JPH0546075B2

JPH0546075B2 -

Info

Publication number: JPH0546075B2
Application number: JP57123415A
Authority: JP
Inventors: Katsuharu Matsuo
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-07-14
Filing date: 1982-07-14
Publication date: 1993-07-12
Also published as: JPS5914002A; KR870001584B1; KR840005572A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は電気毛布或いは電気カーペツトの発熱
体を、交流電源に同期した制御信号をパルス伝達
回路を介してスイツチング素子に与えて該スイツ
チング素子を通断電制御するようにした温度制御
回路の安全装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

従来、この種ヒータ等の発熱体を通断電制御す
るものにおいては、制御回路及び温度センサーの
故障時に制御対象たるヒータの温度が異常に上昇
したり、制御素子が故障したりする危険に対処し
て、温度センサーの断線検知回路或いは制御用ス
イツチング素子の異常検出回路等の安全回路を主
制御回路中に組込んだり或いは主制御回路とは別
系統に温度ヒユーズ等の安全装置を設けて、これ
らの危険を回避するようにしていた。

〔背景技術の問題点〕

ところで、各回路を構成するトランジスタ、ダ
イオード、オペアンプ等の素子は故障時には通常
シヨ−ト又はオープンの状態で故障し、半導通状
態のまま故障することはないが、例えばスイツチ
ング素子としてサイリスタを用いたゲートに
「HI」レベルが与えられた時に導通するように設
定されたものでは、それよりも前段の主制御回路
中の素子のいずれかがシヨート又はオープンにな
つて故障してゲートに「HI」レベルが与えられ
た場合にはサイリスタが温度センサーからの温度
情報とは無関係に通電されて過熱状態になつてし
まう。そして、この時に安全回路や安全装置が正
常に動作しておれば、やがて温度ヒユーズが溶断
する等して発熱体への通電が断たれるのである
が、万一、安全回路又は安全装置も同時に故障し
たような場合には、電気毛布や電気カーペツトの
過熱が継続し火災を起すような危険な状態にな
る。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、スイツチング素子を制御するた
めの主たる制御回路の素子が故障した時にはその
故障モードがシヨート又はオープンのいずれかの
場合でも制御回路自身がスイツチング素子を直ち
にオフ状態にして発熱体への通電を断ち、別に設
けられた安全回路又は安全装置とは独立して危険
を回避できるようにし、万一主たる制御回路の故
障と安全装置や安全回路の故障が同時に起きた時
にも火災等を起さない所謂フエイルセーフとした
温度制御回路の安全装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、スイツチング素子を制御するための
制御回路を、同期回路、基準電圧発生回路、検出
電圧発生回路及び比較制御回路にて構成して正常
時にパルス状の制御信号を出力するようにし、こ
の制御信号をコンデンサを介してスイツチング素
子に与えるようにしたもので、制御信号がパルス
状でない時にスイツチング素子が遮断状態となる
ようにし、故障時の安全性を向上させるようにし
たものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例について第１図乃至第６
図を参照しながら説明する。１は電気毛布本体
で、この内部に過熱感知発熱線２及び感熱体３が
配設されている。即ち、第２図は過熱感知発熱線
２を示す図であり、芯糸２ａに発熱体としての発
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、さらに加熱感知線
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を設け、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。一方、４，５は一対の交流電源端子
であり、これらの間に発熱線２ｂと、スイツチン
グ素子としてのサイリスタ６と、安全器としての
温度ヒユーズ７との直列回路が接続されている。
８は温度設定用の可変抵抗、９は固定抵抗で、こ
れらは感熱体３の感熱層３ｃのインピーダンス、
感知線２ｄ、温度ヒユーズ７を加熱するヒータ１
０及び温度ヒユーズ７を介して交流電源端子４，
５間に接続されており、導体３ｂ，３ｄには抵抗
１１，１２，１３及びコンデンサ１４からなる分
圧回路１５が接続されている。一方、１６は直流
電源回路で、抵抗１７，ツエナダイオード１８、
ダイオード１９及び２０、コンデンサ２１及び２
２からなる。２３は同期回路で、４個のダイオー
ド２４ａ乃至２４ｄからなる全波整流器２４、抵
抗２５乃至２９、トランジスタ３０及び３１から
なる。３２は検出電圧発生回路としての温度検出
回路で、ツエナダイオード３３及び３４、オペア
ンプ３５、ダイオード３６、抵抗３７、コンデン
サ３８からなる。３９はサンプリング用のゲート
回路で、７個のダイオード４０からなる第１の基
準電圧発生回路４１と抵抗４２乃至４４、トラン
ジスタ４５からなる。４６は第１の比較制御回路
としてのオープンコレクタ形のオペアンプであ
る。４７はサンプリング用のゲート回路で、３個
のダイオード４８ａ乃至４８ｃからなる第２の基
準電圧発生回路４８と抵抗４９，５０からなる。
５１は第２の比較制御回路としてのオペアンプで
ある。５２は点弧制御用トランジスタ、５３乃至
５５は抵抗である。５６はパルス信号を伝達して
サイリスタ６を点弧するためのコンデンサ、５７
は抵抗である。５８及び５９は雑音防止用の抵抗
及びコンデンサである。６０はサイリスタ６のオ
ン・オフを検知する検知回路で、４個のダイオー
ド６１ａ乃至６１ｄからなる全波整流回路６１
と、抵抗６２乃至６８、トランジスタ６９乃至７
３、ダイオード７４及び７５からなる。７６はサ
イリスタ６の故障を検知する故障検知回路で抵抗
７７乃至８３、コンデンサ８４、２個のダイオー
ド８５ａ及び８５ｂ、オペアンプ８６、トランジ
スタ８７，８８からなる。８９は温度ヒユーズ７
を加熱するヒータ、９０はダイオード、９１はヒ
ータ８９の通断電を制御するイリスタ、９２は点
弧用コンデンサ、９３は抵抗である。

尚、第１図において破線Ｐ内に位置された直流
電源回路１６、検出電圧発生回路３８、ゲート回
路３９、オペアンプ４６、ゲート回路４７、オペ
アンプ５１、検出回路６０、故障検出回路７６等
の構成部品は集積回路化されて１個のICパツケ
ージ内に収められ、破線Ｐ外の各部品は外付けに
て設けられる。

次に上記構成の作用を説明する。交流電源端子
４，５間に交流電源V_ACが印加されると、可変抵
抗８、固定抵抗９、感熱層３ｃのインピーダン
ス、導体２ｄ及びヒータ１０の直列回路に電流が
流れて、導体３ｂ，３ｄ間に感熱層３ｃにて分圧
された交流検出電圧Vsが生成され、これが抵抗
１１，１２と抵抗１３、コンデンサ１４で更に分
圧されて、分圧回路１５の出力端子に検出電圧
Viが出力され、オペアンプ３５の非反転入力端
子に入力される［第５図ａ，ｃ参照］。そして、
感熱層３ｃのインピーダンスは電気毛布本体１の
温度に追従して変化するから、導体３ｂ，３ｄ間
に発生する交流検出電圧Vs及び分圧回路１５か
ら出力される検出電圧Viは電気毛布本体１の温
度に追従したものとなる。そして、分圧回路１５
を介して温度検出回路３２に入力された検出電圧
Viはオペアンプ３５にて緩衝増幅され、これが
ダイオード３６にて整流され、且つコンデンサ３
８にて平滑されて直流化され、直流検出電圧Vd
となる［第５図ｃ参照］。従つて、直流検出電圧
Vdは電気毛布本体１の温度に追従した電圧とな
る。一方、ツエナダイオード１８の両端には最大
値が一定化された交流電圧が発生し、母線９４及
び９５間にはダイオード２０にて整流され且つ電
解コンデンサ２１にて平滑された低圧の直流電圧
（Vcc−Vee）が印加される。そして、同期回路
２３のトランジスタ３０のベース・エミツタ間に
は全波整流器２４にて直流化された第５図ｂに示
す電圧Vaが印加されるから、該トランジスタ３
０は交流電源端子４，５間に印加された交流電源
の零電圧近傍にてその交流電源に同期して遮断
し、トランジスタ３１はトランジスタ３０の導通
時に導通してコレクタがLOレベル（Vee）とな
り、また、トランジスタ３０の遮断時に遮断して
HIレベル（Vcc）となり、第６図ｃに示す波形
Vpが出力される。一方、トランジスタ４５はベ
ースにHIレベルが与えられた時に導通してコレ
クタがLOレベルとなり、この時に、第１の基準
電圧発生回路４１が有効化されて、ゲート回路３
９の出力端子たるダイオード４０と抵抗４３の共
通接続点は７個のダイオード４０の順方向電圧降
下（約0.7V×７）により母線９４の電圧Vccに対
して約4.9V低い第１の基準電圧−Vr1となる。ま
た、このトランジスタ４５はベースにLOレベル
が与えられた時に遮断してゲート回路３９の出力
端子がHIレベル（Vcc）となる。そして、トラ
ンジスタ４５のベースには同期回路２３の出力が
与えられるから、第１の基準電圧−Vr1が同期回
路２３によりサンプリングされ、ゲート回路３９
の出力端子に第５図ｃに示すサンプリング結果信
号Ｖ１が出力される。そして、温度検出回路３２
から出力される直流検出電圧Vdがオペアンプ４
６の非反転入力端子に入力され、且つゲート回路
３９のサンプリング結果信号Ｖ１がオペアンプ４
６の反転入力端子に入力されて、両者が該オペア
ンプ４６にて比較される。而して、温度検出回路
３２から出力される直流検出電圧Vdは、回路が
正常に作動している時には、電気毛布本体１の温
度が室温程度のときでも第１の基準電圧−Vr1よ
り高い値を出力するようになつており、従つてＶ
１＝−Vr1となつてVdが−Vr1より高い時にオペ
アンプ４６はオフとなり、そのためVdが−Vr1
より低い時にオペアンプ４６はオンとなる。そし
て、ゲート回路４７のダイオード４８ｃと抵抗４
９の共通接続点は３個のダイオード４８ａ乃至４
８ｃの順方向電圧降下（約0.7V×３）により母
線９４の電圧Vccに対して約2.1V低い第２の基準
電圧−Vr2となつており、オペアンプ４６がオ
ン・オフする正常作動時にはゲート回路４７の出
力端子即ち抵抗５０とオペアンプ５１の反転入力
端子との共通接続点がオペアンプ４６の出力によ
りサンプリングされ、第５図ｄに示すサンプリン
グ結果信号Ｖ２が出力される。この信号Ｖ２は交
流電源の零電圧近傍で、−Vr2となり、それ以外
の時Veeとなる。そして、オペアンプ５１の反転
入力端子に信号Ｖ２が入力され、オペアンプ５１
の非反転入力端子に直流検出電圧Vdが入力され
て両者がオペアンプ５１にて比較される。そし
て、電気毛布本体１の温度が設定温度より低く
て、電圧Vdが信号Ｖ２のピーク電圧（電圧−
Vr2）よりも低い期間T1においては、オペアン
プ５１の出力電圧Voが交流電圧の零電圧近傍に
て電圧Vee迄立ち下がるパルス状波形の制御信号
となり、また、電気毛布本体１の温度が設定温度
より高くて、電圧Vdが電圧−Vr2よりも高い期
間T2においては、オペアンプ３７の出力電圧Ｖ
０１が電圧Vccと等しい一定電圧波形となる［第
５図ｅ参照］。この出力電圧Ｖ０１がトランジス
タ５２のベースに抵抗５３を介して入力されるか
ら、期間T1において電圧Ｖ０１が「LO」レベル
の時（電圧Veeと等しい時）にトランジスタ５２
が導通してコレクタ電圧Vcが上昇し［第５図ｆ
参照］、サイリスタ６のゲートに第５図ｇに示す
ように交流電源の零電圧近傍でコンデンサ５６に
貯えられた電荷がゲート電源Igとして流れ込ん
で、該サイリスタ６が交流電源の正の半サイクル
期間導通し、以つて発熱線２ｂの両端に第５図ｈ
で示すように交流電圧Vhが印加され、発熱線２
ｂが発熱するようになり、また、期間T2におい
ては、サイリスタ６が遮断される。

而して、上記構成において、感熱体３の感熱層
３ｃのインピーダンスを介して導体３ｂ，３ｄ間
に分圧される電圧Vsが約50Vのときに電気毛布
本体１が設定温度となるようにし、電気毛布本体
１が設定温度より低い時には電圧Vsが50V以上
となるように設定している。そして、サイリスタ
６が正常な遮断状態を呈している時には、該サイ
リスタ６のアノード・カソード間に抵抗６２を介
して並列接続された全波整流器６１に第６図ａの
期間Taに示すような交流電源が印加されるから、
検知回路６０のトランジスタ６９のベース・エミ
ツタ間には全波整流器６１にて直流化された電圧
が印加され、該トランジスタ６９はトランジスタ
３０と同一タイミングで交流電源に同期して導通
及び遮断され、トランジスタ７１のコレクタ電圧
Vtは第６図ｂに示すようになり、ダイオード７
４，７５及びトランジスタ７２からなるORゲー
ト回路を介して同期回路２３の出力Vpと電圧Vt
とが合成されトランジスタ７３のコレクタに検知
電圧Vaが出力され、検知電圧VaがLOレベルの
時コンデンサ８４が充電され、電圧Ｖ０１がLO
レベルの時トランジスタ７３がオンしてコンデン
サ８４に貯えられた電荷が放電され、期間Taに
おいてはオペアンプ８７の非反転入力端子の電圧
Vcaは第６図ｆで示すようになる。一方、オペア
ンプ８６の反転入力端子にはサンプリング結果信
号Ｖ２に同期して立上がる電圧Ｖ３が入力されて
おり、電圧VcaとＶ３がオペアンプ８６で比較さ
れる。そして、期間Taにおいてはコンデンサ８
４の充放電が周期的に行われているから、電圧
VcaはＶ３より高く、オペアンプ８６の出力端子
の電圧Ｖ０２が第６図ｇに示すように「HI」レ
ベルでトランジスタ８８が遮断され、且つサイリ
スタ９１が遮断されている。ところが、サイリス
タ６が故障して例えば順方向の耐圧が低下した時
には第６図に期間Tbで示すようにオペアンプ５
１の出力電圧Ｖ０１が「HI」レベルでサイリス
タ６のゲートに点弧信号が与えられてないにもか
かわらず、該サイリスタ６のアノード・カソード
間の電圧Vscrが耐圧を越えた時点で導通状態に
なる［第６図ａ参照］。そして、このようにして
サイリスタ６が故障状態で導通すると、発熱線２
ｂが導通状態になるが、検知回路６０の全波整流
器６１は出力を生じなくなり、トランジスタ６９
はサイリスタ６が導通した時に遮断され且つトラ
ンジスタ７１が導通し、電圧Vtが「LO」レベル
（Vee）となり、電圧Vaがサイリスタ６の導通時
に「LO」レベル（Vee）となり、コンデンサ８
４を充電するから、電圧Vcaが低下し、やがて電
圧Ｖ３のピーク値を下回るようになる。すると、
電圧Ｖ３のピーク値に同期してオベアンプ８７の
出力端子の電圧Ｖ０２が交流電源の零電圧近傍で
第６図ｈに示すように「LO」レベルとなり、サ
イリスタ９１が導通されてヒータ８９が通電さ
れ、温度ヒユーズ７が加熱溶断されて発熱線２ｂ
への通電が断たれてる。尚、サイリスタ６の逆方
向の耐圧が低下した時にはダイオード９０を介し
てヒータ８９が通電され、温度ヒユーズ７が加熱
溶融されて発熱線２ｂへの通電が断たれる。

上記構成によれば、例えばトランジスタ５２が
故障してオープン状態となつた時には該トランジ
スタ５２のコレクタが常に「LO」レベルとなつ
てコンデンサ５６へは充電のみが行われて放電が
行われず、従つて、仮りに電気毛布本体１の温度
が低い時でもサイリスタ６は導通せず従つて、発
熱線２ｂへの通電が断たれており、また、該トラ
ンジスタ５２が故障してシヨート状態となつた時
には該トランジスタ５２のエミツタが常に「HI」
レベルでやはりコンデンサ５６の充放電が行われ
ず、サイリスタ６は導通しない。即ち、トランジ
スタ５２が故障した場合、オープン又はシヨート
のいずれかの状態を呈することが普通で半導通状
態のまま故障するようなことは一般にはなく、ま
して故障状態のままで出力波形がパルス状態とな
ることは考えられず、従つてトランジスタ５２の
故障モードがシヨートの時もオープンの時のいず
れもサイリスタ６は導通しない。而して、トラン
ジスタ５２よりも前段を構成するオペアンプ５
１，４６又は同期回路のトランジスタ４５，３
１，３０等の故障時にはシヨート又はオープンの
いずれかのモードとなると考えられるが、故障段
よりも後段にはパルス状の波形が伝達されないこ
とにより、トランジスタ５２よりも前段が故障し
た場合に該トランジスタ５２のコレクタは「HI」
又は「LO」のいずれかの状態を呈することとな
り、従つてトランジスタ５２よりも前段の故障モ
ードがいずれの場合でもトランジスタ５２のコレ
クタからはパルス状波形が出力されず、従つてサ
イリスタ６が導通するようなことは生じない。要
するに順に直列に並べられたゲート回路３９、オ
ペアンプ４６、ゲート回路４７及びオペアンプ５
１が一つでも故障した場合には、いずれも場合も
サイリスタ６が遮断されることとなつてヒータ２
への通電を断つから、仮りに回路故障を起した時
でも電気毛布本体１が過熱することが起らず、万
一、温度ヒユーズ等の安全回路又は安全装置等が
正常に動作しているか否かを監視する第１の比較
制御回路４６が先に故障している場合でも、これ
ら安全回路又は安全装置によらずヒータ２ｂへの
通電を断つことができることとなり、所謂フエイ
ルセーフとして作動し、故障が各部で同時に生じ
たような場合でも、火災を起すような危険が未然
に防止されることとなる。

ところで、上記構成では、第１の基準電圧発生
回路４１の第１の基準電圧−Vr1と直流検出電圧
Vdとをオペアンプ４６にて比較しており、従つ
て、例えば、感知線２ｄ、導体３ｄ、抵抗１０、
抵抗１２やコンデンサ１４等が断線して電圧Vi
の絶対値が異常に大きくなつた時は直流検出電圧
Vdが第１の基準電圧−Vr1より低くなつてオペ
アンプ４６はオンとなりサンプリング結果信号Ｖ
２がVeeに等しくなるから、オペアンプ５１の出
力Ｖ０１は常に「HI」レベル、トランジスタ５
２のコレクタは「LO」レベルとなり、サイリス
タ６は遮断され、また、他の原因で電圧Viが異
常に低くなつた時は、電圧Vdが高くなつてVcc
との差がVr2以下となり、電気毛布本体１の温度
状態が高い時と同じ状態になるから、サイリスタ
６は遮断され、一層安全性に優れているが、第１
の基準電圧発生回路４１、ゲート回路３９及び第
１の比較制御器としてのオペアンプ４６等の省略
して第７図に示すように同期回路２３の出力を直
接ゲート回路４７に入力するようにしてもよい。

即ち、上記各実施例では、オペアンプ５１もよ
り、サンプリングされた第２の基準電圧Vr2と検
出電圧Vdとを比較してパルス状の制御信号Voを
得るようにしたのであるが、要は、検出電圧Vd
と基準電圧Vr2とを同期パルスVpに同期して周
期的に比較することにより、パルス状の制御信号
を得るようにすればよいのである。

従つて、前記一実施例のオペアンプ４６は、オ
ペアンプ５１において同期パルスVpとの同期を
とるための同期回路２３の一部として作用するも
ので、実際の比較制御回路はオペアンプ５１なの
である。

また、サイリスタ６の代りにスイツチング素子
としてトライアツクを使用してもよく、また、サ
イリスタ６でリレーを駆動し、そのリレー接片で
発熱線２ｂの通断電を行うようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上の説明から明らかなように、スイ
ツチング素子を制御するための主たる制御回路の
素子が故障した時にはその故障モードがシヨート
又はオープンのいずれの場合でも制御回路自身が
スイツチング素子を直ちにオフ状態にして発熱体
への通電を断ち、別に設けられた安全回路又は安
全装置とは独立して危険を回避できるようにし、
万一主たる制御回路の故障と安全装置や安全回路
の故障が同期に起きた時にも火災等を起さない所
謂フエイルセーフとした温度制御回路の安全装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明の一実施例を示すも
のであり、第１図は電気回路図、第２図は加熱感
知発熱体の斜視図、第３図は感熱体の斜視図、第
４図は要部のブロツク図、第５図及び第６図は電
気回路中の電圧又は電流波形を示す図、第７図は
本の他の実施例を示す第４図相当図である。図面中、１は電気毛布本体、２は加熱感知発熱
線、２ｂは発熱線、３は感熱体、６はサイリスタ
（スイツチング素子）、１５は分圧回路、１６は直
流電源回路、２３は同期回路、３２は温度検出回
路（検出電圧発生回路）、３９はゲート回路、４
１は第１の基準電圧発生回路、４６はオペアン
プ、４９は第２の基準電圧発生回路、５１はオペ
アンプ（比較制御回路）、５６はコンデンサ、６
０は検知回路、７４は故障検知回路、である。

Claims

【特許請求の範囲】

１発熱体を交流電源に同期した制御信号により
制御されるスイツチング素子で通断電制御するも
のにおいて、前記交流電源と同期して同期パルス
信号を出力する同期回路と、基準電圧発生回路
と、前記発熱体の温度を検知しその温度に応じた
検出電圧を出力する検出電圧発生回路と、この検
出電圧発生回路からの検出電圧と前記基準電圧発
生回路の基準電圧とを前記同期パルス信号に同期
して比較することによりパルス状の制御信号を出
力する比較制御回路と、この比較制御回路からの
パルス状の制御信号を前記スイツチング素子に与
えるコンデンサとを具備してなる温度制御回路の
安全装置。