专利名称：一种用于操作用电设备的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于操作用电设备的方法，该设备在接通时产生比其额定电流高很多的电流，所述方法尤其适于操作移动装置、特别是车辆的模拟操作的PTC加热装置、电泵、电动机、磁线圈，等等。
背景技术：
已知用加热诸如空气的流动介质的加热装置装备移动装置(如轮船、列车、卡车、商用汽车、飞机、宇宙飞船和机动车辆)的方法。这种装置可以是车辆内部的加热系统、用于车窗除冰的空气加热系统、用于预热发动机进风的加热系统，等等。
已知为此目的而通过微处理器控制系统以数字的方式提供加热元件形式的加热装置的方法，或是在无电子控制系统的情况下建立在具有正的电阻温度系数(PTC)的材料或金属加热元件基础之上的方法，所述加热元件是模拟操作的元件的原因在于，它们是通过机械继电器来接通和切断的。可以在若干个级中提供加热元件，且所述加热元件由相应数量的继电器来接通。
在这种模拟操作的PTC加热装置中，事实是当该装置接通时，即在大约几秒钟长度的接通阶段内，将流过可能等于额定电流两倍的非常高的电流，这使得电源干线的电流负载变得过高，而这是相当不利的。
以下事实也是不利的不可能进行故障诊断，且开关操作分级进行，即开关操作在不稳定的情况下进行；使用机械继电器来进行机械过程，而这导致了开关噪声，由于开关周期的原因，开关的使用寿命受到了限制；并且由于机械继电器比较昂贵，布线的成本也非常高，因此操作会产生高成本。
可以从市场上许多不同的供应商那里买到没有电子控制系统的加热系统，即上述类型的模拟操作的加热装置。
发明内容
本发明基于的目的在于，指出一种用于前述的、通过模拟手段操作的一类装置的方法，即所述装置不由微处理器来控制或调节，且通过该方法使接通阶段的电流负载显著地降低。
根据本发明，由权利要求1中指出的方法来实现该目的。
权利要求2-7的目的是对根据本发明的方法进行特别的优选设计和作进一步展开。
由于在本发明的方法中，在接通阶段基于延时来增加功率，因此避免了接通阶段的较高电流浪涌，并降低了电源装置的负载。
本发明的方法的优点还包括，能够实现有条件的故障诊断和欠压与过压保护，并且与现有技术中用于操作多级加热装置的方法(在该多级加热装置中根据时间逐个地接通各个加热线)相比，由于所有的加热线同时启动，因此在该加热装置中能够获得实现均匀的温度分布。
由于本发明没有提供用于操作加热装置的机械继电器，因此，不存在开关噪声，并延长了使用寿命，同时由于没有机械部件，因此大幅降低了布线花费并降低了成本。
参考相关附图，下文详细说明了本发明的方法的特定优选实施例。
图1在时距图中示出了分别使用采用模拟操作的PTC加热装置的传统方法和本发明的方法时，在一个级内的电流的增加。
图2在方框图中示出了用于PTC加热装置的单级或多级电子控制电路的结构。
图3在方框图中示出了用于PTC加热装置的无级电子控制电路的结构。
图4示出了用来产生用于图2所示的电子电路的PWM控制电压的电路配置的第一实施例，和图5示出了用来产生用于图2所示的电子电路的PWM控制电压的电路配置的第二实施例。
具体实施例方式
如图1所示，在接通阶段接通采用传统方法的加热系统，而这导致了电流在前几秒内急剧增加，其中所述方法通过具有相应继电器控制的机械继电器来操作模拟操作的加热装置。这时可能会流过为额定电流的两倍的电流，而这将给电源网络造成沉重的负担。这种情况由图中的曲线A表示。
根据本发明的方法，在电路中提供了功率的延时，使得在接通阶段内，加热装置的功率增长得到延迟，或者，其功率以定义的有限方式增加。可以分级地或以类似斜坡的方式连续地进行上述过程，例如，由于脉宽调制比的由时间延迟定义的增加，因而可以在加热装置的操作中使用脉宽调制(PWM)来实现上述过程。可以由积分电阻电容组合来控制所述增加。
如图1所示，在电路中可以提供定义的时间常数T＝20s，使得加热装置直到该时间T之后才在额定条件下工作。在附图中这种情况由曲线B来表示。该时间常数可以达到30s。
将电子开关用于本发明的方法规定的、延迟的或定义的有限的功率增加。也可以进行故障诊断和PWM信号的真实性检验。
也可以提供欠压或过压保护，并可以用最大温度限制来监视温度，当达到该最大温度时便切断加热装置，这使得在将加热装置用于空调系统的情况下，如果通风出现故障，也能够避免损失。即使在用于加热凸缘以预热机动车辆引擎的进风的加热装置中，也可以避免壳体凸缘温度过高。
图2在方框图中示出了用于操作PTC加热装置的单级或多级电子控制电路，在示出的该实施例中，该PTC装置由三个PTC加热棒1组成，且所述电路包括电压源2，而后者可由能在市场上买到的积分可调稳压器组成。
方波振荡器或时钟振荡器3产生通过开关和驱动4来启动加热级的方波信号。通过对这些电源开关4定时，使它们均具有120°的相移，来形成具有120°相移的三个启动信号，以减少电源干线的负载。
方波或时钟振荡器3可以是模拟时钟发生器或数字时钟发生器。
在方框5中产生了所述相移，而这产生了显示相位的启动信号，该信号用来减少用于操作加热系统的电源干线的脉冲载荷。
可以数字地产生所述相移。
取决于设计的不同，将接口6处的加热命令通过单线或两线接口传送到所述电子器件。例如，可以用12V电压高活性地进行所述启动，并且，此处将低活性的启动即接地作为加热信号也是可能的。
可以通过一条电缆在仅仅一个加热功率级中进行所述启动，也可以通过两条电缆在若干个加热级中来进行所述启动，如图2所示。
图3示出了一个实施例，该实施例与图2所示的电子电路实施例的不同之处在于，从外部预定的PWM信号允许功率进行连续变化。由模数转换器7对所述从外部预定的PWM信号进行积分。然后，将由此产生的模拟电压作为对加热棒1的最终阶段定时的预定值。这意味着加热级的接通时间是根据所述的预定PWM信号而变化的。
如图3所示，此处以具有线性功率控制的PWM信号的形式提供了加热命令。
为产生用于启动开关和驱动4的PWM信号，在方框8中首先对具有120°相移的数字信号进行了修改。通过RC低通滤波器实现了上述目的，而其所述滤波器影响了时钟信号的上升沿的时间扩展。通过比较运算放大器反相输入处的RC组合的电压电平和非反相端的电位，获得了脉宽调制的输出信号。
图4示出了用于产生PWM控制电压的电路的第一实施例的电路结构，该PWM控制电压用于启动加热系统，即用于加热装置的接通阶段。
用所述PWM控制电压来依次增加加热过程开始阶段的PWM信号的时钟比。为产生所述PWM控制电压的类似斜坡的过程，提供了如图4所示的反相积分器。上升的陡度在两个级内发生变化。在第一级内，为尽可能快地加热PTC加热装置，所述陡度存在相对较快的上升。由于加热棒1的温度的快速上升，因而开关4仅在该加热装置的最大电流消耗范围内工作了较短时间。而这导致了开关4的发热降低。
如图4所示，可在收到“加热命令”信号时通过预先确定一个要在电阻R4上积分的电压来实现上述目标。在第二级内，通过比较ICIA的输出端的控制电压USt与可自由定义的参考电压来降低待积分的电压，而这导致了控制电压USt的缓慢增加。当关闭所述装置时，由电阻R15和R16组成的分压器的电压对所述积分器的电容器C1进行了快速充电。而这影响了设备断开期间所述电压曲线的陡度。
在一个未示出的实施例中，通过结合使用数字计数器与数模转换，也能够实现控制电压USt的缓慢增加。
图5所示的实施例对应于循环反相积分器，并基于与图4所示的实施例类似的原理进行工作。然而，此处将相移逻辑产生的信号与时间比一起在IC5B处进行积分，结果，与图4所示的设计不同，不需昂贵的特殊元件，本实施例便能够实现所需的大约30秒的启动时间常数，。而IC5A监视PWM控制电压USt的电平，并根据现有的加热命令对其进行限制。通过R39与R40和R39与R41定义的电压部分，确定了该控制电压的限制电平。
尽管以上已参考PTC加热装置的实施例对本发明的方法进行了说明，但是，不言而喻的是，该方法也能用于其它的、在接通时产生比其额定电流高很多的电流的其它设备，特别是电泵、电动机、磁线圈，等等。
权利要求
1.一种用于操作用电设备的方法，其中，所述设备在接通时会产生比其额定电流高很多的电流，该方法尤其适于操作移动设备的、特别是机动车的模拟操作的PTC加热装置、电泵、电动机、磁线圈，等等，其特征在于，在接通阶段，以定义的有限方式增加所述用电设备的功率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述设备接通后，在定义的至多30秒的有限时间范围内，增加所述设备的功率。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率是分级增加的。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率是以类似斜坡的方式连续增加的。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用脉宽调制操作所述设备，并且基于延时增加脉宽调制比。
6.如上述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在加热装置中监视温度，并且当达到预先确定的最大温度时，切断所述操作。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，基于脉宽调制信号执行故障诊断和/或真实性检验。
全文摘要
一种用于操作设备、如用于诸如车辆的移动装置的模拟操作的PTC加热装置的方法，所述设备在接通时产生了比其额定电流高很多的电流。在接通阶段，所述方法以定义的有限方式或以类似斜坡的方式增加所述设备的功率。
文档编号G05F1/66GK1834830SQ20061005926
公开日2006年9月20日 申请日期2006年1月18日 优先权日2005年1月18日
发明者H·P·埃茨科恩, J·保罗, R·默特 申请人:贝鲁股份公司