專利名稱：一種用于操作用電設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于操作用電設(shè)備的方法，該設(shè)備在接通時產(chǎn)生比其額定電流高很多的電流，所述方法尤其適于操作移動裝置、特別是車輛的模擬操作的PTC加熱裝置、電泵、電動機、磁線圈，等等。
背景技術(shù)：
已知用加熱諸如空氣的流動介質(zhì)的加熱裝置裝備移動裝置(如輪船、列車、卡車、商用汽車、飛機、宇宙飛船和機動車輛)的方法。這種裝置可以是車輛內(nèi)部的加熱系統(tǒng)、用于車窗除冰的空氣加熱系統(tǒng)、用于預熱發(fā)動機進風的加熱系統(tǒng)，等等。
已知為此目的而通過微處理器控制系統(tǒng)以數(shù)字的方式提供加熱元件形式的加熱裝置的方法，或是在無電子控制系統(tǒng)的情況下建立在具有正的電阻溫度系數(shù)(PTC)的材料或金屬加熱元件基礎(chǔ)之上的方法，所述加熱元件是模擬操作的元件的原因在于，它們是通過機械繼電器來接通和切斷的?？梢栽谌舾蓚€級中提供加熱元件，且所述加熱元件由相應數(shù)量的繼電器來接通。
在這種模擬操作的PTC加熱裝置中，事實是當該裝置接通時，即在大約幾秒鐘長度的接通階段內(nèi)，將流過可能等于額定電流兩倍的非常高的電流，這使得電源干線的電流負載變得過高，而這是相當不利的。
以下事實也是不利的不可能進行故障診斷，且開關(guān)操作分級進行，即開關(guān)操作在不穩(wěn)定的情況下進行；使用機械繼電器來進行機械過程，而這導致了開關(guān)噪聲，由于開關(guān)周期的原因，開關(guān)的使用壽命受到了限制；并且由于機械繼電器比較昂貴，布線的成本也非常高，因此操作會產(chǎn)生高成本。
可以從市場上許多不同的供應商那里買到?jīng)]有電子控制系統(tǒng)的加熱系統(tǒng)，即上述類型的模擬操作的加熱裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于的目的在于，指出一種用于前述的、通過模擬手段操作的一類裝置的方法，即所述裝置不由微處理器來控制或調(diào)節(jié)，且通過該方法使接通階段的電流負載顯著地降低。
根據(jù)本發(fā)明，由權(quán)利要求1中指出的方法來實現(xiàn)該目的。
權(quán)利要求2-7的目的是對根據(jù)本發(fā)明的方法進行特別的優(yōu)選設(shè)計和作進一步展開。
由于在本發(fā)明的方法中，在接通階段基于延時來增加功率，因此避免了接通階段的較高電流浪涌，并降低了電源裝置的負載。
本發(fā)明的方法的優(yōu)點還包括，能夠?qū)崿F(xiàn)有條件的故障診斷和欠壓與過壓保護，并且與現(xiàn)有技術(shù)中用于操作多級加熱裝置的方法(在該多級加熱裝置中根據(jù)時間逐個地接通各個加熱線)相比，由于所有的加熱線同時啟動，因此在該加熱裝置中能夠獲得實現(xiàn)均勻的溫度分布。
由于本發(fā)明沒有提供用于操作加熱裝置的機械繼電器，因此，不存在開關(guān)噪聲，并延長了使用壽命，同時由于沒有機械部件，因此大幅降低了布線花費并降低了成本。


參考相關(guān)附圖，下文詳細說明了本發(fā)明的方法的特定優(yōu)選實施例。
圖1在時距圖中示出了分別使用采用模擬操作的PTC加熱裝置的傳統(tǒng)方法和本發(fā)明的方法時，在一個級內(nèi)的電流的增加。
圖2在方框圖中示出了用于PTC加熱裝置的單級或多級電子控制電路的結(jié)構(gòu)。
圖3在方框圖中示出了用于PTC加熱裝置的無級電子控制電路的結(jié)構(gòu)。
圖4示出了用來產(chǎn)生用于圖2所示的電子電路的PWM控制電壓的電路配置的第一實施例，和圖5示出了用來產(chǎn)生用于圖2所示的電子電路的PWM控制電壓的電路配置的第二實施例。
具體實施例方式
如圖1所示，在接通階段接通采用傳統(tǒng)方法的加熱系統(tǒng)，而這導致了電流在前幾秒內(nèi)急劇增加，其中所述方法通過具有相應繼電器控制的機械繼電器來操作模擬操作的加熱裝置。這時可能會流過為額定電流的兩倍的電流，而這將給電源網(wǎng)絡(luò)造成沉重的負擔。這種情況由圖中的曲線A表示。
根據(jù)本發(fā)明的方法，在電路中提供了功率的延時，使得在接通階段內(nèi)，加熱裝置的功率增長得到延遲，或者，其功率以定義的有限方式增加。可以分級地或以類似斜坡的方式連續(xù)地進行上述過程，例如，由于脈寬調(diào)制比的由時間延遲定義的增加，因而可以在加熱裝置的操作中使用脈寬調(diào)制(PWM)來實現(xiàn)上述過程?？梢杂煞e分電阻電容組合來控制所述增加。
如圖1所示，在電路中可以提供定義的時間常數(shù)T＝20s，使得加熱裝置直到該時間T之后才在額定條件下工作。在附圖中這種情況由曲線B來表示。該時間常數(shù)可以達到30s。
將電子開關(guān)用于本發(fā)明的方法規(guī)定的、延遲的或定義的有限的功率增加。也可以進行故障診斷和PWM信號的真實性檢驗。
也可以提供欠壓或過壓保護，并可以用最大溫度限制來監(jiān)視溫度，當達到該最大溫度時便切斷加熱裝置，這使得在將加熱裝置用于空調(diào)系統(tǒng)的情況下，如果通風出現(xiàn)故障，也能夠避免損失。即使在用于加熱凸緣以預熱機動車輛引擎的進風的加熱裝置中，也可以避免殼體凸緣溫度過高。
圖2在方框圖中示出了用于操作PTC加熱裝置的單級或多級電子控制電路，在示出的該實施例中，該PTC裝置由三個PTC加熱棒1組成，且所述電路包括電壓源2，而后者可由能在市場上買到的積分可調(diào)穩(wěn)壓器組成。
方波振蕩器或時鐘振蕩器3產(chǎn)生通過開關(guān)和驅(qū)動4來啟動加熱級的方波信號。通過對這些電源開關(guān)4定時，使它們均具有120°的相移，來形成具有120°相移的三個啟動信號，以減少電源干線的負載。
方波或時鐘振蕩器3可以是模擬時鐘發(fā)生器或數(shù)字時鐘發(fā)生器。
在方框5中產(chǎn)生了所述相移，而這產(chǎn)生了顯示相位的啟動信號，該信號用來減少用于操作加熱系統(tǒng)的電源干線的脈沖載荷。
可以數(shù)字地產(chǎn)生所述相移。
取決于設(shè)計的不同，將接口6處的加熱命令通過單線或兩線接口傳送到所述電子器件。例如，可以用12V電壓高活性地進行所述啟動，并且，此處將低活性的啟動即接地作為加熱信號也是可能的。
可以通過一條電纜在僅僅一個加熱功率級中進行所述啟動，也可以通過兩條電纜在若干個加熱級中來進行所述啟動，如圖2所示。
圖3示出了一個實施例，該實施例與圖2所示的電子電路實施例的不同之處在于，從外部預定的PWM信號允許功率進行連續(xù)變化。由模數(shù)轉(zhuǎn)換器7對所述從外部預定的PWM信號進行積分。然后，將由此產(chǎn)生的模擬電壓作為對加熱棒1的最終階段定時的預定值。這意味著加熱級的接通時間是根據(jù)所述的預定PWM信號而變化的。
如圖3所示，此處以具有線性功率控制的PWM信號的形式提供了加熱命令。
為產(chǎn)生用于啟動開關(guān)和驅(qū)動4的PWM信號，在方框8中首先對具有120°相移的數(shù)字信號進行了修改。通過RC低通濾波器實現(xiàn)了上述目的，而其所述濾波器影響了時鐘信號的上升沿的時間擴展。通過比較運算放大器反相輸入處的RC組合的電壓電平和非反相端的電位，獲得了脈寬調(diào)制的輸出信號。
圖4示出了用于產(chǎn)生PWM控制電壓的電路的第一實施例的電路結(jié)構(gòu)，該PWM控制電壓用于啟動加熱系統(tǒng)，即用于加熱裝置的接通階段。
用所述PWM控制電壓來依次增加加熱過程開始階段的PWM信號的時鐘比。為產(chǎn)生所述PWM控制電壓的類似斜坡的過程，提供了如圖4所示的反相積分器。上升的陡度在兩個級內(nèi)發(fā)生變化。在第一級內(nèi)，為盡可能快地加熱PTC加熱裝置，所述陡度存在相對較快的上升。由于加熱棒1的溫度的快速上升，因而開關(guān)4僅在該加熱裝置的最大電流消耗范圍內(nèi)工作了較短時間。而這導致了開關(guān)4的發(fā)熱降低。
如圖4所示，可在收到“加熱命令”信號時通過預先確定一個要在電阻R4上積分的電壓來實現(xiàn)上述目標。在第二級內(nèi)，通過比較ICIA的輸出端的控制電壓USt與可自由定義的參考電壓來降低待積分的電壓，而這導致了控制電壓USt的緩慢增加。當關(guān)閉所述裝置時，由電阻R15和R16組成的分壓器的電壓對所述積分器的電容器C1進行了快速充電。而這影響了設(shè)備斷開期間所述電壓曲線的陡度。
在一個未示出的實施例中，通過結(jié)合使用數(shù)字計數(shù)器與數(shù)模轉(zhuǎn)換，也能夠?qū)崿F(xiàn)控制電壓USt的緩慢增加。
圖5所示的實施例對應于循環(huán)反相積分器，并基于與圖4所示的實施例類似的原理進行工作。然而，此處將相移邏輯產(chǎn)生的信號與時間比一起在IC5B處進行積分，結(jié)果，與圖4所示的設(shè)計不同，不需昂貴的特殊元件，本實施例便能夠?qū)崿F(xiàn)所需的大約30秒的啟動時間常數(shù)，。而IC5A監(jiān)視PWM控制電壓USt的電平，并根據(jù)現(xiàn)有的加熱命令對其進行限制。通過R39與R40和R39與R41定義的電壓部分，確定了該控制電壓的限制電平。
盡管以上已參考PTC加熱裝置的實施例對本發(fā)明的方法進行了說明，但是，不言而喻的是，該方法也能用于其它的、在接通時產(chǎn)生比其額定電流高很多的電流的其它設(shè)備，特別是電泵、電動機、磁線圈，等等。
權(quán)利要求
1.一種用于操作用電設(shè)備的方法，其中，所述設(shè)備在接通時會產(chǎn)生比其額定電流高很多的電流，該方法尤其適于操作移動設(shè)備的、特別是機動車的模擬操作的PTC加熱裝置、電泵、電動機、磁線圈，等等，其特征在于，在接通階段，以定義的有限方式增加所述用電設(shè)備的功率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述設(shè)備接通后，在定義的至多30秒的有限時間范圍內(nèi)，增加所述設(shè)備的功率。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率是分級增加的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率是以類似斜坡的方式連續(xù)增加的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用脈寬調(diào)制操作所述設(shè)備，并且基于延時增加脈寬調(diào)制比。
6.如上述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在加熱裝置中監(jiān)視溫度，并且當達到預先確定的最大溫度時，切斷所述操作。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，基于脈寬調(diào)制信號執(zhí)行故障診斷和/或真實性檢驗。
全文摘要
一種用于操作設(shè)備、如用于諸如車輛的移動裝置的模擬操作的PTC加熱裝置的方法，所述設(shè)備在接通時產(chǎn)生了比其額定電流高很多的電流。在接通階段，所述方法以定義的有限方式或以類似斜坡的方式增加所述設(shè)備的功率。
文檔編號G05F1/66GK1834830SQ20061005926
公開日2006年9月20日 申請日期2006年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月18日
發(fā)明者H·P·埃茨科恩, J·保羅, R·默特 申請人:貝魯股份公司