智能控制型dc低压电热被/毯及其智能控制电路的制作方法

文档序号:1325997阅读:242来源:国知局
专利名称:智能控制型dc低压电热被/毯及其智能控制电路的制作方法
技术领域
本实用新型涉及DC低压电热被或电热毯领域,尤其涉及恒温控制的DC低压电热被或电热毯,具体地说是一种智能控制型DC低压电热被/毯及其智能控制电路。
背景技术
目前传统的DC低压调温电热被及毯,在输出的感温材料出现性能不良或线路故障时,参与温度调节的主功率部分,则会因检测信号出错而处于误动作状态,此时输出电压升高,导致后级负载,被体、毯体温度出现升高等失控现象,给使用者带来较大的安全隐患。图I所示为传统的采用定占空比来调节被体、毯体温度的调温电路。当外界温度超过其设定的温度,亦或是被体、毯体发生折叠时,所设定的各段占空比电压对应的温度值就会产生较大的变化,容易导致安全事故,这对电热被及毯使用的环境和使用的方法均有·较高的要求。故,该电路不适合批量生产与推广使用。图2所示为传统的在被体、毯体的发热导体上附感温器件的调温电路。当被体、毯体温度上升时,附在其上的感温器件阻值(正负温度系数均可)亦随之变化。此电压变化量经R2送往后级反馈电路,通过和基准电压进行比较,输出与之对应的误差电压,使MCU或驱动IC输出的驱动信号的占空比亦随之改变,从而起到调温的作用。但该感温器件受所处位置及附着程度的影响,不能实时感应被体、毯体实际的温度变化量,且受环境温度的影响很大,特别是当被体、毪体发生折叠时,感应点的温度与被体、毯体内部的温度值相差甚大,将造成MCU或驱动IC输出的驱动信号占空比与实际温度值对应的占空比二者相差很大,这将使得被体、毯体的非感应点温度值超过感应点的温度值,更有甚者,还会使被体、毯体的温度值超过其最高承受安全值,导致严重的安全事故。故,该方案由于受使用方法及使用条件影响的制约,也不适合批量生产与推广使用。目前解决上述问题主要有以下两种常规方法I)方法一在被体、毯体内部增加多个温度检测点,将检测用的感温器件串接在一起,以减少引线的根数。由于增加了多个温度检测点,可大范围覆盖发热部分,使得各点的温度值偏差减小。但该方案正是由于增加了多个固定点,相应也增加了被体、毯体的工艺难度,且感温器件本身的固定也是一个较难解决的问题,其一致性和稳定性很难得到保障,故此方案不利于问题的真正解决。2)方法二在被体、毯体的控制电路中,设置最高温度限制可减少温度控制点的数量,以起到控制温度上限的保护作用,从而可保证被体、毯体在非正常使用时,其温度也能限定在一个安全值内。但该方案还是不能解决以上所述的温度不均匀以及受位置、使用方法等因素影响而出现的温度不平衡问题,另外,还大大增加了电热被及毯出现温度控制误动作的可能性,影响正常使用,故也不适合批量生产与推广使用。发明内容本实用新型要解决的是现有电热被及毯的温度控制电路和温度采样器件工艺复杂、成本较高、可靠性差等技术问题,旨在提供一种新的智能型DC低压电热被及毯的控制系统。解决上述技术问题所采用的技术方案是DC低压电热被/毯的智能控制电路,包括阻值随温度可变的发热元件、自动检测电路、放大整形电路和MCU或驱动1C,其特征在于所述的自动检测电路包括串联在发热元件主回路的主功率开关管和采样电阻,所述的采样电阻将主回路的电流转化为采样电压信号后输出;所述的放大整形电路将所述的采样电压信号放大和整形为测试电压值后输出;所述的MCU或驱动IC通过比较电路将放大整形电路输出的测试电压值与档位限 定值进行比较,再通过逻辑电路、PID和运算电路处理后输出与该档位对应的占空比信号到主功率开关管的控制极,形成闭环控制。本实用新型的智能控制电路,可预先设定一个开机之初的占空比,一般情况下,此时可设定主功率开关管的控制极驱动信号为最大占空比状态,供电电源功率也达到最大值,使电热被或电热毯快速加热。发热元件加热后,其阻值随温度的变化而产生变化,使主回路的电流也发生相应的改变。采样电阻实时采集主回路的电流信号,通过放大整形电路输送到MCU或驱动1C。MCU或驱动IC将该电流测试值与初始调节的档位限定值进行比较,当该电流测试值达到该初始档位限定值时,输出与该初始档位对应的占空比信号到主功率开关管的控制极。在随后的加热过程中,如果电流测试值移动到相邻档位的限定值时,MCU或驱动IC输出与该相邻档位对应的占空比信号到主功率开关管的控制极,从而确保温度被自动恒定在所设定的档位与相邻档位之间,起到自动恒温作用。本实用新型的DC低压电热被/毯的智能控制电路,采用自动闭环智能恒温系统,在不影响被体、毯体特性的前提下,简化了被体、毯体的工艺程序,减少了感温器件生产、力口工成本。同时较好地保障了被体、毯体的温度均匀性,将其控制在一个稳定安全的范围内。而且,直接检测发热元件的导体阻值,其检测值可以完全不受产品使用方法及被体、毯体折叠的影响,这一智能设计,可操作性更高,成本更低。作为本实用新型的进一步改进,所述的发热元件、主功率开关管和采样电阻依次串联在直流电源的正端和地之间,所述的主功率开关管的控制极和地之间串联一个控制极电阻,所述的采样电阻两端还外接一个RC积分电路,在开机瞬间可以起到缓冲的作用,能避免误动作,并可提高电流采样信号的精度。根据本实用新型,所述的放大整形电路包括一个放大器电路或一个三极管电路。作为本实用新型的再进一步改进,所述的放大整形电路还包括一个前极电压跟随器电路。所述的电压跟随器用以隔离采样信号,起到抗干扰的作用。当发热元件采用正温度系数的发热元件时,例如PTC元件,所述的放大整形电路与采样信号同相;当发热元件采用负温度系数的发热元件时,例如NTC元件,所述的放大整形电路将对采样信号进行变相后输出。根据本实用新型,所述的误差比较电路集成在MCU或驱动IC的内部,或者外置于MCU或驱动1C。误差比较电路外置的优点在于方便调节,并提高控制精度。[0021]作为本实用新型的再进一步改进,所述的发热元件两端还并联一个吸收电路。该吸收电路用于改进主功率开关管在开通和关断时刻所承受的电压,保护主功率开关管不被击穿。根据本实用新型,所述的吸收电路包括一对吸收二极管和一个吸收电容,所述的一对吸收二极管阴极相连,阳极跨接于所述的吸收电容和发热元件的两端。根据本实用新型,所述的吸收电路包括一个吸收电阻、一个吸收二极管和一个吸 收电容,所述的吸收电阻的一端接发热元件的一端和吸收电容的一端,吸收电阻的另一端接吸收电容的另一端和吸收二极管的阴极,吸收二极管的阳极接发热元件的另一端和吸收电容的另一端。根据本实用新型,所述的吸收电路包括一个吸收电阻和一个吸收电容构成的串联电路。根据本实用新型,所述的主功率开关管为三极管、MOSFET或IGBT其中的任何一种。本实用新型还要提供一种智能控制型DC低压电热被/毯,包括电源插头、AC/DC电源适配器、多档位可调温控器、被/毯体和智能控制电路,所述的电源插头和AC/DC电源适配器通过AC线连接,所述的电源适配器和多档位可调温控器通过DC线连接,所述的多档位可调温控器通过温控器负载线连接到被/毯体的底部,其特征在于所述的智能控制电路设置在温控器内,包括阻值随温度可变的发热元件、自动检测电路、放大整形电路和MCU或驱动1C,其中所述的发热元件设置在所述的被/毯体内;所述的自动检测电路包括串联在发热元件主回路的主功率开关管和采样电阻,所述的采样电阻将主回路的电流转化为采样电压信号后输出;所述的放大整形电路将所述的采样电压信号放大和整形为测试电压值后输出;所述的MCU或驱动IC通过比较电路将放大整形电路输出的测试电压值与档位限定值进行比较,再通过逻辑电路、PID和运算电路处理后输出与该档位对应的占空比信号到主功率开关管的控制极,形成闭环控制。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。图I是传统的温度调节电路。图2是传统的带温度检测的恒温电路。图3、图4、图5、是本实用新型采用MOSFET作为主开关管的智能控制电路。图6、图7、图8、是本实用新型采用晶体三极管作为主开关管的智能控制电路。图9、


图10、
图11、是本实用新型采用IGBT作为主开关管的智能控制电路。
图12是本实用新型采用MCU或驱动IC的占空比控制原理示意图。
图13是本实用新型智能控制型DC低压电热被/毯的整体结构示意图,包括外部接线图及被体、毯体内部线路示意图。
具体实施方式
[0039]实施例一本实用新型的智能控制电路实现方案一如图3、图4、图5所示,其区别主要在于主功率开关管与电源正端DC+之间的吸收回路不同,智能控制电路本身结构完全相同。参照图4,所述的吸收电路包括一对吸收二极管Dl、D2和一个吸收电容Cl,所述的一对吸收二极管Dl、D2阴极相连,阳极跨接于所述的吸收电容Cl和发热元件的两端。本实用新型的智能控制电路包括阻值随温度可变的发热元件、自动检测电路、放大整形电路和MCU或驱动1C,图中,Rail为发热元件的等效电阻。发热元件可以是各种金属线、发热线或发热片。所述的自动检测电路包括主功率开关管Ql和采样电阻R3,所述的发热元件、主功率开关管Ql和采样电阻R3依次串联在直流电源的正端DC+和地之间,所述的主功率开关管Ql采用MOSFET管,其栅极和地之间串联一个栅极电阻Rl。所述的采样电阻R3两端还外接一个由电阻R2和电容C2串联构成的RC积分电路,其中电阻R2的一端接MOSFET管的源 极和电阻R3的一端,电阻R2的另一端接电容C2的一端,电容C2的另一端接电阻R3的另一端和地。所述的放大整形电路包括跟随器U1-1、放大器U1-2、外围电阻R5-R8和电容C3。跟随器Ul-I的输入正端接电阻R2和电容C2的公共端,跟随器Ul-I的输入负端接其输出端和电阻R5的一端,电阻R5的另一端接电容C3的一端和放大器U1-2的输入正端,电容C3的另一端接地,放大器U1-2的输入负端接电阻R6和电阻R7的一端,电阻R7的另一端接放大器U1-2的输出端和电阻R8的一端,电阻R6的另一端接地和MCU或驱动1C,电阻R8的另一端接MCU或驱动1C。在本实施例中,发热元件采用PTC特性的材质,当DC低压电热被及毯接通电源后,主功率开关管Ql处于设定的最大占空比工作状态,Rcu阻值将随温度的上升而随之增大,使得经过采样电阻R3的电流随之变小。在采样电阻R3上产生的采样电压信号经电阻R2、电容C2后送至后级。放大器U1-2将该采样电压信号放大整形后输入MCU或驱动1C。当该检测值达到MCU或驱动IC所设定的值,将输出一个档位控制信号,使主功率MOSFET管G极的驱动信号占空比调整到如
图12所示的宽度,进入恒温状态,形成温度变量的闭环调节,以此实现自动恒温控制的功能。当发热元件采用负温度系数的发热元件时,例如NTC元件,所述的放大整形电路将对采样信号进行变相后输出,具体可通过将放大器U1-2的输入正端和输入负端对调整即可实现。本实用新型电路系统简单,体积小,成本低,工艺可行性好,且不受使用环境及使用方法的限制,故该方案适合批量生产与推广使用。参照图4,所述的吸收电路包括一个吸收电阻R9、一个吸收二极管D3和一个吸收电容C4,所述的吸收电阻R9的一端接发热元件的一端和吸收电容C4的一端,吸收电阻R9的另一端接吸收电容C4的另一端和吸收二极管D3的阴极,吸收二极管D3的阳极接发热元件的另一端和吸收电容C4的另一端。参照图5,所述的吸收电路包括一个吸收电阻R17和一个吸收电容C7构成的串联电路,其中,吸收回路的R17也可为O。实施例二[0051]本实用新型的智能控制电路的实施方案二如图6、图7和图8所示,三者的区别仅在于主功率开关管与电源正端DC+之间的吸收回路不同,智能控制电路本身结构完全相同。在本实施例中,采用双极性晶体三极管作为主功率开关管。参照图6,吸收回路的结构与图4实施方式相同,自动检测电路的结构也与图4实施方式相同,只是用双极性晶体三极管Q4替代MOSFET管Q2。放大整形电路包括三极管Q4、电阻R29、R30、R31和R32,电阻R29的一端接自动检测电路的电阻R28和电容Cll的公共端,电阻R29的另一端接电阻R30的一端和三极管Q4的基极,三极管Q4的发射极接电阻R30的另一端和地,三极管Q4的集电极接电阻R31和电阻R32的一端,电阻31的另一端接电源VCC,电阻R32的另一端接MCU或驱动1C。当DC低压电热被及毯接通电源后,三极管Q4处于设定的最大占空比工作状态,Rcu阻值将随温度的上升而随之变化(PTC特性的发热线、发热管、发热片等发热导体,阻值将随温度上升而增大;NTC特性的发热线、发热管、发热片等发热导体,阻值将随温度上升·而减小),使得经过采样电阻R27的电流随之变化。在采样电阻R27上产生的电压信号经电阻R28和电容Cl I后送至后级,通过放大整形电路进行相位变换和幅度放大,以满足闭环电路的相位和幅度要求,并送至MCU或驱动IC电路。此时当该信号的检测值达到MCU或驱动IC所设定的值,将输出一个随档位可调的控制信号,使三极管Q4的基极驱动信号占空比调整到如
图12所示的宽度,进入恒温状态,形成温度变量的闭环调节,以此实现自动恒温控制的功能。本实用新型电路系统简单,体积小,成本低,工艺可行性好,且不受使用环境及使用方法的限制,故该方案适合批量生产与推广使用。参照图7,其吸收回路的结构与图3实施方式相同。参照图8,其吸收回路的结构与图5实施方式相同。实施例三参照图9、
图10、
图11,为采用IGBT作为主功率开关的智能恒温控制电路。该实施例工作原理可以参考实施例二所述,不同之处在于本方案另增加了一个误差比较电路,所述的误差比较电路由比较器U4/U5/U6及外围电阻元件组成。误差比较电路。误差比较电路独立设置在MCU或驱动IC的外部的优点在于方便调节,并提高控制精度。参照
图13,本实用新型的智能控制型DC低压电热被/毯,包括电源插头I、AC/DC电源适配器3、多档位可调温控器5、被/毯体7和智能控制电路,所述的被/毯体7内设置有阻值随温度可变的发热元件8。电源插头I和AC/DC电源适配器3通过AC线2连接,电源适配器3和多档位可调温控器5通过DC线4连接,多档位可调温控器5通过温控器负载线6连接到被/毯体7的底部。所述的智能控制电路设置在温控器5内,其结构前面已经描述过了,在此不再敖述。在温控器5内还设有液晶或数码管显示电路。电热被/毯本体内部的发热元件即为发热部件,还是温度检测元件。本实用新型采用十六进制数字运算和控制方式进行过温度保护,当电热被及毯处于高温环境或折叠使用时,MCU或控制IC输出保护电平关闭主功率开关管,起到保护的作用;同时,液晶或数码管显示电路输出故障信号,屏幕显示故障字符。应该理解到的是上述实施例只是对本实用新型的说明,而不是对本实用新型的限制,任何不超出本实用新型实质精神范围内的实用新型创造,均落入本实用新型的保护范围之内,如
图13,含电热被/毯的连接、控制和显示方式,也均应落入本实用新型的保 护范围。
权利要求1.DC低压电热被/毯的智能控制电路,包括阻值随温度可变的发热元件、自动检测电路、放大整形电路和MCU或驱动1C,其特征在于 所述的自动检测电路包括串联在发热元件主回路的主功率开关管和采样电阻,所述的采样电阻将主回路的电流转化为采样电压信号后输出; 所述的放大整形电路将所述的采样电压信号放大和整形为测试电压值后输出; 所述的MCU或驱动IC通过误差比较电路将放大整形电路输出的测试电压值与档位限定值进行比较,再通过逻辑电路、PID和运算电路处理后输出与该档位对应的占空比信号到主功率开关管的控制极,形成闭环控制。
2.如权利要求I所述的DC低压电热被/毯的智能控制电路,其特征在于所述的发热元件、主功率开关管和采样电阻依次串联在直流电源的正端和地之间,所述的主功率开关管的控制极和地之间串联一个控制极电阻,所述的采样电阻两端还外接一个RC积分电路。
3.如权利要求I所述的DC低压电热被/毯的智能控制电路,其特征在于所述的放大整形电路包括一个放大器电路或三极管电路。
4.如权利要求3所述的DC低压电热被/毯的智能控制电路,其特征在于所述的放大整形电路还包括一个前极电压跟随器电路。
5.如权利要求I所述的DC低压电热被/毯的智能控制电路,其特征在于所述的误差比较电路集成在MCU或驱动IC的内部,或者外置于MCU或驱动1C。
6.如权利要求I所述的DC低压电热被/毯的智能控制电路,其特征在于所述的发热元件两端并联一个吸收电路。
7.如权利要求6所述的DC低压电热被/毯的智能控制电路,其特征在于所述的吸收电路包括一对吸收二极管和一个吸收电容,所述的一对吸收二极管阴极相连,阳极跨接于所述的吸收电容和发热元件的两端。
8.如权利要求6所述的DC低压电热被/毯的智能控制电路,其特征在于所述的吸收电路包括一个吸收电阻、一个吸收二极管和一个吸收电容,所述的吸收电阻的一端接发热元件的一端和吸收电容的一端,吸收电阻的另一端接吸收电容的另一端和吸收二极管的阴极,吸收二极管的阳极接发热元件的另一端和吸收电容的另一端。
9.如权利要求6所述的DC低压电热被/毯的智能控制电路,其特征在于所述的吸收电路包括一个吸收电阻和一个吸收电容构成的串联电路。
10.如权利要求1-9任何一项所述的DC低压电热被/毯的智能控制电路,其特征在于所述的主功率开关管为三极管、MOSFET或IGBT其中的任何一种。
11.如权利要求1-9任何一项所述的DC低压电热被/毯的智能控制电路,其特征在于在电热被/毯通电初始,主功率开关管的处于设定的最大占空比工作状态。
12.智能控制型DC低压电热被/毯,包括电源插头、AC/DC电源适配器、多档位可调温控器、被/毯体和智能控制电路,所述的电源插头和AC/DC电源适配器通过AC线连接,所述的电源适配器和多档位可调温控器通过DC线连接,所述的多档位可调温控器通过温控器负载线连接到被/毯体的底部,其特征在于所述的智能控制电路设置在温控器内,包括阻值随温度可变的发热元件、自动检测电路、放大整形电路和MCU或驱动1C,其中 所述的发热元件设置在所述的被/毯体内; 所述的自动检测电路包括串联在发热元件主回路的主功率开关管和采样电阻,所述的采样电阻将主回路的电流转化为采样电压信号后输出; 所述的放大整形电路将所述的采样电压信号放大和整形为测试电压值后输出; 所述的MCU或驱动IC通过比较电路将放大整形电路输出的测试电压值与档位限定值进行比较,再通过逻辑电路、PID和运算电路处理后输出与该档位对应的占空比信号到主功率开关管的控制极,形成闭环控制。
13.如权利要求12所述的智能控制型DC低压电热被/毯,其特征在于所述的发热元件、主功率开关管和采样电阻依次串联在直流电源的正端和地之间,所述的主功率开关管的控制极和地之间串联一个控制极电阻,所述的采样电阻两端还外接一个RC积分电路。
14.如权利要求12所述的智能控制型DC低压电热被/毯,其特征在于所述的放大整形电路包括一个放大器电路或三极管电路。
15.如权利要求14所述的智能控制型DC低压电热被/毯,其特征在于所述的放大整形电路还包括一个前极电压跟随器电路。
16.如权利要求12所述的智能控制型DC低压电热被/毯,其特征在于所述的发热元件两端并联一个吸收电路。
17.如权利要求12-16任何一项所述的智能控制型DC低压电热被/毯,其特征在于所述的主功率开关管为三极管、MOSFET或IGBT其中的任何一种。
18.如权利要求12所述的智能控制型DC低压电热被/毯,其特征在于所述的多档位可调温控器内还设有液晶或数码管显示电路,电热被/毯本体内部的发热元件即为发热部件,还是温度检测元件。
专利摘要本实用新型公开了一种智能控制型DC低压电热被/毯及其智能控制电路,所述的DC低压电热被/毯的智能控制电路,包括阻值随温度可变的发热元件、自动检测电路、放大整形电路和MCU或驱动IC,自动检测电路包括串联在发热元件主回路的主功率开关管和采样电阻,采样电阻将主回路的电流转化为采样电压信号后输出;放大整形电路将采样电压信号放大和整形为测试电压值后输出;MCU或驱动IC通过比较电路将放大整形电路输出的测试电压值与档位限定值进行比较,再通过逻辑电路、PID和运算电路处理后输出与该档位对应的占空比信号到主功率开关管的控制极,形成闭环控制。本实用新型电路系统简单,体积小,成本低,工艺可行性好,且不受使用环境及使用方法的限制,故该方案适合批量生产与推广使用。
文档编号A47G9/00GK202664977SQ20122027236
公开日2013年1月16日 申请日期2012年6月10日 优先权日2012年6月10日
发明者方洁苗, 李积明, 严海林 申请人:浙江榆阳电子有限公司
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