JPH0353296Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 考案の技術分野 本考案は温度制御装置に関するものであり、具
体的には発熱体と、２本の導体間に負のインピー
ダンス温度特性を有する感熱層を介在させた感熱
体と、前記発熱体への通電を制御する制御整流素
子を含む電気毛布や電気カーペツトに使用する温
度制御装置に関するものである。

考案の技術的背景 従来、このような温度制御装置の感熱体の感熱
層としては塩化ビニルに帯電防止剤等を添加した
有機半導体を使用してインピーダンスの温度係数
が負になるようにしている。しかしこの感熱層に
直流分を含んだ電圧が印加されると誘導体の分極
作用によつてインピーダンスの経時変化が現われ
るので、正負エネルギーの等しい交流電圧を感熱
層に印加させるように回路を構成しなければなら
ない。またなんらかの原因で回路が故障した場
合、火災や焼損を防止するために温度の過昇防止
回路が設けられているが、感熱体の導線などの過
昇防止回路の構成部品が断線してもただちに発熱
体への通電を停止するように回路をフエールセー
フに構成しなければならない。

このため従来の手法としては、交流電源に温度
設定用抵抗、感熱体の導線および温度ヒユーズ加
熱用ヒータからなる直列回路を接続し、この感熱
体の導体間に双方向パルス発生素子およびパルス
トランスの一次巻線からなる直列回路を接続して
そのパルストランスの二次巻線に現われる双方向
パルスでサイリスタの導通角を制御する位相制御
方式が一般的である。これは各回路部品を直列に
接続してパルス発生回路を構成することにより断
線に対してフエールセーフとしている。またパル
ス発生素子としては双方向対称特性を有するネオ
ン放電管を使用し、感熱層に直流電圧が印加され
ないようにしている。

背景技術の問題点 しかしこれはつぎのような欠点がある。まず第
１に、パルストランスの二次側には正負両方向の
パルスが発生してサイリスタのゲート・カソード
間に加わるので、サイリスタをトリガするのに充
分な電圧の正のパルスをゲートに与えれば負のパ
ルスの電圧がそのサイリスタのゲート・カソード
間逆耐圧電圧以上になり、また負のパルスの電圧
をこの逆耐圧電圧以下にすると正のパルスの電圧
が不足することになる。そのためゲートトリガ電
流の小さなサイリスタを選別して使用しなければ
ならない。つぎに、ネオン放電管の点灯開始電圧
やパルス発生電圧はばらつきが大きいのでネオン
放電管も選別を必要とする。さらに、位相制御で
あるので温度上昇に時間を要し、電波障害が発生
するなどの問題があつた。

考案の目的 本考案は上記した事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、装置の障害に対してフエール
セーフに動作するとともに感熱体の経時変化を防
止でき、制御整流素子に充分大きなゲートトリガ
電流を流すことができ、電波障害を防止するとと
もに迅速な温度上昇が可能であり、更には、回路
中のコンデンサが小容量で集積回路化を容易に達
成できるとともに使用中の温度リツプルを小にで
きるようにした温度制御装置を提供するにある。

考案の概要 本考案は感熱体に直流分が流れないようにする
コンデンサを利用して温度検出回路の検出電圧の
位相を進めて進相検出電圧とし、これを交流電源
の零電圧近傍に停電圧部を有する基準電圧と比較
して制御整流素子の導通を制御するようにしたも
のである。

考案の実施例 以下本考案の一実施例について図面を参照しな
がら説明する。１は電気毛布本体で、この内部に
加熱感知発熱線２及び感熱体３が配設されてい
る。即ち、第２図は過熱感知発熱体２を示す図で
あり、芯糸２ａに発熱体たる発熱線２ｂを巻き、
その上から所定の温度で溶融するナイロン層２ｃ
を被覆して、さらに過熱感知線２ｄを巻いてその
外側に電気絶縁被覆２ｅを施したものである。ま
た、第３図は感熱体３を示す図であり、芯糸３ａ
に一方の導体３ｂを巻き、その上に負の温度係数
のインピーダンス特性を有する感熱層３ｃは設
け、さらに他方の導体３ｄをその上に巻いてその
外側に電気絶縁被覆３ｅを施したものである。こ
の感熱層３ｃは、塩化ビニルに帯電防止剤等を添
加した有機半導体からなるもので、導体３ｂ，３
ｄ間に交流電圧を印加した時の等価回路を、第４
図に示すように抵抗ＲとコンデンサＣの並列回路
で表わすと夫々のインピーダンスｒ及びXcは第
５図に示すような負の温度特性を示し、従つて、
感熱体３の温度特性は同図に破線で示すようにな
る。一方、４，５は一対の交流電源端子であり、
これらの間にスイツチ６と、発熱線２ｂと、制御
整流素子としてのサイリスタ７と、温度ヒユーズ
８との直列回路が接続されている。９は固定抵
抗、１０は温度設定用の可変抵抗で、これらは感
熱体３の感熱層３ｃのインピーダンス及び感知線
２ｄ及び温度ヒユーズ８を加熱するヒータ１１を
介して交流電源端子４，５間に介在されて温度検
出回路１２を構成しており、固定抵抗９及び可変
抵抗１０にて分圧抵抗を構成し、導体３ｂの一端
に電気毛布本体１の温度に応じて交流電源端子
４，５間の電圧を分圧した交流電圧である温度検
出電圧Vsを出力するようになつている。この
温度検出電圧Vsは感熱層３ｃの等価回路に表
わされるコンデンサＣの作用により、第６図ａに
示すように交流電源端子４，５間の電圧VAcよ
りも僅かに位相が遅れている。１３はコンデンサ
１４、抵抗１５及びダイオード１６からなる進相
回路で、ダイオード１６がないと仮定するとコン
デンサ１４と抵抗１５の共通接続点である出力端
子Ｘには、第６図ｂに示すように温度検出電圧
Vsに比べて位相の進んだ交流電圧Vso′が出力
されることになるが、実際にはダイオード１６に
より負電圧が抵抗１５をバイパスするから、出力
端力Ｘからは第６図ｃに示すような半波の正弦波
形の進相検出電圧Vsoが出力される。そして、感
熱層３ｃのインピーダンスが高い時は進相検出電
圧が同図にVso₂で示す方向に変化し、逆に感熱
層３ｃのインピーダンスが低い時には進相検出電
圧が同図にVso₁で示す方向に変化する。また、
感熱層３ｃのインピーダンスと進相検出電圧Vso
との関係は可変抵抗１０の設定により変化され
る。１７は比較制御回路で、これは基準電圧発生
部１８及び比較回路に相当するオペアンプ３１を
備え、オペアンプ３１の出力によつてトランジス
タ３７を制御して前記サイリスタ７にゲート電流
を流す構成である。ここで特に、基準電圧発生部
１８は次の通りの構成とされている。すなわち、
交流電源端子４，５間に抵抗３０及び定電圧ダイ
オードたるツエナダイオード２３が直列に接続さ
れ、両者の共通接続点には交流電源電圧の一方の
半波期間（交流電源端子５側が正となる期間（以
下これを「正の半サイクル」という））の略全期
間及び他方の半波期間（交流電源端子４側が正と
なる期間（以下これを「負の半サイクル」とい
う））のうち所定のブレークオーバー電圧を越え
る期間において導通状態となり且つそのブレーク
オーバー電圧以下の期間において非導通状態とな
つてその期間において交流電源電圧のゼロクロス
点からの変化電圧が出力されるようになつている
（第６図bVz参照）。また、この定電圧ダイオード
２３の両端間には、ダイオード２０が順方向に並
列接続されると共に、ダイオード１９を介して比
較制御回路１７に平滑用コンデンサ２９が外付け
されて定電圧回路４７が構成され、ダイオード１
９と平滑用コンデンサ２９との共通接続点に交流
電源電圧の全波期間にわたつて前記ブレークオー
バー電圧に略等しい定電圧を出力するようになつ
ている（第６図bVx参照）。この定電圧回路４７
の出力電圧は抵抗２６，２７からなる分圧回路４
８にて分圧され、これが両抵抗の共通接続点であ
る基準設定電圧出力点Ｙに基準設定電圧（第６図
bVs参照）として出力される。一方、第１図に示
したトランジスタ２８、ダイオード２１，２２及
び抵抗２３，２５はスイツチング回路４９を構成
し、後述する作用説明から明らかにされるよう
に、ツエナダイオード２３の出力電圧Vzと基準
設定電圧Vsとのクロス時点及び交流電源電圧の
ゼロクロス時点でスイツチングが行われ、その結
果、前記基準設定電圧出力点Ｙの電位を、一方の
半波期間（負の半サイクル）においては前記定電
圧回路４７からの出力電圧Vxに等しくすると共
に他方の半波期間（正の半サイクル）のうちツエ
ナダイオード２３の出力電圧Vzが基準設定電圧
Vsよりも低い期間においてはその基準設定電圧
Vsに等しくし且つツエナダイオード２３の出力
電圧Vzが基準設定電圧Vsよりも高い期間におい
てはツエナダイオード２３の出力電圧Vzに等し
くなる。なお抵抗２５は抵抗２６に比べて十分に
小さい抵抗値に設定されている。また、上記に次
構成の作用について述べる。スイツチ６をオンす
ると、オペアンプ３１の非反転入力端子には進相
検出電圧Vsoが抵抗４５を介して入力され、反転
入力端子には基準電圧発生１８の出力端子Ｙから
の基準電圧Vrが入力される。而して、ツエナダ
イオード２３とダイオード１９の共通接続点の電
圧Vzは第６図ｂに示すように変化し、ダイオー
ド１９と抵抗２５の共通接続点には、同第６図ｂ
に示すように略電圧Vzの最大値に等しい一定の
直流電圧Vxが出力される。そこで、仮りにダイ
オード２１，２２が非導通状態を維持すると仮定
すると、出力端子Ｙには電圧Vxを抵抗２６及び
２７で分割した基準設定電圧Vsが第６図ｂに破
線で示すように出力される。時刻t₁に電圧Vzが
正になると、トランジスタ２８がオンされて、そ
のエミツタ・コレクタ間が導通されるから、ダイ
オード２２は非導通状態を呈し、電圧Vzが基準
設定電圧Vsよりも低い時刻t₁から時刻t₂の間はダ
イオード２１も非導通状態を呈し、従つて時刻t₁
から時刻t₂の間は出力端子Ｙからの基準電圧Vr
が基準設定電圧Vsと等しくなる。次に、電圧Vz
は時刻t₂に基準設定電圧Vsを超え、時刻t₃に基準
設定電圧Vsより低くなるから、時刻t₂からt₃の間
はダイオード２１が導通状態を呈して交流電源の
正の半サイクル即ち電圧Vzが基準設定電圧Vsに
重畳されることになつて基準電圧発生部１８の出
力端子Ｙに出力され、従つて、この間出力端子Ｙ
からの基準電圧Vrは電圧Vzに等しくなる。そし
て、時刻t₃にダイオード２１が非導通状態となる
から、出力端子Ｙからの基準電圧Vrは再び基準
設定電圧Vsに等しくなる。次に、時刻t₄に電圧
Vzが略OVになると、トランジスタ２８がオフと
なるから、ダイオード２２が導通し、抵抗２５が
ダイオード２２を介して抵抗２６に並列接続され
た状態になる。すると、抵抗２５は抵抗２６に比
べて充分小さい抵抗値に設定されているから、出
力端子Ｙの基準電圧Vrは、並列接続された抵抗
２５，２６と抵抗２７にて電圧Vxを分割した電
圧となり、この電圧は電圧Vzに近い値で、電圧
Vzが再び正となる時刻t₅迄継続する。この時刻t₅
の状態は時刻t₁に相当し、以降時刻t₁から時刻t₅
の状態が交流電源端子４，５間に印加された交流
電源の電圧波形と同期して遂行される。要する
に、基準電圧Vrは、時刻t₁，t₂間及び時刻t₃，t₄
間に基準設定電圧Vsに等しい低電圧部４６を有
した波形となり、この基準電圧Vrはトランジス
タ２８のスイツチングにより交流電源の電圧
VAcが正の半サイクル中低電圧（Vs）となり且
つ負の半サイクル中に高電圧となる矩形状波にダ
イオード２１を介して交流電源と同期する半波で
ツエナダイオード２３にて上限電圧が規制された
電圧Vzを重畳して得られたものである。

而して、スイツチ６をオンした直後には、電気
毛布本体１の温度が低く感熱層３ｃのインピーダ
ンスが高いから進相検出電圧VsoがVso₂で示す
ように高く、従つて時刻t₁からt₂の間にオペアン
プ３０の非反転入力端子に印加された基準電圧
Vrの低電圧部４６を、その反転入力端子に印加
された進相検出電圧Vsoが上回るようになり、該
オペアンプ３０の出力端子に時刻t₁からt₂の間第
６図ｄに示すような正電流i_Gが出力される。一
方、トランジスタ３６のベースは導体３ｄ及び感
知線２ｄ並びにヒータ１１を介して該トランジス
タ３６のエミツタに接続され、該エミツタと略同
電位であるからオフ状態を呈しており、従つて時
刻t₁からt₂の間にトランジスタ３７はベース電流
が与えられてオン状態となる。一方、コンデンサ
３８と抵抗３５との直列回路を流れる電流は交流
電源電圧V_ACに対して90度進相しているから、時
刻t₁において最大値となり、これが該トランジス
タ３７のコレクタ・エミツタ間を介してサイリス
タ７のゲートに与えられるから、該サイリスタ７
は交流電源電圧VacがOVの近傍にて点弧されて
導通し、発熱線２ｂに正の正弦半波電流が流れ
る。これによつて電気毛布本体１の温度が上昇す
ると感熱層３ｃのインピーダンスが低下して進相
検出電圧VsoがVso₁で示すように基準電圧Vrの
低電圧部４６よりも低くなり、オペアンプ３０の
出力端子には時刻t₁からt₂の間も正電流i_Gが生じ
なくなり、サイリスタ７は非導通状態となり、発
熱線２ｂへの電流供給がなされなくなり、電気毛
布本体１の温度上昇が停止する。そして、以上の
動作を繰返して温度制御が行われる。そして、電
気毛布本体１の温度は可変抵抗１１の抵抗値を変
化させることにより特定温度に対する進相検出電
圧Vsoの値を加減して適当な温度に設定できる。

また、何らかの回路障害によつてナイロン層２
ｃの温度が異常上昇した場合には、これが溶融し
て発熱線２ｂが感知線２ｄに短絡し、ヒータ１１
に通常より大きな電流が流れるから該ヒータ１１
の発熱により温度ヒユーズ８が溶断され、同時に
トランジスタ３６のベースに交流電源電圧V_ACと
同相の交流が印加されて該トランジスタ３６が交
流電源の正の半サイクル中オンしてトランジスタ
３７を遮断状態にするから、仮りにオペアンプ３
０が出力電流を生じてもサイリスタ７が点弧する
ことが阻止された発熱線２ｂへの通電が断たれる
ようになり、また、サイリスタ７が故障して逆電
流の漏れが多くなつた時にはダイオード４４を介
してヒータ４３に電流が流れるようになり該ヒー
タ４３の発熱により温度ヒユーズ８が溶断され
る。

ところで、サイリスタ７のゲートトリガ電流I_G
の時間巾が所定値以上ないと、サイリスタ７のア
ノード・カソード間の電圧（V_AK）が小さくアノ
ード電流がラツチ電流に到達せず、従つてサイリ
スタ７がオンしない場合がある。このサイリスタ
７のゲートトリガ電流の時間巾の設定はサイリス
タ７自身のばらつきにより困難であるが、単純に
時刻t₁及びt₂間の時間巾を広げると、第６図ｃか
ら明らかなようにサイリスタ７のアノード電圧が
高くなつてから該サイリスタ７が点弧する場合が
生じ、これが電波障害の原因となる。しかしなが
ら、上記構成では基準電圧Vrの低電圧部４６は
時刻t₂以降の電圧上昇が交流電源電圧V_ACの正弦
波の一部と略同波形であるから、進相検出電圧
Vsoが低い時にはゲートトリガ電流I_Gの時間巾が
狭いが、進相検出電圧Vsoが高くなるとゲートト
リガ電流I_Gの時間巾が第６図ｄに破線で示すよう
に長くなる傾向を有している。従つて、ゲートト
リガ電流I_Gの時間巾が狭い領域で点弧できない場
合でも進相検出電圧Vsoが高くなつた時には充分
に点弧可能となり、サイリスタ７のバラツキが充
分に吸収され、該サイリスタ７をアノード電圧が
OVの近傍にて確実にオンさせることができる。

尚、温度設定を可変抵抗１０にて行うようにし
ているが、これを固定抵抗にし、代りに抵抗１３
又は１４を可変抵抗器として基準電圧Vrの低電
圧部４６を上下に変化させて温度設定を行うよう
にしてもよい。

上記構成によれば、次のような効果が得られ
る。即ち、サイリスタ７のゲートトリガ感度のば
らつきを吸収でき選別を行う必要がなく、基準設
定電圧Vsはツエナダイオード２３により安定化
した電圧を分圧して得ているから電圧安定度に優
れており、しかも感熱層３ｃには直流分が印加さ
れず経年変化を生じないから、温度設定が正確に
なされ、しかも、設定温度に達する迄サイリスタ
７は連続的に点弧通電されるから、電気毛布本体
１の温度上昇が早く行われ、該サイリスタ７の点
弧が交流電源電圧のOV近傍にてゼロクロスのオ
ン・オフが行われるから電波障害を発生する虞れ
がない。更に、検出電圧を大容量のコンデンサ等
を用いて平滑して直流化するようなことも行つて
いないから、比較制御回路１７を容易に集積回路
化することができるとともに時定数が小さいので
検出温度と設定値との間に時間的なずれが生じな
いから、電気毛布本体１の温度リツプルを減少さ
せることができ、しかもオペアンプ３０の入力イ
ンピーダンスが高いから、感熱層３ｃに直流電圧
が流れることを阻止し且つ温度検出電圧VsIを進
相するコンデンサ１４の容量も極力小さなものに
できる。即ち、コンデンサ１４の容量が大きくな
ると低温度において感熱層３ｃの温度変化に対す
る電圧変化率が極めて悪くなり、温度検出能力が
低下するが、上記構成ではコンデンサ１４を極力
小容量にできるから感熱層３ｃの温度検出能力を
著しく向上できる。そして、検知温度に対するヒ
ステリシスがなく、また、検出電圧をコンデンサ
を用いて平滑化することもないからこれらによる
時間遅れが生ずるようなこともなく、温度リツプ
ルを極力小さなものにできる。

考案の効果 本考案は以上の説明から明らかなように、装置
の障害に対してフエールセーフで動作するととも
に感熱体の経時変化を防止でき、制御整流素子に
充分大きなゲートトリガ電流を流すことができ、
電波障害を防止できるとともに迅速な温度上昇が
可能であり、更には回路中のコンデンサが小容量
で集積回路化を容易に達成できるとともに使用中
の温度リツプルを小にできるようにした温度制御
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例を示すものであり、第
１図は電気回路図、第２図は過熱感知発熱体の斜
視図、第３図は感熱体の斜視図、第４図は感熱体
の等価回路を示す図、第５図は感熱体の温度特性
図、第６図は電気回路中の電圧又は電流波形を示
す図である。 図面中、１は電気毛布本体、２は過熱感知発熱
体、２ｂは発熱線（発熱体）、３は感熱体、４，
５は交流電源端子、７はサイリスタ（制御整流素
子）、９及び１０は抵抗及び可変抵抗（分圧抵
抗）、１２は温度検出回路、１３は進相回路、１
７は比較制御回路、１８は基準電圧発生部、１９
はダイオード、２３はツエナダイオード（定電圧
ダイオード）、２９は平滑用コンデンサ、３１は
オペアンプ（比較回路）、４６は低電圧部、４７
は定電圧回路、４８は分圧回路、Ｙは基準設定電
圧出力点、４９はスイツチング回路である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 交流電源端子間に直列に接続された発熱体及び
   制御整流素子と、 前記発熱体からの熱を受けるように設けられた
   負のインピーダンス温度特性を有する感熱体と、 前記交流電源端子間に分圧抵抗と前記感熱体と
   が直列に接続されてなり感熱体の温度に応じて前
   記交流電源端子間の電圧を分圧した交流電圧を出
   力する温度検出回路と、 この温度検出回路の交流電圧の位相を進めて進
   相検出電圧とする進相回路と、 前記交流電源端子間に設けられ交流電源電圧の
   一方の半波の略全期間及び他方の半波期間のうち
   所定のブレークオーバー電圧を越える期間におい
   て導通状態となり且つそのブレークオーバー電圧
   以下の期間において非導通状態となつてその期間
   において前記交流電源電圧のゼロクロス点からの
   変化電圧を出力する定電圧ダイオードと、 この定電圧ダイオードにダイオードを介して並
   列接続された平滑用コンデンサを備えて前記交流
   電源電圧の全波期間にわたつて前記ブレークオー
   バー電圧に略等しい定電圧を出力する定電圧回路
   と、 この定電圧回路の出力電圧を分圧しこれを基準
   設定電圧として基準設定電圧出力点に出力する分
   圧回路と、 前記定電圧ダイオードの出力電圧と前記基準設
   定電圧とのクロス時点及び前記交流電源電圧のゼ
   ロクロス時点でスイツチングが行われ前記一方の
   半波期間においては前記定電圧回路からの出力電
   圧を前記基準設定電圧出力点に出力すると共に前
   記他方の半波期間のうち前記定電圧ダイオードの
   出力電圧が前記基準設定電圧よりも低い期間にお
   いてはその基準設定電圧を前記基準設定電圧出力
   点に出力し且つ前記定電圧ダイオードの出力電圧
   が前記基準設定電圧よりも高い期間においては前
   記定電圧ダイオードの出力電圧を前記基準設定電
   圧出力点に出力させるようにスイツチングを行う
   スイツチング回路と、 前記基準設定電圧出力点に与えられる基準電圧
   と前記進相検出電圧とを比較し後者が前者より大
   きい期間において前記制御整流素子にゲート電流
   を流す比較回路とを具備してなる温度制御装置。