TW201328407A - 可防止發熱線過熱之發熱結構及方法 - Google Patents

Abstract

一種可防止發熱線過熱之發熱結構及方法，其中，該發熱線包括相互並聯之感測線及加熱線，感測線之一端連接處理器，加熱線之一端依序連接過流保護元件及交流電源之一極性，加熱線之另一端依序連接開關及交流電源之另一極性，並經由處理器控制觸發開關之觸發，使開關呈導通狀態。藉此，在正常狀態下，加熱線係以半波進行加熱，而當處理器偵測到感測線之異常訊號時，即控制開關使以全波通過加熱線，以瞬間提高電流值，從而使過流保護元件中斷，以停止加熱線繼續加熱。

Description

可防止發熱線過熱之發熱結構及方法

本發明係有關一種可防止發熱線過熱之發熱結構及方法，尤指一種在加熱線產生異常高溫或開關損壞時，能中斷交流電源停止加熱，以確保使用安全，適用於電熱毯、熱敷墊等發熱裝置使用者。

諸如熱敷墊之類的發熱裝置在目前市面上已被廣泛的使用，而讓加熱線在加熱到使用者所設定的溫度之後自動中斷，則可讓發熱裝置保持在預定的加熱範圍內，以提供諸如熱敷之類的功能，並確保使用安全。

為了有效達到控溫的效果，美國第5,861,610號專利案係以正溫度係數(Positive Temperature Coefficient,PTC)元件做為偵測線，以感測溫度的變化，並同時搭配加熱線以進行控溫加熱。上述技術在美國第6,300,597號、第6,310,322號及第6768086號專利案中已同時被揭露。而另一美國第7,180,037號專利案則是藉由時間差確定器電路持續量測不同零交叉信號的相移時間後，再由處理器持續運算並輸出控制訊號，以控制觸發電路觸發一開關之導通，使達到定溫加熱之效果。

惟，上述各控溫電路之處理器係在加熱線異常加熱一段時間之後，才藉由停止控制訊號之輸出，以停止觸發電路繼續觸發開關，從而使加熱線之溫度下降。因此，當開關損壞呈短路狀態，而讓加熱線持續加熱時，縱然停止處理器輸出控制訊號，仍無法停止加熱，如此一來，將造成使用上之危險。

有鑑於此，為了改善上述缺點，使可防止發熱線過熱之發熱結構及方法能快速反應，且可在加熱線產生異常高溫或開關短路時，能有效中斷加熱線路，以確保使用安全，創作人積多年的經驗及不斷的研發改進，遂有本創作之產生。

本創作之主要目的在提供一種在正常加熱狀態下，經由處理器之控制，使交流電源以半波形態對加熱線進行加熱，而在處理器偵測到異常訊號時，能讓交流電源以全波形態通過加熱線，以瞬間提高電流值，從而使過流保護元件中斷，以停止繼續加熱之可防止發熱線過熱之發熱結構及方法。

本創作之次要目的在提供一種在一般狀態下，經由處理器之控制，使交流電源以半波形態對加熱線進行加熱，而在開關短路時，讓交流電源以全波形態通過加熱線，以使過流保護元件中斷，從而停止繼續加熱之可防止發熱線過熱之發熱結構及方法。

為達上述發明之目的，本創作所設之可防止發熱線過熱之發熱結構係包括一發熱線、一過流保護元件、一開關、一觸發電路以及一處理器。其中，該發熱線係包括加熱線、感測線、介於加熱線及感測線之間之絕緣可熔層及包覆於感測線及絕緣可熔層外周緣之披覆層；該過流保護元件係分別連結加熱線之第一端及交流電源之第一極性，且加熱線之第一端與過流保護元件之間設有第一節點，感測線之第一端耦合於第一節點上；該開關係分別連接加熱線之第二端及交流電源之第二極性；該觸發電路係連接開關，供觸發開關使呈導通狀態；該處理器係係連接觸發電路，供控制開關之導通，且該處理器連接感測線之第二端。

藉此，在一般狀態下，處理器控制觸發電路，讓交流電源以半波通過加熱線；而在處理器偵測到異常訊號時，即讓交流電源以全波通過加熱線，以瞬間提高電流值，從而使過流保護元件斷路，以中斷加熱。

實施時，該開關係為雙向閘流體(TRIAC)。

實施時，該過流保護元件係為高分子正溫熱敏電阻(Polyer Positive Temperature Coefficent,PPTC)。

實施時，該感測線之第二端與一電容之一端連接，該電容之另一端接地，且該感測線與電容之間設有第二節點，該處理器連接第二節點。

實施時，該第一節點與感測線之第一端之間設有一個二極體。

實施時，該感測線之第二端與一電阻之一端連接，該電阻之另一端接地，且該感測線與電阻之間設有第二節點，該處理器連接第二節點。

本創作所設之可防止發熱線過熱之方法係包括下列步驟：步驟a.以處理器控制觸發電路，讓交流電源以半波通過加熱線，使對加熱線進行加熱；步驟b.當開關損壞而呈短路狀態時，進入步驟e；步驟c.當處理器偵測到感測線所傳送之異常訊號時，進入步驟f；步驟e.交流電源直接以全波通過開關及加熱線，以提高電流值，從而使過流保護元件斷路，以中斷加熱；步驟f.處理器控制開關使交流電源以全波通過加熱線，以提高電流值，從而使過流保護元件斷路，以中斷加熱。

實施時，步驟c所述之異常訊號係為加熱線與感測線接觸呈短路時，所產生之異常相移改變訊號、電阻改變訊號或交、直流改變訊號。

為便於對本發明能有更深入的瞭解，茲詳述於後：

請參閱第1、2圖所示，其為本發明可防止發熱線過熱之發熱結構1之第一實施例，係包括一發熱線2、一開關3、一過流保護元件4、一觸發電路5、一處理器6以及一電容C。其中，該發熱線2可供設置於電熱爐、熱敷墊等發熱裝置內，以做為加熱之元件。

該發熱線2包括一芯材21、一加熱線22、一感測線23、一絕緣可熔層24及一披覆層25。加熱線22係捲繞於芯材21的外周緣，絕緣可熔層24係為聚乙烯(PE)材質，供包覆在加熱線22及芯材21的外周緣，實施時，絕緣可熔層24亦可為其他具有絕緣性質，且可在特定高溫下熔化的材質。該感測線23係為正溫度係數(Positive Temperature Coefficient,PTC)導線，且該感測線23係捲繞於絕緣可熔層24的外周緣，以使絕緣可熔層24介於加熱線22及感測線23之間，而披覆層25係包覆於感測線23及絕緣可熔層24的外周緣。

該加熱線22具有一第一端221及反向於該第一端221的第二端222，加熱線22的第一端221耦合交流電源9的第一極性91，加熱線22的第二端222連接一個雙向閘流體(TRIAC)的一主端，該雙向閘流體做為開關3，且該雙向閘流體的另一主端耦合交流電源9的第二極性92，該第一、二極性(91、92)係為相反的極性，藉以使加熱線22、開關3與交流電源9串聯，形成可加熱加熱線22的一回路。

該過流保護元件4係為高分子正溫熱敏電阻(Polyer Positive Temperature Coefficent,PPTC)，所述的過流保護元件4亦可為陶瓷正溫熱敏電阻(Ceramic PTC)或其他可在過流狀態下中斷電路以保護電路之元件或電路。該過流保護元件4的一端耦合交流電源9的第一極性91，過流保護元件4的另一端耦合加熱線22的第一端221，加熱線22之第一端221與過流保護元件4之間設有第一節點P1。而該感測線23具有一第一端231及反向於該第一端231的第二端232，感測線23之第一端231耦合於第一節點P1上，感測線23之第二端232係與電容C之一端連接，電容C之另一端接地，且該感測線23之第二端232與電容之間設有第二節點P2，該第二節點P2連接處理器6。

另，開關3之閘極與一電阻-電容(RC)電路連接，該電阻-電容(RC)電路做為觸發電路5，所述的觸發電路5亦可為包含一繼電器之電路，且該觸發電路5係受處理器6之訊號控制，以經由觸發電路5之觸發，使開關3呈導通或斷路狀態。

藉此，如第3圖所示，在一般正常加熱時，處理器6係發出一定間隔之訊號以控制觸發電路5，再以觸發電路5間斷性觸發開關3，使交流電源9以半波形態對加熱線22進行加熱。而如第4圖所示，當人為不當操作或元件損壞等不可預期之狀態下，使得開關3持續被觸發時，加熱線22將會持續加熱，在到達大約120℃左右的高溫後，將絕緣可熔層24熔化，而使得加熱線22與感測線23接觸呈短路狀態。此時，由於相互並聯之加熱線22與感測線23之總電阻值改變，經由感測線23與電容C所形成之電阻-電容(RC)電路，即會讓通過感測線23之電流產生一定時間之相移延遲。而由於交流電源9之部份分流已輸入處理器6內，以做為比較之基準，因此，在處理器6比較偵測到此異常之相移改變訊號時，處理器6即會使開關3改以全波形態通過加熱線22。如此一來，通過加熱線22之電流值將會增加為原來的2倍。而當電流值瞬間提高而超過高分子正溫熱敏電阻(PPTC)之設定值時，藉由高分子正溫熱敏電阻(PPTC)之特性，將會使過流保護元件4跳脫，中斷電路使呈斷路狀態，以停止加熱線22繼續加熱。

在上述情況下，該開關3係持續被觸發，而使得加熱線22持續加熱。而在另一種情況下，係為開關3在持續作用下而產生高溫時，開關3本身呈現短路之狀態，如此一來，交流電源9將直接以全波形態通過加熱線22，同樣會瞬間提高電流值，使過流保護元件4跳脫而中斷電路。

請參閱第5圖所示，其為本發明可防止發熱線過熱之發熱結構1之第二實施例，其與第一實施例不同之處在於：該第一節點P1與感測線23之第一端231之間係設有一個二極體D。藉此，當加熱線22與感測線23接觸而呈短路狀態時，將使得原先通過感測線23之直流電訊號轉換為交流電訊號。而當處理器6偵測到此異常訊號時，處理器6即會控制開關3，使改以全波形態通過加熱線22，讓過流保護元件4跳脫而中斷電路。

而如第6圖所示，其為本發明可防止發熱線過熱之發熱結構1之第三實施例，其與第一實施例不同之處在於：該第二節點P2係耦合一電阻R之一端，且該電阻R之另一端接地。藉此，當加熱線22與感測線23接觸而呈短路狀態時，位於第二節點P2之電阻值將會產生改變，而當處理器6偵測到此異常電阻改變訊號時，同樣會控制開關3，使改以全波形態通過加熱線22，讓過流保護元件4跳脫而中斷電路。

請參閱第7圖所示，其為本發明可防止發熱線過熱之方法之步驟流程圖，其中，如第1、2圖所示，該發熱線2係包括加熱線22、感測線23、介於加熱線22及感測線23之間之絕緣可熔層24及包覆於感測線23及絕緣可熔層24外周緣之披覆層25；加熱線22之第一端221串連過流保護元件4及交流電源9之第一極性91，加熱線22之第二端222串連開關3及交流電源9之第二極性92，且開關3經由處理器6所控制之觸發電路5之觸發，使呈導通狀態；而該方法係包括下列步驟：

步驟a.以處理器6控制觸發電路5，讓交流電源9以半波通過加熱線22，使對加熱線22進行加熱；

步驟b.當開關3損壞而呈短路狀態時，進入步驟e；

步驟c.當處理器6偵測到感測線23所傳送之異常訊號時，進入步驟f；

步驟e.交流電源9直接以全波通過開關3及加熱線22，以提高電流值，從而使過流保護元件4斷路，以中斷加熱；

步驟f.處理器6控制開關3使交流電源9以全波通過加熱線22，以提高電流值，從而使過流保護元件4斷路，以中斷加熱。

其中，步驟c所述之異常訊號係為加熱線22與感測線23接觸呈短路時，所產生之異常相移改變訊號。實施時，步驟c所述之異常訊號亦可為加熱線22與感測線23接觸呈短路時，所產生之異常電阻改變訊號；或是如第5圖所示，該異常訊號係為加熱線22與感測線23接觸而呈短路狀態時，使原先通過感測線23之直流電訊號轉換為交流電訊號。

因此，本發明具有以下之優點：

1、本發明可在加熱線與感測線接觸呈短路狀態，而讓處理器偵測到此異常訊號時，能在處理器之控制下，讓觸發電路觸發開關，使改以全波形態通過加熱線，以瞬間提高電流值，從而使過流保護元件跳脫以中斷電路，因此，不但在時間反應上相當迅速，且可有效確保使用安全。

2、本發明可經由過流保護元件之配置，在開關損壞而呈短路狀態時，讓通過加熱線之電流值瞬間提高，而使過流保護元件跳脫以中斷電路，因此，可以有效提高產品之安全性。

綜上所述，依上文所揭示之內容，本創作確可達到發明之預期目的，提供一種不僅能快速反應，且可在加熱線產生異常高溫或開關不正常作動時，能有效中斷加熱線路，以確保使用安全的可防止發熱線過熱之發熱結構及方法，極具產業上利用之價值，爰依法提出發明專利申請。

1．．．可防止發熱線過熱之發熱結構及方法

2．．．發熱線

21．．．芯材

22．．．加熱線

221、231．．．第一端

222、232．．．第二端

23．．．感測線

24．．．絕緣可熔層

25．．．披覆層

3．．．開關

4．．．過流保護元件

5．．．觸發電路

6．．．處理器

9．．．交流電源

91．．．第一極性

92．．．第二極性

P1．．．第一節點

P2．．．第二節點

C．．．電容

D．．．二極體

R．．．電阻

第1圖係為本發明之發熱線之立體外觀圖。

第2圖係為本發明可防止發熱線過熱之發熱結構之第一實施例之電路方塊示意圖。

第3圖係為本發明可防止發熱線過熱之發熱結構之第一實施例在正常加熱時之電路方塊示意圖。

第4圖係為本發明可防止發熱線過熱之發熱結構之第一實施例在短路時之電路方塊示意圖。

第5圖係為本發明可防止發熱線過熱之發熱結構之第二實施例之電路方塊示意圖。

第6圖係為本發明可防止發熱線過熱之發熱結構之第三實施例之電路方塊示意圖。

第7圖係為本發明可防止發熱線過熱之方法之步驟流程圖。

1．．．可防止發熱線過熱之發熱結構

2．．．發熱線

22．．．加熱線

221、231．．．第一端

222、232．．．第二端

23．．．感測線

3．．．開關

4．．．過流保護元件

5．．．觸發電路

6．．．處理器

9．．．交流電源

91．．．第一極性

92．．．第二極性

P1．．．第一節點

P2．．．第二節點

C．．．電容

Claims (10)

1. 一種可防止發熱線過熱之發熱結構，包括：一發熱線，係包括一加熱線、一感測線、一介於加熱線及感測線之間之絕緣可熔層及一包覆於感測線及絕緣可熔層外周緣之披覆層；一過流保護元件，係分別連結加熱線之第一端及交流電源之第一極性，且該加熱線之第一端與過流保護元件之間設有一第一節點，該感測線之第一端耦合於第一節點上；一開關，係分別連接加熱線之第二端及交流電源之第二極性；一觸發電路，係連接開關，供觸發開關使呈導通狀態；以及一處理器，係連接觸發電路，供控制開關之導通，且該處理器連接感測線之第二端，藉以在一般狀態下，以處理器控制觸發電路，讓交流電源以半波通過加熱線；而當處理器偵測到異常訊號時，讓交流電源以全波通過加熱線，以提高電流值，從而使過流保護元件斷路，以中斷加熱。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可防止發熱線過熱之發熱結構，其中，該開關係為雙向閘流體(TRIAC)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可防止發熱線過熱之發熱結構，其中，該過流保護元件係為高分子正溫熱敏電阻(Polyer Positive Temperature Coefficent,PPTC)。
4. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之可防止發熱線過熱之發熱結構，其中，該感測線之第二端與一電容之一端連接，該電容之另一端接地，且該感測線之第二端與電容之一端之間設有一第二節點，該處理器連接該第二節點。
5. 如申請專利範圍第4項所述之可防止發熱線過熱之發熱結構，其中，該第一節點與感測線之第一端之間係設有一個二極體。
6. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之可防止發熱線過熱之發熱結構，其中，該感測線之第二端與一電阻之一端連接，該電阻之另一端接地，且該感測線之第二端與電阻之一端之間設有一第二節點，該處理器連接該第二節點。
7. 一種可防止發熱線過熱之方法，該發熱線係包括一加熱線、一感測線、一介於加熱線及感測線之間之絕緣可熔層及一包覆於感測線及絕緣可熔層外周緣之披覆層；該加熱線之第一端串連一過流保護元件及一交流電源之第一極性，加熱線之第二端串連一開關及交流電源之第二極性，且該開關經由一處理器所控制之一觸發電路之觸發，使呈導通狀態；而該方法係包括：步驟a.以處理器控制觸發電路，讓交流電源以半波通過加熱線，使對加熱線進行加熱；步驟b.當開關損壞而呈短路狀態時，進入步驟e；步驟c.當處理器偵測到感測線所傳送之異常訊號時，進入步驟f；步驟e.交流電源直接以全波通過開關及加熱線，以提高電流值，從而使過流保護元件斷路，以中斷加熱；步驟f.處理器控制開關使交流電源以全波通過加熱線，以提高電流值，從而使過流保護元件斷路，以中斷加熱。
8. 如申請專利範圍第7項所述之可防止發熱線過熱之方法，其中，步驟c所述之異常訊號係為加熱線與感測線接觸呈短路時，所產生之異常相移改變訊號。
9. 如申請專利範圍第7項所述之可防止發熱線過熱之方法，其中，步驟c所述之異常訊號係為加熱線與感測線接觸呈短路時，所產生之異常電阻改變訊號。
10. 如申請專利範圍第7項所述之可防止發熱線過熱之方法，其中，步驟c所述之異常訊號係為加熱線與感測線接觸呈短路時，所產生之異常交、直流改變訊號。