专利名称：闭环温度控制加热电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及温控加热领域，更具体而言，本发明涉及一种闭环温度控 制加热电^各。
背景技术：
温控加热是一项应用非常广泛的技术，同时也是一种较为成熟的技 术，通过该技术可以使被加热物体保持在某个固定的温度，或者使其温度 按照预先设定的规律变化。
为了提高温度控制的精确度， 一般会采取闭环温度控制电路。常规的 闭环温度控制电路如图1所示。
在图l中，采用了分离的温度测量元件和加热元件。功率驱动器和加 热元件相连接，以向其提供加热电流。温度测量元件和该加热元件连4妻， 以便测量其温度。该温度测量元件输出温度信号，其被信号放大器放大之
后再经过AD转换器输入到微处理器。该微处理器对该温度信号进行处理， 然后产生用于对加热元件的加热进行控制的控制信号并提供给功率驱动 器，这样就形成了闭环温度控制。
图1所示的电^各存在着一些不足。例如，独立的温度测量元件和加热 元件被连接到电路中时需要使用多根导线，这不利于使用在一些对使用导 线的数量有严格要求的应用场合，例如在需要对加热器进行快换的应用 中。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的闭环温控加热电路，其采用单一的双 端子元器件就能实现加热功能和温度测量功能，由此减少需要连接的导线 的数量，减少了电子元件。
为了实现上述目标，本发明采用了电阻率较大且电阻温度系数绝对值 相对较大的金属作为加热元件的材料，该材料具有加热特性和热致电阻变 化特性，其^^支制成细丝并进行非接触地盘绕，这样就形成了同时具备加热 功能和温度测量功能的加热器，其中所述材料在常温时的电阻率大于5 x l(T8Q.m,在常温时的温度系数的绝对值大于O. 003。这样可以使用两个 电连接线来实现加热电流的输入和用于测量温度的信号的输出。根据本发明的闭环温控加热电路，其包括；加热器；功率驱动器，用 于向加热器提供加热电流并且控制加热器的加热操作；微处理器，用于向 所述功率控制器提供功率控制信号；信号放大器，其放大从所述加热器接
收的模拟电信号；模数转换器，其将来自所述信号放大器的模拟电信号转 换成数字电信号，并将转换后的数字电信号提供给所述微处理器；其中所 述加热器是由同时具有加热特性和热致电阻变化特性的金属材料制成。 上述加热器所采用的材料可以是镍、铂等金属或具有类似性能的合金。
根据本发明的闭环温控加热电路减小了加热器体积，减少了元件数 量，减少了连接导线，使得实用范围广、尤其是对于那些对导线数量要求 苛刻的应用，例如加热器需要进行快换的应用。
图l是传统的闭环温控加热电路示意性框图2是根据本发明的闭环温控加热电路示意性框图3是图2的具体实现电路。
具体实施例方式
以下采用具体实施例来详细说明本发明，但其不用来限制本发明的保 护范围。
图2示出了根据本发明的闭环温控加热电路的示意性框图。如图2所 示，根据本发明的闭环温控加热电路采用了和图l所示的传统电路基本相 同的结构和元件，不同之处在于所使用的加热器是由同时具有加热特性和 热致电阻变化特性的金属材料制成，所以同时具备加热和温度测量功能， 这完全不同于现有的加热器，具有显著的技术进步。所述材料的热致电阻 变化特性是指该材料的电阻值随着温度的变化而变化，该电阻值可以随着 温度的升高而变大，也可以随温度的降低而变小。在本发明举例说明的例 子中，采用了电阻值随温度的升高而变大的材料。根据本发明的加热器采 用了电阻率较大且电阻温度系数绝对值相对较大的金属作为加热元件的 材料，该材料具有加热特性和热致电阻变化特性，其^L制成细丝并进行非 接触地盘绕，这样同时具有加热功能和温度测量功能。所述材料在常温时 的电阻率大于5 x l(T8。 .m,在常温时的温度系数的绝对值大于O. 003。根
据本发明的具有上述功能的加热器与功率驱动器之间仅需要两根电连接 线进行连接即可。如图2所示，功率驱动器和加热器连接以向其提供加热
4电流。该加热器又可以输出用来表示测量温度的电压或者电流信号，其被
信号放大器放大之后再经过AD转换器输入到微处理器。该微处理器对该用
来表示测量温度的电压或者电流信号进行处理，然后产生用于对加热器的 加热进行控制的控制信号。该控制信号控制功率驱动器向加热器提供加热 电流，从而实现闭环温度控制。这样上述电路使用两根电连接线实现了供 给电流用于加热，同时这两根电连接线又作为反馈通道传送用于表示测量 温度的电压或电流信号。根据本发明的闭环温控电路和传统的闭环温控电 路相比减少了电连接线的数量，使得实用范围广，对于那些对电连接线的 数量要求苛刻的应用场合中，例如需要对加热器进行快换的应用场合中， 特别有优势。
图3示出了用于实现图2的具体实现电路。
在图3中，使用连接器CN1将加热器H与功率驱动电路连接，该连接器 只需要2个插脚即可，也就是说只需要两根电连接线就可以将加热器H与功 率驱动电路连接在一起，这样有助于进行快换操作。可以理解的是，本发 明不通过连接器而是直接将加热器H与功率驱动电路连接在一起也是可行 的。如图3所示，该功率驱动电路包括电源VP、驱动晶体管Q1和电阻器R4 等；在本实施例中，采用mos晶体管作为驱动晶体管，可以理解的是，也 可以采用其他类型的晶体管用作驱动晶体管。连接器CN1将加热器H连接在 电源VP和驱动晶体管Q1之间。该加热器H是由同时具有加热特性和热致电 阻变化特性的金属材料制成，其采用了电阻率较大且电阻温度系数绝对值 相对较大的金属材料，例如可以选择镍金属材料。然而，其它类似金属材 料或合金也是可行的，例如铂或具有类似性能的合金。制造该加热器所用 的金属材料在常温时的电阻温度系数的绝对值大于O. 003,而在常温时的 电阻率应当大于5 x 10—8Q . m,在这里所述的常温温度例如可以具体是20 。C。当来自微处理器U2的控制脉冲信号T-P为高电平时，驱动晶体管Q1导 通，由电源VP提供的加热电流lH流经加热器H,通过该驱动晶体管Q1流向电 阻器R"该加热器H开始进行加热操作。此时电阻器^上的电压V^通过信号 放大器UlA被放大得到电压信号Vf,并该电压信号Vf通过AD转换器UM支转 换成数字电信号，微处理器U2接收来自AD转换器U3的数字电信号之后，就 可以获知L的数值。此后微处理器U2再根据电源电压Vp,并考虑驱动晶体 管Q1上的电压降、可以计算出加热器H的电阻但Rt ,其公式为此后，根据加热器H的温度与其电阻值的对应关系，即根据公式
A + r。》来计算加热器H的当前温度T，其中R。为在温度T。时加热器
H的电阻值，KT为所选材料的电阻温度系数，其中数据R。、 T。、 Kt均是已知 值。这样微处理器U2就可以通过计算获得加热器H的温度T。
当来自微处理器U2的控制脉沖信号T-P为低电平时，驱动晶体管Q1截 止，此时电源VP不提供加热电流，加热器H不进行加热操作。
由此，微处理器U2可以根据例如可以在存储器(未示出)中保存的温 控算法调整脉冲T—P的占空比，从而可以调节加热功率，实现了闭环温度 控制。
上述电路使用两根电连接线实现供给电流用于加热，同时该两根电连 接又作为反馈通道传送被用于通过数学算法来计算得到温度值的电压或 电流信号。
上面仅以举例的形式描述了本发明，但不是对本发明的限制，本发明 将由附属的权利要求保护。
权利要求
1.一种闭环温控加热电路，包括加热器；功率驱动器，用于向加热器提供加热电流和控制加热器的加热操作；微处理器，用于向所述功率控制器提供功率控制信号；信号放大器，其放大从所述加热器接收的模拟电信号；模数转换器，其将来自所述信号放大器的模拟电信号转换成数字电信号，并将转换后的数字电信号提供给所述微处理器；其中所述加热器是由同时具有加热功能和热致电阻变化特性的金属材料制成。
2. 如权利要求l所述的电路，其中所述金属材料在常温时的电阻温度 系数的绝对值大于O. 003。
3. 如权利要求l所述的电路，其中所述金属材料在常温时的电阻率大 于5 x 10—8Q m。
4. 如权利要求l - 3之一所述的电路，其中所述金属材料是镍金属材 料、铂金属材料，或者是具有类似性能的合金中的一种。
5. 如权利要求1所述的电路，其中所述功率驱动器包括电源和驱动 晶体管，并且所述加热器连接在电源和驱动晶体管之间。
6. 如权利要求5所述的电路，其中还包括一个仅有2个插脚的连接 器，通过该连接器使得所述加热器连接在所述电源和驱动晶体管之间。
7. 如权利要求5或6所述的电路，其中所述驱动晶体管是mos晶体管。
全文摘要
本发明提供了一种闭环温控加热电路，包括加热器；功率驱动器，用于向加热器提供加热电流并且控制加热器的加热操作；微处理器，用于向所述功率控制器提供功率控制信号；信号放大器，其放大从所述加热器接收的模拟电信号；模数转换器，其将来自所述信号放大器的模拟电信号转换成数字电信号，并将转换后的数字电信号提供给所述微处理器；其中所述加热器是由同时具有加热特性和热致电阻变化特性的金属材料制成。根据本发明的闭环温控加热电路通过将传统的分离的测温元件和加热元件集成为单一一个加热器，减少了电连接线的数量，使得使用范围广，对于那些对电连接线的数量要求苛刻的应用场合中特别有优势。
文档编号G05D23/24GK101493707SQ20081005651
公开日2009年7月29日 申请日期2008年1月21日 优先权日2008年1月21日
发明者张秀庭, 张阳天, 毛绍基, 苗齐田 申请人:同方威视技术股份有限公司