場合、両方の半波がオフの状態へと遮断手段が切換わることができ、加熱素子の完全な冷却を可能にする。

遮断手段は、異なる切換状態を実現するための半導体スイッチを備え得る。しかしながら、機械スイッチ、電気機械スイッチおよび／またはそのようなスイッチの組合せもまた用いられ得る。

ヒータ配線制御回路は、トリガ素子をさらに備えてもよく、トリガ素子は、ＡＣ電力の正および／または負のゼロクロスごとに、所定の長さの時間Ｔ１、および／またはＡＣ入力電圧の勾配の期間の電圧が所定のしきい値未満である間、両方の半波がオフの状態へと遮断手段を切換え、制御手段が加熱素子の温度を決定することを可能にする。

本発明によれば、接続された加熱素子のＡＣ電力供給を制御するためのヒータ配線制御回路の他の実施例は、それ自身または上記の実施例との組合せとして捉えられ得るものであるが、正および／または負の半波ごとに加熱素子の温度を決定して、前記温度によって加熱素子への電力の供給を設定するための手段を備える。

この手段は、演算回路およびスイッチング素子を備え得る。演算回路は、電力が与えられたときの加熱素子の温度に依存して、加熱素子への電力の供給を停止することができる。演算回路は、さらに、温度に関連する加熱素子の任意の電気特性を測定することによって加熱素子の温度を決定することができ、その電気特性は、たとえば加熱素子の電圧降下、電流または抵抗である。

スイッチング素子は、演算回路と加熱素子との間の接続を、所定の長さの時間Ｔ１および／またはＡＣ入力電圧の勾配の間の電圧が所定のしきい値未満である間、提供する。この接続は、加熱素子の温度を測定または決定するために必要である。この接続は、恒久的な性質のものではなく、スイッチング素子によって、定期的に、ある特定の期間確立されるものであるだろう。この時間は、予め定められた時間Ｔ１、好ましくはＡＣ周期の一部であってもよく、または、ＡＣ入力電圧が、ある所定のしきい値に達する期間に依存していてもよい。

時間Ｔ１の開始点は、好ましくは、ＡＣ電力の正および／または負のゼロクロスの各々である。時間Ｔ１の期間は、ＡＣ周期の１０％未満であり、好ましくはＡＣ周期の０％と５％との間であり、最も好ましいのはＡＣ周期の０．２５％と１．５％との間である。所定のしきい値は、ＡＣ線間電圧の５０％未満であり、好ましくはＡＣ線間電圧の０％と３０％の間であり、最も好ましいのはＡＣ線間電圧の１．５％と９．５％の間である。しきい値電圧および／または時間Ｔ１に対する別の値も可能である。

加熱素子の温度の決定の規則性は、ＡＣ周期ごとに少なくとも一度であり、好ましくは、ＡＣ入力電圧のゼロクロスにおいて開始する。

加熱素子の温度に依存して、演算回路は、加熱素子への電力の供給を、測定後のＡＣ電力の正および／または負の半波の残りの部分の間停止する。

加熱素子の過熱の場合、加熱素子への電力の供給は、温度の測定後直ちに停止される。測定は、ＡＣ電力の周期の各々に少なくとも一度実行されるので、電力は、半波をカットすることによって連続的に減少することができ、たとえば、わずかな過熱の場合には１つの半波のみがカットされる必要がある一方で、より高温の場合には、温度を安全なレベルに減少させるために、より多くのおよび／または連続的な半波がカットされる必要がある。

ヒータ配線制御回路は、さらに、たとえば固定された電力モードオン時間と可変の緩和モードオフ時間とを含むデューティサイクルの期間を設定するための周期ユニットを備え得る。電力モードの間、加熱素子への電力の供給は、上記のように加熱素子の温度に依存する。緩和モードの間、加熱素子への電力の供給はオフであり、加熱素子は冷却されるであろう。緩和モードの期間はユーザ設定に依存し、ユーザ設定は、緩和モードの期間の８秒、１９秒および３８秒に対応する「高」、「中」、「低」の間で可変である。電力モードの期間は１０秒に固定される。他の値が可能である。さらなる、および／または異なるユーザ設定および緩和モード期間が可能である。

加熱素子の深刻な過熱の場合、ユーザによって設定される緩和モードが、却下され得るとともに、ユーザ設定の「高」において、より長い時間（たとえば３７秒）へと増加され得る。この特徴は、局所的なホットスポットに基づく過熱による、加熱素子の破壊を防ぐ。

ヒータ配線制御回路は、さらに、タイマモジュールを備え得る。そのモジュールは、予め設定された時間の後（たとえば１０時間後）に、加熱素子へのＡＣ電力をオフする。このタイマモジュールは、ヒータ配線制御回路の長時間の使用の場合に作動し、電力の不要な消費を防ぎ、ユーザがオフするのを忘れたときに加熱素子およびその環境への有害なダメージのリスクを低減させる。

温度ヒューズの形態でのさらなる安全な特徴がヒータ配線制御回路に含まれていてもよい。この温度ヒューズは、短絡の場合に、ヒータ配線制御回路をＡＣ電源から切断することで火事の危険と感電のリスクとを防止する。

本発明に従う加熱素子の作動方法は、加熱素子の温度が、ＡＣ電力の正および／または負の半波ごとに決定されるとともに、加熱素子への電力の供給が前記温度に依存して決定されることを特徴とし得る。

加熱素子の温度は、正および／または負の半波ごとの開始部分において決定され得る。
加熱素子の作動方法は、次のステップを含み得る。

（ａ） 正および／または負の半波ごとの開始部分において、加熱素子（２１）の温度を測定するステップと、
（ｂ） 前記温度に依存して、残りの半波に必要な電力設定を評価するステップと、
（ｃ） 前記温度および／またはユーザ設定に依存して、加熱素子（２１）に供給される電力を設定するステップ。

本発明によれば、加熱素子の動作方法の他の実施例は、それ自身または上記の実施例との組合せと捉えられ得るものであるが、他の実施例は、演算回路と加熱素子との間に接続が与えられて加熱素子の温度が決定され、前記温度に依存して、演算回路により加熱素子への電力供給が停止されるということを特徴とする。演算回路と加熱素子との間の接続は、Ｔ０において開始される所定の長さの時間Ｔ１の間、および／またはＡＣ入力電圧波形の勾配が所定のしきい値以下となる間、与えられる。

好ましくは、時間Ｔ１の長さは、ＡＣ電力の周期の一部であり、１０％未満、好ましくは０％と５％との間、最も好ましくは０．２５％と１．５％との間である。期間Ｔ１の開始点Ｔ０は、好ましくはＡＣ電力の正および／または負のゼロクロスの各々である。測定がしきい値によって制御されならば、ＡＣ入力電圧の勾配のしきい値はＡＣ線間電圧の５０％未満、好ましくは０％と３０％との間、最も好ましいのは１．５％と９．５％との間である。この方法は、各ＡＣ周期に少なくとも１回の測定が行なわれることを確実にする。時間Ｔ０，Ｔ１およびしきい値電圧に対する他の値が可能である。

本発明のさらなる局面において、加熱素子への電力供給は、各測定の後のＡＣ電力の期間の残りの部分の正および／または負の半波を有効または無効にすることによって設定される。

本発明のさらに別の局面において、加熱素子は異なるデューティサイクルで動作し、当該デューティサイクルは、以下を備える。

（ａ） 加熱素子の温度に依存して、少なくとも部分的な電力が加熱素子に与えられる間の、所定の長さの電力モードと、
（ｂ） 電力供給がオフされる間の、可変の長さの緩和モード。

電力モードの期間は、たとえば１０秒に固定される一方、緩和モードの長さは、ユーザ設定に依存し、ユーザ設定は、緩和モードの期間の８秒、１９秒および３８秒に対応する「高」、「中」、「低」の間で可変である。さらなる、および／または異なるユーザ設定および緩和モード期間が可能である。

加熱素子の深刻な過熱の場合、ユーザによって設定される緩和モードが、却下され得るとともに、ユーザ設定での「高」において、より長い時間（たとえば３７秒）へと増加され得る。この特徴は、局所的なホットスポットに基づく過熱による、加熱素子の破壊を防ぐ。

本発明のさらなる局面は、予め定められた期間、加熱素子を「高速モード初期」温度上昇させる動作を含む。この「高速モード初期」温度上昇において、加熱素子の温度の決定が実行され、および／または、通常の電力モードでの動作と同様に、加熱素子への電力供給が遮断手段または演算回路によって影響される。このことは、加熱素子が完全に冷却した後（たとえば保管後初めて使用される場合）に、ユーザが決めた温度設定への高速の温度上昇を可能にする。この「高速モード初期」温度上昇の期間は、１分と５分との間であり、好ましくは２分である。他の設定が可能である。

本発明のさらなる局面は、加熱素子への電力供給が、予め定められた時間の後、好ましくは１０時間後に、無効となることを特徴とする、加熱素子の動作を含む。

本発明に従う柔軟な加熱素子は、負の温度係数（ＮＴＣ）特性を有する層と、そのＮＴＣ層の周りに螺旋巻きされたヒータ配線とによって囲まれる心線を備える。

加熱素子の心線は、０．５Ω／ｍと１．０Ω／ｍとの間の低い抵抗、好ましくは０．８６Ω／ｍの抵抗を備え得る。心線は、より線であってもよく特に、複数のティンセル（tinsel）ワイヤリボンを備え、好ましくは心線の張力を高めるために少なくとも１つのポリエステル繊維を含む。心線は、最適な柔軟性を得るために撚られる。加熱素子は、基材としてＰＶＣを用いる標準的なＵＬ ＡＷＭ型♯１１０１９に従って設計され得る。他の素材およびワイヤの構造が可能である。

本発明は、実施例および以下に示す添付の図面を参照してより詳細に説明される。

加熱素子の図である。 加熱素子のＮＴＣ層の抵抗対温度の図である。 さまざまな温度設定に従うデューティサイクルの図である。 自己回復の間のデューティサイクルの図である。 深刻な過熱の場合における自己回復の間のデューティサイクルの図である。 ヒータ配線制御回路の単純化したブロック図である。 ヒータ配線制御回路の他の単純化したブロック図である。 ヒータ配線制御回路の回路図である。

図１において、本発明に従う、柔軟な加熱素子２１が示される。素子は、中心の心線２２と、心線２２を囲む第１の絶縁層２４と、加熱素子２１を覆うヒータ配線２３および第２の絶縁層２５とからなる。心線２２は、０．８６Ω／ｍの低い抵抗を示し、ポリエステル繊維の中で巻かれた、撚られた複数のティンセルワイヤリボンである。ティンセルワイヤの数は４である。第１の絶縁層２４は、負の温度係数（ＮＴＣ）特性を示す、ドープされたＰＶＣによって形成される。異なるドーパントを有するさまざまな基材が可能である。第１の絶縁層の厚みは０．３０ｍｍであり、内部の絶縁体の直径は、１．０６ｍｍである。ヒータ配線２３は、第１の絶縁層２４に螺旋巻きされ、そのピッチは、ヒータ配線２３が、加熱素子２１の完全な長さにわたり所望の抵抗を有するように選ばれる。示された例において、ヒータ配線は１インチ当たり１５ターンのピッチを示し、その結果、加熱素子２１のヒータ配線２３の抵抗が５４．５Ω／ｍとなる。第２のまたは外側の絶縁層２５は、０．５２ｍｍの厚みを有するＰＶＣにより形成されて、加熱素子の全体の直径が２．１０ｍｍとなる。加熱素子は、基材としてＰＶＣを用いる標準的なＵＬ ＡＷＭ型♯１１０１９に従って設計され得る。他の材料だけでなく、他の寸法および／または構造がまた用いられ得る。

加熱素子１のそのような構造を用いて心線２２とヒータ配線２３とを直列に接続することによって、図８に示されるように、加熱素子の電磁場が非常に低くなる。その理由は、心線２２がヒータ配線２３を流れる電流の戻り経路として機能するためである。

図２は、本発明に従う加熱素子のＮＴＣ層の抵抗対温度の図を示す。実線は、３０ｍの長さを有する典型的な加熱素子のＮＴＣ抵抗を示し、完全な加熱素子が同じ温度にある。破線は、高くなった温度にある加熱素子の０．５ｍのＮＴＣ抵抗を示す。局所的なホットスポット、たとえば０．５ｍの加熱素子が毛布の折畳みまたは突出しによる過熱によって約１４０℃にある場合に、ＮＴＣの全抵抗は、高められた温度での０．５ｍのＮＴＣ抵抗を有する、通常の温度でのＮＴＣの３０ｍまたは２９．５ｍの並列回路として算出されるであろう。局所的ホットスポットの温度は加熱素子の平均温度よりも高いが、全抵抗への主たる支配要因となる。

たとえば、加熱素子の全長にわたり温度が５０℃であるときは、ＮＴＣの抵抗が約８５ｋΩである。通常ではない使用によって局所的ホットスポットが生じた場合、およそ０．５ｍの加熱素子の温度が１４０℃に上昇し、この局所的ホットスポットのインピーダンスは２５ｋΩとなり、全体の抵抗は１９．３ｋΩとなる。

最大の加熱設定、図３によれば「高」を設定する場合、加熱素子の温度は５５℃ほどは高くならず、その結果、ＮＴＣの抵抗は約３０ｋΩとなる。上記の例での１９．３ｋΩという低い抵抗は、ヒータ配線制御回路によって検出され、制御回路は、電力を減少して、加熱素子がそのホットスポットにおいて損傷を受けることを防止する。

図３は、「低」、「中」、「高」および「高速モード初期」という温度設定に関する典型的なデューティサイクルを示す。各デューティサイクルは、概して電力モードからなり、電力モードでは電力が加熱素子に与えられて、ヒータ配線は加熱素子の温度を上昇させる抵抗として機能し、それに続く緩和モードでは、電力が与えられず、冷却される。３つの可能な温度設定「低」、「中」および「高」の各々の場合、電力モードは正確に１０秒継続し、その一方緩和モードの期間は、「低」での３８秒、「中」での１９秒、「高」での８秒の間で変化する。

ヒータ配線制御回路が、完全に冷えた後のそれぞれの長期にわたり使用されていない後に初めてオンされたときに、ヒータ配線制御回路は、高速での温度上昇のため最初の２分間は「高速モード初期」へと自動的に切換わる。この「高速モード初期」の間、電力は、緩和モードにならず連続的にオンする。その２分間が経過すると直ちに、ヒータ配線制御回路はユーザによって選択された温度設定へと設定される。

温度設定が「高」の場合の典型的なデューティサイクルを有するホットスポットの場合におけるヒータ配線制御回路の自己回復の特徴が図４に示される。温度が６０℃未満であり、それぞれ通常動作の間、デューティサイクルは、図４に記載されるように、８秒の緩和モードに続く１０秒の電力モードからなる。加熱素子の一部の温度が６０℃よりも上昇した場合、たとえばホットスポットが形成された場合、電力モードの正の半波が切取られる。取除かれた半波の数は、それぞれ、ホットスポットにおける温度に依存する。ホットスポットの温度が高くなる、あるいはホットスポットでのＮＴＣの抵抗が低くなるにつれ、ヒータ配線制御回路によって、より多くの半波が切取られる。与えられた例においては、６０℃と８０℃との間の温度の場合には、４番目ごとに正の半波が切取られる。８０℃と１００℃との間の温度の場合には、２番目ごとに半波が消滅し、１００℃と１２０℃との間の温度の場合には、４つの半波のうちの３つが切取られる。温度が１２０℃を上回る場合には、あらゆる正の半波が阻止される。示されたデューティサイクルは、単なる例であり、温度および切取られる半波の数は変化し得る。正の半波が切取られるか否かは、各々の正の半波の開始において決定される。

ユーザ設定が「高」であり、温度が１５０℃よりも高い深刻な過熱の場合におけるデューティサイクルが図５に示される。約１４０℃の温度までは、電力は、ますます多くの正の半波、極限ではあらゆる半波を切取ることによって減少する。もし、上記の電力の減少によって温度を低下できずに１５０℃あるいはそれ以上に達した場合、デューティサイクルの緩和モードは、８秒から３７秒へと付加的に増加する。これは、加熱素子に供給される電力を実質的に減少させるとともに、さらなる冷却を可能にする。

図６において、ヒータ配線制御回路１の単純化されたブロック図が示される。示されたヒータ配線制御回路１は、演算回路３５と、スイッチング素子３６と、周期ユニット３７と、タイマモジュール３３とを備える。演算回路３５は、加熱素子２１の温度に依存して、加熱素子２１への電力供給を停止させることができる。演算回路３５は、さらに、加熱素子２１の温度を決定することができる。温度は、加熱素子２１の温度に関係する任意の電気特性を測定することによって決定することができ、その特性は、たとえば加熱素子２１の電圧降下、電流または抵抗である。

加熱素子２１の温度を決定するために、演算回路３５は、加熱素子２１との接続を必要とし、その接続はスイッチング素子３６によって確立される。この接続は、永久的な接続ではなく、ある特定の時間の間においてのみ可能となる。この時間は、好ましくは、ＡＣ入力電力の正および／または負のゼロクロス毎に開始するよう設定されて、その期間は、ＡＣ電力の周期の一部のみである。このＡＣ電力周期の一部はＡＣ周期の１０％未満、好ましくは０％と５％との間、最も好ましいのは０．２５％と１．５％との間である。加熱素子２１の温度は、ＡＣ周期毎に少なくとも一度測定される。

加熱素子２１の温度に依存して、加熱素子２１の温度が高すぎる場合、演算回路３５は加熱素子２１への電力供給を測定の後のＡＣ電力の正および／または負の半波の残りの部分の間停止する。

ヒータ配線制御回路１は、さらに、周期ユニット３７を備え、それは、基本的には演算回路３５とヒータ配線２１とがデューティサイクルにおいて動作することを可能にする。各デューティサイクルは、電力モードと緩和モードとからなる。電力モードの間、ＡＣ電力は加熱素子２１に与えられて、加熱素子２１の温度は、ＡＣ周期当たり少なくとも１回、演算回路３５によって制御される。電力モードの期間は、概して一定であって１０秒に設定されるが、異なるように、および／または変化するように設定されることも可能である。緩和モードの期間は、ユーザ設定に依存し、そのユーザ設定は緩和モードの期間の８秒、１９秒および３８秒にそれぞれ対応する、「高」、「中」、「低」の間で変化し得る。さらなる多くのそして異なるユーザ設定および緩和モード期間が可能である。加熱素子の深刻な過熱の場合、ユーザによって設定された緩和モードは、加熱素子２１の破壊を防止するために、図５において示されるように、却下され得る。

タイマモジュール３３は、付加的な安全の特徴であり、１０時間の連続使用の後に、加熱素子２１への電力供給をオフする。

図７において、ヒータ配線制御回路１の別の単純化されたブロック図が示される。基本的に、ヒータ配線制御回路１は、遮断手段３１と制御手段３２とからなる。遮断手段３１は、ＡＣ電力の正および負の半波を通過させることによって、接続された加熱素子２１への電力供給を操ることが可能であり、正または負の半波のみを通過させるか、あるいは両方ともに通過させない。ＡＣ周期の小さな部分の間のＡＣ電力周期ごとに１回、加熱素子２１の抵抗が制御手段３２によって測定される。測定された値に依存して、制御手段３２は、ＡＣ周期の残りにとって適切なスイッチング状態が何かを決定するとともに、応じて遮断手段３１を設定する。加熱素子抵抗の測定の正確なタイミングは、トリガ素子３４によって決定される。与えられた例において、測定のためのＡＣ周期の部分は、２５０μｓ以下であり、測定は、ＡＣ周期の正のゼロクロスにおいて正確に引起される。トリガ素子３４は、遮断手段３１を、上記の２５０μｓの間は加熱素子２１に半波が与えられない状態に設定して、測定は制御手段３２によって実行され得る。

所定時間の動作の後に、タイマモジュール３３は、不要なエネルギの消費を防ぐために、遮断手段３１を、恒久的に、半波が加熱素子２１に供給されない状態へと設定する。この所定時間は、１０時間に設定されるが、他の値も可能である。

図８は、本発明に従う加熱毛布のヒータ配線制御回路の回路図を示す。動作の間、比較器（Ｕ１Ａ）１３は，分圧器Ｒ９，Ｒ１０によって定義される電圧と同じ電圧にＡＣ線間電圧の正の半波の勾配が達すると直ちに「ハイレベル」を出力する。比較器（Ｕ１Ａ）１３の出力における「ハイレベル」信号は、次にトライアック（Ｔ２）１５をオンする。ＡＣ線間電力の正の半波が分圧器Ｒ９，Ｒ１０の所定値に達するために必要な時間により、トライアック（Ｔ２）１５は、ある遅延を持ってオンする。与えられた例における、この遅延時間は２５０μｓであるが、他の値も可能である。トライアック（Ｔ２）１５は、ＡＣ線間電力の各々の正のゼロクロスの後の定められた遅延時間の後にオンする。トライアック（Ｔ２）１５がまだオフしている最初の２５０μｓのうちに、半波回路５が、サイリスタ（Ｔ１）１４をオンするか否かを決定する。

加熱素子２１の通常の動作の間、たとえば完全なＮＴＣ絶縁層２４の温度が６０℃未満の間、ＮＴＣ絶縁層２４を流れるリーク電流は、比較的小さい。比較器（Ｕ１Ｂ）８の負入力における電圧信号は、分圧器Ｒ３，Ｒ４から到来する正の入力における信号に比べて小さい。比較器（Ｕ１Ｂ）８の出力は、したがって「ハイレベル」となり、その結果サイリスタ（Ｔ１）１４がオンに保たれるか、あるいはオンする。したがって、残りの半波は、サイリスタ（Ｔ１）１４を通過する。

加熱素子の通常動作の間、回路は電力モードと緩和モードとの間で交互に変化する。電力モードの期間は、コンデンサ（Ｃ７）１７の充電時間によって決定される。コンデンサ（Ｃ７）１７の電圧信号（比較器（Ｕ１Ｃ）１２の負入力に与えられる）が、比較器（Ｕ１Ｃ）１２の正入力における基準電圧未満である限り、比較器の出力は「ハイレベル」である。与えられた例におけるコンデンサの充電時間は１０秒であるが、異なるように選ばれることも可能である。コンデンサ（Ｃ７）１７が充電されて比較器（Ｕ１Ｃ）１２の負入力における電圧信号が、その正入力における基準電圧信号より高くなるとすぐに、比較器（Ｕ１Ｃ）１２は、「ローレベル」を出力し、トライアック（Ｔ２）１５およびサイリスタ（Ｔ１）１４を、それらのゲートの電圧を強制的に「ローレベル」にすることによってオフする。これは、緩和モードを開始させる。緩和モードの期間は、ダイオード１９と、抵抗２０ａ，２０ｂと、可変抵抗（ＶＲ１）１１を介したコンデンサ（Ｃ７）１７の放電によって決定される。コンデンサ（Ｃ７）１７の電圧が、比較器（Ｕ１Ｃ）１２の正入力における基準電圧信号未満になるとすぐに、その出力が「ハイレベル」に再び変化し、トライアック（Ｔ２）１５がオンすることが可能になることによって電力モードが有効となる。可変抵抗（ＶＲ１）１１の「低」、「中」または「高」の設定またはそれぞれのユーザ設定に依存して、緩和モードの期間は、与えられた例においては３８秒、１９秒または８秒である。異なる設定が可能である。

たとえば毛布を折畳んだり束ねたりするといった誤った使い方から生じる加熱素子２１の一部または全体の過熱の場合に、ＮＴＣ絶縁層２４の抵抗はより低く、たとえば前記１９．３ｋΩとなる。ＮＴＣ層２４を流れるリーク電流は、増加し、したがって比較器（Ｕ１Ｂ）８の負入力における正の信号を生成する。この入力信号が、分圧器Ｒ３，Ｒ４から到来する正入力における信号よりも大きくなるならば、比較器（Ｕ１Ｂ）８は、「ローレベル」を出力し、それはサイリスタ（Ｔ１）１４をオフする。サイリスタ（Ｔ１）１４がオフするのに伴い、正の半波は通過できなくなる。

トライアック（Ｔ２）１５は、正の半波毎の開始における２５０μｓの遅延時間の後にのみオンできるため、この比較または測定は、正の半波毎に実行される。

ホットスポットが連続的に悪くなり、温度が１５０℃を超えて上昇する場合、図６に示されるように、緩和モードが増加する。ＮＴＣ絶縁層２４の抵抗が、上記の１９．３ｋΩよりいっそう低くなることによって、緩和モード回路６は、比較器（Ｕ１Ｄ）１０の正の入力ピンにおいて、負の入力ピンよりも高い信号を受ける。比較器（Ｕ１Ｄ）１０は、したがって「ハイレベル」を出力して、コンデンサ（Ｃ７）１７をＶｃｃで充電する。コンデンサ（Ｃ７）１７がまだ放電しない限りは、比較器（Ｕ１Ｃ）１２は、「ローレベル」を出力し、それはトライアック（Ｔ２）１５とサイリスタ（Ｔ１）１４とをオフに保つ。ユーザ設定「高」のためのコンデンサ（Ｃ７）１７の放電時間は約３７秒であるが、異なるようにも選ばれ得る。ユーザ設定「中」のための放電時間は約４３．２秒である。ユーザ設定「低」においては、ホットスポットが形成されるであろうという機会は、ほとんど可能性がないが、この場合の放電時間は約５２．８秒である。

加熱素子２１の完全な故障の場合、たとえば心線とヒータ配線との短絡の場合、抵抗Ｒ１およびＲ２は正の半波の最初の２５０μｓの間に温度上昇し、温度ヒューズ７が溶断して電力線の電力供給を完全に遮断する。図３の回路図においては、温度ヒューズ７は抵抗Ｒ１およびＲ２から離れて示されているが、実際には、温度ヒューズ７は、抵抗Ｒ１およびＲ２の少なくとも１つと、好ましくは両方とに近接して、あるいは直接に熱的に接触している。

回路が初めてまたは長期にわたる保管の後に動作する場合、コンデンサ（Ｃ７）１７は完全に放電している。したがって、最初の充電のために必要な電力モード時間、特に、比較器（Ｕ１Ｃ）１２の負入力の電圧が正入力に与えられる値よりも高い値に達するために必要な電力モード時間は、通常の動作の間に用いられる時間よりも長くなるであろう。この長い時間は、「高速モード初期」温度上昇を可能にするとともに、与えられた例においてはおよそ２分である。この「高速モード初期」は、通常の電力モードよりも長く続くが、その機能は全く同じである。測定は正のゼロクロス毎に実行され、正の半波が可能であるか否かを決定する。この動作モードは、コンデンサ（Ｃ７）１７の完全な放電の後のヒータ配線制御回路の最初のオン時にのみ利用可能である。「高速モード初期」の利用可能性の他の変形例もまた可能であり、たとえば、加熱素子２１が完全に冷却した場合に利用可能である。

タイマＩＣ１６は、ヒータ配線制御回路がオンしてからの経過時間を測定する。所定時間、たとえば１０時間の後、タイマＩＣ１６は「ローレベル」を、その出力ピン１８に出力し、そして比較器（Ｕ１Ｃ）１２の出力をプルダウンし、それによりサイリスタ（Ｔ１）１４とトライアック（Ｔ２）１５とをオフする。サイリスタ（Ｔ１）１４とトライアック（Ｔ２）１５との両方がオフするのに伴い、電力は、加熱素子２１において消費されなくなる。この自動電力オフは、ヒータ配線制御回路の損傷を防ぎ、電子回路の不要な消費を避けるための付加的な安全の特徴である。

Claims (21)

1. 接続された加熱素子（２１）へのＡＣ電力の供給を制御するためのヒータ配線制御回路（１）であって、
   （ａ） 前記加熱素子（２１）に供給される前記ＡＣ電力に関する少なくとも３つの切換状態を有する遮断手段（３１）を備え、前記３つの切換状態は、
   （１） 両方の半波がオンである状態、
   （２） 正または負の半波がオフである状態、
   （３） 両方の半波がオフである状態、であり、
   （ｂ） 前記加熱素子（２１）の温度を決定して、前記温度および／またはユーザ設定に依存して、前記遮断手段（３１）の切換状態を決定するための制御手段（３２）と、
   （ｃ） 前記ＡＣ電力の正および／または負のゼロクロス毎に、前記遮断手段（３１）を、前記「両方の半波がオフである状態」に切換えるためのトリガ素子（３４）とをさらに備え、
   前記両方の半波がオフである状態は、
   （１） 所定の長さの時間Ｔ１の間、および／または
   （２） 前記ＡＣ入力電圧の勾配の間の電圧が所定のしきい値未満である間であり、
   前記トリガ素子は、前記制御手段（３２）に、前記加熱素子（２１）の温度を決定することを可能にさせる、ヒータ配線制御回路。
2. 接続された加熱素子（２１）へのＡＣ電力の供給を制御するためのヒータ配線制御回路（１）であって、正および／または負の半波毎に前記加熱素子（２１）の温度を決定して、前記温度に依存して前記加熱素子（２１）への前記電力供給を設定するための手段を備え、前記手段は、
   （ａ） 電力が与えられたときの前記加熱素子（２１）の温度に依存して、前記加熱素子（２１）への前記電力供給を停止することが可能な演算回路（３５）と、
   （ｂ） 電力が与えられたときに、前記演算回路（３５）と前記加熱素子（２１）との間の接続を与えるスイッチング素子（３６）とを備え、前記電力は、
   （１） 所定の長さの時間Ｔ１の間、および／または、
   （２） ＡＣ入力電圧の勾配の間の電圧が所定のしきい値未満である間に与えられる、ヒータ配線制御回路。
3. 時間Ｔ１の開始は、前記ＡＣ電力の各々の正および／または負のゼロクロスであることを特徴とする、請求項２に記載のヒータ配線制御回路（１）。
4. 時間Ｔ１の長さは、前記ＡＣ電力の期間の一部であって、１０％未満、好ましくは０％と５％の間、最も好ましくは０．２５％と１．５％との間であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のヒータ配線制御回路（１）。
5. 前記しきい値は、ＡＣ線間電圧の５０％未満、好ましくは０％と３０％との間、最も好ましくは１．５％と９．５％の間であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のヒータ配線制御回路（１）。
6. 前記演算回路（３５）は、前記ＡＣ電力の前記正および／または負の半波の残りの部分の間、前記電力供給を停止することが可能であることを特徴とする、請求項２から５のいずれか１項に記載のヒータ配線制御回路（１）。
7. デューティサイクルの期間を、たとえば固定された電力モードオン時間と、可変の緩和モードオフ時間とに設定するための周期ユニット（３７）を備える、請求項１から６のいずれか１項に記載のヒータ配線制御回路（１）。
8. タイマモジュール（３３）をさらに備え、前記タイマモジュールは所定時間の後、好ましくは１０時間後に前記加熱素子（２１）から前記ＡＣ電力をオフする、請求項１から７のいずれか１項に記載のヒータ配線制御回路（１）。
9. 温度ヒューズ（７）をさらに備え、前記温度ヒューズは短絡の場合に前記ヒータ配線制御回路（１）を前記ＡＣ電力から遮断する、請求項１から８のいずれか１項に記載のヒータ配線制御回路（１）。
10. 加熱素子（２１）の作動方法であって、前記加熱素子（２１）の温度は、正および／または負の半波の開始部分において決定されて、前記加熱素子（２１）への電力供給は、前記温度に依存して設定される、加熱素子（２１）の作動方法。
11. 前記方法は、
    （ａ） 正および／または負の半波ごとの開始部分において、前記加熱素子（２１）の温度を測定するステップと、
    （ｂ） 前記温度に依存して、残りの半波に必要とされる電力設定を評価するステップと、
    （ｃ） 前記温度および／またはユーザ設定に依存して、前記加熱素子（２１）に供給される電力を設定するステップとを備える、請求項１０に記載の加熱素子（２１）の作動方法。
12. 加熱素子（２１）の作動方法であって、接続が演算回路（３５）と前記加熱素子との間に与えられて、前記加熱素子（２１）の温度を、
    （ａ） Ｔ０で開始される所定の長さの時間Ｔ１の間、および／または
    （ｂ） ＡＣ入力電圧波形の勾配が、所定のしきい値未満である間に決定され、
    前記温度に依存して、前記加熱素子（２１）への電力供給が前記演算回路（３５）によって停止されることを特徴とする、加熱素子（２１）の作動方法。
13. 時間Ｔ１の長さは、ＡＣ電力の期間の一部であり、１０％未満、好ましくは０％と５％との間、最も好ましくは０．２５％と１．５％との間であることを特徴とする、請求項１２に記載の加熱素子（２１）の作動方法。
14. 時間Ｔ０は、前記ＡＣ電力の各々の正および／または負のゼロクロスであることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の加熱素子（２１）の作動方法。
15. 前記ＡＣ入力電圧の勾配のしきい値は、ＡＣ線間電圧の５０％未満、好ましくは０％と３０％との間、最も好ましくは、１．５％と９．５％との間であることを特徴とする、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の加熱素子（２１）の作動方法。
16. 前記演算回路（３５）は、前記ＡＣ電力の期間の残りの部分の正および／または負の半波を停止することができることを特徴とする、請求項１２から１５のいずれか１項に記載の加熱素子（２１）の作動方法。
17. 前記加熱素子は、異なるデューティサイクルで動作し、
    前記デューティサイクルは、
    （ａ） 前記加熱素子（２１）の温度に依存して、少なくとも部分的な電力が前記加熱素子（２１）に与えられる間の、所定の長さの電力モードと、
    （ｂ） 前記電力供給がオフされる間の、可変の長さの緩和モードと
    を備えることを特徴とする、請求項１０から１６のいずれか１項に記載の加熱素子（２１）の作動方法。
18. 前記緩和モードの長さは、ユーザ設定および／または前記加熱素子（２１）の温度に依存することを特徴とする、請求項１７に記載の加熱素子（２１）の作動方法。
19. 所定の長さの「高速モード初期」温度上昇が、
    （ａ） 前記加熱素子（２１）の温度の決定が行なわれる間、および／または
    （ｂ） 前記加熱素子（２１）への前記電力供給が、前記遮断手段（３１）または演算回路（３５）によって影響される間において可能であることを特徴とする、請求項１０から１８のいずれか１項に記載の加熱素子（２１）の作動方法。
20. 「高速モード初期」温度上昇のための所定の時間は、１分から５分の間、好ましくは２分であることを特徴とする、請求項１９に記載の加熱素子（２１）の作動方法。
21. 前記加熱素子（２１）への前記電力供給は、所定時間の後、好ましくは１０時間後に無効となることを特徴とする、請求項１０から２０のいずれか１項に記載の加熱素子（２１）の作動方法。