JP3712938B2 - マルチポイントデジタル温度制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デジタルサーモスタット制御装置と、冷凍／加熱システムおよび自動車産業等のその他のシステム用のマルチポイント温度制御装置におけるその使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍／加熱システムの電気制御は、基本的に簡単なサーモスタット、モータスタートリレー、およびモータを制御する過負荷保護装置を備えている。大きいモデルはまたタイマと、（自動解凍機能用の）電気ヒータを制御するための簡単な論理装置を有する。幾つかの効果なモデルは装置の付加的な区画における付加的な自動温度制御のための送風機／空気流翼を制御する１以上のソレノイドまたはモータを含んでいる。
【０００３】
サーモスタットの温度を測定し、制御する典型的な装置は、
ｉ．温度変化による気体／液体の膨張／収縮が温度の決定／制御に使用される気体／液体充填毛細管と、
ii．広い範囲の異なる熱膨張係数の２つの金属のバイメタル条帯の偏向／変形がそれにより感知された温度を決定するバイメタル素子と、
iii ．気体／液体の膨張により機械的に押され、それにより機械的な接触部を移動させ、明確な“設定”値で電気回路を付勢する機械的ベローと、
iv．それ自体が電気回路を制御する可動機械スイッチの機能を行う屈曲バイメタル条帯からなる。
【０００４】
これらの典型的な方法および装置は以下の欠点を受ける。
ａ．温度の不正確で不完全な感知、
ｂ．低い信頼性。
【０００５】
アナログサーモスタット装置も技術で知られており、例えば米国特許第3666973 号、第4119835 号、第4137770 号、第4290481 号、第4638850 号、第5520327 号、第5528017 号、第5592989 号明細書を参照する。しかしながらこれらは以下の欠点を有する。
ｉ）温度と時間でドリフトする傾向、
ii）コンポーネント値と特性の許容誤差の影響による動作における装置間の違いと、
iii ）雑音に対する感知度である。
【０００６】
温度を感知するためのシリコンダイオードの使用も知られており、例えば米国特許第4137770 号明細書が参照され、ここでは順方向バイアスされたシリコンダイオードが温度感知用のブリッジ回路中で使用されている。前記米国特許明細書に記載されているアナログサーモスタットは可変温度ではなく固定温度でしか使用可能ではない。さらに、温度感知用のシリコンダイオードの使用は温度変化範囲にわたる較正を必要とする欠点を有する。これらの制限は前記米国特許明細書では解決されていない。
【０００７】
電子デジタルサーモスタットもユーザに有効である。これらのサーモスタットは例えば米国特許第5329991 号、第5107918 号、第4948044 号、第4799176 号、第4751961 号、第4669654 号明細書に記載されている。しかしながら、これらのサーモスタットは幾つかの応用で必要な過負荷保護装置を具備しない。また、動作の信頼性の改良等の電子サーモスタットの多くの利点は、これらが通常の過負荷保護装置やスタートリレーと共に使用されるとき効率的には実現されず、一般的な過負荷保護装置を電子的な等価装置で置換し、またはエネルギの節約とその他の有用なエンドユーザ（最終的に使用しているユーザ）機能を与えることは、最も高価な冷蔵装置およびその他の応用でのみ経済的に実行可能であることが現時点で証明されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般的な過負荷保護機構は以下の機構の１つに基づいている。
ａ．広い範囲の異なる熱膨張係数の２つの金属のバイメタル条帯の屈曲／変形が温度を感知し、それをを決定するバイメタル素子。バイメタル条帯の機械的寸法およびプロフィールが温度トリップ動作が過負荷保護機能を実行するために生じる温度を決定する。
ｂ．正の温度係数（ＰＴＣ）の抵抗素子。その抵抗素子の電気抵抗はある“しきい値”温度を越える温度の増加で劇的に増加し、それによって抵抗素子は電気回路の電流を実効的に僅かな値に減少させる。
【０００９】
これらの両方法はいずれも欠点を有している。バイメタル過負荷保護装置は機械的に可動の部分を有する装置であり、それが電気回路を遮断する度に電気アークにさらされ、それは同時にコンタクトの腐食を生じて電気干渉を生じる。
【００１０】
ＰＴＣ抵抗素子は同様に熱応力を発生し、信頼性を減少させる一定の加熱−冷却サイクルに露出される。同時に、ＰＴＣ素子の電気的特性および温度特性は正確な電気作用を発生するために負荷と整合されることを必要とする。これはフレキシブル性を限定し、負荷特性に対するＰＴＣ特性の正確な整合はほとんど可能ではないので、最良でも効率に関して妥協しなければならない。
【００１１】
本発明の目的は、前述の全ての欠点を克服し、コストが効果的で動作が安全で信頼性のある電子デジタルサーモスタットを提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、広い温度範囲にわたって広い応用範囲を含むようにｐｎ接合温度感知素子の使用における限定を克服することである。
【００１３】
本発明の付加的な目的は、温度制御の高い感度を有する廉価なサーモスタットを提供することである。
【００１４】
本発明のさらに別の目的は、前述の全ての欠点を克服し、現在使用可能な高価な電子制御装置の利点を廉価で提供する前記電子デジタルサーモスタットを使用することによって、単一のマルチポイントのコンパクトな電子制御装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を実現するため、本発明は広い温度範囲の電子デジタルサーモスタット制御装置を提供し、この制御装置は、
ｐｎ接合感知素子ではない線形の温度感知素子と、
前記線形の温度感知素子を駆動するための定電流源と、
前記線形の温度感知素子の出力に結合され、デジタル出力を生成するアナログデジタル変換器と、
前記温度感知素子とは別に較正データを記憶する非揮発性メモリと、
アナログデジタル変換器に結合され、非揮発性メモリに記憶されている較正データを使用して感知素子の感度とオフセット値のデジタル出力を補正し、補正された出力を発生する補正回路と、
補正回路からの補正された出力に結合される第１の入力と、デジタル基準値に結合されている第２の入力とを有し、補正された出力がデジタル基準値と一致したときに出力を発生する少なくとも１つのデジタル比較装置と、
消費者用／産業用製品の温度補正装置を具備している負荷を付勢するためにデジタル比較装置の出力に応答してセット／リセットする入力を有する制御ラッチとを具備している。
【００１６】
デジタル雑音フィルタは、デジタル比較装置と制御ラッチの入力との間に接続されている。固体状態スイッチは負荷を駆動するために前記制御ラッチの出力に接続されている。
【００１７】
出力駆動および保護回路は連続的に負荷状態を監視し、消費者用／産業用製品で過負荷状態が検出された場合に、固体状態スイッチに対する駆動装置を消勢するために制御ラッチの出力に接続されている。
【００１８】
これらの過負荷状態は熱過負荷、過電流、オン切換えインラッシュ電流状態を意味する。したがって出力駆動および保護回路は熱保護回路、過電流保護回路、“ソフトスタート”回路を含んでいる。熱保護回路は負荷の温度を監視し、過電流保護回路は、ＡＣ電流信号が過負荷のプログラムされたＤＣ基準値を超過する期間を決定することによって負荷により引出される電流を監視し、ソフトスタート回路はオン切換えの初期期間中に実効的に減少された電圧スタートアップを負荷に与え、それによってモータとヒータ負荷の場合に負荷に発生するインラッシュ電流応力を減少させる。
【００１９】
温度表示装置は前記デジタル比較装置の入力の１つに接続され、そのデジタル比較装置は感度およびオフセット補正回路の出力からその入力を受信し、選択スイッチは電位差計／スイッチからのデジタル化された出力から感知された温度または基準値の選択的な表示を可能にする。
【００２０】
可変制御手段は、温度の制御限界を調節するためにマルチプレクサを経て、デジタル比較装置に供給される基準デジタル値を変更するためのアナログデジタル変換器と直列に設けられている。前記可変制御手段はスイッチデバウンス回路とデジタルカウンタに接続されている電位差計またはスイッチであり、スプリアススイッチ過渡現象部分を除去し、デジタルカウンタをインクレメントまたはデクレメントし、その（前記デジタルカウンタまたは前記電位差計の）出力はデジタルマルチプレクサの入力に接続され、電位差計またはスイッチからのユーザ制御信号、または非揮発性メモリからの一定値がデジタル比較装置の基準値として使用されることを決定する。
【００２１】
デジタルマルチプレクサの出力はスイッチデバウンス回路を通ってセレクタスイッチからの信号により制御される。
【００２２】
前記デジタル比較装置は、補正され感知された温度を基準値と比較し、雑音フィルタを通して濾波した後、制御ラッチをセット／リセットするために“真”／“偽”出力を発生し、スプリアス出力を除去する。
【００２３】
デジタル比較装置の１つは非揮発性メモリから固定した基準値を受信し、他のデジタル比較装置は選択を切換えるセレクタスイッチの状態に基づいて、非揮発性メモリまたはユーザ可変制御装置から基準値を受信する。
【００２４】
電子デジタルサーモスタット制御装置の付勢に使用される電源は、低損失容量性電圧降下回路網と、それに続く電圧クランピング装置と、整流器と、Ｄ．Ｃ．電圧を与えるためのフィルタ回路網とからなることが好ましい。前記Ｄ．Ｃ．電源は３乃至６ボルトの範囲の出力を与える。
【００２５】
クロック発振器は各回路を動作するためのタイミング信号を提供する電子デジタルサーモスタット制御装置の各回路に接続されている。前記クロック発振器は４乃至８ＭＨｚ周波数範囲で動作する水晶クロック発振器である。
【００２６】
全体的な制御回路は、センサ、可変ユーザ制御電位差計またはスイッチ、セレクタスイッチ、温度表示装置、固体状態スイッチが除かれている小型で価格が実効的なサーモスタットを提供するためのカスタム用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）として構成される。
【００２７】
別の実施形態では、前記ＡＳＩＣは非揮発性メモリ、クロック回路、電源が除かれ、それによって１実施形態では温度データの記憶のためのさらに大きな非揮発性メモリ容量と、異なるタイプおよびサイズのディスプレイに対するインターフェイスを与え、他の実施形態では、さらに出力駆動および保護回路が除かれてそれによって高電力の固体状態スイッチの使用を容易にし、またはマルチポイント用における制御のフレキシブル性を与える。
【００２８】
第２の目的を実現するため、本発明は電子マルチポイント温度制御装置を提供し、その装置は、
冷凍または加熱システムにおいて必要な数の場所で温度を制御するために、基準および構成データを記憶する共通の非揮発性メモリを有する前述の複数の電子サーモスタット制御装置を具備し、
前記電子サーモスタット装置の制御ラッチ装置からの出力は、論理回路に接続され、この論理回路は電子サーモスタット装置の非揮発性メモリ中に別々に記憶されているデータを使用して出力を１以上の出力駆動および保護回路に選択的に接続し、前記出力駆動および保護回路は固体状態のスイッチにより負荷を駆動し監視し、
中央制御装置を具備し、この中央制御装置には、
ｉ．電子サーモスタット制御装置からの出力と、電位差計またはデジタルカウンタから受信されたユーザ制御入力の組合わせと、故障状態の発生に基づいて、電子サーモスタット制御装置の制御ラッチ装置からの各前記出力と、前記電子サーモスタット制御装置をエネーブルまたはディスエーブルするための前記出力駆動および保護回路の入力と、前記駆動および保護回路の出力と、
ii．動作の特別なモード中に、１以上の前記出力駆動および保護回路をエネーブル／ディスエーブルするためのタイミング信号を発生するシステムタイマ装置と、
iii ．前記負荷がオンに切換えられるときに１以上の出力駆動および保護回路の制御に必要とされる信号を提供するスタートリレー回路とが接続されている。
【００２９】
任意の１以上の出力駆動および保護回路は、熱保護回路、過電流保護回路、ソフトスタート回路を含んでおり、熱保護回路は負荷の温度を監視し、過電流保護回路は、ＡＣ電流信号がオバーロードのプログラムされた基準値を超過した期間を決定することにより負荷により引出される電流を監視し、ソフトスタート回路はオン切換えの初期期間中に、実効的に減少された電圧スタートアップを負荷へ提供し、それによってモニタおよびヒータの負荷の場合に負荷に発生されるインラッシュ電流応力を減少させる。
【００３０】
前記中央制御装置は冷蔵庫の場合には、例えば自動霜取り、急速冷凍等を、また加熱システムの場合には、時間を定められた加熱サイクル等の特別な機能を実行する論理回路である。中央制御装置と非揮発性メモリはカスタマの要求に基づいて電子サーモスタット制御装置とマルチポイント温度制御装置の各コンポーネントの機能を制御するようにプログラムされている。
【００３１】
表示装置は温度を表示するために前記電子サーモスタット制御装置のうちの１つの出力に接続されている。
【００３２】
少なくとも１つのスイッチはスイッチデバウンス回路とデジタルカウンタを経て、前記電子マルチポイント温度制御装置を動作するのに必要なユーザ制御信号を提供するために前記中央制御装置の入力に接続されている。
【００３３】
全体的な制御回路は、電子サーモスタット制御装置のセンサ、可変ユーザ制御スイッチ、セレクタスイッチ、温度表示装置、電源および固体状態スイッチが除かれている小型で価格が実効的な電子マルチポイント温度制御装置を提供するためにカスタム用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）として構成される。
【００３４】
別の構成では、前記ＡＳＩＣは温度データを記憶するためのさらに大きい非揮発性メモリ容量と、異なるタイプおよび寸法のディスプレイに対するインターフェイスを与えるために、非揮発性メモリ、クロック回路、および電源が除外されている。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明を添付図面を参照して説明する。
図１と２を参照すると、符号（１）は線形の温度感知素子を示している。定電流源（２）は前記センサ（１）のバイアス電流を提供する。温度が線形に減少するアナログＤ．Ｃ．電圧であるセンサ（１）からの信号はアナログデジタル変換器（３）によりデジタル形態に変換される。このデジタル出力は、非揮発性メモリ（19）からデジタル形態の補正係数データを受信する感度およびオフセット補正デジタル回路（４）によりセンサオフセットおよび感度で調節される。このデジタル出力はデジタル比較装置（５と６）へ与えられる。各デジタル比較装置は入力端子で感度およびオフセット補正デジタル回路（４）から受信されたデジタル値と共にデジタル基準値を受信する。デジタル比較装置（５）は非揮発性メモリ（19）から固定値を受信し、他方のデジタル比較装置（６）はセレクタスイッチ（16）のオン／オフ状態に基づいて非揮発性メモリ（19）またはユーザ可変制御装置（12）から基準値を受信する。ユーザ制御変数が電位差計（12）である場合、電位差計からのＤＣ電圧はアナログデジタル変換器（14）に与えられ、アナログデジタル変換器（14）はそれをデジタル比較装置（６）に適切なデジタル値に変換される。定電流源（13）は電源変動と独立している出力を確実にするために電位差計（12）を駆動する。アナログデジタル変換器（14）の出力はデジタルマルチプレクサ（15）に供給され、電位差計からのユーザ制御信号、または非揮発性メモリからの定常値がデジタル比較装置（６）の“カットアウト”基準として使用されるか否かを決定する。デジタルマルチプレクサ（15）はセレクタスイッチ（16）とインターフェイスするスイッチデバウンス回路（17）の出力から制御入力を受信する。２つのデジタル比較装置（５と６）の出力はデジタル雑音フィルタ（７と８）を通過され、スプリアス出力を除去し、その後、出力駆動および保護回路（10）を制御する制御ラッチ（９）の入力に供給される。“ソフトスタート”回路（10Ａ）と、熱過負荷保護回路（10Ｂ）と、過電流保護回路（10Ｃ）とを含んでいる出力駆動および保護回路（10）は、一般用／産業機器の関連装置を付勢するように固体状態スイッチ（11）を駆動して、温度を補正し、モータおよびヒータ負荷の場合に負荷に発生されるインラッシュ電流応力を最小にし、オーバヒートおよび電流過負荷状態に対して保護する。感度およびオフセット補正デジタル回路（４）の出力はまた表示装置（18）で感知された温度を表示するために発生される。クロック回路（20）と電源（21）は図１で示されているように回路全体に接続されている。
【００３６】
図３では、ユーザの可変制御は電位差計（12）の代わりにスイッチ（22）から発生する。スイッチ（22）からの信号はスイッチデバウンス回路（23）に供給され、スイッチデバウンス回路（23）はスイッチを押す度に１つのパルスをデジタルカウンタ（24）へ供給し、そのデジタルカウンタ（24）はデジタルマルチプレクサ（15）を通じてデジタル比較装置（６）へ与えられる選択された制御限定値を表し、これはデジタルカウンタ（24）からの出力、または非揮発性メモリ（19）からの固定値がデジタル比較装置（６）の入力に与えられるか否かを決定する。デジタルマルチプレクサ（15）はセレクタスイッチ（16）とインターフェイスするデバウンススイッチ（17）の出力から制御入力を受信する。
【００３７】
図４は電子デジタルサーモスタット制御装置へパワーを与えるために使用される変成器のない３乃至６ボルトの電源（21）を示している。容量性電圧降下回路網（25）は電圧クランプ用ツェナーダイオード（26）と共に入力の高いＡ．Ｃ．電圧を低い値に減少させる。この低い値のＡＣ電圧はダイオード（27）により整流され、キャパシタ（28）により濾波され、電力を回路へ供給される低電圧のＤ．Ｃ．電圧を発生する。
【００３８】
図５は電子デジタルサーモスタット制御装置の１応用を示している。センサ素子（１）は機器（29）内に位置され、その温度は制御される（例えば一般消費者用の商品の場合の冷蔵庫または産業／自動車工業用の場合のエンジン冷却ケース）。センサ（１）は電子デジタルサーモスタット制御装置（30）から遠隔の位置に配置される。同様に、温度補正を、冷蔵庫の場合にコンプレッサモータへ与え、または空気冷却または水冷却されるエンジンの場合、ラジエータ冷却ファン／冷却ポンプへ与えるために電子デジタルサーモスタット制御装置により付勢される装置（31）は離れた位置に配置される。
【００３９】
図６は非常に小型で価格が効率的である解決策を与えるためのカスタム用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）（32）の形態の電子デジタルサーモスタット制御装置の構造を示している。センサ（１）はＡＳＩＣに接続する。同様に、固体状態スイッチ（11）はＡＳＩＣの出力に接続する。“カットアウト”温度の選択と制御限界の設定用の２つのスイッチ（16と22）はまたＡＳＩＣ（32）に別々に接続されている。表示装置（18）はＡＳＩＣ（ピン）へ直接接続され、ＡＳＩＣにより別々に駆動される。
【００４０】
図７は、さらに大きい非揮発性メモリ容量と、幾つかの異なるタイプおよびサイズのディスプレイに対するインターフェイスを提供するために非揮発性メモリ（19）、クロック発振器（20）、電源（21）がＡＳＩＣの外部にあるＡＳＩＣ（33）を使用する別の実施形態を示している。
【００４１】
図８は、単一のチップにより与えられるよりも多くの駆動電流を必要とするさらに高いパワーの固体状態スイッチの使用を促すために出力駆動および保護回路（10）も外部であるＡＳＩＣ（34）形態の電子デジタルサーモスタット制御装置のさらに別の実施形態を示している。これは非常に高い容量の負荷の制御を可能にする。
【００４２】
図９および１０には、電子マルチポイント温度制御装置が示されており、ここで符号（35）乃至（39）は共通の非揮発性メモリ（75）を有する電子サーモスタット制御装置（40）乃至（44）に接続された単一の線形温度感知素子センサを示しており、非揮発性メモリ（75）は基準および較正データを記憶している。電子サーモスタット制御装置の制御ラッチ装置からの出力は論理回路（45）に接続され、この論理回路（45）は前記非揮発性メモリ（75）に別々に記憶されたデータを使用して、これらの出力を１以上の出力駆動および保護回路（46乃至50）の入力へ選択的に接続する。各出力駆動および保護回路からの出力は固体状態スイッチ（51）乃至（55）へ行き、それらの固体状態スイッチ（51）乃至（55）は負荷（例えば冷蔵庫のコンプレッサモータ、送風機、解凍ヒータ等）でオン／オフ動作を行う。任意の１以上の出力駆動および保護回路は“ソフトスタート”回路（46Ａ）、熱過負荷保護回路（46Ｂ）、過電流保護回路（46Ｃ）を含んでおり、それによって、
−オン切換えの初期期間中に負荷へ実効的な減少された電圧スタートアップを与えて、モータおよびヒータ負荷の場合に負荷に発生されたインラッシュ電流応力を減少し、
−熱および電流過負荷状態に対する保護を与える。
【００４３】
中央制御装置（71）は、故障状態中およびあるモードの動作期間中（例えば冷蔵庫の場合“霜取り”および“急速冷凍”モード）に電子サーモスタット制御装置（40）乃至（44）と出力駆動および保護回路（46）乃至（50）を選択的にエネーブルまたはディスエーブルする。
【００４４】
ユーザ制御信号は、装置の制御パネル上に位置された１以上のスイッチ（56）乃至（60）から受信される。各スイッチからの信号はスイッチデバウンス回路（61）乃至（65）を通過して、スプリアス出力が除去され、その後デジタルカウンタ（66）乃至（70）の更新に使用される。デジタルカウンタからの出力は中央制御装置（71）の入力に接続され、電子マルチポイント温度制御装置の動作の制御に必要なユーザ制御データを提供する。システムタイマ装置（72）の出力は、冷蔵庫用の場合には、自動霜取り、“クイック冷凍”、“ドアオープンアラーム”、“自動故障リセット”特性等、またコーヒー販売機の場合には、“水補充タイマ”、“ミルク補充タイマ”、“予め定められた時間における自動オン切換え”、“予め定められた時間における自動オフ切換え”特定の機能に対する電子タイマを含んでおり、中央制御装置（71）の入力に接続され、電子サーモスタット制御装置（40）乃至（44) と出力駆動および保護回路（46）乃至（50）をエネーブルまたはディスエーブルするための制御動作を決定する信号を提供する。スタートリレー回路ブロック（73）は冷蔵庫の装置のコンプレッサモータのような二重巻線電気モータのスタート巻線へ時間設定された信号を伝送する回路を含んでいる。この信号は中央制御装置（71）を経て出力駆動および保護回路ブロックの１つへ伝送される。周波数４−８ＭＨｚのクロック発振器（74）は電子マルチポイント温度制御装置の各回路の動作に必要なタイミング信号を提供するために使用される。前記クロック発振器は電子サーモスタット装置で使用されるのと同じである。非揮発性メモリ（75）は前記電子サーモスタット制御装置と前記論理回路に必要な全ての制御および較正データを記憶するために使用される。電源（76）は電子マルチポイント温度制御装置の付勢に使用される。前記電源は装置の全ての内部ブロックに接続され、電子サーモスタット制御装置で使用されるのと同じである。表示装置（77）は電子サーモスタット制御装置のうちの１つの出力に設けられる。中央制御装置と非揮発性メモリは、顧客の要求に基づいて、電子サーモスタット制御装置および、マルチポイント温度制御装置の各コンポーネントの機能を制御するようにプログラムされる。
【００４５】
図１１は、５つの電子サーモスタット制御装置と５つの出力駆動および保護回路を使用して、３つのゾーンの冷蔵庫（78）の電子マルチポイント温度制御装置の１応用を示している。各３つのゾーンに位置する３つの温度センサ（79）乃至（81）は、各ゾーンの環境の温度を測定する。さらに、コンプレッサ（84）のハウジングに位置する第４のセンサ（82）は熱過負荷機能を行うためにコンプレッサの温度を監視する。霜取りヒータ素子（85）の隣に位置する第５のセンサ（83）は霜取りサイクル中の正確な温度制御を可能にする。各電子サーモスタット制御装置はコンパートメント中の温度を監視し、それを特別な“カットアウト”および“カットイン”温度と比較し、前記コンパートメントは監視された温度が“カットイン”限界と交差するときにはいつでもその対応する出力駆動および保護回路をエネーブルし、監視された温度が“カットアウト”限定を交差するときにはいつでもこれをディスエーブルする。５つの固体状態スイッチ（51）乃至（55）からの出力は、コンプレッサモータ“ラン”巻線、コンプレッサモータ“スタート”巻線、霜取りヒータ素子、冷蔵庫の１コンパートメントに位置する送風機＃１（86）、冷蔵庫の別のコンパートメントに位置する送風機＃２（87）に接続されている。
【００４６】
図１２は３個の電子サーモスタット制御装置と３つの出力駆動および保護回路を使用したコーヒー販売機（89）の電子マルチポイント温度制御装置の１応用を示している。コーヒー用の水を含んだステンレス鋼の容器（91）と接触して位置する温度センサ（90）は水が加熱されるときの水温を測定する。給湯ポンプ（94）およびミルク供給ポンプ（95）のハウジング中に位置する第２のセンサ（92）および第３のセンサ（93）は熱過負荷保護を行うためにポンプ温度を監視する。３個の固体状態スイッチ（51）乃至（53）からの出力はヒータ（96）と前記給湯ポンプ（94）と前記ミルク供給ポンプ（95）に接続され、必要な温度を監視する。
【００４７】
図１３は、カスタム用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）の形態の電子マルチポイント温度制御装置の１構成を示しており、ここでは電子サーモスタット制御装置のセンサ（35）乃至（39）、ユーザ制御スイッチ（56）乃至（60）、ＤＣ電源（76）、固体状態スイッチ（51）乃至（55）は除外され、それによって非常に小型で価格が効率的な解決策を与える。
【００４８】
図１４は、さらに大きいデータ記憶と、幾つかの異なるタイプおよびサイズのディスプレイに対するインターフェイスを与えるために、電子サーモスタット制御装置のセンサ（35）乃至（39）と、ユーザ制御スイッチ（56）乃至（60）と、ＤＣ電源（76）と、固体状態スイッチ（51）乃至（55）と、非揮発性メモリ（75）とがＡＳＩＣの外部であるＡＳＩＣ（98）を使用した電子マルチポイント温度制御装置の別の実施形態を示している。
【００４９】
動作：
定電流源（２）により与えられる定電流バイアス下の線形温度感知素子（１）からなるセンサは、感知された温度の増加に正比例して減少するＤＣ電圧を発生する。このＤＣ電圧はアナログデジタル変換器（３）の入力に与えられる。アナログデジタル変換器はその入力に供給されるＤＣ電圧に等しいデジタル出力を発生する。このデジタル出力はその後、感度およびオフセット補正デジタル回路（４）の入力に供給され、感度およびオフセット補正デジタル回路（４）は非揮発性メモリ（19）からデジタル形態で受信される補正係数を適用することによりそのセンサのオフセットおよび感度を補正する。これは補正された感知温度値を生成する。
【００５０】
この補正された感知された温度値は各デジタル比較装置（５と６）の１入力に与えられる。デジタル比較装置（５）はその他方の入力で非揮発性メモリ（19）から固定した“基準”値を受信する。感度およびオフセット補正デジタル回路（４）から受信された補正された感知された温度値はデジタル比較装置（５）により“基準”値と比較され、“真／誤”出力が発生される。デジタル比較装置（５）の出力はデジタル雑音フィルタ（７）に与えられ、スプリアス出力が排除される。デジタル雑音フィルタ（７）からの濾波された出力は制御ラッチ（９）の“リセット”入力に供給される。制御ラッチはしたがってデジタル比較装置（５）の出力が“真”であるときはいつでもリセットされる。
【００５１】
他方のデジタル比較装置（６）は、選択を切換えるセレクタスイッチ（16）の状態に基づいて非揮発性メモリ（19）またはユーザ可変制御装置（12）のいずれかから“基準”値を受信する。ユーザ可変制御装置が電位差計（12）である場合、電位差計からのＤＣ電圧はアナログデジタル変換器（14）へ与えられ、アナログデジタル変換器（14）はデジタル比較装置（６）に適した値に変換する。定電流源（13）は電源電圧の変動に出力が影響されないことを確実にするために電位差計を駆動する。アナログデジタル変換器（14）の出力はデジタルマルチプレクサ（15）へ与えられ、デジタルマルチプレクサ（15）は電位差計（12）からのユーザの制御信号、または非揮発性メモリ（19）からの一定値のいずれかがデジタル比較装置（６）に対する基準として使用されるかを決定する。
【００５２】
ユーザの制御が電位差計（12）の代わりにスイッチ（22）から供給される場合（図２参照）、スイッチ信号は最初にスイッチデバウンス回路（23）を通過され、スプリアススイッチ過渡部分を除去し、その後デジタルカウンタ（24）をインクレメント／デクレメントするために使用される。デジタルカウンタ（24）の出力はその後デジタルマルチプレクサ（15）の入力に供給され、デジタルマルチプレクサ（15）はスイッチ（22）からのユーザの制御信号、または非揮発性メモリ（19）からの定常値がデジタル比較装置（６）の“基準”値として使用されるかを決定する。
【００５３】
デジタルマルチプレクサ（15）の出力はスプリアススイッチ過渡部分を除去するようにスイッチデバウンス回路（17）により処理された後、セレクタスイッチ（16）からの信号により制御される。デジタル比較装置（６）は補正された感知された温度を基準値と比較し、“真／誤”出力を発生し、これはスプリアス出力を除去するためにデジタル雑音フィルタ（８）により濾波された後、制御ラッチ（９）を“セット”するために使用される。
【００５４】
制御ラッチ（９）は、出力駆動および保護回路（10）をエネーブル／ディスエーブルするデジタル信号を出力する。出力駆動および保護回路（10）は固体状態スイッチ（11）の駆動に必要な信号を発生し、それによって温度を補正するように消費者／産業用機器の関連装置を付勢する。熱過負荷保護回路（10Ｂ）と電流過負荷保護回路（10Ｃ）を含んでいる出力駆動および保護回路（10）は連続的に負荷状態を監視し、熱または電流の過負荷状態に遭遇したならば固体状態スイッチ（11）の駆動を消勢する。出力駆動および保護回路はまたオン切換えの最初の期間に負荷へ実効的な減少された電圧スタートアップを与えるための“ソフトスタート”回路（10Ａ）を含んでおり、それによってモータおよびヒータ負荷の場合に負荷に発生されたインラッシュ電流応力を減少する。
【００５５】
感度およびオフセット補正デジタル回路（４）の出力はまた感知された温度を表示装置（18）に表示するために供給される。表示装置（18）の入力に接続された選択スイッチ（図示せず）はまた感度およびオフセット補正デジタル回路（４）からの出力により示されるような感知された温度、またはデジタルマルチプレクサ（15）の出力で信号により決定されるようなユーザにより選択された基準温度の選択的な表示を可能にする。４−８ＭＨｚの周波数範囲の水晶結晶発振器に基づいてクロック発振器回路（20）は各回路ブロックを動作するために必要な全てのタイミング信号を発生し、電源（21）は電子デジタルサーモスタット制御装置の必要な電圧および電流を各回路ブロックへ供給する。
【００５６】
共通の非揮発性メモリ（75）を有している多数の電子サーモスタット制御装置（40）乃至（44）は温度を制御する環境中の異なる点の温度を監視する。前記電子サーモスタット制御装置の各制御ラッチ装置からの出力は論理回路（45）に接続され、論理回路（45）は前記非揮発性メモリ（75）から受信されたデータにしたがって、１以上の出力駆動および保護回路（46）乃至（50）の入力にこれらを選択的に接続する。各電子サーモスタット制御装置は、コンパートメント中の温度を監視し、これらのコンパートメント中には特別な“カットアウト”および“カットイン”温度と比較し、監視された温度が“カットイン”限界と交差するときにはいつでもその対応する出力駆動および保護回路をエネーブルし、監視された温度が“カットアウト”限界と交差するときにはいつでもこれをディスエーブルする。出力駆動および保護回路（46）乃至（50）からの出力は前記出力駆動および保護回路を通って固体状態スイッチ（51）乃至（55）の入力に供給され、固体状態スイッチ（51）乃至（55）は負荷（冷蔵庫／加熱システムの送風機、コンプレッサ、ヒータ、ポンプまたはソレノイドバルブ）を監視する。任意の１以上の出力駆動および保護回路（46）は“ソフトスタート”回路（46Ａ）、熱過負荷保護回路（46Ｂ）、過剰電流保護回路（46Ｃ）を含んでおり、それによって、
−オン切換えの初期期間中に負荷へ実効的な減少された電圧スタートアップを与えて、モータおよびヒータ負荷の場合に負荷に発生されたインラッシュ電流応力を減少させ、
−熱および電流過負荷状態に対する保護を与える。
【００５７】
中央制御装置（71）は、スプリアス過渡状態を除去するためのスイッチデバウンス回路（61）乃至（65）と、デジタル値を発生するためのデジタルカウンタ（66）乃至（70）とを通って伝送した後、スイッチ（56）乃至（60）からユーザ制御値を受信する。前記中央制御装置はまた、システムタイマ装置（72）から入力を受信し、そのシステムタイマ装置（72）は１以上の内部タイマと、スタートリレー回路（73）から制御信号を供給し、スタートリレー回路（73）は、これらがＯＮに切換えられたとき、時間を定められた“ＯＮ”パルスを供給するのに必要な信号をモータ“スタート”巻線に発生する。前記中央制御回路は、入力信号値に基づいて各電子サーモスタット制御装置と出力駆動および保護回路のエネーブル／ディスエーブル制御信号を発生し、それによって全体的な電子マルチポイント温度制御装置の動作と、動作の用途特定モード（例えば冷蔵庫の場合、“霜取り”および“クイック冷凍”モード）の動作に必要な制御動作を実行する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 温度制御値を変化するため電位差計を使用する本発明による電子デジタルサーモスタット制御装置のブロック図。
【図２】 電子デジタルサーモスタット制御装置の出力駆動および保護回路のブロック図。
【図３】 温度制御値を変化するためにスイッチを使用する装置の別の実施形態のブロック図。
【図４】 パワーを電子サーモスタット装置へ供給するために使用する変成器のない電源の回路図。
【図５】 電子サーモスタット制御装置の応用のブロック図。
【図６】 全体的な制御回路が、センサ、可変ユーザ制御電位差計スイッチ、セレクタスイッチ、温度表示装置、固体状態スイッチを除外する用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）として構成されている１実施形態のブロック図。
【図７】 非揮発性メモリ、クロック発振器、ＤＣ電源がＡＳＩＣの外部であるＡＳＩＣ形態の別の実施形態のブロック図。
【図８】 非揮発性メモリ、クロック発振器、ＤＣ電源、出力駆動および保護回路がＡＳＩＣの外部であるＡＳＩＣ形態のさらに別の実施形態のブロック図。
【図９】 共通の非揮発性メモリを有する５個の電子サーモスタット制御装置を使用した電子マルチポイント温度制御装置のブロック図。
【図１０】 電子マルチポイント温度制御装置の出力駆動および保護回路のブロック図。
【図１１】 ３つの別々のコンパートメントを有する冷蔵庫の電子マルチポイント温度制御装置の応用の概略図。
【図１２】 コーヒー販売機の電子マルチポイント温度制御装置の応用の概略図。
【図１３】 センサ、スイッチ、ＤＣ電源、固体状態スイッチ、表示装置を除いた全体的な制御回路が、用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）として構成されている１実施形態のブロック図。
【図１４】 電子サーモスタット制御装置のセンサ、スイッチ、ＤＣ電源、固体状態スイッチ、非揮発性メモリ、表示装置を除いた全体的な回路が、用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）として構成されている１実施形態のブロック図。

Claims (23)

1. 線形の温度感知素子と、
   前記線形の温度感知素子を駆動するための定電流源と、
   前記線形の温度感知素子の出力に結合され、デジタル出力を生成するアナログデジタル変換器と、
   較正データを記憶する非揮発性メモリと、
   アナログデジタル変換器に結合され、非揮発性メモリに記憶されている較正データを使用してデジタル出力を補正する補正回路と、
   補正回路からの補正された出力に結合された第１の入力と、デジタル基準値が供給される第２の入力とを有している少なくとも１つのデジタル比較装置と、
   消費者用／産業用製品の温度補正装置を具備している負荷を付勢するためにデジタル比較装置の出力に応答してセット／リセットする制御ラッチとを具備し、
   前記線形の温度感知素子は前記定電流源から定電流を供給され、線形のアナログ温度信号を出力してそれを前記アナログデジタル変換器に供給し、前記アナログデジタル変換器はその線形のアナログ温度信号をデジタル出力信号に変換して前記補正回路に供給し、
   前記補正回路は供給されたデジタル出力信号に対して前記非揮発性メモリに記憶されている較正データを使用して、センサの感度とオフセット値を補正し、
   補正回路によって補正されたデジタル出力がデジタル比較装置に供給されて、前記非揮発性メモリまたは可変制御手段から供給されるデジタル基準値と比較されることを特徴とする広い温度範囲用の電子デジタルサーモスタット制御装置。
2. デジタル比較装置と制御ラッチの入力との間に接続されているデジタル雑音フィルタをさらに具備している請求項１記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
3. 負荷を駆動するため前記制御ラッチの出力に接続されている固体状態スイッチをさらに具備している請求項１記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
4. 連続的に負荷状態を監視し、消費者用／産業用製品で過負荷状態が検出された場合に、固体状態スイッチに対する駆動装置を消勢するために制御ラッチの出力に接続されている出力駆動および保護回路をさらに具備している請求項１記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
5. 前記出力駆動および保護回路は、熱保護回路、過電流保護回路、電圧スタートアップ回路を含んでおり、熱保護回路は負荷の温度を監視し、過電流保護回路は、負荷により引出される電流を監視し、電圧スタートアップ回路はオンへの切換えの初期期間中に実効的な減少された電圧スタートアップを負荷に与え、それによって負荷に発生するインラッシュ電流応力を減少させる請求項４記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
6. 温度の制御限界を調節するために、デジタル比較装置に供給される基準デジタル値を変更するための可変制御手段をさらに具備している請求項１記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
7. 可変制御手段はさらにアナログデジタル変換器の入力に結合されている電位差計を含み、その出力はデジタルマルチプレクサに接続され、温度の制御限界を調節するために、電位差計からのユーザの規定した基準値か、または非揮発性メモリからのデジタル基準値のいずれがデジタル比較装置へ与えられるかを決定する請求項６記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
8. スイッチデバウンス回路、デジタルカウンタおよびさらに別のデジタルマルチプレクサを具備しており、可変制御手段はデジタルカウンタを駆動するスイッチデバウンス回路に結合されているスイッチであり、前記デジタルカウンタの出力はデジタルマルチプレクサの入力に接続され、スイッチまたは非揮発性メモリからのユーザの規定したデジタル基準値がデジタル比較装置の基準値として使用されることを決定する請求項６記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
9. 選択スイッチと温度表示装置とをさらに具備し、温度表示装置はデジタル比較装置の入力のうちの１つに接続され、補正装置からのデジタル出力を入力として受信し、選択スイッチは感知された温度またはデジタル基準値の選択的な表示を許容する請求項６記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
10. 低損失容量性電圧降下回路網と、電圧クランプ装置と、整流器と、Ｄ．Ｃ．電圧を与えるためのフィルタ回路網とからなる電源をさらに具備している請求項１記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
11. 電子サーモスタット制御装置の各回路素子の動作に必要なタイミング信号を供給するクロック発振器をさらに具備している請求項１記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
12. 感知素子を除く全ての素子はカスタム用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）として構成されている請求項１，２，６，１１のいずれか１項記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
13. 非揮発性メモリと感知素子を除く全ての素子は、カスタム用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）として構成されている請求項１記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
14. 感知素子と可変制御手段を除く全ての素子は、カスタム用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）として構成されている請求項１または８記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
15. 複数の電子サーモスタット制御装置を具備し、各電子サーモスタット制御装置が、
    線形の温度感知素子と、
    前記線形の温度感知素子を定電流で駆動するための定電流源と、
    前記線形の温度感知素子の出力に結合され、デジタル出力を生成するアナログデジタル変換器と、
    アナログデジタル変換器に結合され、較正データを使用して感知素子の感度とオフセット値のデジタル出力を補正し、補正された出力を発生する補正回路と、
    補正回路からの補正された出力に結合される第１の入力と、デジタル基準値を供給される第２の入力とを有し、補正された出力とデジタル基準値とを比較する少なくとも１つのデジタル比較装置と、
    消費者用／産業用製品の温度補正装置を具備している負荷を付勢するためにデジタル比較装置の出力に応答してセット／リセットする制御ラッチと、
    複数の位置における温度を制御するために各制御装置に対する基準値および較正データを記憶している共通の非揮発性メモリと、
    １以上の出力駆動および保護回路と、
    各電子サーモスタット装置の制御ラッチからの各出力を供給され、非揮発性メモリに記憶されているデータに基づいて出力を１以上の出力駆動および保護回路に選択的に接続する論理回路と、
    電子サーモスタット制御装置の制御ラッチからの出力と、出力駆動および保護回路の入力にそれぞれ接続され、電子サーモスタット制御装置からの出力と、ユーザ制御入力の組合わせに基づいて、電子サーモスタット制御装置と前記駆動および保護回路の出力をエネーブルまたはディスエーブルするための中央制御装置と、
    中央制御装置に結合され、１以上の前記出力駆動および保護回路をエネーブル／ディスエーブルするためのタイミング信号を発生するシステムタイマ装置と、
    中央制御装置に結合され、負荷がオンに切換えられるときに１以上の出力駆動および保護回路を制御するための信号を提供するスタートリレー回路とを具備している電子マルチポイント温度制御装置。
16. 前記１以上の出力駆動および保護回路は、熱保護回路、過電流保護回路、電圧スタートアップ回路を含んでおり、熱保護回路は負荷の温度を監視し、過電流保護回路は、負荷により引出される電流を監視し、電圧スタートアップ回路はオンへの切換えの初期期間中に実効的な減少された電圧スタートアップを負荷に与え、それによって負荷に発生するインラッシュ電流応力を減少する請求項１５記載の電子マルチポイント温度制御装置。
17. 中央制御装置は冷凍および加熱システムの機能を実行するためのプログラム可能な論理回路である請求項１５記載の電子マルチポイント温度制御装置。
18. 各電子サーモスタット制御装置の各回路素子の動作に必要なタイミング信号を供給するクロック発振器をさらに具備している請求項１５記載の電子マルチポイント温度制御装置。
19. スイッチデバウンス回路と、デジタルカウンタと、スイッチデバウンス回路とデジタルカウンタを介して電子マルチポイント温度制御装置を動作するのに必要なデジタル基準値を含むユーザ制御信号を提供するために中央制御装置の入力に接続されている少なくとも１つのユーザスイッチとをさらに具備している請求項１５記載の電子デジタルサーモスタット温度制御装置。
20. 低損失容量性電圧降下回路網と、電圧クランピング装置と、整流器と、Ｄ．Ｃ．電圧を各電子サーモスタット制御装置へ与えるフィルタ回路網とからなる電源をさらに具備している請求項１５記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
21. ユーザ制御スイッチと感知素子を除く全ての素子は、カスタム用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）として構成されている請求項１９記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
22. デジタル比較装置と電子デジタルサーモスタット制御装置の制御ラッチの入力との間に接続されているデジタル雑音フィルタをさらに具備している請求項１５記載の電子デジタルサーモスタット制御装置。
23. 感知素子を除く全ての素子はカスタム用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）として構成されている請求項１５，１８，２２のいずれか１項記載の電子マルチポイント温度制御装置。

Images