专利名称：可防止发热线过热的发热结构及方法
技术领域：
本发明有关一种可防止发热线过热的发热结构及方法，尤指一种在加热线产生异常高温或开关损坏时，能中断交流电源停止加热，以确保使用安全，适用于电热毯、热敷垫等发热装置使用。
背景技术：
诸如热敷垫之类的发热装置在目前市面上已被广泛的使用，而让加热线在加热到使用者所设定的温度之后加热自动中断，则可让发热装置保持在预定的加热范围内，以提供诸如热敷之类的功能，并确保使用安全。为了有效达到控温的效果，美国第5，861，610号专利案以正温度系数(PositiveTemperature Coefficient, PTC)元件作为检测线，以感测温度的变化,并同时搭配加热线以进行控温加热。上述技术在美国第6，300, 597号、第6，310, 322号及第6768086号专利案中已同时被揭露。而另一美国第7，180，037号专利案则是借助时间差确定器电路持续量测不同零交叉信号的相移时间后，再由处理器持续运算并输出控制信号，以控制触发电路触发一开关的导通，使达到定温加热的效果。只是，上述各控温电路的处理器在加热线异常加热一段时间之后，才借助停止控制信号的输出，以停止触发电路继续触发开关，从而使加热线的温度下降。因此，当开关损坏呈短路状态，而让加热线持续加热时，纵然停止处理器输出控制信号，仍无法停止加热，如此一来，将造成使用上的危险。有鉴于此，为了改善上述缺点，使可防止发热线过热的发热结构及方法能快速反应，且可在加热线产生异常高温或开关短路时，能有效中断加热线路，以确保使用安全，发明人积多年的经验及不断的研发改进，遂有本发明的产生。
发明内容
本发明的主要目的在提供一种在正常加热状态下，经由处理器的控制，使交流电源以半波形态对加热线进行加热，而在处理器检测到异常信号时，能让交流电源以全波形态通过加热线，以瞬间提高电流值，从而使过流保护元件中断，以停止继续加热的可防止发热线过热的发热结构及方法。本发明的次要目的在提供一种在一般状态下，经由处理器的控制，使交流电源以半波形态对加热线进行加热，而在开关短路时，让交流电源以全波形态通过加热线，以使过流保护元件中断，从而停止继续加热的可防止发热线过热的发热结构及方法。为达上述发明的目的，本发明所设的一种可防止发热线过热的发热结构，包括:一根发热线，包括一根加热线、一根感测线、一个介于加热线及感测线之间的绝缘可熔层及一个包覆于感测线及绝缘可熔层外周缘的披覆层；一个过流保护元件，分别连接加热线的第一端及交流电源的第一极，且该加热线的第一端与该过流保护元件之间设有一个第一节点，该感测线的第一端耦合于该第一节点上；一个开关，分别连接加热线的第二端及交流电源的第二极；一个供触发开关使呈导通状态的触发电路，连接开关；以及，一个供控制开关导通的处理器，连接触发电路，且该处理器连接该感测线的第二端，一般状态下，以处理器控制触发电路，让交流电源以半波通过加热线；而当处理器检测到异常信号时，让交流电源以全波通过加热线，以提高电流值，从而使过流保护元件断路，以中断加热。借此，在一般状态下，处理器控制触发电路，让交流电源以半波通过加热线；而在处理器检测到异常信号时，即让交流电源以全波通过加热线，以瞬间提高电流值，从而使过流保护元件断路，以中断加热。实施时，该开关为双向晶闸管(TRIAC)。实施时，该过流保护元件为高分子正温热敏电阻(Polyer Positive TemperatureCoefficent, PPTC)。实施时，该感测线的第二端与一电容的一端连接，该电容的另一端接地，且该感测线与电容之间设有第二节点，该处理器连接第二节点。实施时，该第一节点与感测线的第一端之间设有一个二极管。实施时，该感测线的第二端与一电阻的一端连接，该电阻的另一端接地，且该感测线与电阻之间设有第二节点，该处理器连接第二节点。本发明所设的可防止发热线过热的方法，该发热线包括一根加热线、一根感测线、一个介于加热线及感测线之间的绝缘可熔层及一个包覆于感测线及绝缘可熔层外周缘的披覆层；该加热线的第一端串连一个过流保护元件及一个交流电源的第一极，加热线的第二端串连一个开关及交流电源的第二极，且该开关经由一个处理器所控制的一触发电路的触发，使呈导通状态；而该方法包括:步骤a.以处理器控制触发电路，让交流电源以半波通过加热线，使对加热线进行加热；步骤b.当开关损坏而呈短路状态时，进入步骤e ;步骤c.当处理器检测到感测线所传送的异常信号时，进入步骤f;步骤e.交流电源直接以全波通过开关及加热线，以提高电流值，从而使过流保护元件断路，以中断加热；步骤f.处理器控制开关使交流电源以全波通过加热线，以提高电流值，从而使过流保护元件断路，以中断加热。实施时，步骤c所述的异常信号为加热线与感测线接触呈短路时，所产生的异常相移改变信号、电阻改变信号或交、直流改变信号。因此，本发明具有以下的优点:1、本发明可在加热线与感测线接触呈短路状态，而让处理器检测到此异常信号时，能在处理器的控制下，让触发电路触发开关，使改以全波形态通过加热线，以瞬间提高电流值，从而使过流保护元件跳脱以中断电路，因此，不但在时间反应上相当迅速，且可有效确保使用安全。2、本发明可经由过流保护元件的配置，在开关损坏而呈短路状态时，让通过加热线的电流值瞬间提高，而使过流保护元件跳脱以中断电路，因此，可以有效提高产品的安全性。为便于对本发明能有更深入的了解，兹详述于后:
图1为本发明的发热线的立体外观图。
图2为本发明可防止发热线过热的发热结构的第一实施例的电路方块示意图。图3为本发明可防止发热线过热的发热结构的第一实施例在正常加热时的电路方块不意图。图4为本发明可防止发热线过热的发热结构的第一实施例在短路时的电路方块示意图。图5为本发明可防止发热线过热的发热结构的第二实施例的电路方块示意图。图6为本发明可防止发热线过热的发热结构的第三实施例的电路方块示意图。图7为本发明可防止发热线过热的方法的步骤流程图。主要元件符号说明I可防止发热线过热的发热结构及方法2发热线21芯材22加热线221,231 第一端222、232 第二端23感测线24绝缘可熔层25披覆层3开关
4过流保护元件5触发电路6处理器9交流电源91第一极92第二极Pl第一节点P2第二节点C电容D 二极管R 电阻
具体实施例方式请参阅图1、2所示，其为本发明可防止发热线过热的发热结构I的第一实施例，包括一发热线2、一开关3、一过流保护元件4、一触发电路5、一处理器6以及一电容C。其中，该发热线2可供设置于电热炉、热敷垫等发热装置内，以作为加热的元件。该发热线2包括一芯材21、一加热线22、一感测线23、一绝缘可熔层24及一披覆层25。加热线22卷绕于芯材21的外周缘，绝缘可熔层24为聚乙烯(PE)材质，供包覆在加热线22及芯材21的外周缘，实施时，绝缘可熔层24亦可为其他具有绝缘性质，且可在特定高温下熔化的材质。该感测线23为正温度系数(Positive Temperature Coefficient,PTC)导线，且该感测线23卷绕于绝缘可熔层24的外周缘，以使绝缘可熔层24介于加热线22及感测线23之间，而披覆层25包覆于感测线23及绝缘可熔层24的外周缘。该加热线22具有一第一端221及反向于该第一端221的第二端222，加热线22的第一端221耦合交流电源9的第一极91，加热线22的第二端222连接一个双向晶闸管(TRIAC)的一主端，该双向晶闸管作为开关3，且该双向晶闸管的另一主端耦合交流电源9的第二极92，该第一、二极(91、92)为相反的极，借以使加热线22、开关3与交流电源9串联，形成可加热加热线22的一回路。该过流保护元件4为高分子正温热敏电阻(Polyer Positive TemperatureCoefficent, PPTC),所述的过流保护元件4亦可为陶瓷正温热敏电阻(Ceramic PTC)或其他可在过流状态下中断电路以保护电路的元件或电路。该过流保护元件4的一端耦合交流电源9的第一极91，过流保护元件4的另一端耦合加热线22的第一端221，加热线22的第一端221与过流保护元件4之间设有第一节点Pl。而该感测线23具有一第一端231及反向于该第一端231的第二端232，感测线23的第一端231耦合于第一节点Pl上，感测线23的第二端232与电容C的一端连接，电容C的另一端接地，且该感测线23的第二端232与电容之间设有第二节点P2，该第二节点P2连接处理器6。另，开关3的闸极与一电阻-电容(RC)电路连接，该电阻-电容(RC)电路作为触发电路5，所述的触发电路5亦可为包含一继电器的电路，且该触发电路5受处理器6的信号控制，以经由触发电路5的触发，使开关3呈导通或断路状态。借此，如图3所示，在一般正常加热时，处理器6发出一定间隔的信号以控制触发电路5，再以触发电路5间断性触发开关3，使交流电源9以半波形态对加热线22进行加热。而如图4所示，当人为不当操作或元件损坏等不可预期的状态下，使得开关3持续被触发时，加热线22将会持续加热，在到达大约120°C左右的高温后，将绝缘可熔层24熔化，而使得加热线22与感测线23接触呈短路状态。此时，由于相互并联的加热线22与感测线23的总电阻值改变，经由感测线23与电容C所形成的电阻-电容(RC)电路，即会让通过感测线23的电流产生一定时间的相移延迟。而由于交流电源9的部份分流已输入处理器6内，以作为比较的基准，因此，在处理器6比较检测到此异常的相移改变信号时，处理器6即会使开关3改以全波形态通过加热线22。如此一来，通过加热线22的电流值将会增加为原来的2倍。而当电流值瞬间提高而超过高分子正温热敏电阻(PPTC)的设定值时，借助高分子正温热敏电阻(PPTC)的特性，将会使过流保护元件4跳脱，中断电路使呈断路状态，以停止加热线22继续加热。在上述情况下，该开关3持续被触发，而使得加热线22持续加热。而在另一种情况下，为开关3在持续作用下而产生高温时，开关3本身呈现短路的状态，如此一来，交流电源9将直接以全波形态通过加热线22，同样会瞬间提高电流值，使过流保护元件4跳脱而中断电路。请参阅图5所示，其为本发明可防止发热线过热的发热结构I的第二实施例，其与第一实施例不同之处在于:该第一节点Pl与感测线23的第一端231之间设有一个二极管D。借此，当加热线22与感测线23接触而呈短路状态时，将使得原先通过感测线23的直流电信号转换为交流电信号。而当处理器6检测到此异常信号时，处理器6即会控制开关3，使改以全波形态通过加热线22，让过流保护元件4跳脱而中断电路。而如图6所示，其为本发明可防止发热线过热的发热结构I的第三实施例，其与第一实施例不同之处在于:该第二节点P2耦合一电阻R的一端，且该电阻R的另一端接地。借此，当加热线22与感测线23接触而呈短路状态时，位于第二节点P2的电阻值将会产生改变，而当处理器6检测到此异常电阻改变信号时，同样会控制开关3，使改以全波形态通过加热线22，让过流保护元件4跳脱而中断电路。请参阅图7所示，其为本发明可防止发热线过热的方法的步骤流程图，其中，如图
1、2所示，该发热线2包括加热线22、感测线23、介于加热线22及感测线23之间的绝缘可熔层24及包覆于感测线23及绝缘可熔层24外周缘的披覆层25 ;加热线22的第一端221串连过流保护元件4及交流电源9的第一极91，加热线22的第二端222串连开关3及交流电源9的第二极92，且开关3经由处理器6所控制的触发电路5的触发，使呈导通状态；而该方法包括下列步骤:步骤a.以处理器6控制触发电路5，让交流电源9以半波通过加热线22，使对加热线22进行加热；步骤b.当开关3损坏而呈短路状态时，进入步骤e ;步骤c.当处理器6检测到感测线23所传送的异常信号时，进入步骤f ；步骤e.交流电源9直接以全波通过开关3及加热线22，以提高电流值，从而使过流保护元件4断路，以中断加热；步骤f.处理器6控制开关3使交流电源9以全波通过加热线22，以提高电流值，从而使过流保护元件4断路，以中断加热。其中，步骤c所述的异常信号为加热线22与感测线23接触呈短路时，所产生的异常相移改变信号。实施时，步骤c所述的异常信号亦可为加热线22与感测线23接触呈短路时，所产生的异常电阻改变信号；或是如图5所示，该异常信号为加热线22与感测线23接触而呈短路状态时，使原先通过感测线23的直流电信号转换为交流电信号。因此，本发明具有以下的优点:1、本发明可在加热线与感测线接触呈短路状态，而让处理器检测到此异常信号时，能在处理器的控制下，让触发电路触发开关，使改以全波形态通过加热线，以瞬间提高电流值，从而使过流保护元件跳脱以中断电路，因此，不但在时间反应上相当迅速，且可有效确保使用安全。2、本发明可经由过流保护元件的配置，在开关损坏而呈短路状态时，让通过加热线的电流值瞬间提高，而使过流保护元件跳脱以中断电路，因此，可以有效提高产品的安全性。综上所述，依上文所揭示的内容，本发明确可达到发明的预期目的，提供一种不仅能快速反应，且可在加热线产生异常高温或开关不正常动作时，能有效中断加热线路，以确保使用安全的可防止发热线过热的发热结构及方法，极具产业上利用的价值。
权利要求
1.一种可防止发热线过热的发热结构，其特征在于，包括: 一根发热线，包括一根加热线、一根感测线、一个介于加热线及感测线之间的绝缘可熔层及一个包覆于感测线及绝缘可熔层外周缘的披覆层； 一个过流保护元件，分别连接加热线的第一端及交流电源的第一极，且该加热线的第一端与该过流保护元件之间设有一个第一节点，该感测线的第一端耦合于该第一节点上；一个开关，分别连接加热线的第二端及交流电源的第二极； 一个供触发开关使呈导通状态的触发电路，连接开关；以及 一个供控制开关导通的处理器，连接触发电路，且该处理器连接该感测线的第二端，一般状态下，以处理器控制触发电路，让交流电源以半波通过加热线；而当处理器检测到异常信号时，让交流电源以全波通过加热线，以提高电流值，从而使过流保护元件断路，以中断加热。
2.如权利要求1所述的可防止发热线过热的发热结构，其特征在于，该开关为双向晶闸管。
3.如权利要求1所述的可防止发热线过热的发热结构，其特征在于，该过流保护元件为高分子正温热敏电阻。
4.如权利要求1、2或3所述的可防止发热线过热的发热结构，其特征在于，该感测线的第二端与一个电容的一端连接，该电容的另一端接地，且该感测线的第二端与该电容的一端之间设有一个第二节点，该处理器连接该第二节点。
5.如权利要求4所述的可防止发热线过热的发热结构，其特征在于，该第一节点与该感测线的第一端之间设有一个二极管。
6.如权利要求1、2或3所述的可防止发热线过热的发热结构，其特征在于，该感测线的第二端与一个电阻的一端连接，该电阻的另一端接地，且该感测线的第二端与该电阻的一端之间设有一个第二节点，该处理器连接该第二节点。
7.一种可防止发热线过热的方法，其特征在于，该发热线包括一根加热线、一根感测线、一个介于加热线及感测线之间的绝缘可熔层及一个包覆于感测线及绝缘可熔层外周缘的披覆层；该加热线的第一端串连一个过流保护元件及一个交流电源的第一极，加热线的第二端串连一个开关及交流电源的第二极，且该开关经由一个处理器所控制的一触发电路的触发，使呈导通状态；而该方法包括: 步骤a.以处理器控制触发电路，让交流电源以半波通过加热线，使对加热线进行加执.步骤b.当开关损坏而呈短路状态时，进入步骤e ； 步骤c.当处理器检测到感测线所传送的异常信号时，进入步骤f ； 步骤e.交流电源直接以全波通过开关及加热线，以提高电流值，从而使过流保护元件断路，以中断加热； 步骤f.处理器控制开关使交流电源以全波通过加热线，以提高电流值，从而使过流保护元件断路，以中断加热。
8.如权利要求7所述的可防止发热线过热的方法，其特征在于，步骤c所述的异常信号为加热线与感测线接触呈短路时，所产生的异常相移改变信号。
9.如权利要求7所述的可防止发热线过热的方法，其特征在于，步骤c所述的异常信号为加热线与感测线接触呈短路时，所产生的异常电阻改变信号。
10.如权利要求7所述的可防止发热线过热的方法，其特征在于，步骤C所述的异常信号为加热线与感测线接触 呈 短路时，所产生的异常交、直流改变信号。
全文摘要
一种可防止发热线过热的发热结构及方法，其中，该发热线包括相互并联的感测线及加热线，感测线的一端连接处理器，加热线的一端依序连接过流保护元件及交流电源的一极，加热线的另一端依序连接开关及交流电源的另一极，并经由处理器控制触发开关的触发，使开关呈导通状态。借此，在正常状态下，加热线以半波进行加热，而当处理器检测到感测线的异常信号时，即控制开关使以全波通过加热线，以瞬间提高电流值，从而使过流保护元件中断，以停止加热线继续加热。
文档编号H05B3/56GK103179697SQ201110434640
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者廖广埔 申请人:王清传