专利名称：恒温器控制单元及冷冻加热系统多点温度控制器中的使用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一电子数字恒温器控制单元，及其在冷冻及加热系统的多点温度控制器中的应用。
在冷冻/加热系统中的电子控制基本上包含一简单的恒温器、马达起动继电器、及一控制该马达的过载保护装置。较大的机型还包含一定时器及一简单的电热器控制逻辑线路(用于自动解冻功能)。一些昂贵的机型包含一或多个螺线管或马达，以控制鼓风机/气流叶片，用于在额外隔间单元中的自动温控。
在恒温器中测量及控制温度的传统装置包括ⅰ．充满气体/液体的毛细管，其中该气体/液体的膨胀/收缩伴随着温度变化，用于决定/控制该温度。
ⅱ．双金属元件，其中该二金属的双金属条的弯曲/变形可决定它所感测的温度，因为该二金属具有极不同的热膨胀系数。
ⅲ．机械式风箱，由该膨胀的气体/液体机械式地推动，及依次移动该机械式触点及在一确定设定值起动该电子电路。
ⅳ．该弯曲的双金属条本身执行一机械式移动开关的功能，以控制该电子电路。
这些传统的方法/装置有下列的缺点a．不精确及不完全感测温度。
b．低可靠性。
也有现在可用的电子数字恒温器。这些恒温器已经例如在美国专利第5592989；5528017；5520327；5329991；5107918；4948044；4799176；4751961；4663654及4638850号中描述。然而，这些电子数字恒温器使用昂贵的温度感测器，诸如热敏电阻、热电偶或铂丝电阻温度计。这些感测器需要复杂和昂贵的接口电路。这已造成除了最昂贵的冷冻装置机型外，该恒温器的使用并不受欢迎。此外，许多电子恒温器的益处，诸如改善操作的可靠性，当其与传统的起动继电器、过载保护装置、解冻定时器等一起使用时并未有效地实现。用电子对等装置替代这些元件，或提供节约能源及其他最终消费者有用的功能，至目前为止已证实只能在最昂贵的冷冻装置机型上合乎经济地实施。
传统的过载保护机构基于下列机构之一a．双金属元件，其中该二金属的双金属条的弯曲/变形可决定其所感测之温度，因该二金属具有极不同的热膨胀系数。该双金属条的机构尺寸及外形可决定其发生热解扣作用之温度，以执行该过载保护功能。
b．正温度系数(Positive Temperature Coefficient，下文简称PTC)电阻元件，其电阻随着温度增加超过某一阀值温度时将急剧地增加，以致该电阻元件有效地将该电子电路中的电流减少至一微不足道之值。
这些方法皆有缺点。该双金属过载保护装置是一机械式移动部件，它每一次历经电弧时将使该电子电路中断，造成电子干扰，而同时导致触点腐蚀。
该PTC电阻元件同样暴露于经常不断的冷热循环之中，造成热应力及减低可靠性。同时该PTC元件的电子及温度特性需要匹配该负载，以便产生正确的电子动作。这限制其弹性，和最多是在有效性方面的一种折衷，因为PTC特性与该负载特性的精确匹配是几乎不可能的。
同理，提供起动继电器功能及相关问题的常规方法为a．使用一传统的机械式继电器，它遭受电弧的标准问题及减低其可靠性，这是由于使用一移动式机械触点以连通/中断一电子电路。
b．使用一正温度系数(PTC)的阻抗元件，它遭受一PTC元件在该过载保护装置功能时所遭遇的相同的问题。
一冷冻系统的传统的解冻定时器是一电子机械或电动定时器机构。因为它具有不断移动的机械部分及一电弧触点，所以它的可靠性是非常有限的。
除了上述问题外，已证实冷冻系统中的传统电子控制是笨重的，及以在提供多区域温度控制功能方面十分昂贵，而这是较大的冷冻系统所想要的。事实上，假如想要一些节约能源的功能或对最终消费者提供有用的特性，则使用此控制机构的器械是不实际的。
本发明的目的是提供一电子数字恒温器，其具成本效益、操作安全及可靠。
本发明的另一目标是通过使用所述电子数字恒温器提供单一、多点的轻巧电子控制单元，其克服所有前述的缺点及以低成本提供现行可用昂贵电子控制的优点。
为实现该目的，本发明提供一电子数字恒温器控制单元，包含一p-n结温度感测元件，一恒定电流源，以驱动所述p-n结元件，一所述p-n结元件的输出被连接至一模数转换器，以产生一数字输出，一该数字输出被连接至一电路，通过使用储存于非易失存储器中的校准数据修正感测器的灵敏度及偏移值，一该修正的输出被连接到至少一数字比较器的一个输入，及每一数字比较器的另一输入从所述非易失存储器或由可变控制设备接收一数字参考值，一使用数字噪声滤波器过滤该比较器的输出，以消除伪输出及储存于一控制锁存器，以便能在不论何时该数字比较器的输出为‘真’时设定/复位一控制锁存器的输入，用于在进行温度修正的消费者/工业用产品中启动该装置。
所述控制锁存器的输出被连接至一输出驱动与保护电路，其不断地监视该负载状况，及假如在所述消费者/工业用产品中遭遇过载状况，将使该固态开关的驱动无作用。这些过载状况指热量过载、过载电流及接通侵入电流的状况。据此，该输出驱动与保护电路包含一热保护电路、一过载电流保护电路、及一软起动电路。该热保护电路影视该负载温度，而该过载电流保护电路监视该负载所流动的电流，及该软起动电路在起初接通期间对该负载提供一有效减低的起动电压，及藉此于马达及电热器负载的情况中减少该负载所产生的侵入电流应力。
该温度显示单元被连接至所述数字比较器输入之一，该比较器由该灵敏度及偏移修正电路的输出接收其输入，及一选择开关准许选择性地显示来自该电位计/开关的数字化输出的感测温度或参考值。
一可变控制设备和模数转换器串联，用于变化经由一多路复用器馈入该数位比较器的参考值数字值，用于调整该温度的控制范围。该可变控制设备是一电位计或开关，连接至一开关解跳电路及数字计数器，以移去伪开关转换及增量/减量数字计数器，其输出被连接至一数字多路复用器的输入，以决为自该电位计/开关的用户控制信号或来自该非易失存储器的恒定值是否被用作该数字比较器的一个参考值。
该数字多路复用器的输出通过一个开关解跳电路受到来自该选择开关的信号所控制。
该数字比较器比较该已修正及感测的温度与该参考值，及在经由噪声滤波器过滤之后产生一‘真’/‘假’输出以设定/复位一控制锁存器，以消除伪输出。
数字比较器之一由该非易失存储器接收一固定的参考值，及另一数字比较器从该非易失存储器或由一使用户可变控制装置接收其参考值，这取决于拨动该选择的选择开关的状态而定。
供电至该电子数字恒温器控制单元的电源最好包括一低损耗的电容性压降网路，其随后有一电压钳位装置、一整流器及一滤波器网络，以提供一直流电压。所述直流电源供给一个3～6伏特范围之内的输出。
一时钟振荡器连接至该电子数字恒温器控制单元的每一电路，用于为每一电路的操作提供定时信号。所述时钟振荡器是一石英钟振荡器，操作频率范围为4-8兆赫。
该整个控制电路是提供为一标准的专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，下文简称ASIC)，以提供一小型及具成本效益的恒温器，并不包括该感测器、一可变的用户控制电位计/开关、该选择开关、温度显示单元及该固态开关。
在其他实施例中，所述ASIC不包括非易失存储器、时钟电路及电源，以便提供用于储存温度数据的较大非易失存储器容量，及用作一实施例中和不同类型及尺寸的显示器的接口，及于另一实施例中进一步排除该输出驱动和保护电路，以便使用较高功率的固态开关，或提供多点应用中控制的灵活性。
为实现第二个目的，本发明提供一电子多点温度控制单元，包含多个电子恒温器控制单元，如上述具有一储存参考及校准数据的公共非易失存储器，用于控制该冷冻/加热系统中若干所需位置的温度，其中来自所述电子恒温器单元的控制锁存器单元的输出被连接至逻辑电路，它使用分开储存于该电子恒温器单元中的非易失存储器中的数据，以选择性地连接该输出至一或多个输出驱动和保护电路，该输出驱动和保护电路通过固态开关驱动及监视该负载，一中央控制单元连接至ⅰ．该电子恒温器控制单元的控制锁存器单元的每一所述输出，及所述输出驱动与保护电路的输入，用于使该电子恒温器控制单元及该输出驱动和保护电路使能或禁止，这依来自该电子恒温器控制单元的输出及从该电位计或数位计数器所接收的使用户控制输入，以及错误发生条件的组合而定；ⅱ．一系统定时器单元，它产生该定时信号，用于在特定操作模式期间使一或多个所述输出驱动和保护电路使能或禁止；ⅲ．一起动继电器电路，它提供所需的信号，以便在打开所述负载时控制一或多个输出驱动和保护电路。
该输出驱动与保护电路的任何一个或多个包含一热保护电路、一过载电流保护电路及一软起动电路，该热保护电路监视该负载的温度，而该过载电流保护电路监视该负载所流动的电流，及该软起动电路于初始接通时期对该负载提供一有效减少的起动电压，及藉此减少在马达及电热器情况中于负载上所产生的涌入电流应力。
所述中央控制单元是一逻辑电路，用于提供特定功能，例如在冷冻装置情况中的自动解冻及快速冷冻，及在加热系统情况中的定时加热周期。
一显示单元连接至所述电子恒温器控制单元之一的输出，用于显示温度。
至少一开关经由一开关解跳电路及一数字计数器被连接至该中央控制单元的输入，用于供应所需的用户控制信号，以操作该电子多点温度控制单元。
整个控制电路以一标准的ASIC实现，以提供一小型及具成本有效益的电子多点温度控制单元，不包括该电子恒温器控制单元的感测器、可变用户控制开关、选择开关、温度显示单元及固态开关。
于另一实施例中，所述ASIC电路不包括非易失存储器、时钟电路及电源，以便提供用于储存温度数据的较大非易失存储器容量，及用作和不同类型及尺寸的显示器的接口。
现将参考附图描述本发明
图1显示根据本发明使用一电位计的电子数字恒温器控制单元，用于改变该温度控制值。
图1a显示该电子数字恒温器控制单元中的输出驱动与保护电路。
图2显示该单元使用一开关的另一实施例，以变化该温度控制值。
图3显示该无变压器式电源，用于提供电源至该电子恒温器单元。
图4显示该电子恒温器控制单元之一应用。
图5显示一实施例，其中该整个控制电路以一ASIC实现，不包括感测器、可变的用户控制电位计/开关、选择开关、温度显示单元及固态开关。
图6显示ASIC形式的另一实施例，其中该非易失存储器、时钟振荡器及直流电源位于该ASIC外部。
图7显示ASIC形式的另一实施例，其中该非易失存储器、时钟振荡器、直流电源及输出驱动和保护电路位于该ASIC外部。
图8显示使用五个电子恒温器控制单元及具有一公共非易失存储器的电子多点温度控制单元。
图8a显示电子多点温度控制单元中的输出驱动与保护电路。
图9显示该电子多点温度控制单元于具有三分开隔间的一冷冻装置中的应用。
图10显示该电子多点温度控制单元在一咖啡自动贩卖机器中的应用。
图11显示一实施例，其中该整个电路除了感测器、开关、直流电源、固态开关、及显示单元外，以一ASIC实现。
图12显示一实施例，其中该整个电路除了该电子恒温器控制单元的感测器、开关、直流电源、固态开关、非易失存储器及显示单元外，都以一ASIC实现。
参照图1及1a，项目1表示一感测器，包括一半导体p-n结(例如一二极管)。一恒定电流源2为该感测器1提供偏置电流。来自感测器1的信号是一模拟直流电压，随着温度线性地减少，用一模数转换器3转换至数字形式。通过一灵敏度及偏移修正数字电路4调整感测器偏移及灵敏度的数字输出，该电路4由一非易失存储器19接收该数字形式的修正系数数据。这个数字输出被提供给数字比较器5及6。每一数字比较器接收一数字参考值，以及在其输入端接收来自该灵敏度及偏移修正数字电路4的数字值。该数字比较器5由该非易失存储器19接收一固定值，及另一数字比较器6由该非易失存储器19或由一用户可变控制12接收其参考值，这取决于选择器开关16的开/关状态。在这种情况下，用户控制变量是一电位计12，来自该电位计的直流电压被馈入一模数转换器14，并将其转换成适用于数字比较器6的一数字值。一恒定电流源13驱动该电位计12，以确保一输出与电源波动无关。该模数转换器14的输出被馈入一数字多路复用器15，它决定来自该电位计的用户控制信号或来自非易失存储器的恒定值是否用为该数字比较器6的断流参考。该数字多路复用器15由与该选择器开关16接口的开关解跳电路17的输出接收其控制输入。该二数字比较器5及6的输出通过数字静噪滤波器7及8，以移去伪输出，随后提供给一控制锁存器9的输入，以控制该输出驱动与保护电路10。该输出驱动与保护电路10包含软起动电路10A、热过载保护电路10B、及过载电流保护电路10C，驱动该固态开关11以启动该消费者/工业用器具中的相关装置，能在马达及电热器负载情况中修正该温度及使该负载上所产生的涌入电流应力减至最低，以及保护防止过热及电流过载状况。该灵敏度及偏移修正数字电路4的输出亦将使其在一显示单元18上显示所感测温度。一时钟电路20及一电源21连接至该整个电路，如图1中所示。
在图2中，该用户可变控制源自一开关22，而非一电位计12。来自该开关22的信号被馈入开关解跳电路23，其在每一次开关下压时馈入一脉冲至一数字计数器24，其代表经由数字多路复用器15供给该数字比较器6的选择控制极限值，决定是否该数字计数器24的输出或来自该非易失存储器19的固定值被提供给该数字比较器6的输入。该数位多路复用器15由与该选择器开关16接口的解跳开关17的输出接收其控制输入。
图3显示该3至6伏特的无变压器式电源21，用于供电至该电子数字恒温器控制单元。一电容性压降网路25具有一电压钳位齐纳二极管26，并将输入的高交流电压减少至一低值，这低值交流电压被一二极管27整流，然后用一电容器28过滤，以产生一低电压直流电源而供电至该电路。
图4表示该电子数字恒温器控制单元的一种应用。该感测器元件1被放在该设备29内侧以控制其温度(例如在消费品情况中为冷冻装置，或于一工业/汽车应用情况中为引擎冷却剂管线)。该感测器1被定位远离该电子数字恒温器控制单元30。同理，在远端定位该装置31，将用该电子数字恒温器控制单元启动该装置31，以便在冷冻装置的情况中对压缩机马达或于气冷或水冷的引擎情况中对该冷却器的冷却风扇/冷却泵浦提供温度修正。
图5显示该电子数字恒温器控制单元的一种实现，它呈一标准ASIC 32的型式，以提供一很小型化及具成本效率的解决方法。该感测器1连接至该ASIC。同理，固态开关11连接至该ASIC的输出。用于该断流温度的选择及该控制范围设定的二开关亦分别连接至该ASIC 32。该显示单元18被直接连接至该ASIC管脚及被它分开驱动。
图6显示使用一ASIC33的另一实施例，其中该非易失存储器19、时钟振荡器20、及该电源21在该ASIC外部，以便提供较大的非易失存储器容量，及作用和几种不同类型和尺寸的显示器的接口。该较大的非易失存储器19容量允许储存更多的温度数据。
图7显示该电子数字恒温器控制单元的另一实施例，呈一ASIC34的型式，其中该断开驱动及保护电路10亦位于外部，以便使用较高功率的固态开关，其比单一芯片所提供的需要更多的驱动电流。这能控制显著较高的容量负载。
一感测器包括单一半导体p-n结二极管1，在一恒定电流源2所提供的恒定偏流下产生一直流电压，其随着所感测温度的增加而正比地减少。这直流电压被馈入一模数转换器3的输入。该模数转换器产生一数字输出，其等于在其输入所供给它的直流电压。这个数字输出随后馈入一灵敏度及偏移修正数字电路4的输入，以通过施加一修正系数修正其感测器偏移及灵敏度，这个修正系数是该电路4以数字形式从该非易失存储器19接收的。这产生一经修正、感测的温度值。
这个经修正、感测的温度值被提供给每一数字比较器5及6的一输入。数字比较器5在其另一输入由该非易失存储器19接收一固定的参考值。由该灵敏度及偏移修正数字电路4所接收的经修正、感测的温度值由数字比较器5将其与该参考值比较，及产生一‘真’/‘假’输出。该数字比较器5的输出被馈入一数字静噪滤波器7，以便消除伪输出。来自该数字静噪滤波器7的滤波输出被提供给一控制锁存器9的“复位”输入端。如此，不论何时该数字比较器5的输出为‘真‘，即复位该控制锁存器。
根据拨动该选择的选择开关16的状态，另一数字比较器6由该非易失存储器19或由一用户可变控制装置12接收其参考值。在该用户可变控制装置为一电位计12时，来自该电位计的直流电压被馈入一模数转换器14，并将其转换成适于数字比较器6的一数字值。一恒定电流源13驱动该电位计，以确保其输出与电源波动无关。该模数转换器14的输出被馈入一数字多路复用器15，它决定来自该电位计12的用户控制信号或来自该非易失存储器19的常量是否用为该数字比较器6的参考。
在由一开关22提供用户控制装置以代替一电位计12时(看图2)，该开关信号被首先通过一开关解跳电路23，以移去伪开关转换，及随之用于递增/递减一数字计数器24。该数字计数器24的输出随即被提供给数字多路复用器15的输入，其决定来自该开关22的用户控制信号或来自非易失存储器19的常量是否用作该数字比较器6的一参考值。
该数字多路复用器15的输出被由该开关解跳电路17处理后来自选择器开关16的信号控制，以移去伪开关转换。数字比较器6比较该经修正、感测的温度值与参考值，及产生一‘真’/‘假’输出，用于在经过数字噪音滤波器8滤波之后设定控制锁存器9，以消除伪输出。
该控制锁存器9输出一数字信号，以使该输出驱动与保护电路10使能/禁止。该输出驱动与保护电路10产生驱动该固态开关11所需的信号，以便启动该消费者/工业用器具中的相关装置，以修正该温度。该输出驱动与保护电路10包含热过载保护电路10B、及过载电流保护电路10C，并不断监视该负载状况，及假如遭遇过载或电流过载状态将使该驱动对该固态开关11禁止。在马达及电热器负载情况中，该输出驱动与保护电路亦包含一软起动电路10A，以便在最初接通时期对该负载提供一有效减少的起动电压，及藉此减少该负载上所产生的涌入电流应力。
该灵敏度及偏移修正数字电路4的输出也将用在一显示器18上显示所感测的温度。一选择开关(未示出)被连接至该显示器单元18的输入，亦能选择性地显示所感测的温度，如该灵敏度及偏移修正数字电路4的输出所示，或显示该用户选择的参考温度，如该数字多路复用器15的输出信号所决定。在4-8兆赫频率范围中基于石英晶体振荡器的一时钟振荡器电路20产生所有必要的定时信号，以操作每一电路部件，而一电源21供给所需的电压及电流至该电子数字恒温器控制单元的每一电路部件。
于图8及8a中显示该电子多点温度控制单元，其中标号35至39显示连接至电子恒温器控制单元40至44的单一p-n结(例如二极)温度感测器，具有一储存参考及校准资料的公共非易失存储器75。来自该电子恒温器控制单元的控制锁存器单元的输出被连接至一逻辑电路45，逻辑电路45使用该非易失存储器75中所分开储存的数据选择性地连接这些输出至一或多个输出驱动与保护电路46至50的输入。来自每一输出驱动与保护电路的输出连接至固态开关51至55，固态开关在该负载(例如冷冻装置的压缩机马达、鼓风机、解冻电热器等)上进行开/关操作。该输出驱动与保护电路的任一个或多个包含一软起动电路46A、热过载保持电路46B及过载电流保护电路46C，以提供在最初接通时期对该负载提供一有效减少的起动电压，及万一为马达及电热器负载，藉此减少该负载上所产生的涌入电流应力。
保护其免于热及电流过载状况。
该中央控制单元71在错误状况期间以及在某些操作模式期间(例如在一冷冻装置的‘解冻’及‘快速冷冻’模式的情况下)，将选择性地使该电子恒温器控制单元40至44及该输出驱动与保护电路46至50启动或禁止。
用户控制信号被接收自位于该单元控制面板上的一或多个开关56至60。来自每一开关的信号经过一开关解跳电路61至65，以移去伪输出及随后用于更新一数字计数器66至70。来自该数字计数器的输出被连接至该中央控制单元71的输入，及提供所需的用户控制数据以控制该电子多路温度控制单元的操作。该系统定时器单元72的输出被连接至该中央控制单元71的一输入端，及提供信号以决定控制作用，用于使该电子恒温器控制单元40至44及该输出驱动保护电路46至50启动或禁止，该系统定时器单元包含有用于特殊功能的电子定时器，该功能在一冷冻装置应用的情况中诸如自动解冻及‘快速冷冻’、‘开门警告’、‘错误自动重设’特色，或在该咖啡自动贩卖机的情况中为‘倒水定时器’、‘倒牛奶定时器’、‘在预设时间自要开’及‘在预设时间自动关掉’。
该启动继电器电路部件73包含传送一定时信号至一双绕组的电动机，诸如该冷冻单元的压缩机马达启动线圈的电器回路。这信号经过该中央控制单元71被传送至一输出驱动与保护电路部件。
使用4-8兆赫频率的一个时钟振荡器74以提供该电子多点温度控制单元的每一电路操作所需的定时信号。该时钟振荡器与该电子恒温器单元中所用的相同。
使用非易失存储器75以储存该电子恒温器控制单元及该逻辑电路所需的所有控制及校准资料。
一电源76被用于供电给该电子多点温度控制单元。该电源被连接至该单元的所有内部部件及与该电子恒温器控制单元所用电源相同。
一显示单元77设在一电子恒温器控制单元的输出。
图9表示该电子多点温度控制单元于一种三区冷冻装置78中的应用，并使用五个电子恒温器控制单元及五个输出驱动与保护电路。位于该三区的每一区的三个温度感测器79至81测量每一区中的环境温度。此外，位于该压缩机84外壳上的第四个感测器82将监视该压缩机的温度，以便提供一热过载功能。放在该解冻电热器元件85附近的第五个感测器83能够在该解冻循环期间精确控制温度。每一电子恒温器控制单元监视其所在隔间的温度，及比较该温度与特定的断流及接通温度，而不论何时所监视隔间的温度越过该接通限制温度时将启动其对应的输出驱动与保护电路，且不论何时所监视的温度越过该断流限制温度时将使对应的输出驱动与保护电路禁止。来自该五个固态开关51至55的输出被连接到该压缩机马达的‘运转’绕组、压缩机马达的‘启动’绕组、该解冻电热器元件、位于该冷冻装置一隔间内的鼓风机#186、及位于该冷冻装置另一隔间内的鼓风机#287。
图10显示该电子多点温度控制单元于一咖啡自动贩卖机89中的应用，并使用三个电子恒温器控制单元及三个输出驱动与保护电路。一温度感测器90被定位接触装有该咖啡所用水的不锈钢容器91，并在水加热时测量该水的温度。位于该热水调配帮浦94及牛奶调配帮浦95外壳上的第二及第三感测器92及93监视该帮浦的温度，以便提供热过载保护。来自该三个固态开关51至53的输出被连接至该电热器96，及所述热水调配帮浦94及牛奶调配帮浦95，以监视所需的温度。
图11显示呈一标准ASIC97型式的电子多点温度控制单元的一种实现，其中排除该电子恒温器控制单元的感测器35至39、用户控制开关56至60、直流电源76及固态开关51至55，以提供一极小型化及具成本效率的解决方法。
图12显示使用一ASIC98的另一实施例电子多点温度控制单元，其中该电子恒温器控制单元的感测器35至39、用户控制开关56至60、直流电源76及固态开关51至55、及该非易失存储器75位于该ASIC外部，以便提供较大的数据储存及用作和多种不同类型和尺寸的显示器接口。
工作具有一公共非易失存储器75的多个电子恒温器控制单元40至44在该环境欲控制温度的不同位置监视温度。来自该电子恒温器控制单元的每一控制锁存器单元的输出连接至一逻辑电路45，逻辑电路45按照从该非易失存储器75所接收的数据选择性地连接该输出至一或多个输出驱动或保护电路46至50的输入。每一电子恒温器控制单元监视其所在隔间的温度，及将该温度与特定的‘断流’及‘接通’温度比较，而不论何时所监视的温度越过该‘接通’限制温度时将启动其对应的输出驱动与保护电路，且不论何时所监视的温度越过该‘断流’限制温度时将使对应的输出驱动与保护电路禁止。来自该输出驱与保护电路46至50的输出连接至固态开关51至55的输入，并经过驱动及监视该负载(该冷冻/加热系统的鼓风机、压缩机、电热器、帮浦或电磁阀)的输出驱动与保护电路。该输出驱动与保护电路46的任一个或多个包含一‘软起动’电路46A、热过载保护电路46B及过载电流保护电路46C，以提供
在最初接通时期对该负载提供一有效减少的起动电压，及万一为马达及电热器负载，藉此减少该负载上所产生的涌入电流应力。
保护其免于热及电流过载状况。
一中央控制单元71在传送经过开关解跳电路61至65之后由开关56至60接收用户控制值，以消除伪转换，及经过数字计数器66至70以产生一数字值。该中央控制单元也从一系统定时器单元72接收输入，系统定时器单元由一或多个内部定时器及由一起动继电器电路73供给控制信号，当打开马达‘启动’绕组时，该起动继电器电路产生供给定时‘打开’脉冲至该马达所需的信号。该中央控制电路基于其输入的信号值对每一电子恒温器控制单元及输出驱动与保护电路产生启动/禁止控制信号，及藉此施行该整个电子多点温度控制单元的操作以及特殊应用操作模式(例如一冷冻装置情况中的‘解冻’及‘快速冷冻’模式)所需的控制作用。
权利要求
1．一种电子数位恒温器控制单元包含一p-n结温度感测元件，一恒流源，用以驱动所述p-n结元件，所述p-n结元件的输出被连接至一模数转换器，以产生一数字输出，所述数字输出被连接至一电路，通过储存于非易失存储器中的校准数据修正该感测器的灵敏度及偏移值，该经修正的输出被连接至至少一个数字比较器的一个输入，及每一数字比较器的另一输入由所述非易失存储器或由可变控制设备接收一数字参考值，使用数字噪声滤波器过滤所述比较器的输出，以消除伪输出及储存在一控制锁存器中，以便能在不论何时该数字比较的输出为‘真’时设定/复位一控制锁存输入，而启动在进行温度修正的消费者/工业用产品中的装置。
2．如权利要求1的电子数字恒温器控制单元，其中所述控制锁存器的输出被连接至一输出驱动与保护电路，输出驱动与保护电路不断地监视该负载状况，及假如在所述消费者/工业用产品中遭遇过载状况，将使该固态开关的驱动无作用。
3．如权利要求2的电子数字恒温器控制单元，其中该输出驱动与保护电路包含一热保护电路、一过载电流保护电路、及一‘软起动’电路，该热保护电路监视该负载的温度，而该过载电流保护电路监视该负载所流动的电流，及该‘软起动’电路在起始接通期间对该负载提供一有效减低的起动电压，及藉此于马达及电热器负载的情况中减少该负载所产生的侵入电流应力。
4．如权利要求1的电子数字恒温器控制单元，其中提供一个与模数转换器串联的可变控制设备，用于改变经由一多路复用器馈入该数字比较器的参考数字值，以调整该温度的控制范围。
5．如权利要求1的电子数字恒温器控制单元，其中该可变控制设备是一电位计或开关，连接至一开关解跳电路及数字计数器，以移去伪开关转换及分别递增/递减一数字计数器。所述数字计数器或所述电位计的输出被连接至一数字多路复用器的输入，以决定来自该开关的用户控制信号或来自该非易失存储器的常量是否将被用作该数字比较器的一个参考值。
6．如权利要求1的电子数字恒温器控制单元，其中该整个控制电路被实现为一标准的专用集成电路(ASIC)，以提供一小型及具成本效益的恒温器，并不包括感测器、一可变用户控制电位计/开关、选择开关、温度显示单元及固态开关。
7．如权利要求1的电子数字恒温器控制单元，其中所述ASIC不包括非易失存储器、时钟电路及电源，以便提供用于储存温度数据的较大非易失存储器容量，及用作一实施例中和不同类型及尺寸的显示器的接口，及于另一实施例中进一步不包括输出驱动与保护电路，以便有助于使用较高功率的固态开关。
8．一种电子多点温度控制单元包含多个权利要求1的电子恒温器控制单元，具有一储存参考及校准资料的常见非易失存储器，用于控制该冷冻/加热系统中若干所要位置的温度，其中来自所述电子恒温器单元的控制锁存器单元的输出被连接至逻辑电路，逻辑电路使用分开储存于该电子恒温器单元的非易失存储器中的数据，以选择性地连接该输出至一或多个输出驱动与保护电路，所述输出驱动与保护电路通过固态开关驱动和监视该负载，一中央控制单元连接至ⅰ．来自该电子恒温器控制单元的控制锁存器单元的每一输出，及所述输出驱动与保护电路的每一输入，用于使所述电子恒温器控制单元及该输出驱动与保护电路起动或失效，这取决于来自该电子恒温器控制单元的输出及该电位计或从数字计数器所接收的用户控制输入，以及故障发生条件的组合，ⅱ．一系统定时器单元，它产生定时信号，用于在特定操作模式期间使一或多个输出驱动与保护电路起动或禁止，ⅲ．一启动继电器电路，它提供所需的信号，以便在打开所述负载时控制一或多个输出驱动与保护电路。
9．权利要求8的电子多点温度控制单元，其中该输出驱动与保护电路的任一个或多个包含一热保护电路、一过载电流保护电路、及一‘软起动’电路，该热保护电路监视该负载的温度，而该过载电流保护电路监视该负载所流动的电流，及该‘软起动’电路于初始接通时期对该负载提供一有效减少的起动电压，及藉此减少在马达及电热器情况中于负载上所产生的涌入电流应力。
10．如权利要求8的电子多点温度控制单元，其中中央控制单元是一逻辑电路，用于提供特殊的功能，例如在冷冻装置情况中的自动解冻及快速冷冻，及于加热系统情况中的定时加热周期。
11．如权利要求1或8的电子多点温度控制单元，其中一时钟振荡器提供所需的定时信号，用于操作该电子恒温器控制单元的每一电路元件。
12．如权利要求1或8的电子多点温度控制单元，其中供电至该电子数字恒温器控制单元的电源最好包括一低损耗的电容性压降网路，其随后有一电压钳位装置、一整流器及一滤波器网路，以提供一直流电压。
13．如权利要求1或8的电子多点温度控制单元，其中在该电子恒温器控制单元的情况中，该温度显示单元被连接至所述数字比较器的一个输入端，该比较器由该灵敏度及偏移修正电路的输出接收其输入，及一选择开关准许选择性显示来自该电位计/开关的数字输出的感温温度或参考值；而在电子多点温度控制单元的情况中，该温度显示单元被连接至所述电子恒温器控制单元的一个输出，用于通过选择开关显示所感测的或参考温度。
14．如权利要求8的电子多点温度控制单元，其中至少一用户控制开关经由一开关解跳电路及一数字计数器连接至所述中央控制单元的输入，用于提供所需的用户控制信号，以操作所述电子多点温度控制单元。
15．如权利要求1的电子多点温度控制单元，其中该整个控制电路被实现为一标准的ASIC，以提供小型及具成本效益的恒温器，并不包括该电子恒温器控制单元的感测器、可变用户控制开关、选择开关、温度显示单元及固态开关。
16．如权利要求1的电子多点温度控制单元，其中所述ASIC不包括非易失存储器、时钟电路及该电源，以便提供用于储存温度数据的较大非易失存储器容量，及一实施例中用作与不同类型和尺寸的显示器的接口，及在另一实施例中进一步排除该输出驱动与保护电路，以便有助于使用一高功率的固态开关。
全文摘要
本发明涉及一电子数字恒温器,包括单一p－n结;一灵敏度及偏移修正电路;数字比较器;数字静噪滤波器;一控制锁存器;一输出驱动与保护电路及固态开关,使用一电位计的模拟形式或一开关的数字形式作为用户输入,使校准及控制资料储存于非易失存储器;一显示器单元。还包括其在其在多点温度控制器中的应用,使用多个恒温器控制单元,具有逻辑电路、中央控制单元、系统定时器、及继电器电路,提供特殊的应用功能。该设备是ASIC的型式,尺寸小及成本低。
文档编号G05D23/20GK1236913SQ9810927
公开日1999年12月1日 申请日期1998年5月22日 优先权日1998年5月22日
发明者R·巴特纳格尔 申请人:瓦马特拉法格有限公司