專利名稱：電熱器及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車用電熱器。該類型電熱器從德國專利DE197 33 045 Cl可以知曉。
背景技術(shù)：
該已知電熱器具有多個(gè)并聯(lián)支路，每條支路都含有用作發(fā)熱元件的場效應(yīng)晶體管，該晶體管串聯(lián)至串聯(lián)電阻器(series resistor)。通過改變該柵極上存在的電壓無級控制該場效應(yīng)晶體管的熱輸出?？蛇B續(xù)操作該已知電熱器，由此避免循環(huán)操作問題和EMC(電磁兼容)問題。然而，不利的是需要相對較多數(shù)目的昂貴的場效應(yīng)晶體管，特別是用于具有較大熱輸出的電熱器，以及電路不極化(not polarized)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的問題是舉例說明克服這些缺點(diǎn)的方法。具有如權(quán)利要求的特征的電熱器解決了該問題。本發(fā)明有利的改進(jìn)作為從屬權(quán)利要求的主題。根據(jù)本發(fā)明，場效應(yīng)晶體管與作為電流感應(yīng)電阻器的陶瓷PTC電阻器串聯(lián)，該電阻器與該場效應(yīng)晶體管安裝于共用散熱片上。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
-將本發(fā)明的電熱器熱輸出應(yīng)用于部分為該場效應(yīng)晶體管和部分為該陶瓷PTC電阻器的支路。由此，每條支路可產(chǎn)生更大的熱輸出。有利的是，該P(yáng)TC電阻器熱輸出占總輸出的比例越大，由控制電壓設(shè)定的功率要求就越高。當(dāng)輸出高時(shí)，具體地，減輕了支路的場效應(yīng)晶體管負(fù)荷，由此可通過本發(fā)明的電熱器釋放更大的熱輸出，而不會因功率半導(dǎo)體器件導(dǎo)致更高的成本；
因?yàn)樵揚(yáng)TC電阻器的溫度電流限制，該電路本質(zhì)上是安全的，即使存在誤極化(mispolarization)或全合金功率半導(dǎo)體器件；
因?yàn)橹返脑搱鲂?yīng)晶體管和該P(yáng)TC電阻器安裝在共用散熱片器上，產(chǎn)生最佳熱偶合。因此，該P(yáng)TC電阻器可有效地保護(hù)該場效應(yīng)晶體管防止熱過載，由此可省去附加的溫度監(jiān)控；
因?yàn)樵撦敵隹刹捎脽o級方式調(diào)節(jié)，所以可連續(xù)操作該電熱器。因?yàn)樵搱鲂?yīng)晶體管的柵極(gate )上存在的電壓,可將源極(source )與漏極(drain)之間的該場效應(yīng)晶體管電阻設(shè)定至需要值，由此無級調(diào)節(jié)該電流密度。因此該車輛電氣系統(tǒng)的負(fù)載基本上低于采用脈沖方式操作的車用電熱器內(nèi)的負(fù)載，且不會發(fā)生電磁兼容問題。優(yōu)選地，P通道場效應(yīng)晶體管，具體地，P通道MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)用于本發(fā)明的電熱器。有利地，該P(yáng)通道場效應(yīng)晶體管的漏極連接器的冷卻表面可連接和該場效應(yīng)晶體管串聯(lián)的陶瓷PTC電阻器相同的電勢。隨后可采用導(dǎo)電方式使用例如接線夾將該場效應(yīng)晶體管的冷卻表面和該P(yáng)TC電阻器都連接至金屬制散熱片上。采用該方式，可使用簡單工具獲得很好的熱偶合和熱分散。
在本發(fā)明的電熱器中，PTC電阻器最好用作電流感應(yīng)電阻器。隨后可用其測得的電流將該場效應(yīng)晶體管的熱輸出調(diào)節(jié)至設(shè)定值。電流可通過該P(yáng)TC電阻器與該場效應(yīng)晶體管之間的分接電壓測得。該電壓可用作調(diào)節(jié)功率的反饋信號。優(yōu)選地，用作功率調(diào)節(jié)的控制電路包括運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器的輸出連接至該場效應(yīng)晶體管的柵極。該熱輸出的設(shè)定值隨后通過該運(yùn)算放大器的輸入端上的控制電壓指定。該場效應(yīng)晶體管與該P(yáng)TC元件之間的分接電壓優(yōu)選提供給該運(yùn)算放大器的另一個(gè)輸入。本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明電熱器的裝置。根據(jù)本發(fā)明的裝置包含P通道場效應(yīng)晶體管，散熱片和陶瓷PTC電阻器，其中該場效應(yīng)晶體管和該P(yáng)TC電阻器連接至該散熱片上，優(yōu)選焊接于其上。


參照附圖，使用實(shí)施方案解釋本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)與優(yōu)點(diǎn)。如下 圖I包括支路和相聯(lián)控制回路的電熱器；
圖2包含場效應(yīng)晶體管，散熱片和PTC電阻器的裝置的示意圖；和 圖3本發(fā)明裝置的另一實(shí)施方案的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I給出了電熱器的電路圖。該電熱器包含作為加熱元件的場效應(yīng)晶體管Ml和基于例如鈦酸鋇的陶瓷PTC電阻器Rl。該場效應(yīng)晶體管Ml和與其串聯(lián)的陶瓷PTC電阻器Rl形成支路，使用控制回路I調(diào)節(jié)該支路的輸出。為增加最大可能熱輸出，可添加另外的包括控制回路的具有相同設(shè)計(jì)的支路。可并聯(lián)任意數(shù)量的這樣的支路。該控制回路I主要包含運(yùn)算放大器X3。該支路的熱輸出由控制電壓Ue指定，該電壓作用于運(yùn)算放大器X3的輸入端，優(yōu)選作用于其正相輸入端。該場效應(yīng)晶體管Ml和該P(yáng)TC電阻器之間的分接電壓作用于該運(yùn)算放大器的另一個(gè)輸入端。在圖I中，該運(yùn)算放大器X3的輸入端因此連接至該場效應(yīng)晶體管Ml與該P(yáng)TC電阻器Rl之間的該支路。通過該運(yùn)算放大器X3的相關(guān)輸入端的上游相聯(lián)電阻器R8，可使該電容器Cl去耦，由此抵消振蕩。因此，該運(yùn)算放大器X3是該控制回路I的一部分，該運(yùn)算放大器將該運(yùn)算放大器X3的輸出信號提供給該場效應(yīng)晶體管Ml的柵極。采用該方式，可控制該支路內(nèi)流經(jīng)該場效應(yīng)晶體管Ml和該P(yáng)TC電阻器Rl的電流密度，由此使該電流密度與存在于該運(yùn)算放大器X3的輸入端上的控制電壓Ue成比例。作為設(shè)定值信號的該控制電壓指定了該熱輸出。該場效應(yīng)晶體管Ml為P通道場效應(yīng)晶體管，優(yōu)選為P通道MOSFET。該場效應(yīng)晶體管Ml和該P(yáng)TC電阻器Rl安裝于共用金屬制散熱片上。圖2示意性地給出了包括場效應(yīng)晶體管M1，陶瓷PTC電阻器Rl和作為該散熱片2的薄金屬片的裝置的實(shí)施方案。該散熱片2可具有任何可能的形狀且可包括例如待加熱液體介質(zhì)流經(jīng)的冷卻肋片和/或開口。該散熱片2固定于為所有支路共用的加熱線圈上，并通過例如絕緣片，陶瓷或熱導(dǎo)電粘合劑的絕緣層4相對于該加熱線圈3電絕緣。接線夾5將該電阻器Rl按壓于該散熱片2上并進(jìn)行接地。圖3給出了不同于圖2中的實(shí)施方案的另一個(gè)實(shí)施方案，主要區(qū)別在于該場效應(yīng)晶體管Ml和該P(yáng)TC電阻器Rl放置在該散熱片2的不同側(cè)。用作該電阻器Rl的接地的該接線夾5因此相對于該加熱線圈3電絕緣。該P(yáng)TC電阻器Rl與該場效應(yīng)晶體管Ml的漏極連接器位于相同的電勢。采用該方式可獲得該P(yáng)TC電阻器對該場效應(yīng)晶體管的出色熱耦合。如果該電熱器具有多個(gè)支路，優(yōu)選為每條支路使用單獨(dú)的散熱片。這些單個(gè)支路的散熱片隨后彼此相對電絕緣。該P(yáng)TC電阻器Rl和該場效應(yīng)晶體管Ml彼此應(yīng)匹配，以便在最大熱輸出時(shí)，支路的該P(yáng)TC電阻器Rl的熱輸出應(yīng)為該場效應(yīng)晶體管Ml的熱輸出的至少一半。另一方面，在最大熱輸出時(shí)，支路的該P(yáng)TC電阻器Rl的熱輸出應(yīng)不超過該場效應(yīng)晶體管Ml的熱輸出的兩倍。

采用該方式，支路的兩個(gè)加熱元件，例如該場效應(yīng)晶體管Ml和該P(yáng)TC電阻器Rl，用可比的方式對該支路的總熱輸出作出了貢獻(xiàn)。例如支路最大額定輸出的支路總輸出優(yōu)選為100瓦特至200瓦特。
權(quán)利要求
1.一種車用電熱器，該電熱器包括至少一個(gè)其中的場效應(yīng)晶體管(Ml)與電阻器(Rl)串聯(lián)的支路，和包括調(diào)節(jié)功率的控制回路(1)，其中該控制回路(I)分接該場效應(yīng)晶體管(Ml)和該電阻器(Rl)之間的電壓信號,基于該信號并與設(shè)定值信號(Ue)組合,產(chǎn)生存在于該場效應(yīng)晶體管(Ml)的控制輸入端的輸出信號，其特征在于該電阻器(Rl)為與該場效應(yīng)晶體管(Ml)安裝于共用散熱片(2)上的陶瓷PTC電阻器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電熱器，其特征在于該場效應(yīng)晶體管(Ml)為P通道場效應(yīng)晶體管，優(yōu)選P通道MOSFET。
3.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電熱器，其特征在于該控制回路(I)包含運(yùn)算放大器(X3)，其中該設(shè)定值信號(Ue)存在于該運(yùn)算放大器(X3)的輸入端，且該場效應(yīng)晶體管(Ml)和該P(yáng)TC電阻器(Rl)之間的分接電壓信號存在于該運(yùn)算放大器(X3)的另一個(gè)輸入端。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電熱器，其特征在于該散熱片(2)為金屬制和該P(yáng)TC電阻器(Rl)采用導(dǎo)電方式連接至該散熱片(2)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電熱器，其特征在于該控制回路(I)分接該散熱片(2)上的電壓信號。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電熱器，其特征在于多個(gè)支路并聯(lián)，每一個(gè)支路中場效應(yīng)晶體管(Ml)與陶瓷PTC電阻器(Rl)串聯(lián)，這些支路的每一個(gè)都分配有用于功率調(diào)節(jié)的控制回路(I )，該控制回路(I)分接該支路的該場效應(yīng)晶體管(Ml)和該電阻器(Rl)之間的電壓信號，基于該信號并與設(shè)定值信號(Ue)組合，產(chǎn)生存在于該支路的該場效應(yīng)晶體管(Ml)的控制輸入端的輸出信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電熱器，其特征在于為每一個(gè)支路提供一個(gè)散熱片(2)。
8.一種用于操作前述任一權(quán)利要求的電熱器的方法，其特征在于，在最大熱輸出時(shí)，支路的該P(yáng)TC電阻器(Rl)的熱輸出為該場效應(yīng)晶體管(Ml)的熱輸出的至少一半。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在最大熱輸出時(shí)，支路的該P(yáng)TC電阻器(Rl)的熱輸出為該場效應(yīng)晶體管(Ml)的熱輸出的至多兩倍。
10.一種權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的電熱器用裝置，該裝置包括P通道場效應(yīng)晶體
管(Ml)和支撐該場效應(yīng)晶體管(Ml)的金屬散熱片(2)，其特征在于該散熱片(2)支撐陶瓷PTC電阻器(R1)。
全文摘要
本發(fā)明涉及車用電熱器，該電熱器包括至少一個(gè)其中場效應(yīng)晶體管(M1)與該電阻器(R1)串聯(lián)的支路，和用于調(diào)節(jié)功率的控制回路(1)，其中該控制回路(1)分接該場效應(yīng)晶體管(M1)和該電阻器(R1)之間的電壓信號，基于該信號并與設(shè)定值信號(Ue)組合，產(chǎn)生存在于該場效應(yīng)晶體管(M1)的控制輸入端的輸出信號。根據(jù)本發(fā)明，該電阻器(R1)為與該場效應(yīng)晶體管(M1)安裝于共用散熱片(2)上的陶瓷PTC電阻器。本發(fā)明還涉及用于操作這樣的電熱器的方法，和用于這樣的電熱器的裝置。
文檔編號B60H1/22GK102685937SQ20121003256
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者C·沃特, H·P·伊茨科恩 申請人:博格華納貝魯系統(tǒng)有限公司