TW201329663A - 發熱線之控溫方法 - Google Patents

Abstract

一種發熱線之控溫方法，係將一發熱線之加熱線加熱所產生之連續性且具變化之脈波訊號與一連續性參考脈波訊號同時輸入一及閘內，並以及閘合成一連續性合成脈波訊號，任一合成脈波訊號具有一脈波寬度，該脈波寬度包括一開始邏輯高狀態的時間點及一結束邏輯高狀態的時間點，而當加熱線加熱而使得合成脈波訊號之開始邏輯高狀態的時間點相對於該結束邏輯高狀態的時間點移動，並達到處理器所設定之合成脈波訊號之脈波寬度時，即以控制電路中止加熱線繼續加熱，以防止過熱，而達到控溫之效果。

Description

發熱線之控溫方法

本發明係有關一種發熱線之控溫方法，尤指一種能有效控溫及調整工作溫度，以適用於電熱爐、熱敷毯等發熱裝置使用者。

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，而讓發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，美國第6,943,327號專利案係以負溫度係數(Negative Temperature Coefficient,NTC)元件做為偵測線以感測溫度的變化，並同時搭配發熱線以進行控溫加熱。其中，當偵測線的溫度隨著發熱線的溫度上升，或因高溫使得偵測線的電阻改變時，都將經由控制器內的比較電路進行比對，再以比對結果調整輸入發熱線的電流量，以控制發熱溫度在使用者所設定的範圍內。

而美國第7,180,037號專利案則揭示了另一種PTC元件或NTC元件的應用例，其與前述各習用技術的最大不同處在於：直接偵測一AC功率信號的零交叉(zero crossing)所響應產生的第一零交叉信號，直接偵測一PTC元件或NTC元件因溫度所導致電阻變化而產生的相移AC功率信號的零交叉所響應產生的第二零交叉信號，並藉由時間差確定器電路量測第一零交叉信號及第二零交叉信號的相移時間，同時由控制器持續運算，在相移時間加大而達到控制器預定之相移時間點後，輸出控制信號以控制電路的導通或斷路，達到定溫加熱的效果。

然而，上述美國第7,180,037號專利案的整體電路結構相當複雜，尤其必須藉由時間差確定器電路及控制器同時的偵測運算，才能達到控溫的效果，如此一來，將會增加生產製造的成本。

有鑑於此，為了改善上述缺點，並提供另一種有別於上述控溫技術之發熱線之控溫方法，使不僅能有效進行控溫，且能使元件的組成簡單，以節省生產製造成本，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藉由一加熱線加熱所產生之連續性且具變化之脈波訊號與一連續性參考脈波訊號合成為一連續性合成脈波訊號，再經由合成脈波訊號之脈波寬度偵測，以控制發熱線加溫，而可有效進行控溫，並使元件的組成簡單，以節省生產製造成本之發熱線之控溫方法。

本創作之次要目的在提供一種藉由調整一連續性參考脈波訊號之結束邏輯高狀態的時間點，以控制加熱線停止加熱之溫度，從而讓使用者能彈性調整工作溫度高低之發熱線之控溫方法。

為達上述發明之目的，本創作所設的發熱線之控溫方法之發熱線係包括一加熱線及一包覆於加熱線外周緣的披覆層，加熱線的一端耦合電源的一個極性，加熱線的另一端連接一開關，開關耦合電源的相反極性，且開關藉由一具有處理器之控制電路之控制，使呈導通或斷路狀態；而該控溫方法係包括下列步驟：a.讓電源經由一脈波輸出電路以輸出連續性參考脈波訊號；b.在加熱線之加熱過程中，經由一脈波偵測電路以偵測取得依加熱線之溫度變化所產生之連續性且具變化之脈波訊號；c.以一及閘取得連續性參考脈波訊號及連續性且具變化之脈波訊號之連續性合成脈波訊號，任一合成脈波訊號具有一脈波寬度，該脈波寬度包括一開始邏輯高狀態的時間點及一結束邏輯高狀態的時間點；以及d.當加熱線加熱而使得合成脈波訊號之開始邏輯高狀態的時間點相對於該結束邏輯高狀態的時間點移動，並達到處理器所設定之合成脈波訊號之脈波寬度時，讓控制電路停止觸發開關，以中止加熱線繼續加熱。

實施時，該加熱線係為正溫度係數導線或負溫度係數導線其中之一種。

實施時，步驟b之脈波偵測電路係利用一溫度感測元件以偵測加熱線之溫度變化，並經由電壓比較，以產生連續性具變化之脈波訊號。

實施時，該溫度感測元件係為一感測線或一熱敏電阻。

實施時，本創作更包括一溫度調整步驟，係經由調整任一參考脈波訊號結束邏輯高狀態的時間點，以控制加熱線停止加熱之溫度。

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，本創作發熱線之控溫方法之發熱線1係包括一加熱線11及一包覆於加熱線11外周緣的披覆層12，加熱線11的一端耦合電源9的一個極性，加熱線11的另一端連接一開關2，該開關2耦合電源9的相反極性，且該開關2藉由一具有處理器之控制電路3之控制，使呈導通或斷路狀態；而該發熱線之控溫方法係包括下列步驟：

a.讓電源9經由一脈波輸出電路4以輸出連續性參考脈波訊號。

b.在加熱線11之加熱過程中，經由一脈波偵測電路5以偵測取得依加熱線11之溫度變化所產生之連續性且具變化之脈波訊號。

c.以一及閘6取得連續性參考脈波訊號及連續性且具變化之脈波訊號之連續性合成脈波訊號，任一合成脈波訊號具有一脈波寬度W，該脈波寬度W包括一開始邏輯高狀態的時間點T1及一結束邏輯高狀態的時間點T2。

d.當加熱線11加熱而使得合成脈波訊號之開始邏輯高狀態的時間點T1相對於該結束邏輯高狀態的時間點T2移動，並達到處理器所設定之合成脈波訊號之脈波寬度W1時，讓控制電路3停止觸發開關2，以中止加熱線11繼續加熱。

其中，該加熱線11係為正溫度係數(Positive Temperature Coefficient,PTC)導線，所述之加熱線11亦可為負溫度係數(Negative Temperature Coefficient,NTC)導線，藉以在受熱而使溫度上升時，讓電阻相對變大或變小。

請參閱第2、3圖所示，該加熱線11係係以正溫度係數導線為例，其中，該脈波輸出電路4與電源9連接，供輸出連續性之正向參考脈波訊號，而當加熱線11受熱而使溫度上升時，由於加熱線11之電阻相對變大，在經過脈波偵測電路5之偵測後，即會形成連續性且具變化之正向脈波訊號。此時，連續性參考脈波訊號及連續性且具變化之脈波訊號同時經由及閘6之合成，以取得連續性之合成脈波訊號。

任一個合成脈波訊號具有一脈波寬度W，該脈波寬度W包括一開始邏輯高狀態的時間點T1及一結束邏輯高狀態的時間點T2。而由及閘合成結果所示之合成脈波訊號，顯示該合成脈波訊號之結束邏輯高狀態的時間點T2皆為固定不動，而由於加熱線11溫度之上升，則會使合成脈波訊號之開始邏輯高狀態的時間點T1朝向結束邏輯高狀態的時間點T2移動，如此一來，各個合成脈波訊號之脈波寬度W將會逐漸縮小，在達到處理器所預先設定之合成脈波訊號之脈波寬度W1時，讓控制電路停止繼續觸發開關2，以中止加熱線11繼續加熱；而當加熱線11之溫度下降時，合成脈波訊號之開始邏輯高狀態的時間點T1即會漸漸遠離結束邏輯高狀態的時間點T2，亦即使合成脈波訊號之脈波寬度W開始加寬，並在達到處理器所預先設定之合成脈波訊號之脈波寬度W時，讓控制電路3觸發開關2，重新對加熱線11進行加熱。

其中，當加熱線11係為負溫度係數導線時，加熱線11溫度之上升會使各個合成脈波訊號之脈波寬度W逐漸加寬，加熱線溫度之下降會使各個合成脈波訊號之脈波寬度W逐漸縮小，同樣可以在達到處理器所預先設定之合成脈波訊號之脈波寬度W1時，對加熱線11中止加熱或繼續加熱，以達到控溫之效果。

另，本創作更包括一溫度調整步驟，係經由調整任一參考脈波訊號結束邏輯高狀態的時間點T3的位置，例如：將結束邏輯高狀態的時間點T3向右移動，如此一來，在達到相同脈波寬度W才能讓控制電路3觸發開關2之設定下，加熱線11停止加熱之溫度即會相對調升，而達到調溫效果。

在本實施例中，該脈波偵測電路5係直接偵測加熱線11之電阻變化，而如第4圖所示，所述之脈波偵測電路5亦可利用一溫度感測元件7以偵測加熱線11之溫度變化。而該溫度感測元件7係為一感測線，亦可為一熱敏電阻，同樣可以偵測加熱線11，並經由電壓比較，以產生連續性具變化之脈波訊號。

請參閱第4~6圖所示，係為應用本創作之控溫方法之具體電路圖。其中，該脈波輸出電路4包括串聯的電阻R1、可變電阻VR1及第二電壓比較器U2A。電阻R1之一端連接電源9，可變電阻VR1連接第二電壓比較器U2A之非反向輸入端，第二電壓比較器U2A的反向輸入端接地，且該可變電阻VR1與一電容C3組成一RC電路，藉以將交流電源9之正弦波訊號轉換為正向脈波訊號。

如第6圖所示，該脈波偵測電路5係包括感測線及電容C2所組成的RC電路，由於該RC電路的RC時間常數特性，將使得交流電源9輸入的弦波訊號產生延遲，並在經過第一電壓比較器U1A的電壓比較後，輸出連續性具變化之正向脈波訊號。

而該及閘6係包括並聯之第一二極體D1及第二二極體D2，第一二極體D1的負極連接第一電壓比較器U1A的輸出端，第一二極體D1的正極連接電源9，且第一二極體D1與電源9之間設有第一結點P1，該第二二極體D2的正極耦合第二電壓比較器U2A的輸出端，第二二極體D2的負極耦合第一結點P1。

藉此，當連續性參考脈波訊號及連續性且具變化之脈波訊號同時經由及閘6之合成，可取得連續性之合成脈波訊號。而在調整可變電阻VR1之後，可調整任一參考脈波訊號結束邏輯高狀態的時間點T3，以調整加熱溫度。

實施時，該及閘6亦可以具有相同功能的微處理器取代，而該開關2係為矽控整流器(SCR)或雙向閘流體(TRIAC)之類的閘流體。

請參閱第7、8圖所示，其與上述電路不同之處在於：該第二電壓比較器U2A之輸出端係連接由電阻R2及電容C1所組成之一RC電路，該RC電路連接第三電壓比較器U3A之反向輸入端，該第三電壓比較器U3A之非反向輸入端連接一電阻後接地。藉此，當第二電壓比較器U2A的輸出端輸出正向脈波訊號，經由RC電路之充放電，再輸入第三電壓比較器U3A，同時經由第三電壓比較器U3A的非反向輸入端所輸入的分壓，以做為比較參考電壓，即可輸出反向之脈波訊號。

藉此，經過脈波偵測電路5之第一電壓比較器U1A的電壓比較後所輸出連續性具變化之正向脈波訊號與經過脈波輸出電路4之第三電壓比較器U3A所輸出連續性之反向參考脈波訊號，同樣可以合成為連續性之合成脈波訊號，並在脈波寬度W達到處理器所預先設定之合成脈波訊號之脈波寬度W1時，讓控制電路3停止繼續觸發開關2，以中止加熱線11繼續加熱。

因此，本發明具有以下之優點：

1、本發明係藉由偵測一合成脈波訊號之脈波寬度，以控制發熱線之加溫，因此，不但可有效進行控溫，且可使元件的組成簡單，以節省生產製造成本。

2、本發明係藉由調整一連續性參考脈波訊號之結束邏輯高狀態的時間點，再偵測一合成脈波訊號之脈波寬度，以控制加熱線停止加熱之溫度，因此，可讓使用者大幅度調整工作溫度。

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，提供一種不僅能有效進行控溫，且能使元件的組成簡單，以節省生產製造成本之發熱線之控溫方法，極具產業上利用之價值，爰依法提出發明專利申請。

1．．．發熱線

11．．．加熱線

12．．．披覆層

2．．．開關

3．．．控制電路

4．．．脈波輸出電路

5．．．脈波偵測電路

6．．．及閘

7．．．溫度感測元件

9．．．電源

W、W1．．．脈波寬度

T1．．．開始邏輯高狀態的時間點

T2、T3．．．結束邏輯高狀態的時間點

R1、R2．．．電阻

C1、C2、C3．．．電容

D1．．．第一二極體

D2．．．第二二極體

U1A．．．第一電壓比較器

U2A．．．第二電壓比較器

U3A．．．第三電壓比較器

VR1．．．可變電阻

P1．．．第一結點

第1圖係為本創作之步驟流程圖。

第2圖係為本創作之電路方塊示意圖。

第3圖係為本創作之脈波輸出電路及脈波偵測電路之輸出脈波經由及閘合成後之脈波寬度之變化示意圖。

第4圖係為本創作之一具體實施例之電路圖。

第5圖係為本創作之脈波輸出電路之輸出波形變化示意圖。

第6圖係為本創作之脈波偵測電路之輸出波形變化示意圖。

第7圖係為本創作之另一具體實施例之電路圖。

第8圖係為第7圖之脈波輸出電路及脈波偵測電路之輸出脈波經由及閘合成後之脈波寬度之變化示意圖。

第1圖係為步驟流程圖

Claims (8)

1. 一種發熱線之控溫方法，該發熱線包括一加熱線及一包覆於加熱線外周緣的披覆層，該加熱線的一端耦合電源的一個極性，加熱線的另一端連接一開關，該開關耦合電源的相反極性，且該開關藉由一具有處理器之控制電路之控制，使呈導通或斷路狀態；而該控溫方法係包括：a.讓電源經由一脈波輸出電路以輸出連續性參考脈波訊號；b.在加熱線之加熱過程中，經由一脈波偵測電路以偵測取得依加熱線之溫度變化所產生之連續性且具變化之脈波訊號；c.以一及閘取得連續性參考脈波訊號及連續性且具變化之脈波訊號之連續性合成脈波訊號，任一合成脈波訊號具有一脈波寬度，該脈波寬度包括一開始邏輯高狀態的時間點及一結束邏輯高狀態的時間點；以及d.當加熱線加熱而使得合成脈波訊號之開始邏輯高狀態的時間點相對於該結束邏輯高狀態的時間點移動，並達到處理器所設定之合成脈波訊號之脈波寬度時，讓控制電路停止觸發開關，以中止加熱線繼續加熱。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發熱線之控溫方法，其中，該加熱線係為正溫度係數(Positive Temperature Coefficient,PTC)導線或負溫度係數(Negative Temperature Coefficient,NTC)導線其中之一種。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發熱線之控溫方法，其中，步驟b之脈波偵測電路係利用一溫度感測元件以偵測加熱線之溫度變化，並經由電壓比較，以產生連續性具變化之脈波訊號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發熱線之控溫方法，其中，該溫度感測元件係為一感測線。
5. 如申請專利範圍第3或4項所述之發熱線之控溫方法，其中，該脈波偵測電路係以一第一電壓比較器進行電壓比較，且該第一電壓比較器之非反向輸入端耦合溫度感測元件，該第一電壓比較器之反向輸入端接地。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之發熱線之控溫方法，更包括一溫度調整步驟，係經由調整任一參考脈波訊號結束邏輯高狀態的時間點，以控制加熱線停止加熱之溫度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之發熱線之控溫方法，其中，該脈波輸出電路係包括一可變電阻，以調整任一參考脈波訊號結束邏輯高狀態的時間點。
8. 如申請專利範圍第2項所述之發熱線之控溫方法，其中，該及閘包括並聯之第一二極體及第二二極體，該第一二極體的負極連接第一電壓比較器的輸出端，第一二極體的正極連接電源，且第一二極體與電源之間設有第一結點，而該第二二極體的正極耦合第二電壓比較器的輸出端，第二二極體的負極耦合第一結點。