專(zhuān)利名稱(chēng)：溫控裝置、處理裝置以及溫控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫控裝置以及溫控方法，更具體地說(shuō)，涉及一種溫控 裝置，配備有該溫控裝置的處理裝置，以及通過(guò)電阻加熱器控制配備有電 阻加熱器的元件的溫度的溫控方法，該電阻加熱器的特征在于其電阻值根 據(jù)溫度而改變。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，燃料電池作為具有高能量轉(zhuǎn)換效率的清潔能源引起了關(guān)注， 并且燃料電池在燃料電池供電交通工具、家用電器等的實(shí)際應(yīng)用取得了進(jìn) 展。此外，在便攜式電子設(shè)備，(例如)蜂窩電話(huà)和筆記本尺寸的個(gè)人計(jì)算 機(jī)上使用燃料電池作為電源的研發(fā)取得了進(jìn)展。
燃料電池是通過(guò)氫和氧之間的電化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能的器件。供給燃 料電池的氫由(諸如)液體燃料(如甲醇)所產(chǎn)生。這種情況下，從液體 燃料和水產(chǎn)生氫的反應(yīng)裝置與燃料電池相連。
該反應(yīng)裝置包括(例如)使液體燃料和水汽化的汽化器，使汽化了的 燃料與水重整反應(yīng)以產(chǎn)生氫的重整器，以及通過(guò)一氧化碳的氧化將重整器 中產(chǎn)生的極小量一氧化碳去除的一氧化碳去除器。這樣的反應(yīng)裝置，也開(kāi) 發(fā)了整體形成重整器和一氧化碳去除器的反應(yīng)裝置。例如，由多個(gè)現(xiàn)有的 襯底的連接體構(gòu)成的反應(yīng)裝置，該反應(yīng)裝置用于在這些襯底的連接表面 上形成凹槽；在凹槽壁表面上帶有催化劑；襯底相互連接以便由襯底覆蓋
凹槽而作用為重整器和一氧化碳去除器的流徑。
現(xiàn)在，將重整器和一氧化碳去除器的溫度設(shè)定為適于各自反應(yīng)的溫度 (最佳溫度)，以便可在每個(gè)腔室中有效地引起期望的反應(yīng)。由于最佳溫度 高于室溫，需要加熱重整器和一氧化碳去除器。此外，由于在使用期間必 須將重整器和一氧化碳去除器保持在各自最佳溫度，需要通過(guò)不時(shí)地控制 它們的溫度來(lái)控制它們以將它們的溫度保持在最佳溫度。為了將重整器和一氧化碳去除器的溫度保持在最佳溫度，通常使用反 饋控制方法。也就是，通過(guò)電阻加熱器加熱重整器和一氧化碳去除器；用 溫度傳感器(如熱電偶)測(cè)量重整器和一氧化碳去除器的溫度；反饋測(cè)量 到的溫度；根據(jù)用溫度傳感器所測(cè)量到的溫度，控制要供應(yīng)給電阻加熱器 的電源。從而，將重整器和一氧化碳去除器保持在最佳溫度。
此外，如果電阻加熱器的電阻值取決于溫度，那么可以基于電阻加熱 器的電阻值來(lái)測(cè)量溫度。因此也可以將電阻加熱器用作溫度傳感器，并且 可以省掉溫度傳感器。
這種情況下，存在通過(guò)控制流經(jīng)電阻加熱器的電流來(lái)控制電阻加熱器 的溫度的方法，其中使用運(yùn)算放大器測(cè)量電阻加熱器兩端的電壓(響應(yīng)電 壓)。這種情況下，設(shè)定流經(jīng)電阻加熱器的電流的電流值；該電流值的電流 流經(jīng)電阻加熱器；并且用待反饋的運(yùn)算放大器測(cè)量電阻加熱器的電壓。然 后從電流的設(shè)定電流值和所測(cè)量到的電壓獲得電阻加熱器的電阻值。此外， 也從所獲電阻加熱器的電阻值獲得了該電阻加熱器的溫度。為了以期望的 設(shè)定溫度來(lái)設(shè)定電阻加熱器，基于所獲電阻值或所獲溫度來(lái)新設(shè)定流經(jīng)電 阻加熱器的電流的電流值，并使新設(shè)定電流值的電流流經(jīng)該電阻加熱器。
然而，由于通常將一定電源電壓施用于包括電阻加熱器的電路，所以 將串聯(lián)可變電阻與電阻加熱器相連接以調(diào)節(jié)可變電阻的電阻值，從而調(diào)節(jié) 流經(jīng)電阻加熱器的電流。這種情況下，部分可變電阻消耗了無(wú)用的電功率， 并且電源效率下降。此外，無(wú)用電功率的消耗產(chǎn)生熱，并且有時(shí)溫控的準(zhǔn) 確性下降。
此外，如果電阻加熱器的電流增大，那么電阻加熱器的響應(yīng)電壓也變 得更大。這就需要用于測(cè)量電阻加熱器的響應(yīng)電壓的運(yùn)算放大器的輸入電 壓范圍擴(kuò)大，或者分割輸入電壓并因此用衰減器等來(lái)衰減各自電壓范圍的 分割后的電壓。電阻加熱器的響應(yīng)電壓的測(cè)量分辨率下降，并且測(cè)量誤差 的成因增加。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題
本發(fā)明的目的在于溫控裝置和控制用于加熱的電阻加熱器的溫度的溫控方法，以及設(shè)置有該溫控裝置的處理裝置，以抑制它們的功率消耗，并 且抑制電阻加熱器的電壓等的測(cè)量分辨率的下降和溫控誤差的增加。
解決問(wèn)題的手段
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的溫控裝置包括電阻加熱器，特性為電 阻加熱器的電阻值根據(jù)其溫度而改變；信號(hào)發(fā)生器，輸出具有第一電壓和 第二電壓兩種電壓電平的控制信號(hào)；切換部，當(dāng)控制信號(hào)的電壓電平為第 一電壓時(shí)，使第一電流流經(jīng)電阻加熱器，而當(dāng)控制信號(hào)的電壓電平為第二 電壓時(shí)，使電流值比第一電流小的第二電流流經(jīng)電阻加熱器；以及電壓測(cè) 量裝置，在第二電流流經(jīng)電阻加熱器時(shí)，測(cè)量電阻加熱器兩端的電壓值， 其中信號(hào)發(fā)生器根據(jù)由電壓測(cè)量裝置所測(cè)量的電壓值來(lái)控制電阻加熱器的 溫度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的處理裝置，供給原材料，進(jìn)行其溫控， 促使原材料的反應(yīng)或相變，該裝置包括處理器件，促使原材料反應(yīng)或相 變；溫控裝置，該溫控裝置包括設(shè)置在處理器件中加熱該處理器件的電 阻加熱器，該電阻加熱器的特性是其電阻值根據(jù)其溫度而改變；信號(hào)發(fā)生 器，輸出具有第一電壓和第二電壓兩種電壓電平的控制信號(hào)；切換部，當(dāng) 控制信號(hào)的電壓電平為第一電壓時(shí)，使第一電流流經(jīng)電阻加熱器，而當(dāng)控 制信號(hào)的電壓電平為第二電壓時(shí)，使電流值比第一電流小的第二電流流經(jīng) 電阻加熱器；以及電壓測(cè)量裝置，在第二電流流經(jīng)電阻加熱器時(shí)，測(cè)量電 阻加熱器兩端的電壓值，其中信號(hào)發(fā)生器根據(jù)由電壓測(cè)量裝置所測(cè)量的電 壓值來(lái)控制電阻加熱器的溫度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一溫控方法用于控制電阻加熱器的溫 度，該電阻加熱器的特性為其電阻值根據(jù)其溫度而改變，該方法包括下述 步驟輸出具有第一電壓和第二電壓兩種電壓電平的控制信號(hào)；當(dāng)控制信 號(hào)的電壓電平為第一電壓時(shí)，使第一電流流經(jīng)電阻加熱器，而當(dāng)控制信號(hào) 的電壓電平為第二電壓時(shí)，使電流值比第一電流小的第二電流流經(jīng)電阻加 熱器；在第二電流流經(jīng)電阻加熱器時(shí)，測(cè)量電阻加熱器兩端的電壓值；根 據(jù)在測(cè)量電壓值的步驟中測(cè)量的電壓值來(lái)控制該控制信號(hào)，以便控制電阻 加熱器的溫度。
11為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第二溫控方法控制電阻加熱器的溫度， 該電阻加熱器的特性是其電阻值根據(jù)溫度而改變，該方法包括下述步驟 輸出具有第一 電壓和第二電壓兩種電壓電平的控制信號(hào)；當(dāng)控制信號(hào)的電 壓電平為第一電壓時(shí)，使第一電流流經(jīng)電阻加熱器，而當(dāng)控制信號(hào)的電壓 電平為第二電壓時(shí)，使電流值比第一電流小的第二電流流經(jīng)電阻加熱器； 在第二電流流經(jīng)電阻加熱器時(shí)，測(cè)量電阻加熱器兩端的電壓值，并根據(jù)測(cè) 量的電壓值和第二電流的電流值來(lái)測(cè)量電阻加熱器的電阻值；以及根據(jù)在 測(cè)量電阻值的步驟中測(cè)量的電阻值來(lái)控制該控制信號(hào)，以便控制電阻加熱
器的溫度。


通過(guò)下面詳細(xì)說(shuō)明以及參考附圖，將更加全面地理解本發(fā)明，并不旨 在限定本發(fā)明，附圖中
圖1是示出設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明溫控裝置的發(fā)電設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)的方 框圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的溫控裝置的電路； 圖3是示出第一實(shí)施例中，時(shí)間和控制PWM信號(hào)的電壓電平的關(guān)系的 實(shí)例的波形圖4是示出第一實(shí)施例的溫控裝置的處理流程的流程圖； 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的溫控裝置的電路結(jié)構(gòu)的電路圖； 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的溫控裝置的電路結(jié)構(gòu)的電路圖； 圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的溫控裝置的電路結(jié)構(gòu)的電路圖； 圖8是示出作為比較例的常規(guī)溫控裝置的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
具體實(shí)施例方式
下面，將參照附圖，描述根據(jù)本發(fā)明的溫控裝置、處理裝置和溫控方 法的優(yōu)選實(shí)施例。附帶提及的是，在下面描述的實(shí)施例中給出了對(duì)于體現(xiàn) 本發(fā)明的技術(shù)上優(yōu)選的多種限制，但是該限制并不旨在將本發(fā)明的范圍限 于下面的實(shí)施例和所示實(shí)施例。
首先描述了應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的溫控裝置的發(fā)電設(shè)備1。圖1是示出設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明的溫控裝置的發(fā)電設(shè)備1的示意性結(jié)構(gòu) 的方框圖。
發(fā)電設(shè)備1是安裝在電子設(shè)備中的設(shè)備，并且是用作電源來(lái)操控該電 子設(shè)備的主體的設(shè)備，所述電子設(shè)備例如筆記本尺寸的個(gè)人計(jì)算機(jī)、蜂 窩電話(huà)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、電子記事本、腕表、數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝 像機(jī)、游戲裝置以及娛樂(lè)設(shè)備。
發(fā)電設(shè)備l包括燃料電池型發(fā)電電池2、處理裝置3和燃料容器4。 燃料容器4在其中儲(chǔ)備分離狀態(tài)或混合狀態(tài)的液體燃料(例如甲醇、乙醇、
二甲醚或汽油)和水。通過(guò)未示出的泵，將燃料和水以混合狀態(tài)供給處理
裝置主體3。附帶提及的是，圖1示出的發(fā)電設(shè)備中的燃料容器4中的燃料 是甲醇。
處理裝置主體3包括汽化器6、重整器7、 一氧化碳去除器8、燃燒 器9以及電阻加熱器10和11。
附帶提及的是，汽化器6、重整器7、 一氧化碳去除器8、燃燒器9以 及電阻加熱器10和11設(shè)置在具有封閉空間的熱絕緣封裝中，并且通過(guò)該 熱絕緣封裝來(lái)抑制熱能的耗散。
由燃料容器4向處理設(shè)備主體3供給的燃料和水首先送至汽化器6。送 至汽化器6的燃料和水是原材料，其在汽化器6中相變。通過(guò)汽化器6使 燃料和水汽化，然后將燃料和水的混合氣送至重整器7。附帶提及的是，由 汽化器6進(jìn)行的汽化的是吸熱反應(yīng)，而將一氧化碳去除器8的反應(yīng)熱和電 阻加熱器10的熱供給汽化器6，并且將該熱用于汽化器6的汽化作用。
送至重整器7的燃料和水的混合氣是要在重整器7中反應(yīng)的原材料。 重整器7通過(guò)催化劑反應(yīng)從汽化的水和汽化的燃料產(chǎn)生氫氣等，并且產(chǎn)生 一氧化碳?xì)怏w(盡管其量極小)。如果燃料是甲醇，那么在重整器7中引起 由下面反應(yīng)式(1)和(2)表示的化學(xué)反應(yīng)。
重整器7中的重整反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，并且適于重整反應(yīng)的溫度(最佳 溫度)為約280'C。將燃燒器9的燃燒熱和電阻加熱器11的熱供給重整器 7，并且將該熱用于重整器7的重整反應(yīng)。<formula>formula see original document page 14</formula>
將在重整器7中產(chǎn)生的氫氣等送至一氧化碳去除器8，并且將外部的空 氣送至該一氧化碳去除器8。 一氧化碳去除器8通過(guò)優(yōu)選地用催化劑氧化副 產(chǎn)物一氧化碳而選擇性地去除它。下文中，將去除了一氧化碳的混合氣稱(chēng) 作重整氣。
附帶提及的是，對(duì)一氧化碳進(jìn)行氧化的反應(yīng)是熱生成反應(yīng)，但是由于 在一氧化碳去除器8中適于選擇性氧化反應(yīng)的溫度高于室溫，所以，當(dāng)一 氧化碳去除器8的溫度沒(méi)有達(dá)到最佳溫度時(shí)，電阻加熱器10加熱一氧化碳 去除器8。
燃料電池型發(fā)電電池2配置有燃料電極20、氧電極21和放在燃料電 極20和氧電極21之間的電解質(zhì)膜22。將從一氧化碳去除器8送出的重整 氣供給燃料電池型發(fā)電電池2的燃料電極20，且進(jìn)一步將外部空氣送至氧 電極21。然后，供給燃料電極20的重整氣中的氫與供給氧電極21的空氣 中的氧通過(guò)電解質(zhì)膜22發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，并且在燃料電極20和氧電極21 之間產(chǎn)生電功率。將從燃料電池型發(fā)電電池2提取的電功率供給電子設(shè)備 主體，并且將電功率存儲(chǔ)在該電子設(shè)備主體的二次電池中，或者通過(guò)電功 率操縱電子設(shè)備的主體的負(fù)載(液晶顯示器等)。
如果電解質(zhì)膜22是具有氫離子滲透性的一種(例如，固體聚合物電解 質(zhì)膜)，那么在燃料電極20處引起下面反應(yīng)式(3)所表示的反應(yīng)，并且在 燃料電極20處產(chǎn)生的氫離子滲透電解質(zhì)膜22，以便在氧電極21處引起由 下面反應(yīng)式(4)所表示的反應(yīng)。
<formula>formula see original document page 14</formula>(3)
<formula>formula see original document page 14</formula>(4)
另一方面，如果電解質(zhì)膜22是具有氧離子滲透性的一種(例如，固體 氧化物電解質(zhì)膜)，那么在氧電極21處引起下面反應(yīng)式(5)所表示的反應(yīng)， 并且在氧電極21處產(chǎn)生的氫離子滲透電解質(zhì)膜22，以在燃料電極20處引 起由下面反應(yīng)式(6)所表示的反應(yīng)。1/202 + 2e- — 202- (5) H2 + 202"" ~> H20 + 2e- (6)
將沒(méi)有在燃料電極20處電化學(xué)反應(yīng)仍然是自身的氫氣等送至燃燒器9 。 此外，將外部空氣送至燃燒器9。燃燒器9混合氫氣(排氣)和氧氣，以便 通過(guò)催化劑反應(yīng)來(lái)燃燒混合氣。
電阻加熱器10和11都是由電加熱材料(電阻材料)例如金，所制成。 電阻加熱器10和11每一個(gè)的特性都是其電阻依據(jù)其溫度而改變，并且特 別是在溫度和電阻值之間能夠總結(jié)出比例關(guān)系的特性。因此，電阻加熱器 10和11也作為溫度傳感器來(lái)從它們的電阻值讀取它們的溫度。將由電阻加 熱器10和11測(cè)量的溫度反饋回溫控裝置5，并且溫控裝置5根據(jù)所測(cè)量的 溫度來(lái)控制電阻加熱器10和11的加熱值。
并不特別限定處理裝置主體3中的汽化器6、重整器7、 一氧化碳去除 器8、燃燒器9和電阻加熱器10和11的設(shè)置。例如，也可釆用這樣的設(shè)置， 即將一氧化碳去除器8和汽化器6配置為相互層壓，而將電阻加熱器10配 置為固定在一氧化碳去除器8和汽化器6的結(jié)合體上。這種情況下，通過(guò) 電阻加熱器10來(lái)加熱一氧化碳去除器8和汽化器6。
此外，例如，也可采用這樣的設(shè)置，即重整器7和燃燒器9相互層壓， 而將電阻加熱器11固定在重整器7和燃燒器9的結(jié)合體上。這種情況下， 通過(guò)燃燒器9和電阻加熱器11來(lái)加熱重整器7。
此外，例如，也可采用這樣的設(shè)置，即重整器7和燃燒器9的結(jié)合體 與一氧化碳去除器8和汽化器6的結(jié)合體通過(guò)橋部分而耦合，并且從重整 器7和燃燒器9的結(jié)合體通過(guò)該橋部分將熱傳導(dǎo)至一氧化碳去除器8和汽 化器6的結(jié)合體一側(cè)。這種情況下，在該橋部分形成了用于將氫等從重整 器7流至一氧化碳去除器8的流徑。
下面參照附圖，具體描述根據(jù)本發(fā)明的溫控裝置和溫控方法中每個(gè)的 第一實(shí)施例。
圖2是示出本發(fā)明第一實(shí)施例的溫控裝置的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
15制PWM信號(hào)的電壓電平之間關(guān)系 實(shí)例的波形圖。
圖4是示出第一實(shí)施例的溫控裝置的處理流程的流程圖。
圖2示出的溫控裝置5是用作圖1中示出的溫控裝置5的溫控裝置。 附帶提及的是，圖2示出了對(duì)應(yīng)于電阻加熱器11的溫控裝置5的電路結(jié)構(gòu)， 并且該溫控裝置具有與電阻加熱器IO相同的電路結(jié)構(gòu)。
溫控裝置5包括PWM控制器(信號(hào)發(fā)生器)51、包括運(yùn)算放大器 OP1等的相加器52、包括運(yùn)算放大器OP2等的反相放大器53、包括運(yùn)算放 大器OP3等的差分放大器54、包括運(yùn)算放大器OP4等的差分放大器55、 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(下文簡(jiǎn)稱(chēng)ADC) 56、 PWM開(kāi)關(guān)SW1、抽樣電阻R8、以及電 阻加熱器ll。
PWM控制器51包括(例如)中央處理單元(CPU)，并且根據(jù)內(nèi)置程 序等進(jìn)行多種控制操作。PWM控制器51進(jìn)一步產(chǎn)生一定周期脈沖寬度調(diào) 制信號(hào)(下文稱(chēng)作PWM信號(hào))，其根據(jù)從ADC 56供給的數(shù)字信號(hào)在通路 電壓(第一電壓)和斷路電壓(第二電壓)的兩種電壓電平之間切換，并 且輸出產(chǎn)生的PWM信號(hào)。
PWM控制器51根據(jù)從ADC 56反饋的信號(hào)使得PWM信號(hào)周期恒定， 并且控制PWM信號(hào)通路電壓時(shí)間的時(shí)間長(zhǎng)度和PWM信號(hào)斷路電壓時(shí)間的 時(shí)間長(zhǎng)度。PWM控制器51因而控制PWM信號(hào)的占空比(通路電壓期間 的時(shí)間和斷路電壓期間的時(shí)間的比)。
從PWM控制器51輸出的PWM信號(hào)是由電壓表示其水平的信號(hào)，并 且PWM信號(hào)的電壓電平在PWM信號(hào)采用通路電壓和在PWM信號(hào)采用斷 路電壓時(shí)改變。具體地說(shuō)，PWM的電壓電平的極性是，(例如)當(dāng)PWM 信號(hào)的電壓電平是通路電壓時(shí)為陽(yáng)極性,而當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平是斷路 電壓時(shí)PWM信號(hào)的電壓電平為0V。
相加器52設(shè)置有電阻R1-R4和運(yùn)算放大器OPl，并且將其輸出供給反 相放大器53。 一方面，電阻Rl和電阻R3在相加器52輸入端和其輸出端 之間相互串聯(lián)，而另一方面電阻R2在電阻Rl和電阻R3的連接部分與輸 入端57之間連接。電阻Rl和電阻R3的連接部分與運(yùn)算放大器OP1的反 相輸入端相連，而運(yùn)算放大器OP1的非反相輸入端通過(guò)電阻R4接地。運(yùn)算放大器OPl的輸出端與反相放大器53的輸入端(電阻R5)相連。電阻 Rl-R4的電阻值都相互相等。
一方面，將從PWM控制器51輸出的PWM信號(hào)輸入至相加器52的輸 入端(電阻R1)，而另一方面將恒定的疊加電壓Vov供給相加器52的輸入 端57。
相加器52將從PWM控制器51輸出的PWM信號(hào)的電壓電平與疊加電 壓Vov加在一起，并且對(duì)總和的極性取反以輸出反相后的總和。從而，當(dāng) 從PWM控制器51輸出的PWM信號(hào)的電壓電平是通路電壓時(shí)，相加器52 的輸出是PWM信號(hào)的通路電壓電平和具有從原始總和極性取反后的極性 的疊加電壓Vov的總和。另一方面，當(dāng)從PWM控制器51輸出的PWM信 號(hào)的電壓電平是斷路電壓時(shí)，相加器52的輸出是具有從原始疊加電壓Vov 極性取反后的極性的疊加電壓Vov (PWM信號(hào)水平(0V)和疊加電壓Vov 的總和)。附帶提及的是，疊加電壓Vov具有與PWM信號(hào)的通路電壓相同 的極性，并且在本實(shí)施例中是正極性。疊加電壓Vov的絕對(duì)值小于PWM 信號(hào)的通路電壓的絕對(duì)值。
接下來(lái)，反相放大器53設(shè)置有電阻R5-R7和運(yùn)算放大器OP2。將反相 放大器53的輸出作為控制PWM信號(hào)(控制信號(hào))輸出到圖2所示的節(jié)點(diǎn) A，以便將該控制PWM信號(hào)施加到PWM開(kāi)關(guān)SW1 。反相放大器53的輸 入端與相加器52的輸出端相連，并且電阻R5和電阻R6在反相放大器53 的輸入端和其輸出端之間相互串聯(lián)。電阻R5和電阻R6之間的連接部分與 運(yùn)算放大器OP2的反相輸入端相連，而運(yùn)算放大器OP2的非反相輸入端通 過(guò)電阻R7接地。電阻R5-R7的電阻值都相互相等。
將從相加器52輸出的信號(hào)作為輸入信號(hào)通過(guò)反相放大器53的輸入端 輸入到電阻R5，并且反相放大器53將輸入信號(hào)的極性取反以輸出反相后 的輸入信號(hào)。由于此處電阻R5和電阻R6的電阻值相等，所以，反相放大 器53的放大倍數(shù)為1。因此，如圖3所示，當(dāng)從PWM控制器51輸出的 PWM信號(hào)的電壓電平為通路電壓時(shí)，反相放大器53的輸出(控制PWM 信號(hào))的電壓電平(節(jié)點(diǎn)A的電壓電平)是從PWM控制器51輸出的PWM 信號(hào)的通路電壓和疊加電壓Vov的總和，或者，當(dāng)從PWM控制器51輸出 的PWM信號(hào)的電壓電平為斷路電壓時(shí)，反相放大器53的輸出(控制PWM信號(hào))的電壓電平(節(jié)點(diǎn)A的電壓電平)是疊加電壓Vov。此處將在從PWM 控制器51輸出的PWM信號(hào)的電壓電平為通路電壓時(shí)的控制PWM信號(hào)的 電壓電平稱(chēng)作通路電壓電平(第一電壓電平)，而將在從PWM控制器51 輸出的PWM信號(hào)的電壓電平為斷路電壓時(shí)的控制PWM信號(hào)的電壓電平稱(chēng) 作斷路電壓電平(第二電壓電平)。附帶提及的是，電阻R5和電阻R6的電 阻值可不相等。
例如，PWM開(kāi)關(guān)SWl是增強(qiáng)型n-溝道MOS FET，并且反相放大器 53的輸出端與PWM開(kāi)關(guān)SW1的柵極端相連。在第一實(shí)施例中，PWM開(kāi) 關(guān)SWl相當(dāng)于切換部。
抽樣電阻R8是固定電阻。此外，電阻加熱器11、 PWM開(kāi)關(guān)SWl和 抽樣電阻R8在電源輸入端58和地之間相互串聯(lián)連接。
具體地說(shuō)，電阻加熱器11連接于PWM開(kāi)關(guān)SWl的漏極端和電源輸入 端58之間，而抽樣電阻R8連接于PWM開(kāi)關(guān)SW1的源極端和地之間。
附帶提及的是，只要電阻加熱器11、 PWM開(kāi)關(guān)SWl和抽樣電阻R8 在電源輸入端58和地之間相互串聯(lián)連接，那么它們的對(duì)準(zhǔn)順序不局限于圖 2中示出的那種。此外，PWM開(kāi)關(guān)SW1可以不是MOSFET，而是雙極性 晶體管。
直流恒定電壓Vs施加于電源輸入端58。然后，將從反相放大器53輸 出的控制PWM信號(hào)輸入至PWM幵關(guān)SW1的柵極端，并且，PWM開(kāi)關(guān) SW1按照來(lái)自反相放大器53的控制PWM信號(hào)來(lái)操作。也就是說(shuō)，當(dāng)輸入 到PWM開(kāi)關(guān)SW1的柵極端的控制PWM信號(hào)是通路電壓電平時(shí)，PWM開(kāi) 關(guān)SW1變?yōu)槠渫窢顟B(tài)，并且從電源輸入端58到地的部分變成通電的狀 態(tài)。然后電流從電源輸入端58通過(guò)電阻加熱器11、 PWM開(kāi)關(guān)SW1的漏極 和源極之間的極間部分，以及抽樣電阻R8流向地電勢(shì)。
另一方面，當(dāng)輸入到PWM幵關(guān)SW1的柵極端的控制PWM信號(hào)是斷 路電壓電平時(shí)，PWM開(kāi)關(guān)SW1變?yōu)槠鋷缀跏菙嗦窢顟B(tài)。也就是說(shuō)，即使 輸入到PWM開(kāi)關(guān)SW1的柵極端的控制PWM信號(hào)是斷路電壓電平，斷路 電壓電平仍然不是OV，而是疊加電壓VovV。從而，PWM開(kāi)關(guān)SW1并未 變?yōu)槠鋸氐讛嗦窢顟B(tài)，而是比在從電源輸入端58通過(guò)電阻加熱器11、PWM 開(kāi)關(guān)SW1的漏極和源極之間的極間部分，以及抽樣電阻R8流至地電勢(shì)的通路狀態(tài)時(shí)流動(dòng)的電流更小(更弱)的電流。
當(dāng)PWM開(kāi)關(guān)SW1的柵極端的電壓是通路電壓電平而PWM開(kāi)關(guān)SW1 處于其通路狀態(tài)時(shí)，也就是說(shuō)，當(dāng)從PWM控制器51輸出的PWM信號(hào)的 電壓電平是通路電壓時(shí)，電流從電源輸入端58通過(guò)電阻加熱器11、 PWM 開(kāi)關(guān)SW1的漏極和其源極之間的極間部分，以及抽樣電阻R8流至地電勢(shì)。 從而，電阻加熱器11生成熱。流經(jīng)電阻加熱器11的電流稱(chēng)作強(qiáng)電流。該 強(qiáng)電流相當(dāng)于第一電流。
另一方面，當(dāng)PWM開(kāi)關(guān)SW1的柵極端的電壓是通路電壓電平，而 PWM開(kāi)關(guān)SW1處于幾乎是斷路狀態(tài)時(shí)，也就是說(shuō)，當(dāng)從PWM控制器51 輸出的PWM信號(hào)的電壓電平是斷路電壓時(shí)，一定測(cè)量值的電流從電源輸入 端58流至地電勢(shì)，并且相同的電流也流經(jīng)電阻加熱器ll。在這時(shí)流經(jīng)電阻 加熱器ll的電流的電流值小于前述強(qiáng)電流(第一電流)的電流值。這時(shí)流 經(jīng)電阻加熱器ll的電流稱(chēng)作弱電流。該弱電流相當(dāng)于第二電流。
如上所述，通過(guò)電阻加熱器11的強(qiáng)電流的負(fù)載率由PWM控制器51 的PWM信號(hào)的占空比所控制，并且電阻加熱器ll的加熱量受到調(diào)節(jié)。
差分放大器54和ADC 56的組合相當(dāng)于測(cè)量電阻加熱器11的電壓的電 壓測(cè)量裝置。抽樣電阻R8、差分放大器55和ADC 56的組合相當(dāng)于測(cè)量電 阻加熱器11的電流的電流測(cè)量裝置。差分放大器54、差分放大器55、抽 樣電阻R8和ADC 56的組合因此相當(dāng)于測(cè)量電阻加熱器11的電阻值的電 阻測(cè)量裝置。
差分放大器54將表示電阻加熱器11和PWM開(kāi)關(guān)SW1的連接部分處 的電壓(也就是說(shuō)，電阻加熱器11兩端的電壓)與恒定電壓Vs之間的差 別的信號(hào)輸出到ADC 56。 ADC 56對(duì)從差分放大器54輸入的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字 轉(zhuǎn)換，并且將表示電阻加熱器ll兩端的電壓的轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)(下文稱(chēng)作電 壓信號(hào))輸出至PWM控制器51。附帶提及的是，由于差分放大器54是已 知的電路，除了運(yùn)算放大器OP3以外，省略了諸如對(duì)于差分放大器54的反 饋電阻等的組件的說(shuō)明。
差分放大器55將表示抽樣電阻R8兩端的電壓的信號(hào)輸出到ADC 56。 此處抽樣電阻R8是固定電阻，并且抽樣電阻R8兩端的電壓取決于當(dāng)抽樣 電阻R8的電阻值固定時(shí)，流經(jīng)抽樣電阻R8的電流，并且該電流與流經(jīng)電
19阻加熱器11的電流相同。從差分放大器55輸出到ADC 56的信號(hào)因此表示 流經(jīng)電阻加熱器ll的電流。
ADC 56接下來(lái)對(duì)從差分放大器55輸入的信號(hào)進(jìn)行模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換， 并且將表示電阻加熱器ll的電流的數(shù)字信號(hào)(下文稱(chēng)作電流信號(hào))輸出至 PWM控制器51。附帶提及的是，由于差分放大器55是已知的電路，除了 運(yùn)算放大器OP4以外，省略了諸如對(duì)于差分放大器55的反饋電阻等的組件 的說(shuō)明。
例如，PWM控制器51與PWM信號(hào)的斷路電壓的時(shí)序同步，以便讀 取從ADC 56輸出的電阻加熱器11的電壓值和電流值的信號(hào)。
從ADC 56輸入到PWM控制器51的電流信號(hào)和電壓信號(hào)的組合相當(dāng) 于表示電阻加熱器ll的電阻值的信號(hào)。因此，差分放大器54、差分放大器 55、抽樣電阻R8和ADC 56的組合相當(dāng)于測(cè)量電阻加熱器11的電阻值的 電阻測(cè)量裝置，以將表示測(cè)量的電阻值的信號(hào)輸出給PWM控制器51 。
如上所述，當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平是通路電壓時(shí)，強(qiáng)電流流經(jīng)電阻加 熱器ll，而當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平是斷路電壓時(shí)，弱電流流經(jīng)電阻加熱 器ll。 PWM控制器51通過(guò)在PWM信號(hào)的電壓電平為斷路電壓時(shí)，從來(lái) 自ADC 56反饋的信號(hào)的電阻值來(lái)獲得電阻加熱器11的電阻值(電壓值和 電流值的比)。然后，PWM控制器51基于電阻加熱器11的電阻值的熱變 特性獲得的電阻值來(lái)獲得電阻加熱器11的溫度。附帶提及的是，如果由Rh 表示電阻加熱器11的電阻值，那么可以用(VsxVs+Rh)來(lái)表示電阻加熱 器11的電功率。例如，PWM控制器51裝配有記錄電阻加熱器11的電阻 值對(duì)多種溫度的數(shù)據(jù)表格，其電阻值已預(yù)先記錄，并且通過(guò)查閱數(shù)據(jù)表格 而獲得電阻加熱器ll的溫度。
PWM控制器51基于所獲得的電阻加熱器11的溫度和設(shè)定溫度之間的 差別，將PWM信號(hào)的占空比的值改變成適于使電阻加熱器ll的溫度接近 期望設(shè)定電阻加熱器ll的溫度的值，并重新設(shè)置該值。然后，PWM控制 器51將具有新改變的占空比的PWM信號(hào)輸出至相加器52。
在圖4的基礎(chǔ)上更加詳細(xì)地描述了本實(shí)施例的溫控裝置5的操作流程。
如圖4所示，PWM控制器51首先設(shè)定待輸出的PWM信號(hào)的初始占 空比(步驟S1)，并且輸出具有設(shè)定占空比的PWM信號(hào)(步驟S3)。具有通過(guò)將疊加電壓Vov加到PWM信號(hào)所產(chǎn)生的電壓電平的控制 PWM信號(hào)輸入到PWM開(kāi)關(guān)SW1的柵極端。當(dāng)從PWM控制器51輸出的PWM信號(hào)的電壓電平是通路電壓時(shí)，從 反相放大器53輸出的控制PWM信號(hào)的通路電壓電平具有比PWM信號(hào)的 通路電壓高疊加電壓Vov的電壓電平。PWM開(kāi)關(guān)SW1然后變成其通路狀 態(tài)，并且強(qiáng)電流流經(jīng)電阻加熱器ll。另一方面，當(dāng)從PWM控制器51輸出的PWM信號(hào)的電壓電平是斷路 電壓時(shí)，從反相放大器53輸出的控制PWM信號(hào)的斷路電壓電平具有疊加 電壓VovV的電壓電平。因此，PWM開(kāi)關(guān)SW1轉(zhuǎn)至幾乎斷路狀態(tài)，并且 弱電流流經(jīng)電阻加熱器ll。然后，表示流經(jīng)電阻加熱器11的電流的數(shù)字信號(hào)從ADC 56輸出至 PWM控制器51，并且表示電阻加熱器11的電壓的數(shù)字信號(hào)從ADC 56輸 出至PWM控制器51。與PWM信號(hào)的斷路電壓的時(shí)須同步，PWM控制器 51讀取電阻加熱器11的電壓值和電流值(步驟S5)。PWM控制器51通過(guò)運(yùn)算電阻加熱器11的電壓值和電流值獲得電阻加 熱器11的電阻，并且基于電阻加熱器11的電阻值的熱變特性推導(dǎo)電阻加 熱器ll的溫度(步驟S7)。然后，PWM控制器51進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，并基于該狀態(tài)評(píng)估確定使電阻 加熱器ll的溫度接近期望的設(shè)定溫度Tset所需的PWM信號(hào)的新占空比(步 驟S9)。作為本文的評(píng)估方法，例如，可以應(yīng)用由PID控制的反饋控制。也就是說(shuō)，如果將從控制開(kāi)始的第n次控制獲得的溫度TR_n和設(shè)定溫度(最佳溫度)Tset的偏差表示為en=TR_n-Tset，那么可以通過(guò)使用預(yù)先確定的比例加權(quán)系數(shù)P、累積加權(quán)系數(shù)I和彌散加權(quán)系數(shù)D，由普通關(guān)系式A - P(en +工Sen + D(en _ }來(lái)設(shè)定用于使電阻加熱器U的溫度接近設(shè)定溫度(最佳溫度)Tset的新占空比A。以按上面提及的方式所確定的新占空比為基礎(chǔ)類(lèi)似地執(zhí)行上面提及步 驟S1-S9的處理，并且重復(fù)執(zhí)行一系列控制運(yùn)算。度設(shè)定為設(shè)定溫度，并且進(jìn)行溫控，以將溫 度保持在設(shè)定溫度。附帶提及的是，在PWM信號(hào)的每個(gè)周期或者其周期的每個(gè)預(yù)定數(shù)來(lái)進(jìn) 行圖4示出的從步驟Sl到步驟S9的一系列控制操作。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，由于在溫控中使用PWM控制方法，其中將 電阻加熱器11的溫度設(shè)定為設(shè)定溫度(最佳溫度)并保持該設(shè)定溫度，因 此可以抑制除了電阻加熱器ll以外的部分的電功率消耗，并且可以抑制除 了電阻加熱器ll以外的部分生成熱。也就是說(shuō)，由于使用了PWM控制方 法，可以使抽樣電阻R8的電阻值足夠小。當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平為通路 電壓時(shí)，可以抑制由抽樣電阻R8和PWM開(kāi)關(guān)SW1產(chǎn)生的電功率消耗， 并且，幾乎全部電功率由電阻加熱器ll所消耗。另一方面，當(dāng)PWM信號(hào) 的電壓電平是斷路電壓時(shí)，電流從電源輸入端58流至地電勢(shì)，但是電流非 常小。從而，可以抑制電功率消耗。當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平是斷路電壓時(shí)，非常小的電流流經(jīng)電阻加熱器 11。從而，電阻加熱器11和抽樣電阻R8的響應(yīng)電壓也都很小。因此，由 于用差分放大器54的運(yùn)算放大器OP3測(cè)量了電阻加熱器11的小響應(yīng)電壓， 而用差分放大器55的運(yùn)算放大器OP4測(cè)量了抽樣電阻R8的小響應(yīng)電壓， 可以將運(yùn)算放大器OP3和OP4的增益設(shè)得很高，并且可以提高測(cè)量分辨率。附帶提及的是，如果PWM開(kāi)關(guān)SW1是抑制型MOSFET，那么微小電 流從電源輸入端58經(jīng)過(guò)電阻加熱器11、 PWM開(kāi)關(guān)SW1和抽樣電阻R8流 至地電勢(shì)，即使施加到柵極端的電壓為0V?？刹捎脤腜WM控制器51 輸出的PWM信號(hào)直接輸入到PWM開(kāi)關(guān)SW1的柵極端而不使用相加器52 和反相放大器53的結(jié)構(gòu)。此外，當(dāng)從PWM控制器51輸出的PWM信號(hào)的電壓電平是斷路電壓 時(shí)，如果斷路電壓電平不是0V并且具有與疊加電壓Vov相等的電壓電平， 那么可釆用將從PWM控制器51輸出的PWM信號(hào)直接輸入到PWM開(kāi)關(guān) SW1的柵極端的結(jié)構(gòu)，即使PWM開(kāi)關(guān)SW1是增強(qiáng)型MOS FET。同樣在 這種情況下，當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平是斷路電壓時(shí)，PWM開(kāi)關(guān)SW1不 會(huì)變成其完全斷路狀態(tài)，并且使得弱電流從電源輸入端58經(jīng)過(guò)電阻加熱器 11、 PWM開(kāi)關(guān)SW1和抽樣電阻R8流至地電勢(shì)。22下面描述根據(jù)本發(fā)明的溫控裝置和溫控方法的第二實(shí)施例。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的溫控裝置的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。圖5示出的溫控裝置5是代替圖2示出的溫控裝置5，用作圖1中示出 的溫控裝置5的溫控裝置。附帶提及的是，用與第一實(shí)施例相同的符號(hào)表示與第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu) 相同的那些結(jié)構(gòu)，并且簡(jiǎn)化或省略對(duì)它們的描述。本實(shí)施例中，如圖5所示，相當(dāng)于切換部的PWM開(kāi)關(guān)SW2設(shè)有增強(qiáng) 型n-溝道MOS FET 61 、增強(qiáng)型p-溝道MOS FET 62和電阻器R9。MOS FET 62、電阻加熱器11和抽樣電阻R8在電源輸入端58和地電勢(shì)之間相互串聯(lián) 連接。具體地說(shuō)，抽樣電阻R8連接于電阻加熱器11和地電勢(shì)之間，而電阻 加熱器11連接于MOSFET62的漏極端和抽樣電阻R8之間。MOSFET62 的源極端連接至電源輸入端58。此外，MOS FET 61的源極端接地，而MOS FET 61的漏極端與MOS FET 62的柵極端相連。電阻器R9連接于MOS FET 61和62與電源輸入端 58的連接部分之間。與第一實(shí)施例的溫控裝置5相比，第二實(shí)施例的溫控裝置5具有與第 一實(shí)施例的溫控裝置5基本上相同的結(jié)構(gòu)，只除了 PWM開(kāi)關(guān)SW1變成 PWM開(kāi)關(guān)SW2。仍然是在本實(shí)施例的溫控裝置5中，根據(jù)與在第一實(shí)施例的溫控裝置5 的情況類(lèi)似地從ADC 56反饋的信號(hào)，PWM控制器51改變PWM信號(hào)的占 空比數(shù)值，以便使電阻加熱器11的溫度接近設(shè)定溫度，并且重新設(shè)置該數(shù) 值。PWM控制器51輸出具有改變的占空比的PWM信號(hào)。在本實(shí)施例的溫控裝置5中，將具有包括加上了疊加電壓Vov的電壓 電平的控制PWM信號(hào)輸入到MOS FET 61的柵極端。在PWM信號(hào)的電壓電平是通路電壓的期間時(shí)，MOS FET 61和MOS FET 62隨后都變成它們的通路狀態(tài)，并且強(qiáng)電流流經(jīng)電阻加熱器11。另一方面，在PWM信號(hào)的電壓電平是斷路電壓的期間時(shí)，MOS FET 61和MOS FET 62都變成幾乎是它們的斷路狀態(tài)，并且弱電流流經(jīng)電阻加熱 器11。然后將表示電阻加熱器11兩端的電壓的信號(hào)從差分放大器54輸出至 ADC 56，并且將表示流經(jīng)電阻加熱器11的電流的信號(hào)從差分放大器55輸 出至ADC 56。表示電阻加熱器ll兩端的電壓的數(shù)字信號(hào)和表示流經(jīng)電阻 加熱器11的電流的數(shù)字信號(hào)從ADC 56輸出至PWM控制器51。例如，與PWM信號(hào)的斷路電壓的時(shí)序同步，PWM控制器51讀取從 ADC56輸入的電阻加熱器11的電壓值和電流值信號(hào)作為反饋。PWM控制器51隨后運(yùn)算電阻加熱器11的電壓值和電流值，以獲得電 阻加熱器11的電阻值。PWM控制器51隨后基于電阻加熱器11的電阻值 的熱變特性，從獲得的電阻加熱器ll的電阻值獲得其溫度。PWM控制器51基于所獲得的電阻加熱器11的溫度和設(shè)定溫度之間的 差別，將PWM信號(hào)的占空比的值改變成適于使電阻加熱器11的溫度接近 期望設(shè)定電阻加熱器11的溫度(設(shè)置溫度)的值，并重新設(shè)置該值。PWM 控制器51輸出具有改變的新占空比的PWM信號(hào)。PWM控制器51重復(fù)進(jìn) 行上述控制操作。[第三實(shí)施例]下面描述根據(jù)本發(fā)明的溫控裝置和溫控方法的第三實(shí)施例。 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的溫控裝置的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。 圖6示出的溫控裝置5是代替圖2示出的溫控裝置5，用作圖1中示出 的溫控裝置5的溫控裝置。附帶提及的是，用與那些實(shí)施例中相同的符號(hào)表示與那些實(shí)施例中每 個(gè)的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，并且簡(jiǎn)化或省略對(duì)它們的描述。圖6示出的溫控裝置5除了圖2的溫控裝置5的組件外，還包括開(kāi)關(guān) 轉(zhuǎn)換元件SW3和SW4。在電阻加熱器11和差分放大器54的輸入(運(yùn)算放 大器OP3的反相輸入端和其非反相輸入端)之間分別設(shè)有開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件 SW3和SW4。附帶提及的是，可以使用FET和雙極性晶體管作為開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換 元件SW3和SW4。同時(shí)，在第三實(shí)施例的溫控裝置5中，PWM控制器51設(shè)定占空比，并且輸出該設(shè)定占空比的PWM信號(hào)。包括加入了疊加電壓Vov的電壓的 PWM信號(hào)輸入到PWM開(kāi)關(guān)SW1的柵極端。當(dāng)PWM信號(hào)是通路電壓時(shí)， 輸入到PWM開(kāi)關(guān)SW1的柵極端的控制PWM信號(hào)的電壓電平然后變成通 路電壓電平，而且強(qiáng)電流流經(jīng)電阻加熱器ll。當(dāng)PWM信號(hào)是斷路電壓時(shí)， 輸入到PWM開(kāi)關(guān)SW1的柵極端的控制PWM信號(hào)的電壓電平變成斷路電 壓電平，而且弱電流流經(jīng)電阻加熱器ll。
此外，與待輸出到相加器52的PWM信號(hào)同步，PWM控制器51將信 號(hào)(可能是反相的那些)輸出至開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW3和SW4?？刂崎_(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換 元件SW3和SW4，使其與PWM信號(hào)的斷路電壓同步，而且變成其通路狀 態(tài)，并且使其與PWM信號(hào)的通路電壓同步而變成其斷路狀態(tài)。
當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平是斷路電壓時(shí)，因而將表示流經(jīng)電阻加熱器 11的弱電流的電流值的信號(hào)從差分放大器55輸出至ADC56，而將表示電 阻加熱器ll的電壓值的信號(hào)從差分放大器54輸出至ADC56。表示穿過(guò)電 阻加熱器11兩端的電壓的數(shù)字信號(hào)和表示流經(jīng)電阻加熱器11的弱電流的 電流值的數(shù)字信號(hào)從ADC 56輸出至PWM控制器51 。
PWM控制器51讀取電阻加熱器11兩端的電壓和該弱電流的電流值的 信號(hào)，該信號(hào)例如與PWM信號(hào)的斷路電壓同步，從ADC 56輸入作為反饋。
PWM控制器51隨后通過(guò)運(yùn)算電阻加熱器11的電壓值和該弱電流的電 流值而獲得電阻加熱器11的電阻值。PWM控制器51隨后基于電阻加熱器 11的電阻值的熱變特性，從獲得的電阻加熱器ll的電阻值獲得其溫度。
PWM控制器51基于所獲得的電阻加熱器11的溫度和設(shè)定溫度之間的 差別，將PWM信號(hào)的占空比的值改變成適于使電阻加熱器ll的溫度接近 期望設(shè)定電阻加熱器11的溫度(設(shè)定溫度)的值，并重新設(shè)置該值。PWM 控制器51輸出改變的新占空比的PWM信號(hào)。PWM控制器11重復(fù)進(jìn)行上 述控制操作。
PWM控制器51設(shè)定新占空比，以便按照電阻加熱器11的溫度(電阻 器)使電阻加熱器ll的溫度接近該設(shè)定溫度。這之后，PWM控制器51重 復(fù)該處理。
第三實(shí)施例中，當(dāng)PWM信號(hào)為通路電壓時(shí)，大電流流經(jīng)電阻加熱器 11，并且電阻加熱器11兩端的相對(duì)高電壓未施加至差分放大器54的運(yùn)算放大器OP3。從而，當(dāng)弱電流流經(jīng)電阻加熱器ll時(shí)，將施加至運(yùn)算放大器 OP3的輸入端的電壓的最大值抑制為電阻加熱器11兩端的相對(duì)小的電壓， 并且，然后將具有相對(duì)低的耐受電壓的運(yùn)算放大器用作運(yùn)算放大器OP3， 這可以降低其成本。
下面描述根據(jù)本發(fā)明的溫控裝置和溫控方法的第四實(shí)施例。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的溫控裝置的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖7示出的溫控裝置5是代替圖2示出的溫控裝置5，用作圖1中示出 的溫控裝置5的溫控裝置。
附帶提及的是，用與那些實(shí)施例中每個(gè)相同的符號(hào)表示與那些實(shí)施例 中每個(gè)的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)，并且簡(jiǎn)化或省略它們的描述。
圖7示出的溫控裝置5包括PWM控制器71、恒流電路72、開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn) 換元件SW11-SW14、虛擬電阻R12、 PWM開(kāi)關(guān)SW15、包括運(yùn)算放大器 OP13等的差分放大器74、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(下文簡(jiǎn)稱(chēng)ADC) 76、 PWM開(kāi)關(guān) SW15、以及電阻加熱器ll。
在第四實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SWll和SW12以及PWM開(kāi)關(guān)SW15 的組合相當(dāng)于此處的切換部。
PWM控制器71包括(例如)中央處理單元(CPU)，并且根據(jù)從ADC 56提供的數(shù)字信號(hào)，將在通路電壓和斷路電壓的兩種電壓電平之間切換期 間的PWM信號(hào)輸出。
PWM控制器71根據(jù)自ADC 56反饋的信號(hào)使得PWM信號(hào)周期恒定， 并且控制PWM信號(hào)通路電壓時(shí)間的時(shí)間長(zhǎng)度和PWM信號(hào)斷路電壓時(shí)間的 時(shí)間長(zhǎng)度。PWM控制器71因而控制PWM信號(hào)的占空比(通路電壓期間 的時(shí)間和斷路電壓期間的時(shí)間的比率)。
從PWM控制器71輸出的PWM信號(hào)是由電壓表示其水平的信號(hào)，并 且PWM信號(hào)的電壓電平在PWM信號(hào)采用通路電壓和在PWM信號(hào)采用斷 路電壓時(shí)改變。具體地說(shuō)，PWM的電壓電平的極性是，(例如)當(dāng)PWM 信號(hào)的電壓電平是通路電壓時(shí)為陽(yáng)極性，而當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平是斷路 電壓時(shí)PWM信號(hào)的電壓電平為0V。
26PWM開(kāi)關(guān)SW15是增強(qiáng)型n-溝道MOS FET。
此外，電阻加熱器11和PWM開(kāi)關(guān)SW15在電源輸入端78和地電勢(shì)之 間相互串聯(lián)連接。具體地說(shuō)，電阻加熱器11連接于PWM開(kāi)關(guān)SW15的漏 極端和電源輸入端78之間，而PWM開(kāi)關(guān)SW15的源極端和地電勢(shì)相連。 附帶提及的是，PWM開(kāi)關(guān)SW15可以不是MOSFET，而是雙極性晶體管。
將直流恒定電壓Vs施用于電源輸入端78。從PWM控制器71輸出的 PWM信號(hào)輸入至PWM開(kāi)關(guān)SW15的柵極端，并且PWM開(kāi)關(guān)SW15按照 PWM信號(hào)來(lái)操作。
也就是說(shuō)，當(dāng)輸入到PWM開(kāi)關(guān)SW15的柵極端的PWM信號(hào)是通路電 壓時(shí)，PWM開(kāi)關(guān)SW1變?yōu)槠渫窢顟B(tài)，并且從電源輸入端78到地電勢(shì)的 部分變成通電的狀態(tài)。電流然后從電源輸入端78通過(guò)電阻加熱器11和 PWM開(kāi)關(guān)SW15流至地電勢(shì)。這時(shí)流經(jīng)電阻加熱器11的電流相當(dāng)于上述 每個(gè)實(shí)施例的強(qiáng)電流(第一電流)。
另一方面，當(dāng)輸入到PWM開(kāi)關(guān)SW15的柵極端的PWM信號(hào)是斷路電 壓時(shí)，PWM開(kāi)關(guān)SW15變?yōu)槠鋽嗦窢顟B(tài)，并且沒(méi)有電流流經(jīng)電阻加熱器ll 和PWM開(kāi)關(guān)SW15。
如上所述，由PWM控制器71通過(guò)對(duì)PWM信號(hào)的占空比進(jìn)行控制， 來(lái)控制電阻加熱器11的電流的負(fù)載率，并且電阻加熱器11的加熱量受到 調(diào)節(jié)。
恒流電路72包括運(yùn)算放大器OPll和電阻器Rll。將恒壓施用于運(yùn) 算放大器OPll的非反相輸入端，并且電阻器Rll連接于運(yùn)算放大器OPll 的反相輸入端和地電勢(shì)之間。開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW11連接至運(yùn)算放大器OP11 的輸出端，而開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW12連接至運(yùn)算放大器OP11的反相輸入端。 虛擬電阻R12連接于開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW11和開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW12之間。此 外，電阻加熱器11連接于幵關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW11和開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW12之間。
開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW11和SW12都與PWM控制器71的PWM信號(hào)同步 來(lái)進(jìn)行開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換。當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平是通路電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件 SW11和SW12切換至虛擬電阻R12 —側(cè)，而虛擬電阻R12連接于運(yùn)算放 大器OPll的輸出端和其反相輸入端之間。然后電流流經(jīng)虛擬電阻R12。
另一方面，當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平是斷路電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW1和SW2切換至電阻加熱器11 一側(cè)，并且電阻加熱器11連接于運(yùn)算放大器 OP11的輸出端和其反相輸入端之間。然后電流狀態(tài)變?yōu)殡娮杓訜崞?1帶 電的那一狀態(tài)。
當(dāng)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW11和SW12切換并且電阻加熱器11變?yōu)橥姞顟B(tài) 時(shí)， 一定的恒定電流從電源輸入端78通過(guò)電阻加熱器11、開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件 SW12和電阻器R11流至地電勢(shì)。這時(shí)流經(jīng)電阻加熱器11的恒定電流相當(dāng) 于每個(gè)實(shí)施例的弱電流(第二電流)，而當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平是通路電 壓時(shí)，將電流值設(shè)定為比在此時(shí)流經(jīng)電阻加熱器ll的電流(強(qiáng)電流)的電 流值更小的數(shù)值。
差分放大器74包括運(yùn)算放大器OP13等。差分放大器74是己知電路， 并且除了運(yùn)算放大器OP3以外，省略了對(duì)差分放大器74的反饋電阻等的說(shuō) 明。在電阻加熱器11和差分放大器74的輸入(運(yùn)算放大器OP13的非反相 輸入端和其反相輸入端)之間分別提供開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW13和SW14。附帶 提及的是，可以使用FET和雙極性晶體管作為開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW13和 SW14。
PWM控制器71與PWM信號(hào)(反相的部分)同步輸出信號(hào)至開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn) 換元件SW13和SW14?？刂崎_(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW13和SW14，使它們與PWM 信號(hào)的斷路電壓的時(shí)序同步而變?yōu)樗鼈兊耐窢顟B(tài),并且使它們與PWM信 號(hào)的通路同步而變成其斷路狀態(tài)。
當(dāng)幵關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW13和SW14是通路狀態(tài)時(shí)，差分放大器74將表示 電阻加熱器11和PWM開(kāi)關(guān)SW15的連接部分的電壓(即電阻加熱器11 兩端的電壓)與恒壓Vs之間的差別的信號(hào)輸出至ADC56。 ADC 56對(duì)從差 分放大器74輸入的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且將表示電阻加熱器11兩端的 電壓的數(shù)字信號(hào)(下文稱(chēng)作電壓信號(hào))輸出至PWM控制器71。差分放大 器74和ADC 56的組合因此相當(dāng)于測(cè)量電阻加熱器11的電壓的電壓測(cè)量裝 置。
由于當(dāng)此處PWM信號(hào)為斷路電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW13和SW14 變成其通路狀態(tài)，當(dāng)恒流電路72的恒定電流流經(jīng)電阻加熱器11時(shí)，表示 電阻加熱器11兩端的電壓的電壓信號(hào)從ADC 76輸出至PWM控制器71 。
例如，當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平是斷路電壓時(shí)，PWM控制器71通過(guò)從ADC 76輸入的信號(hào)讀取電阻加熱器11兩端的電壓值作為反饋。
PWM控制器71隨后運(yùn)算恒流電路72的電壓值和恒定電流值，以獲得
電阻加熱器11的電阻值。PWM控制器71基于電阻加熱器11的電阻值的
熱變特性，從電阻值獲得電阻加熱器ll的溫度。
PWM控制器71基于所獲得的電阻加熱器11的溫度和設(shè)定溫度之間的
差別，將PWM信號(hào)的占空比的值改變成適于使電阻加熱器ll的溫度接近
期望設(shè)定電阻加熱器11的溫度(設(shè)定溫度)的值，并重新設(shè)置該值。PWM
控制器71將改變的新占空比的PWM信號(hào)輸出到PWM開(kāi)關(guān)SW15的柵極
端。PWM控制器71重復(fù)進(jìn)行上述控制操作。 描述了本實(shí)施例中的溫控裝置5的操作順序。
PWM控制器71首先設(shè)定待輸出的PWM信號(hào)的初始占空比，并且輸 出具有該設(shè)定的占空比的PWM信號(hào)。然后，將輸出的PWM信號(hào)提供給 PWM開(kāi)關(guān)SW15的柵極端。
當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平是通路電壓時(shí)，輸入到PWM開(kāi)關(guān)SW15的柵 極端的電壓電平變成通路狀態(tài)，并且電流(強(qiáng)電流)流經(jīng)電阻加熱器ll。
當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平是斷路電壓時(shí)，輸入到PWM開(kāi)關(guān)SW15的柵 極端的電壓電平變成斷路電壓，并且電流(弱電流)流經(jīng)電阻加熱器ll。
在恒定電流流經(jīng)電阻加熱器11時(shí)，表示電阻加熱器11兩端的電壓的 數(shù)字信號(hào)從ADC 76輸出到PWM控制器71 。
與PWM信號(hào)的斷路電壓同步，PWM控制器71讀取電阻加熱器11兩 端的電壓值。
PWM控制器71通過(guò)運(yùn)算電阻加熱器11兩端的電壓值和恒定電流的電 流值獲得電阻加熱器11的電阻值，并且基于電阻加熱器11的電阻值的熱 變特性，從電阻加熱器11的電阻值獲得該電阻加熱器11的溫度。
然后PWM控制器71進(jìn)行與在上述第一實(shí)施例的情況相似的狀態(tài)評(píng)估， 并基于獲得的電阻加熱器11的溫度值來(lái)確定使電阻加熱器11的溫度接近 期望的設(shè)定溫度的新占空比。
以按上面提及的方式所確定的新占空比為基礎(chǔ)類(lèi)似地執(zhí)行上面提及步 驟，并且重復(fù)執(zhí)行一系列的控制運(yùn)算。
因而將電阻加熱器ll的溫度設(shè)定為設(shè)定溫度，并且進(jìn)行溫控以將溫度保持在設(shè)定溫度。
同樣在本實(shí)施例中，由于使用PWM控制方法，可以抑制除了電阻加熱 器11以外的部分的電功率消耗，并且可以抑制除了電阻加熱器11以外的 部分生成熱。
此外，當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平是斷路電壓時(shí)，非常小的電流流經(jīng)電阻 加熱器ll。因此，電阻加熱器ll的響應(yīng)電壓也很小。所以，可以將差分放 大器74的運(yùn)算放大器OP3的增益設(shè)得很高，并且可以提高測(cè)量分辨率。
此夕卜，當(dāng)大電流在PWM信號(hào)為通路電壓時(shí)流經(jīng)電阻加熱器11的時(shí)候， 但此時(shí)由開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW13和SW14攔截了電阻加熱器11兩端的相對(duì)高 的電壓而沒(méi)有施加于差分放大器74的運(yùn)算放大器OP3。從而，當(dāng)弱電流流 經(jīng)電阻加熱器11時(shí)，可以將施用于運(yùn)算放大器OP3的輸入端的電壓最大值 抑制為弱電流流經(jīng)電阻加熱器11時(shí)電阻加熱器11兩端的相對(duì)小的電壓， 并且可以將具有相對(duì)小的耐受電壓的運(yùn)算放大器用作運(yùn)算放大器OP3。因 此，可以降低其成本。此夕卜，由于可以使PWM信號(hào)電壓電平為斷路電壓時(shí) 流經(jīng)電阻加熱器11的電流為小的穩(wěn)定恒定電流，所以可以以高準(zhǔn)確性來(lái)測(cè) 量電阻加熱器ll的電壓。
下面比較常規(guī)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。 首先描述作為比較例的常規(guī)溫控裝置結(jié)構(gòu)及其溫控操作。 圖8是示出作為比較例的常規(guī)溫控裝置的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。 溫控裝置300包括電阻加熱器11、差分放大器54、 ADC 56、和恒流電 路310，該恒流電路310包括晶體管制成的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換元件SW31、運(yùn)算放大 器OP31和電阻器R31。電阻加熱器ll、差分放大器54和ADC 56與圖2 示出的前述第一實(shí)施例的溫控裝置5的結(jié)構(gòu)相同。
當(dāng)CPU 320將電子信號(hào)輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換器(下文簡(jiǎn)稱(chēng)DAC) 330，數(shù) 字信號(hào)由DAC 330轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并且將具有根據(jù)該數(shù)字信號(hào)的電壓電 平的信號(hào)輸入到運(yùn)算放大器OP31的非反相輸入端。根據(jù)輸入到運(yùn)算放大器 OP31的非反相輸入端的信號(hào)的電壓電平的大小的恒定電流隨后流經(jīng)電阻 加熱器11。 CPU320因而調(diào)節(jié)流經(jīng)電阻加熱器11的電流大小。
然后由差分放大器54和ADC 56測(cè)量在恒定電流流動(dòng)時(shí)電阻加熱器11 兩端待反饋至CPU 320的電壓。
30CPU320操作電阻加熱器11兩端的測(cè)量的電壓值，以獲得電阻加熱器 11的電阻值和電功率，并且基于電阻加熱器11的電阻值的熱變特性，獲得 該電阻加熱器11的溫度。CPU320基于獲得的電阻加熱器11的溫度調(diào)節(jié)流 經(jīng)電阻加熱器11的電流大小，并且控制電阻加熱器11的溫度，使其成為 設(shè)定溫度。
此外，通過(guò)使用具體的數(shù)值描述了圖8示出的溫控裝置300的電路設(shè) 計(jì)實(shí)例。
圖8中，例如，將具有120V的足夠大的輸入電壓范圍、Analog Devices, Inc.可提供的測(cè)量放大器(產(chǎn)品名AD628)用作運(yùn)算放大器OP3。 將在280。C具有電阻值為250Q的電阻用作電阻加熱器11。 在初始狀態(tài)中，如果假定將120mA的恒定電流流經(jīng)電阻加熱器11而 啟動(dòng)，那么當(dāng)溫度達(dá)到28(TC時(shí)，電阻加熱器11兩端的電壓是30V，而電 功率是3.6W。運(yùn)算放大器OP3的輸入電壓最大值為此時(shí)的電壓。如果8位 ADC 56和CPU 320處理運(yùn)算放大器OP3的輸出電壓，那么分辨率變成 30/256=117mV/位。如果從溫度的角度考慮分辨率，那么其變?yōu)?280/256=1.09"€/位。因此，獲得了催化劑反應(yīng)(其需要溫度TC的控制)的 適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性。
對(duì)于這種狀態(tài)，熱傳導(dǎo)到整個(gè)處理裝置主體3。如果當(dāng)處理裝置主體3 變成熱平衡狀態(tài)時(shí)，重整器7的熱損失假定為1.5W，那么電阻加熱器11 的電功率相同地變?yōu)?.5W。此時(shí)，重整器7的溫度恒為280'C，并且電阻 加熱器ll的電阻值也恒為250Q。從而，得出結(jié)論在假定電阻加熱器ll的 電壓為19.4V而其電流為77.5mA下進(jìn)行溫控。
從這種熱平衡狀態(tài)開(kāi)始，提供燃料和水。當(dāng)重整器7中開(kāi)始重整反應(yīng) 且在燃燒器9中產(chǎn)生燃燒(工作狀態(tài))時(shí)，如果假定由電阻加熱器ll供給 的熱量(保持重整器7為280'C所必需)為0.4W，那么此時(shí)電阻加熱器ll 的電壓為10V而其電流為40mA。附帶提及的是，由于此狀態(tài)下運(yùn)算放大 器OP3的增益也與起始時(shí)的相同，所以ADC 56中測(cè)量到的電阻加熱器11 的電壓僅為10V/117mV=85位。如果從溫度的角度考慮，分辨率變?yōu)?280°C/85位=3.29^/位，并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度用作反饋控制時(shí)沒(méi)有獲得適合的準(zhǔn) 確性。另一方面，通過(guò)使用具體的數(shù)值描述了圖2示出的本發(fā)明實(shí)施例的溫 控裝置5的電路設(shè)計(jì)實(shí)例。
在圖2的溫控裝置5中，例如，將具有120V的足夠大的輸入電壓范圍、 Analog Devices, Inc.提供的測(cè)量放大器(產(chǎn)品名AD628)用作運(yùn)算放大器 0P3和OP4。將在280'C具有電阻值為250Q的電阻用作電阻加熱器11。此 外，抽樣電阻R8為0.1Q并且任何其它電阻器Rl-R7都是lOkH。
首先基于運(yùn)算放大器OP3和OP4的測(cè)量速度，在一定頻率條件下設(shè)定 PWM信號(hào)的頻率，該頻率條件為弱電流(當(dāng)PWM信號(hào)的電壓電平為斷路 電壓時(shí)流經(jīng)電阻加熱器ll)落入期望水平時(shí)，可以是穩(wěn)定的這一上限條件， 以及比重整器7的溫度的后繼速度更快的頻率這一下限條件，其為微秒的 量級(jí)。
如果假定運(yùn)算放大器OP3和OP4的測(cè)量需要2C^s，并且此處假定用于 在PWM信號(hào)的通路電壓和斷路電壓以及電阻加熱器11的弱電流穩(wěn)定之間 轉(zhuǎn)換的l(His的多余時(shí)間，那么PWM信號(hào)為斷路電壓期間的時(shí)間需要30pS 或更多。
然而，在上述由重整器7中發(fā)生的重整反應(yīng)的狀態(tài)(工作狀態(tài))中， 期望以極低占空比的控制，并且想要PWM信號(hào)的頻率為盡可能遠(yuǎn)離下限條 件而接近上限條件，以便確保溫度可控制性。如果抱著確?？刂频姆直媛?為最大程度這一目的而將最小獲取時(shí)間(3(^s)設(shè)為相當(dāng)于1°/。的占空比的 時(shí)間，那么PWM信號(hào)周期變慢至微秒量級(jí)如3ms (330Hz)，并且存在由 下個(gè)控制周期干擾溫度的可能性。
另一方面，如果相反地使最小獲取時(shí)間設(shè)為相當(dāng)于占空比高于10%， 那么PWM信號(hào)的通路電壓的最大比率變?yōu)樾∮?0%。為了確保以這一比 率起始所需的電功率，必須將恒壓Vs設(shè)為更高，而在電路效率變得更糟時(shí) 制備電源方面的控制準(zhǔn)確性。
考慮到這些因素，此處將用于電壓測(cè)量所需的最小獲取時(shí)間(30^is) 設(shè)定為等于占空比的10%，并且將PWM信號(hào)設(shè)定為在范圍0-90M之內(nèi)的占 空比。此時(shí)，PWM信號(hào)的周期變?yōu)?00iis (3.3kHz)。
利用上述設(shè)計(jì)，PWM信號(hào)的占空比為初始狀態(tài)的90。/。。溫度為280。C 時(shí)，電阻加熱器ll的電阻值為250Q，對(duì)應(yīng)于電阻值的電流為126mA，而電阻加熱器11兩端的電壓為31.5V。
此時(shí)電阻加熱器ll的電壓為可控最大電壓，并且將該電壓設(shè)定為恒壓 Vs。在熱平衡狀態(tài)下，恒壓Vs保持31.5V，電阻加熱器11的電功率為1.5W 處的占空比為38%，而在工作狀態(tài)下，電阻加熱器11的電功率為0.4W處 的占空比為10%。確認(rèn)了在這一工作狀態(tài)下，對(duì)于PWM控制，也能夠保 證分辨率在約10%的邊界。
此外，如果假定在PWM信號(hào)的電壓電平為斷路電壓時(shí)的弱電流為 3mA，那么將運(yùn)算放大器OP3的最大輸入電壓抑制為250Qx3mA-750mV。 由8位ADC 56處理最大輸入電壓時(shí)，考慮到溫度的分辨率自然變成與在比 較例的初始狀態(tài)下獲得的那個(gè)相同的數(shù)值280匸/256=1.09匸/位，因?yàn)樵趦?種情況下的溫度和位數(shù)都相同。然而，此處設(shè)計(jì)的PWM控制電路的方法在 能夠在該體系的所有狀態(tài)中測(cè)量溫度分辨率的點(diǎn)這一方面來(lái)說(shuō)是很好的， 并且電壓分辨率變?yōu)?50mV/256-2.9mV/位。
相比于溫控裝置300，溫控裝置5可以抑制電功率消耗，并且可以按該 體系來(lái)提高能量效率。從而，由于對(duì)于溫控裝置5的熱輻射測(cè)量變得并非 必要，所以可以進(jìn)行該電路的小型化。此外，由于只在PWM信號(hào)的電壓電 平為斷路電壓時(shí)進(jìn)行電壓測(cè)量，對(duì)于該測(cè)量的響應(yīng)電壓也很小，并且該響 應(yīng)可以通過(guò)高增益而放大。從而，提高測(cè)量到的電壓以及由測(cè)量到的電壓 所獲得的溫度的準(zhǔn)確性。
盡管示出并描述了多種典型的實(shí)施例，但本發(fā)明并不限于那些實(shí)施例。 所以，只由權(quán)利要求來(lái)限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1、一種溫控裝置，包括電阻加熱器，其特征在于所述電阻加熱器的電阻值根據(jù)其溫度而改變；信號(hào)發(fā)生器，輸出具有第一電壓和第二電壓兩種電壓電平的控制信號(hào)；切換部，當(dāng)所述控制信號(hào)的電壓電平為所述第一電壓時(shí)，使第一電流流經(jīng)所述電阻加熱器，而當(dāng)所述控制信號(hào)的電壓電平為所述第二電壓時(shí)，使第二電流流經(jīng)所述電阻加熱器，其中所述第二電流的電流值小于所述第一電流的電流值；電壓測(cè)量裝置，在所述第二電流流經(jīng)所述電阻加熱器時(shí)，測(cè)量所述電阻加熱器兩端的電壓值，其中所述信號(hào)發(fā)生器根據(jù)由所述電壓測(cè)量裝置所測(cè)量的電壓值來(lái)控制所述電阻加熱器的溫度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控裝置，其中當(dāng)所述控制信號(hào)的電壓電平為所述第一電壓時(shí)，不將所述電阻加熱器 兩端的電壓施加于所述電壓測(cè)量裝置，而當(dāng)所述控制信號(hào)的電壓電平為所 述第二電壓時(shí)，將所述電阻加熱器兩端的電壓施加于所述電壓測(cè)量裝置， 從而所述電壓測(cè)量裝置在所述第二電流流經(jīng)所述電阻加熱器時(shí)測(cè)量所述電 阻加熱器兩端的電壓值。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控裝置，還包括相加器，對(duì)所述信號(hào)發(fā)生器輸出的控制信號(hào)添加恒定疊加電壓，以便 向所述切換部輸出通過(guò)向所述控制信號(hào)添加所述恒定疊加電壓而獲得的信號(hào)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控裝置，其中所述控制信號(hào)是包括所述第一電壓和所述第二電壓這兩種電壓電平的 脈沖信號(hào)；所述信號(hào)發(fā)生器是具有控制占空比數(shù)值的功能的PWM控制器，所述占空比是所述控制信號(hào)的第一電壓的時(shí)間和所述控制信號(hào)的第二電壓的時(shí)間 的比率。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫控裝置，其中所述信號(hào)發(fā)生器根據(jù)由所述電壓測(cè)量裝置測(cè)量的電壓值來(lái)推導(dǎo)所述電 阻加熱器的溫度，并且改變并重新設(shè)置所述控制信號(hào)的占空比數(shù)值，以便 使所述電阻加熱器的溫度接近期望的設(shè)定溫度。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫控裝置，還包括 電流測(cè)量裝置，測(cè)量流經(jīng)所述電阻加熱器的電流的電流值；電阻測(cè)量裝置，根據(jù)由所述電壓測(cè)量裝置測(cè)量的電壓值和由所述電流 測(cè)量裝置測(cè)量的電流值來(lái)測(cè)量所述電阻加熱器的電阻值，其中根據(jù)由所述電阻測(cè)量裝置測(cè)量的電阻值和所述電阻加熱器在期望的設(shè) 定溫度下的電阻值，所述信號(hào)發(fā)生器改變并重新設(shè)置控制信號(hào)的占空比的 數(shù)值，以便使所述電阻加熱器的溫度接近所述設(shè)定溫度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫控裝置，還包括恒流電路，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于 所述第二電流的恒定電流，其中當(dāng)所述控制信號(hào)的電壓電平為所述第二電壓時(shí)，所述切換部使由所述 恒流電路產(chǎn)生的恒定電流流經(jīng)所述電阻加熱器，根據(jù)由所述電壓測(cè)量裝置測(cè)量的電壓值和所述恒定電流的電流值，所 述信號(hào)發(fā)生器改變并重新設(shè)置控制信號(hào)的占空比的數(shù)值，以便使所述電阻 加熱器的溫度接近期望的設(shè)定溫度。
8、 一種處理裝置，被提供了原材料，對(duì)所述原材料進(jìn)行溫控，引起所述原材料的反應(yīng)或相變，所述裝置包括處理器件，引起所述原材料的反應(yīng)或相變； 溫控裝置，其包括電阻加 器，設(shè)置在所述處理器件中以便加熱所述處理器件，所 述電阻加熱器的特征在于所述電阻加熱器的電阻值根據(jù)其溫度而改變；信號(hào)發(fā)生器，輸出具有第一電壓和第二電壓這兩種電壓電平的控制信號(hào)；切換部，當(dāng)所述控制信號(hào)的電壓電平為所述第一電壓時(shí)，使第一 電流流經(jīng)所述電阻加熱器，而當(dāng)所述控制信號(hào)的電壓電平為所述第二電壓 吋，使第二電流流經(jīng)所述電阻加熱器，其中所述第二電流的電流值小于所 述第一電流的電流值；電壓測(cè)量裝置，在所述第二電流流經(jīng)所述電阻加熱器時(shí)，測(cè)量所 述電阻加熱器兩端的電壓值，其中所述信號(hào)發(fā)生器根據(jù)由所述電壓測(cè)量裝置所測(cè)量的電壓值來(lái)控制 所述電阻加熱器的溫度。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理裝置，其中 所述原材料是液體；所述處理器件是汽化器，用于加熱所述原材料而使其汽化； 所述信號(hào)發(fā)生器控制所述電阻加熱器的溫度，以便使所述電阻加熱器 的溫度接近適于使所述原材料汽化的溫度。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理裝置，其中所述原材料是由使水和液體燃料汽化而產(chǎn)生的混合氣，其中所述液體 燃料在其組合物中包括氫；所述處理器件是重整器，通過(guò)引起所述原材料重整反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生包括氫 的氣體；所述信號(hào)發(fā)生器控制所述電阻加熱器的溫度，以便使所述電阻加熱器 的溫度接近適于引起重整反應(yīng)的溫度。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理裝置，還包括燃燒器，向其提供燃燒氣體和氧，以產(chǎn)生由催化劑反應(yīng)引起的燃燒熱 來(lái)加熱所述處理器件。
12、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理裝置，其中當(dāng)所述控制信號(hào)的電壓電平為所述第一電壓時(shí)，不將所述電阻加熱器兩端的電壓施加于所述電壓測(cè) 量裝置，而當(dāng)所述控制信號(hào)的電壓電平為所述第二電壓時(shí)，將所述電阻加 熱器兩端的電壓施加于所述電壓測(cè)量裝置，從而所述電壓測(cè)量裝置在所述 第二電流流經(jīng)所述電阻加熱器時(shí)測(cè)量所述電阻加熱器兩端的電壓值。
13、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理裝置，其中所述溫控裝置還包括 相加器，對(duì)所述信號(hào)發(fā)生器輸出的控制信號(hào)添加恒定疊加電壓，以向所述切換部輸出通過(guò)向所述控制信號(hào)添加所述疊加電壓而獲得的信號(hào)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理裝置，其中所述溫控裝置中的控制信號(hào)是包括所述第一 電壓和所述第二電壓這兩 種電壓電平的脈沖信號(hào)；所述信號(hào)發(fā)生器是具有控制占空比數(shù)值的功能的PWM控制器，所述占 空比是所述控制信號(hào)的第一電壓的時(shí)間和其第二電壓的時(shí)間的比率。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的處理裝置，其中所述溫控裝置中的所述信 號(hào)發(fā)生器根據(jù)由所述電壓測(cè)量裝置測(cè)量的電壓值來(lái)推導(dǎo)所述電阻加熱器的 溫度，并且改變及重新設(shè)置所述控制信號(hào)的占空比數(shù)值，以便使所述電阻 加熱器的溫度接近期望的設(shè)定溫度。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的處理裝置，其中 所述溫控裝置還包括電流測(cè)量裝置，測(cè)量流經(jīng)所述電阻加熱器的電流的電流值； 電阻測(cè)量裝置，根據(jù)由所述電壓測(cè)量裝置測(cè)量的電壓值和由所述電流 測(cè)量裝置測(cè)量的電流值來(lái)測(cè)量所述電阻加熱器的電阻值，其中根據(jù)由所述電阻測(cè)量裝置測(cè)量的電阻值和所述電阻加熱器在期望的設(shè) 定溫度下的電阻值，所述信號(hào)發(fā)生器改變并重新設(shè)置控制信號(hào)的占空比的 數(shù)值，以便使所述電阻加熱器的溫度接近所述設(shè)定溫度。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的處理裝置，其中所述溫控裝置還包括恒流電路，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述第二電流的恒定電流；當(dāng)所述控制信號(hào)的電壓電平為所述第二電壓時(shí)，所述切換部使由所述 恒流電路產(chǎn)生的恒定電流流經(jīng)所述電阻加熱器；根據(jù)由所述電壓測(cè)量裝置測(cè)量的電壓值和所述恒定電流的電流值，所 述信號(hào)發(fā)生器改變并重信設(shè)置所述控制信號(hào)的占空比的數(shù)值，以便使所述 電阻加熱器的溫度接近期望的設(shè)定溫度。
18、 一種溫控方法，用于控制電阻加熱器的溫度，所述電阻加熱器的特征在于其電阻值根據(jù)其溫度而改變，所述方法包括下述步驟 輸出具有第一電壓和第二電壓這兩種電壓電平的控制信號(hào)；當(dāng)所述控制信號(hào)的電壓電平為所述第一電壓時(shí)，使第一電流流經(jīng)所述 電阻加熱器，而當(dāng)所述控制信號(hào)的電壓電平為所述第二電壓時(shí)，使第二電 流流經(jīng)所述電阻加熱器，其中所述第二電流的電流值小于所述第一電流的 電流值；在第二電流流經(jīng)所述電阻加熱器時(shí)，測(cè)量電阻加熱器兩端的電壓值； 根據(jù)在測(cè)量電壓值的步驟中測(cè)量的電壓值來(lái)控制所述控制信號(hào)，以便 控制所述電阻加熱器的溫度。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的溫控方法，其中所述控制信號(hào)是包括所述第一 電壓和所述第二電壓兩種電壓電平的脈 沖信號(hào)；控制所述控制信號(hào)的步驟包括控制占空比的數(shù)值的步驟，所述占空比 是所述控制信號(hào)的第一電壓的時(shí)間和其第二電壓的時(shí)間之間的比率。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的溫控方法，其中控制所述控制信號(hào)的步驟 包括以下步驟基于在測(cè)量電壓值的步驟中測(cè)量的所述電阻加熱器的電壓值基礎(chǔ)上所 獲得的所述電阻加熱器的溫度，以及期望的設(shè)定溫度，改變所述控制信號(hào) 的占空比的數(shù)值，以便使所述電阻加熱器的溫度接近期望的設(shè)定溫度，重新設(shè)置所述數(shù)值。
21、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的溫控方法，還包括以下步驟 測(cè)量流經(jīng)所述電阻加熱器的電流的電流值；根據(jù)在測(cè)量電壓值的步驟中測(cè)量的電壓值和在測(cè)量電流值的步驟中測(cè) 量的電流值，測(cè)量所述電阻加熱器的電阻值，其中 控制所述控制信號(hào)的步驟包括以下步驟根據(jù)在測(cè)量電阻值步驟中測(cè)量的電阻值和所述電阻加熱器在設(shè)定 溫度下的電阻值來(lái)改變所述控制信號(hào)的占空比的數(shù)值以便使所述電阻加熱 器的溫度接近期望的設(shè)定溫度， 重新設(shè)置所述數(shù)值。
22、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的溫控方法，還包括以下步驟 產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述第二電流的恒定電流，以在控制信號(hào)為所述第二電壓時(shí)使所述恒定電流流經(jīng)所述電阻加熱器，其中 控制所述控制信號(hào)的步驟包括以下步驟根據(jù)在測(cè)量電壓值步驟中測(cè)量的電壓值和所述恒定電流的電流值 來(lái)改變所述控制信號(hào)的占空比的數(shù)值，以便使所述電阻加熱器的溫度接近 期望的設(shè)定溫度，重新設(shè)置所述數(shù)值。
23、 一種溫控方法，控制電阻加熱器的溫度，所述電阻加熱器的特征 在于其電阻值根據(jù)其溫度而改變，所述方法包括下述步驟輸出具有第一 電壓和第二電壓兩種電壓電平的控制信號(hào)；當(dāng)所述控制信號(hào)的電壓電平為第一電壓時(shí)，使第一電流流經(jīng)所述電阻 加熱器，而當(dāng)所述控制信號(hào)的電壓電平為第二電壓時(shí)，使第二電流流經(jīng)所 述電阻加熱器，其中所述第二電流的電流值小于所述第一電流的電流值；在所述第二電流流經(jīng)所述電阻加熱器時(shí)，測(cè)量所述電阻加熱器的電壓 值，并根據(jù)測(cè)量的電壓值和所述第二電流的電流值來(lái)測(cè)量所述電阻加熱器 的電阻值；根據(jù)在測(cè)量電阻值的步驟中測(cè)量的電阻值來(lái)控制所述控制信號(hào)以控制 所述電阻加熱器的溫度。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的溫控方法，其中所述控制信號(hào)是包括所述第一電壓和所述第二電壓兩種電壓電平的脈 沖信號(hào)；控制所述控制信號(hào)的步驟包括控制占空比的數(shù)值的步驟，所述占空比 是所述第一電壓的時(shí)間和所述第二電壓的時(shí)間之間的比率。
25、 根據(jù)權(quán)利要求24所述的溫控方法，其中控制所述控制信號(hào)的步驟 包括以下步驟根據(jù)在測(cè)量電阻值步驟中測(cè)量的所述電阻加熱器的電阻值和所述電阻 加熱器在設(shè)定溫度下的電阻值來(lái)改變所述控制信號(hào)的占空比，以便使所述 電阻加熱器的溫度接近期望的設(shè)定溫度。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種溫控裝置，包括電阻加熱器，其特性在于電阻加熱器的電阻值根據(jù)其溫度而改變；信號(hào)發(fā)生器，輸出具有通路電壓和第二電壓兩種電壓電平的控制信號(hào)；開(kāi)關(guān)部分，當(dāng)控制信號(hào)的電壓電平為第一電壓時(shí)，使第一電流流經(jīng)電阻加熱器，而當(dāng)控制信號(hào)的電壓電平為第二電壓時(shí)，使電流值比第一電流的小的第二電流流經(jīng)電阻加熱器；以及電壓測(cè)量裝置，在第二電流流經(jīng)電阻加熱器時(shí)，測(cè)量電阻加熱器上的電壓值，其中信號(hào)發(fā)生器根據(jù)由電壓測(cè)量裝置所測(cè)量的電壓值來(lái)控制電阻加熱器的溫度。
文檔編號(hào)G05D23/24GK101632052SQ20088000800
公開(kāi)日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2008年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月22日
發(fā)明者野村雅俊 申請(qǐng)人:卡西歐計(jì)算機(jī)株式會(huì)社