200803594 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明主要有關於電熱墊之溫度控制器以及，更詳而 言之，具有導電電阻器之電熱墊之溫度控制器，該電阻器 具有根據溫度之變化改變之電阻値，得以調整與溫度成正 比之電阻値，因此可精確地控制電熱墊之溫度。 【先前技術】 大致而言，若將具有溫度控制器之電熱墊鋪放在地上 並供應電力至電熱墊，其可很容易地提供熱能。因此，由 於電熱墊不僅便於使用，亦可被容易地移動，電熱墊廣泛 地用於加熱。 於電熱墊之傳統溫度控制器中使用的相位控制方法存 在不少問題，包含溫度控制的精準度降低並且在廣頻帶中 會發生切換雜訊，導致電路無法正常運作，因而需使用如 線過濾器之屏蔽機構來移除雜訊，因此增加成本，並且會 發射對物體或生物體有害之不希望的電磁千擾（EMI )， 其係由連同熱能從加熱機構一定會產生的電場所造成，雖 然EMI的密度（強度）會有些許差異。 此外，傳統電熱墊所使用之加熱纜線使用尼龍感應器 判斷溫度控制値。於此情況中，尼龍感應器具有取決於物 理特性之負溫度特性，其會隨著溼氣含量或隨著外部溫度 變化之特性，如第5圖所示。因此，尼龍感應器存在一些 問題，包含，因爲感應到之溫度的變化過劇’無法精準地 -4 - (2) 200803594 判斷溫度控制値。 此外，傳統溫度控制器存在一些問題，包含難以設定 常溫，因爲當組成傳統電熱墊中所用之溫度控制器初次上 市、或由於外部溫度之變化、或由於設定之溫度受到其他 電壓値影響時，設定之溫度會改變。 此外，傳統電熱墊中所用之溫度控制器存在一些問 題，包含當發生過電壓時，一電熱線必須連接到另外的保 ϋ 險絲以切斷過電壓。 【發明內容】 因此，有鑑於上述先前技術中之問題而作出本發明， 以及本發明之一目的在於提供用於電熱墊之溫度控制器， 其利用導電電阻器，具有隨溫度控制器之加熱纜線溫度變 化而改變之電阻値，因而得調整與溫度成正比之電阻値， 因此能精確地控制電熱墊之溫度。 • 本發明之另一目的在於提供用於電熱墊之溫度控制 器，其利用可變電阻器，故使用所利用的可變電阻器任意 設定溫度（電壓）値，即使當構成溫度控制器的個別構件 甫問市時或外部溫度變化造成設定溫度改變，亦或即使設 定之溫度受到其他電壓値影響。 此外，本發明之又一目的在於提供用於電熱墊之溫度 控制器，其利用正反饋電路以當輸入至溫度比較單元之電 壓爲低時降低電壓値，並且當輸入至溫度比較單元之電壓 爲高時增加電壓値，故防止溫度比較單元中操作錯誤的發 -5- (3) 200803594 生。 此外，本發明之再一目的在於提供用於電熱 控制器，其在電壓偵測單元的一側上設置個別的 以當發生過熱時停止過熱，故防止輸出裝置運作 爲了達到上述目的，本發明提供用於電熱墊 制器，該溫度控制器包含由彈性線類熱敏性線、 二感應器線圈以及第一與第二加熱線圈所構成之 元、供應有商業交流電（AC )電力並操作成供應 運作所需之固定的直流電（DC)電壓之DC電 元、判斷是否該第二感應器線圈連接至供應有商 力之電力出口之冷終端或熱終端、根據該判斷的 或關閉發光二極體以及指示電場之發射的電場指 用以針對其中 A C電力從負電壓增加至正電壓的 具有預定寬度之矩形波脈衝電壓之單零電壓偵測 含溫度偵測單元，其用以偵測該熱敏性單元之溫 輸出偵測到之溫度至該溫度比較單元、溫度設定 用以允許使用者設定該熱敏性單元之加熱溫度’ 設定之加熱溫度至溫度比較單元、溫度補償單元 至該溫度偵測電路並且操作以補償由該溫度偵測 到之溫度，因此可偵測該熱敏性線之該加熱溫度 成錯誤、正反饋電路單元，其用以延遲由該熱敏 應至該溫度補償單元之電壓，並且供應該經延遲 以從該溫度比較單元穩定輸出輸出控制信號、安 元，當加熱器以及感應器短路且在該感應器感應 墊之溫度 電容器， 〇 之溫度控 第一與第 熱敏性單 個別電路 力供應單 業 AC電 結果開啓 示單元、 期間取得 單元，包 度並接著 單元，其 並且輸出 ，其連接 單元偵測 而不會造 性單元供 之電壓， 全電路單 完全商業 6 - (4) (4)200803594 電力時，令高位準的偵測電壓供應至該溫度比較單元，因 而將輸出裝置切換至關閉狀態，並且防止加熱電力供應至 該加熱器以及錯誤校正電路單元，其用以手動排除由連接 至該加熱器之個別的構件造成之錯誤。 較佳者，該溫度補償單元包含第一與第二二極體，並 且補償當該感應器之該感應器線圈偵測該加熱線圈之加熱 溫度時該溫度偵測單元之第三二極體之順向電壓造成之錯 誤。 較佳者，該正反饋電路單元包含第一與第二電阻器以 及電容器，並且操作使得透過該第一電阻器以該輸出裝置 之半波輸出電壓充電於該電容器中，並且藉由第二電阻器 放電，因此增加輸入至該溫度比較單元的設定溫度値。 較佳者，該安全電路單元包含二極體、電容器以及電 阻器，並且操作使得，當該加熱線圈以及該感應器線圈爲 短路時，在該感應器線圈感應之商業電力係供應至該溫度 比較單元的非反向終端，以及由電晶體輸出並且反向高位 準（H)信號，因此關閉該輸出裝置。 較佳者，該錯誤校正電路單元包含可變電阻器’以及 操作成排除當該感應器之該感應器線圈偵測該加熱線圈之 加熱溫度以回應檢查員之操縱時外邰狀況造成的溫度偵測 錯誤。 【實施方式】 茲參照附圖，其中在不同圖中所用的任何相同的參考 (5) (5)200803594 符號代表相同或類似的構件。 此後’根據本發明之實施例的電熱墊之溫度控制器將 參照附圖詳細說明。 如第1與2圖所示’根據本發明之電熱墊之溫度控制 器包含熱敏性單兀1 0 5、交流電（A C )電力線A C 1以及 AC2、直流電（DC )電力供應器單元〗1〇、電場指示單元 1 2 0、單零電壓偵測單兀1 3 〇、溫度比較單元1 4 〇、溫度偵 測單兀1 5 0、溫度設定單元1 6 〇、溫度補償單元1 7 〇、正反 饋電路單元180、安全電路單元19〇以及錯誤校正電路單 元195。熱敏性單元105由彈性線類熱敏性線、感應器線 圈S 1與S2以及加熱線圈Η1與H2所構成。AC電力線 A C 1以及A C 2供應加熱所需之a C電力至熱敏性單元1 〇 5 之加熱線圈H1以及H2。供應商業AC電力AC1以及AC2 DC至電力供應器單元1 1 〇，其供應個別電路操作所需之固 定的D C電壓。電場指示單元i 2 〇判斷是否感應器線圈s 2 連接至供應有商業AC電力之電力出口之冷終端（cold terminal)或熱終端（11(^161*111111&1)、根據判斷的結果開 啓或關閉發光二極體以及指示電場之發射。單零電壓偵測 單元130針對AC電力從負（-)電壓增加至正（+)電壓 的期間取得具有預定寬度之矩形波脈衝電壓。溫度比較單 元1 40比較熱敏性單元1 〇5之溫度以及由使用者設定之熱 敏性單元之溫度，然後輸出熱敏性線控信號。溫度偵測單 元1 50偵測熱敏性單元1 05之溫度並輸出偵測到之溫度至 溫度比較單元140。溫度設定單元16〇允許使用者設定熱 -8- (6) (6)200803594 敏性單元1 〇 5之加熱溫度，並且輸出設定之加熱溫度至溫 度比較單元1 40。溫度補償單元1 70連接至溫度偵測電路 150以補償由溫度偵測單元150偵測到之溫度’因此可偵 測熱敏性線之加熱溫度而不會造成錯誤。正反饋電路單元 180延遲由熱敏性單元105供應至溫度補償單元140之電 壓，並且供應延遲之電壓，因此防止溫度比較單元140之 低工作週期造成輸出裝置TH的故障。當加熱器N1以及 感應器N2短路且完全商業電力係供應至感應器N2時， 安全電路單元1 90令高位準的偵測電壓提供至溫度比較單 元140，因而將TH之輸出終端切換至關閉狀態，並且防 止加熱電力供應至加熱器N1。錯誤校正電路單元195手 動移除由連接至感應器N2或溫度設定單元160之個別的 構件造成之錯誤。 DC電力供應器單元110包含電阻器R3以及電容器 C2，其串聯連接至電力切換器SW、連接至電容器C2之 另一端的整流二極體D4與D 5、用以平順經整流之波紋成 分之電容器C3以及用以轉換平順後之DC電力成爲固定 電壓之齊納二極體ZD1。由電阻器R3以及電容器C2降低 DC電力。 用以保護DC電力供應單元110之電阻器R3吸收並 且避免經由第一與第二AC電力線AC1與AC2流至DC電 力供應單元1 1 0之衝擊電流（或突波電壓），因此保護構 成DC電力供應單元11〇之個別的構件、 加熱電路係位在AC電力線AC1以及AC2之間，其 (7) (7)200803594 中使用具有觸發終端之主動切換裝置（如矽控整流器 (SCR ))實施輸出裝置TH，以及加熱線圈H1與H2互 相串聯連接。過熱防止二極體D 1係並聯連接於加熱線圈 H1與H2之間。 如第4圖中所示，熱敏性單元〗〇 5包含螺旋纏繞於抗 熱核心K的外圓周之加熱線圈η 1與H2、塗覆於加熱線圈 Η 1與Η2上並由抗熱與絕緣材料製成之尼龍熱阻器κ 1以 及螺旋纏繞於尼龍熱阻器Κ 1的外圓周並且操作以使用具 有正（+)溫度係數（PTC)特性之電阻變化來偵測溫度電 壓之感應器線圈S 1與S 2。絕緣膜K2 a塗覆於感應器線圈 S 1與S 2之上作爲加工材料。加熱線圏η 1與Η 2係透過在 整個加熱範圍上的返回部HC以相反方向纏繞，以抵銷並 移除磁場的95%或更多。 熱敏性單元1 05之詳細構造係揭露於由本申請人所申 請之韓國新型申請案第20-041 391 9號，所以在此省略其 詳細說明。 電場指示單元120包含電阻器R30，以對由一偵測單 元ΑΝΤ偵測到之電壓執行電流限制並將電流限制之電壓 提供至位準比較器U 1-C的反向輸入終端（-)，偵測單元 ΑΝΤ係用以當電力插頭向後插入電力出口時偵測60Hz的 周遭電壓（空間電壓）、過濾器，其用以藉由由偵測單元 ANT所給之時間常數通過接近60Hz頻率之AC成分並且 阻斷超過60Hz頻率之高頻雜訊、電阻器R31以及電容器 Cl 1、位準比較器U1-C，其用以比較從偵測單元ANT輸 -10- (8) (8)200803594 入的電壓以及透過電阻器R2 8與R29輸入至非反向輸入終 端（+)的分壓（參考電壓VCC)，判斷目前的電壓爲熱 電壓或冷電壓並且輸出關閉信號若目前電壓爲熱電壓、發 光二極體D13,其連接至位準比較器U1-C之輸出並操作 成若目前電壓爲冷電壓則被開啓，以及用以供應電流以開 啓發光二極體D13的電容器C10與拉昇電阻器R2 6。 因此，當使用者將電力插頭插入電力出口以連接感應 器N2至電力出口的冷終端時，切換器切換至終端（a)， 如第3圖所示，並且AC電力線AC2以及感應器N2形成 相同的等位線，相較於在冷電壓狀態中之地線。因此，經 過偵測單元ANT以及地線之間的電阻器C而流通於偵測 單元 ANT以及地線之間之電流係最小化。此外，當比電 場指示單元1 20的位準比較器U 1 -C的非反向終端（+)的 參考電壓更低之電壓係輸入至其之反向終端（-)時，信 號之位準比較器U1-C產生高位準（H)的輸出。因此， 關啓發光二極體D13，因此從加熱器N1發射之電場被感 應器N2屏蔽並且吸收而且連接至地線，使得加熱線圈Η 1 與Η2之電場最小化。 同時，當使用者將電力插頭插入電力出口以連接感應 器Ν2至電力出口的熱終端時，切換器切換至終端（b )， 並且AC電力線AC2以及感應器N2處於熱狀態，因而使 經過偵測單元ANT以及地線之間的電阻器C而流通於偵 測單元ANT以及地線之間之電流係最大化。此外，當比 電場指示單元1 20的位準比較器U 1 - C的非反向終端（+ ) -11 - (9) (9)200803594 的參考電壓更高之電壓係輸入至其之反向終端（-)時， 信號之位準比較器U1-C產生低位準（L)的輸出。因此， 電容器CIO放電，發光二極體D13關閉，並且感應器線圈 S1與S2的電場最大化，電力插頭必須自電力出口斷連並 以相反位置再插入。 同時，單零電壓偵測單元1 3 0偵測在AC電力從負（-)電壓增加至正（+)電壓的期間在零電壓週期內具有〇. 5 至3 ms的寬度之單矩形波脈衝，並使用該單矩形波脈衝作 爲輸出裝置TH1的觸發信號，因而防止EMI的產生，而 不像分別偵測在AC電力之前緣以及下降緣的脈衝之半型 (half type)零電壓偵測器。 單零電壓偵測單元1 3 0包含用以供應AC電力至順向 二極體D15以及反向二極體D18之電阻器R4、連接至比 較器Ul-Α的反向輸入終端（-)之電阻器R25與R34以 及二極體D17與D18，以及連接至比較器U1-A的非反向 輸入終端（+ )之電阻器R24、二極體D 1 5與D 1 9以及電 容器C6。在AC電力從負（-)電壓增加至正（+ )電壓的 單一週期期間中，亦即在輸入到比較器Ul-Α的反向輸入 終端（-)之電壓以及輸入到比較器U 1 - A的非反向輸入終 端（+)之電壓互相重疊的週期，會產生具有〇.5mS至3 ms之脈衝寬度的負（·）單矩形波脈衝。矩形波脈衝由電 晶體Q1反向，並接著使用1 /4的區分、熱敏性線之溫度 的偵測以及用SCR實施之輸出裝置TH的觸發（切換）。 矩形波脈衝之寬度，亦即，〇.5ms，係致能溫度偵測 -12- (10) (10)200803594 以及使輸出裝置ΤΗ維持在觸發狀態中之最小値。亦即， 當矩形波脈衝之寬度係小如0.5ms或以下，感應器線圈S1 與S2可能不會偵測溫度電壓，或在溫度比較時造成錯 誤，並且此外，輸出裝置TH之觸發電流可能小於維持電 流，因此造成輸出狀態TH故障。另外，當矩形波脈衝之 寬度超過3ms時，在大幅偏離零電壓點之位置中進行之溫 度比較以及輸出裝置TH的觸發時會產生EMI。因此，矩 形波脈衝之寬度較佳設定從0.5ms到3ms。 藉由調整電阻器R24以及電容器C6所給定之時間常 數，可適當地變化矩形波脈衝之寬度。在AC電力之負（-)電壓週期期間（其爲根據供應電壓之正弦波上之零電壓 點矩形波之寬度的半個週期）藉由偵測熱敏性單元1 05 的溫度來比較矩形波脈衝，並且操作矩形波脈衝以在AC 電力之正（+ )電壓週期期間觸發（切換）輸出裝置TH。 溫度比較單元140包含溫度比較器Ul-Β、連接至溫 度比較器Ul-Β的非反向輸入終端的電阻器R10、電容器 C8以及二極體D9以及連接至溫度比較器Ul-Β之反向輸 入終端的電阻器R27與R16以及電容器C4。 溫度偵測單元1 50包含提供有單矩形波脈衝電壓之電 阻器R1、二極體D2以及由具有PTC電阻特性之感應器線 圈S1與S2構成之感應器N2。 溫度設定單元160包含提供有該單矩形波脈衝電壓之 電阻器R11、與電阻器R11串聯連接之電阻器R16與R15 以及與電阻器R16並聯連接之可變電阻器R2。由於電阻 -13- (11) (11)200803594 器R1 6與可變電阻器R2並聯連接，可更精細地調整溫度 電壓。 同時，由感應器線圈S 1與S2偵測到之溫度偵測電壓 係透過電阻器R1輸入由電阻器R1以及感應器N2劃分單 矩形波脈衝電壓而獲得之電壓。當加熱線圈H1與H2產 生的熱經由尼龍熱阻器K1傳送至感應器線圈S 1與S2 時，感應器N2之電壓改變具有PTC電阻特性之感應器線 圈S 1與S2之電阻，使單矩形波脈衝電壓隨電阻之變化改 變。於此情況中，感應器線圈S 1與S2偵測到之溫度特性 表示電阻與溫度成正比，如第6圖所示，得調整電阻値， 因而可精確地控制加熱線圈Η 1與H2之加熱溫度。 換言之，感應器線圈S 1與S2以電壓的形式偵測加熱 線圈Η1與Η2之加熱溫度，並即時輸入溫度電壓至溫度 比較器U 1 -Β的非反向輸入終端（+)。溫度設定單元1 60 之可變電阻器R2設定的溫度電壓係輸入至溫度比較器 Ul-Β的反向輸入終端（-)。溫度比較器Ul-Β互相比較 輸入的電壓溫度。 於此情況中，當感應器線圈S1與S2偵測到溫度電 壓，可能從加熱線圈Η1與Η2衍生出部分電流。但，如 上述’熱敏性單元105的加熱線圈Η1與Η2係連接至輸 出裝置ΤΗ的陰極側，例如，在輸出裝置ΤΗ的陰極與第 二AC電力線AC2之間’所以輸出裝置ΤΗ可排除影響溫 度電壓偵測之負（-)AC電力，故能使溫度電壓的偵測更 爲精準並且能更穩定地控制溫度。 -14- (12) (12)200803594 溫度補償單元17〇包含二極體D6與DIO，並用以補 償當感應器N2的感應器線圈S 1與S2偵測到加熱線圈Η 1 與Η2的加熱溫度時溫度偵測單元1 50的二極體D2的順 向電壓造成之錯誤。 換言之，由單零電壓偵測單元1 3 0輸出並由電晶體 Q1反向之電壓VCC係透過電阻器R1以及溫度偵測單元 1 50的二極體D2提供至感應器Ν2。二極體D2之順向電 壓會造成供應至感應器Ν2之部分電壓VCC的損失。此損 失非常小，但卻影響感應器Ν2對加熱線圈Η 1與Η2的加 熱溫度之偵測，進而導致錯誤。因此，溫度補償單元1 7〇 的二極體D6與D 1 0補償二極體D2可能損失的値，使感 應器Ν2能夠精確地偵測加熱線圈Η 1與Η2之加熱溫度並 且將偵測到之加熱溫度輸出至溫度比較單元1 40。 正反饋電路180包含電阻器R5與R13以及電容器 C5，並且操作使得若輸出裝置ΤΗ1爲開啓的，會在線圏 Η1感應電力之正（+)半波電壓，並充電電容器C5同時 通過電阻器R5。充電於電容器C5中的電壓係透過電阻器 R13放電並接著影響溫度設定單元160。亦即，當輸入至 溫度比較單元1 40之非反向終端（+)的感應器Ν2的偵測 電壓以及輸入至溫度比較單元140之反向終端（+)的設 定溫度値之差非常的小時，會縮短輸出裝置ΤΗ1開啓/關 閉的週期，導致故障。於此情況中，經由電阻器R5於電 容器C5充電輸出裝置ΤΗ1的半波輸出電壓，並接著由電 阻器R13放電，因而增加輸入至溫度比較器140的設定溫 -15- (13) (13).200803594 度値。 安全電路單元190包含二極體D7、電容器Cl以及電 阻器R6，並且操作以使得，當加熱線圈H1與H2以及感 應器線圈S1與S2爲短路時，在感應器線圈S1與S2感應 之商業電力係供應至溫度比較單元1 40的非反向終端（-)。因此，輸出Η位準之信號作爲溫度比較單元140的輸 出，並且由電晶體Q2反向，造成輸出裝置ΤΗ1的關閉， 因此防止熱敏性線以及電加熱墊過熱並且因此防止火災發 生。 使用可變電阻器R18實施錯誤校正電路單元195，並 具有隨根據在電加熱墊上市前檢查員所作的實驗結構變化 之電阻値，故排除由可能影響感應器Ν2操作之構件產生 的錯誤，如連接至感應器Ν2的構件、構成溫度設定單元 160的構件或構成正反饋電路單元180的構件。 如上述，具有上述構造、操作與實施例之本發明具有 多個優點，包含利用具有隨溫度控制器的加熱纜線中之溫 度變化而改變之電阻値的導電電阻器，故可調整與溫度成 正比的電阻値，因此可精準地控制電加熱墊之溫度。 此外，本發明具有多個優點，包含利用可變電阻器， 故使用所利用的可變電阻器任意設定溫度（電壓）値，即 使當構成溫度控制器的個別構件甫問市時或外部溫度變化 造成設定溫度改變，亦或即使設定之溫度受到其他電壓値 影響。 此外，本發明具有多個優點，包含利用正反饋電路以 -16 - (14) 200803594 當輸入至溫度比較單元之電壓爲低時降低電壓値，並且當 輸入至溫度比較單元之電壓爲高時增加電壓値，故防止溫 度比較單元中操作錯誤的發生。 此外，本發明具有多個優點，包含在電壓偵測單元的 一側上設置個別的電容器，以當過電壓發生時切斷過電 壓，故防止輸出終端運作。 雖已例示性地揭漏了本發明之較佳實施'例，熟悉該項 @ 技藝者可理解到各種可能的變更、添加以及替代而不悖離 如所附之申請專利範圍所揭露的本發明之範疇與精神。 【圖式簡單說明】 連同附圖以及詳細說明更容易理解本發明之上述與其 他目的、特徵以及其他優點，圖中： 第1圖爲顯示根據本發明之電熱墊用之溫度控制器的 構造之方塊圖； ❿ 第2圖爲第1圖之詳細電路圖； 第3圖爲顯示第1圖之電場指示單元的操作之電路 圖； 第4圖爲顯示應用至本發明之加熱線（偵測線）的側 tal · 圖， 第5圖爲顯示由尼龍製成的傳統偵測線之負溫度特性 的圖；以及 第6圖爲顯示從應用至本發明的加熱線（偵測線）偵 測到的溫度特性之圖。 -17- (15) 200803594 【主要元件符號說明】 1 〇 5 :熱敏性單元 1 1 〇 :直流電（D C )電力供應器單元 120 :電場指示單元 i 30 :單零電壓偵測單元 140 :溫度比較單元 H 150 :溫度偵測單元 160 :溫度設定單元 170 :溫度補償單元 180:正反饋電路單元 190 :安全電路單元 195 :錯誤校正電路單元 AC1、AC2 :交流電（AC )電力線 ANT :偵測單元 _ C 1、C 2、C 3、C 4、C 5、C 6、C 8、C 1 0、C 1 1 :電容器 D 1 :過熱防止二極體 D 2、D 4、D 5、D 6、D 7、D 9、D 1 0 :整流二極體 D13、D15、D17、D18、D19:二極體 HI、H2 :力口熱線圈 K :抗熱核心 K1 :尼龍熱阻器 N2 :感應器
Rl 、 R3 、 R4、R5、R6、 R10、 Rll 、 R13 、 R15、 -18- (16) (16)200803594 R16 、 R24 、 R25 、 R26 、 R27 、 R28 、 R29 、 R30 、 R31 、 R34 :電阻器 R2、R18 :可變電阻器 SI、S2 :感應器線圈 ΤΗ、TH1 :輸出裝置 U1-C :位準比較器 Ul-Α :比較器 Ul-Β :比較器 ZD1 :齊納二極體
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