專利名稱：發(fā)熱結(jié)構(gòu)及其控溫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)熱結(jié)構(gòu)及其控溫方法，特別是一種利用一PTC組件進(jìn)行加熱，并利用PTC組件特性，使交流電源相位整形電路及交流電源相位延遲整形電路所分別轉(zhuǎn)換的直流方波訊號(hào)產(chǎn)生相移，以實(shí)時(shí)控制觸發(fā)電路的開關(guān)，使PTC組件加熱或降溫，從而使發(fā)熱線保持在一定的工作溫度；適用于電熱爐、熱敷毯等發(fā)熱裝置使用。
背景技術(shù)：
發(fā)熱結(jié)構(gòu)在目前已被廣泛的使用，如圖7所示，其為相當(dāng)普遍的一種熱敷墊結(jié)構(gòu)，主要在一套袋內(nèi)裝設(shè)一組上、下層疊的導(dǎo)電板a1，二導(dǎo)電板a1之間夾置復(fù)數(shù)個(gè)陶瓷電阻a2，再于二導(dǎo)電板a1外包覆軟性耐熱絕緣膠體a3，以構(gòu)成熱敷片a。該陶瓷電阻a2是正溫度系數(shù)(Positive TemperatureCoefficient，PTC)組件，當(dāng)二導(dǎo)電板a1通電后，由于PTC組件的電阻值會(huì)隨著溫度的上升而產(chǎn)生急遽的變化，當(dāng)電阻值加大至使電流無法流通時(shí)，即形成斷路狀態(tài)，而達(dá)到固定溫度的控制。
另如圖8所示，美國(guó)專利US5,081,341提出了一種在織物b內(nèi)直接將發(fā)熱電阻線b1短路，以向外凸出二接觸部b2，并藉由切換開關(guān)b3以控制電流是否導(dǎo)通，以進(jìn)行加熱的結(jié)構(gòu)，其與上述已知技術(shù)一樣，未能提供及時(shí)的檢測(cè)，且無法進(jìn)行多段式的溫度控制。
因此，為達(dá)到可調(diào)整、控制溫度的目的，以PTC組件做為感測(cè)結(jié)構(gòu)，并同時(shí)搭配發(fā)熱線以進(jìn)行加熱的方式即被大量使用。如圖9所示的US5,861,610，其于一芯材c的外周緣依序包覆卷繞加熱用的導(dǎo)線c1、第二絕緣層c2、檢測(cè)線c3及第一絕緣層c4，檢測(cè)線c3由PTC材料(鎳合金)制成。當(dāng)檢測(cè)線c3的溫度隨著加熱導(dǎo)線c1的溫度上升，或因高溫使得檢測(cè)線c3的電阻改變，都將經(jīng)由控制器內(nèi)的比較電路進(jìn)行比對(duì)，再以比對(duì)結(jié)果調(diào)整輸入導(dǎo)線c1的電流量，以控制發(fā)熱溫度在用戶所設(shè)定的范圍內(nèi)。
上述技術(shù)在美國(guó)專利US6,300,597、US6,310,322及US6768086中已經(jīng)公開。此外，如圖10所示的美國(guó)專利US6,222,162的電路控制圖，與上述各已知結(jié)構(gòu)的最大不同處在于，使用單一的PTC合金，并藉由量測(cè)其加熱后所改變的電阻或電壓，以控制電路的導(dǎo)通或斷路，而達(dá)到定溫加熱的目的。
上述已知技術(shù)存在以下問題1、大部份的已知技術(shù)需同時(shí)在熱敷墊或發(fā)熱結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置加熱與檢測(cè)二種回路，并向外伸出四個(gè)接觸部(分別連接二回路)，且需分別連接加熱及比較電路，電子組件的配置上顯得復(fù)雜，將增加制造的成本，并提升故障率。
2、不論是以單一的PTC合金同時(shí)達(dá)到加熱及檢測(cè)二種功能，或分別藉由二種不同的回路達(dá)到上述功能，當(dāng)發(fā)熱結(jié)構(gòu)的控溫裝置損壞時(shí)，加熱導(dǎo)線將持續(xù)加溫，而有產(chǎn)生火災(zāi)的危險(xiǎn)；對(duì)于此種現(xiàn)象，上述已知技術(shù)并無法藉由PTC組件的特性以提供安全的保障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種發(fā)熱結(jié)構(gòu)的控溫方法，利用PTC組件的特性，并配合交流電源相位整形電路及交流電源延遲相位整形電路所分別產(chǎn)生的直流方波的比較，能在低溫時(shí)持續(xù)加熱，而在高溫時(shí)自動(dòng)斷電，以控制在用戶所設(shè)定的工作溫度。
本發(fā)明的次要目的是提供一種發(fā)熱結(jié)構(gòu)，利用一PTC組件與一短路線的連接，使發(fā)熱線二接觸點(diǎn)凸出于袋體，以連接控制器，使組件的組成單純，節(jié)省材料成本，以降低使用故障率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明的發(fā)熱結(jié)構(gòu)的控溫方法，包括下列步驟a、設(shè)定加熱溫度；b、接通電源以對(duì)PTC組件進(jìn)行加溫，并使部份電流輸入交流電源相位整形電路，整形為直流方波；c、導(dǎo)通電流的一部份進(jìn)入交流電源相位延遲整形電路，使正弦波訊號(hào)產(chǎn)生延遲，再轉(zhuǎn)換成直流方波訊號(hào)；d、在加熱過程中，以微處理器定時(shí)檢測(cè)比較交流電源相位整形電路與交流電源相位延遲整形電路所分別轉(zhuǎn)換的直流方波訊號(hào)之間的相移；以及e、控制觸發(fā)電路的開關(guān)，使其呈導(dǎo)通(ON)或斷路(OFF)狀態(tài)，以使PTC組件加熱或降溫，從而使發(fā)熱線保持在一定的工作溫度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，所本發(fā)明提供的發(fā)熱結(jié)構(gòu)包括一發(fā)熱線以及一控制器。發(fā)熱線包括芯材、PTC組件、絕緣可熔層及短路線，PTC組件與短路線的一端連接，且PTC組件可在導(dǎo)電后發(fā)熱；而控制器分別連接PTC組件與短路線的另端，包含一電路板，其設(shè)有一交流電源相位整形電路及一交流電源相位延遲整形電路，以分別將交流正弦波訊號(hào)轉(zhuǎn)換成直流方波訊號(hào)，且PTC組件的溫度上升，使流經(jīng)交流電源相位延遲整形電路內(nèi)的電流產(chǎn)生變化時(shí)，可使二整形電路之間的相移改變。
藉此，電路板上所設(shè)的微處理器檢測(cè)后，可控制一觸發(fā)電路呈導(dǎo)通或斷路狀態(tài)，使PTC組件加熱或降溫，從而使發(fā)熱線保持在一定的工作溫度。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明的電路方塊示意圖；圖2是本發(fā)明的控制器的電路圖；圖3是本發(fā)明進(jìn)行加熱及控溫時(shí)的流程圖；圖4是本發(fā)明的實(shí)施例使用時(shí)的相移狀態(tài)示意圖；圖5是本發(fā)明的實(shí)施例的立體外觀圖；圖6是本發(fā)明的發(fā)熱線的立體外觀圖；圖7是傳統(tǒng)的熱敷墊結(jié)構(gòu)的組合剖面圖；圖8是美國(guó)專利US5,081,341的組合結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是美國(guó)專利US5,861,610的發(fā)熱線的組合剖面圖；圖10是美國(guó)專利US6,222,162的電路控制圖。
附圖標(biāo)記說明熱敷片a；導(dǎo)電板a1；陶瓷電阻a2；耐熱絕緣膠體a3；織物b；電阻線b1；接觸部b2；切換開關(guān)b3；芯材c；導(dǎo)線c1；第二絕緣層c2；檢測(cè)線c3；第一絕緣層c4；發(fā)熱結(jié)構(gòu)1；發(fā)熱線2；芯材21；PTC組件22；絕緣可熔層23；短路線24；外披覆層25；接觸點(diǎn)26、26’；控制器3；用戶接口31；電路板32；交流電源相位整形電路33；交流電源相位延遲整形電路34；微處理器35；觸發(fā)電路36。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1、圖2所示的本發(fā)明發(fā)熱結(jié)構(gòu)的控溫方法，包括下列步驟a、用戶通過用戶接口31設(shè)定加熱時(shí)間及溫度，并接通電源。
b、對(duì)正溫度系數(shù)組件22進(jìn)行加溫，并使部份電流輸入交流電源相位整形電路33，以整形為直流方波。
c、使導(dǎo)通電流的一部份分流進(jìn)入交流電源相位延遲整形電路34，以使正弦波訊號(hào)產(chǎn)生延遲，再轉(zhuǎn)換成直流方波訊號(hào)。
d、在PTC組件22的加熱過程中，微處理器35進(jìn)行定時(shí)檢測(cè)，并比較交流電源相位整形電路33與交流電源相位延遲整形電路34所分別轉(zhuǎn)換的直流方波訊號(hào)之間的相移。
e、控制觸發(fā)電路36的開關(guān)(TRIAC)，使其呈導(dǎo)通(ON)或斷路(OFF)狀態(tài)，以使PTC組件22加熱或降溫，從而使發(fā)熱線2保持在一定的工作溫度。
請(qǐng)參閱圖3、圖4所示，本發(fā)明以輸入頻率為60赫(Hz)的交流電為例，進(jìn)一步說明加熱及控溫的方法。首先，設(shè)定交流電周期計(jì)數(shù)器等于零，并逐漸增加交流電周期數(shù)(每增加一周期表示時(shí)間增加1/60秒)，當(dāng)總周期數(shù)小于60、交流相位準(zhǔn)位為0，檢測(cè)指針為1時(shí)，且在此同時(shí)若其雙向可控掛(TRIAC)的狀態(tài)為通路，則觸發(fā)電路36在受控制下輸出脈波，分別于每一周期的p1及p2二點(diǎn)對(duì)開關(guān)(其是雙向可控掛(TRIAC))觸發(fā)，使電路導(dǎo)通，以進(jìn)行加熱持續(xù)控溫，直至檢測(cè)指針為0(即周期數(shù)等于60)，觸發(fā)電路36不再輸出脈波觸發(fā)TRIAC。此時(shí)TRIAC成斷路狀態(tài)，發(fā)熱線2至交流電電源相位延遲整形電路34形成回路產(chǎn)生相移輸出(如圖4所示)。上述步驟設(shè)定每一秒將檢測(cè)一次，而檢測(cè)耗時(shí)約1/60秒，然而在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，可依需要做不同時(shí)間的設(shè)定。
前述為交流電源相位整形電路33于1秒內(nèi)正常加熱的狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)指針為0時(shí)，TRIAC至少有一周期的時(shí)間不被觸發(fā)，藉以使電容器得到完全的充、放電，以取得精確的檢測(cè)值。
之后，將檢測(cè)指針重新設(shè)定為1，以避免在一秒內(nèi)重復(fù)檢測(cè)，而時(shí)間計(jì)數(shù)器亦設(shè)為0。如前所述，當(dāng)相移(T)產(chǎn)生改變時(shí)，藉由微處理器35的檢測(cè)比較，可控制發(fā)熱線2維持在用戶所設(shè)定的溫度上。而當(dāng)交流電源相位延遲整形電路34所轉(zhuǎn)換的方波訊號(hào)相位為零時(shí)，則檢查TRIAC先前的狀態(tài)，若TRIAC呈斷路狀態(tài)，且時(shí)間計(jì)數(shù)器內(nèi)的相移時(shí)間小于用戶設(shè)定的時(shí)間，TRIAC將繼續(xù)被控制導(dǎo)通；而若時(shí)間計(jì)數(shù)器內(nèi)的相移時(shí)間不是小于用戶設(shè)定的時(shí)間，則TRIAC延續(xù)的前的斷路狀態(tài)，以持續(xù)控溫。
若TRIAC呈導(dǎo)通狀態(tài)，且時(shí)間計(jì)數(shù)器內(nèi)的相移時(shí)間大于或等于用戶設(shè)定的時(shí)間，TRIAC將斷路，不再進(jìn)行加熱；若時(shí)間計(jì)數(shù)器內(nèi)的相移時(shí)間小于用戶設(shè)定的時(shí)間，則TRIAC延續(xù)的前的導(dǎo)通狀態(tài)，以持續(xù)控溫。
請(qǐng)參閱圖1、圖2及圖5、圖6所示的本發(fā)明發(fā)熱結(jié)構(gòu)1的較佳實(shí)施例，包括呈電性連接的一發(fā)熱線2及一控制器3。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，發(fā)熱線2外部可包覆一袋體，以做為電熱毯使用。
該發(fā)熱線2包括由內(nèi)而外依序排列的一芯材21、一PTC組件22、一絕緣可熔層23、一短路線24及一外披覆層25。PTC組件22是卷繞于芯材21外周緣的線材，而絕緣可熔層23是聚乙烯(polyethylene，PE)，其熔化溫度介于攝氏125～130度之間；短路線24為卷繞于絕緣可熔層23外周緣的導(dǎo)線，其內(nèi)包括至少一條芯線。上述PTC組件22與短路線24的位置可互換，且PTC組件22與短路線24的一端連接呈串連狀態(tài)，另端分別形成接觸點(diǎn)(26、26’)。
該控制器3與二接觸點(diǎn)(26、26’)呈電性連接，包含用戶接口31及一電路板32，用戶接口31上設(shè)有時(shí)間及溫度控制裝置，而電路板32上設(shè)有一交流電源相位整形電路33、一交流電源相位延遲整形電路34、一微處理器35(型號(hào)為PIC 16C54)以及一觸發(fā)電路36。其中，交流電源相位整形電路33包含npn雙極晶體管、二極管及電阻，交流電源相位延遲整形電路34包含電阻-電容(RC)電路、npn雙極晶體管、二極管及電阻；而觸發(fā)電路36包含一可控制電流是否導(dǎo)通的開關(guān)，其是雙向可控掛(TRIAC)。上述電阻-電容(RC)電路可用以產(chǎn)生相位的延遲。
用戶操作時(shí)，可藉由用戶接口31輸入設(shè)定使用時(shí)間及溫度，并使電流導(dǎo)通，此時(shí)，觸發(fā)電路36的TRIAC呈導(dǎo)通(ON)狀態(tài)，輸入的交流電經(jīng)由PTC組件22、短路線24及觸發(fā)電路36的TRIAC，以形成一回路，使PTC組件22開始加熱。
在上述電路中，電源所輸入交流電的部份分流，經(jīng)由電路板32內(nèi)所設(shè)的交流電源相位整形電路33，使交流正弦波訊號(hào)轉(zhuǎn)換成直流方波訊號(hào)，并輸入于微處理器35內(nèi)，以做為比較的基準(zhǔn)。而交流電在流經(jīng)PTC組件22及短路線24后，其一部份分流進(jìn)入交流電源相位延遲整形電路34，藉由電阻-電容(RC)時(shí)間常數(shù)特性使正弦波訊號(hào)產(chǎn)生延遲，再轉(zhuǎn)換成直流方波訊號(hào)。上述交流電源相位整形電路33與交流電源相位延遲整形電路34所分別轉(zhuǎn)換的直流方波訊號(hào)之間可形成一定時(shí)間的相移(T)(如圖4所示)，藉由微處理器35的檢測(cè)比較，以控制觸發(fā)電路36的TRIAC，使其呈導(dǎo)通(ON)或斷路(OFF)狀態(tài)。
當(dāng)PTC組件22的溫度隨著加熱時(shí)間的增長(zhǎng)而上升時(shí)，其電阻值隨之逐漸加大，使得流經(jīng)交流電源相位延遲整形電路34的電流同步改變(變小)，而使相移加大，此種變化將被微處理器35檢測(cè)，并計(jì)算出PTC組件22的溫度。當(dāng)溫度值達(dá)到用戶所設(shè)定的溫度時(shí)，微處理器35下達(dá)指令，使觸發(fā)電路36的TRIAC切換為OFF，使整個(gè)回路呈斷路狀態(tài)。
而當(dāng)觸發(fā)電路36的TRIAC切換為斷路狀態(tài)時(shí)，PTC組件22的溫度開始下降，藉由PTC材料的基礎(chǔ)特性，流經(jīng)交流電源相位延遲整形電路34的電流同步加大，使得相移量減小。微處理器35檢測(cè)后，控制觸發(fā)電路36的TRIAC切換為ON，再使整個(gè)回路呈導(dǎo)通狀態(tài)，以重新加熱PTC組件22。藉此，可使發(fā)熱線2所發(fā)出的熱量維持在用戶所設(shè)定的溫度值內(nèi)，而不會(huì)有過熱的現(xiàn)象。
然而，當(dāng)控制器3的電路損壞，而無法控制使呈斷路狀態(tài)時(shí)，PTC組件22將持續(xù)加熱，在超過攝氏130度時(shí)，絕緣可熔層23將開始產(chǎn)生熔化現(xiàn)象，使得PTC組件22與短路線24接觸而形成短路。此時(shí)，絕緣可熔層23在高溫下持續(xù)熔化，短路的路徑將逐漸縮短，并向輸入電源方向移動(dòng)。以PTC組件22所形成的負(fù)載電流將逐漸加大，在達(dá)到一定的電流值時(shí)，保險(xiǎn)絲熔化斷裂，使得整個(gè)回路形成斷路現(xiàn)象。
因此，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明所設(shè)的PTC組件除了具有發(fā)熱的功能外，且可經(jīng)由溫度的變化而改變電阻值，提供給交流電源相位延遲整形電路及微處理器，以做為自動(dòng)控制觸發(fā)電路的開關(guān)為ON或OFF的參考值，可有效提供控制發(fā)熱溫度的機(jī)制。
2、本發(fā)明所設(shè)的發(fā)熱線以二接觸點(diǎn)凸出于袋體，以連接控制器，即可發(fā)熱、控溫，在組成上相當(dāng)單純，不但能有效節(jié)省材料成本，且可大幅降低故障率。
3、本發(fā)明可依設(shè)定的溫度，在低溫時(shí)自動(dòng)加熱，而在超出設(shè)定溫度時(shí)自動(dòng)斷電而降溫，在使用時(shí)可提供實(shí)時(shí)反應(yīng)的機(jī)制。
4、本發(fā)明所設(shè)的絕緣可熔層在發(fā)熱線過熱時(shí)，開始產(chǎn)生熔化現(xiàn)象，以加大PTC組件的負(fù)載電流，并在達(dá)到一定的電流值時(shí)，使保險(xiǎn)絲熔化斷裂，可有效達(dá)到安全防護(hù)的作用。
綜上所述，本發(fā)明確可達(dá)到發(fā)明的預(yù)期目的，提供一種不僅能藉由PTC組件的特性以進(jìn)行控溫，以使組件的組成單純，節(jié)省材料成本，降低使用故障率，且可在過電流時(shí)自動(dòng)斷電，以達(dá)到安全防護(hù)效果的發(fā)熱結(jié)構(gòu)及其控溫方法。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)熱結(jié)構(gòu)的控溫方法，包括a、設(shè)定加熱溫度，并使電流導(dǎo)通；b、對(duì)正溫度系數(shù)組件進(jìn)行加溫，并使部份電流輸入交流電源相位整形電路，整形為直流方波；c、使導(dǎo)通電流的一部份進(jìn)入交流電源相位延遲整形電路，以使正弦波訊號(hào)產(chǎn)生延遲，再轉(zhuǎn)換成直流方波訊號(hào)；d、在加熱過程中，以微處理器定時(shí)檢測(cè)，并比較交流電源相位整形電路與交流電源相位延遲整形電路所分別轉(zhuǎn)換的直流方波訊號(hào)之間的相移；以及e、控制觸發(fā)電路的開關(guān)，使其呈導(dǎo)通或斷路狀態(tài)，以使PTC組件加熱或降溫，從而使發(fā)熱線保持在一定的工作溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)熱結(jié)構(gòu)的控溫方法，還包括一時(shí)間控制裝置，用以控制發(fā)熱線的加熱時(shí)間。
3.一種發(fā)熱結(jié)構(gòu)，包括一發(fā)熱線，包括芯材、正溫度系數(shù)組件、絕緣可熔層及短路線，PTC組件與短路線的一端連接，且PTC組件可在導(dǎo)電后發(fā)熱；以及一控制器，分別連接PTC組件與短路線的另一端，包含一電路板，其上設(shè)有一交流電源相位整形電路及一交流電源相位延遲整形電路，以分別將交流正弦波訊號(hào)轉(zhuǎn)換成直流方波訊號(hào)，且在流經(jīng)交流電源相位延遲整形電路內(nèi)的電流產(chǎn)生變化時(shí)，使二整形電路之間的相移改變；并通過電路板上所設(shè)的微處理器檢測(cè)，控制一觸發(fā)電路呈導(dǎo)通或斷路狀態(tài)，以使PTC組件加熱或降溫，從而使發(fā)熱線保持在一定的工作溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)熱結(jié)構(gòu)，其中該絕緣可熔層介于正溫度系數(shù)組件與短路線之間。
5.如權(quán)利要求3所述的發(fā)熱結(jié)構(gòu)，其中該發(fā)熱線的外周緣還設(shè)有一披覆層。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)熱結(jié)構(gòu)，其中芯材、正溫度系數(shù)組件、絕緣可熔層、短路線及外披覆層由內(nèi)而外依序排列。
7.如權(quán)利要求3所述的發(fā)熱結(jié)構(gòu)，其中該正溫度系數(shù)組件是卷繞于芯材外周緣的線材。
8.如權(quán)利要求3所述的發(fā)熱結(jié)構(gòu)，其中絕緣可熔層是聚乙烯(polyethylene，PE)，其熔化溫度介于攝氏125～130度之間。
9.如權(quán)利要求3所述的發(fā)熱結(jié)構(gòu)，其中該交流電源相位整形電路包含npn雙極晶體管、二極管及電阻。
10.如權(quán)利要求3所述的發(fā)熱結(jié)構(gòu)，其中交流電源相位延遲整形電路包含電阻-電容(RC)電路、npn雙極晶體管、二極管及電阻。
11.如權(quán)利要求3所述的發(fā)熱結(jié)構(gòu)，其中該觸發(fā)電路還包括一可控制ON/OFF的開關(guān)，它是雙向可控掛(TRIAC)。
12.如權(quán)利要求3所述的發(fā)熱結(jié)構(gòu)，還設(shè)有一袋體，用以將發(fā)熱線容置于其中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)熱結(jié)構(gòu)及其控溫方法，主要包括相互連接的一發(fā)熱線以及一控制器，發(fā)熱線設(shè)有串連的PTC組件及短路線，并以一絕緣可熔層阻隔于其中；當(dāng)用戶設(shè)定加熱溫度后，電流即導(dǎo)通對(duì)PTC組件進(jìn)行加溫，且使輸入交流電源相位整形電路與交流電源相位延遲整形電路的正弦波訊號(hào)分別轉(zhuǎn)換成直流方波訊號(hào)，而藉由微處理器定時(shí)檢測(cè)二整形電路的相移變化，以控制觸發(fā)電路的開關(guān)，可使PTC組件持續(xù)加熱或降溫，從而使發(fā)熱線保持在一定的工作溫度。本發(fā)明適用于電熱爐、熱敷毯等發(fā)熱裝置。
文檔編號(hào)H05B3/06GK1809223SQ200510001790
公開日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2005年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月21日
發(fā)明者楊順在 申請(qǐng)人:楊順在