专利名称：具有正温度系数加热部件的电器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种具有正温度系数(PTC)加热部件的电器及其控制方法，例如该电器为电卷发器。
附图中的
图1是表示PTC热敏电阻器的典型电阻/温度关系的曲线。PTC热敏电阻器的电阻是在充分低以避免自发热的电压下在环境温度下测量的。PTC热敏电阻器的电阻开始急剧增加的温度被称为“居里温度”(Tc)，该温度定义为该电阻值是最小电阻值(Rmin)的两倍时的温度。对于特定的热敏电阻器，其电阻/温度关系示于图1中，在任何两个温度(T1，T2)之间，温度系数α由等式(1)给出如下 随着施加于PTC热敏电阻器的电压增加，PTC热敏电阻器的温度通过自发热缓慢上升。当温度接近并最后超过居里温度(Tc)时，电流开始降低，如图2中所示，该图表示在各个环境温度下通过PTC热敏电阻器的电流相对于施加电压之间的关系。如图2中所示，这种关系受到环境温度的影响。当电压逐渐增加时，PTC热敏电阻器的温度通过自发热逐渐增加。当温度达到居里温度(Tc)左右时，它表现为负电流特性，即随着电压继续增加，电流降低。这在图3中更详细地示出，其中图3表示通过PTC热敏电阻器的电流与时间之间的关系。
在图3中可看到，当电压施加于PTC热敏电阻器时，电流衰减。起初，非常大的电流将流过PTC热敏电阻器。随着施加该电压的时间增加，电流将急剧降低，直到达到一个低水平为止，并保持相对恒定。这个低水平将在热产生电阻器的正常工作电流之下，因此在长期运行中采用PTC热敏电阻器用于产生热量具有优于电阻器的优点。
然而，在图3中最清楚地示出的特性妨碍了PTC热敏电阻器用做具有加热部件的电器中的加热部件，特别是具有用于操作加热部件的电池(可再充电的或其它的)的那些装置。如上所述，当电压施加于PTC热敏电阻器时，开始将从电源产生大电流以起动PTC热敏电阻器。在电源为电池的情况下，每次起动电器都将显著缩短电池的正常使用寿命，因为电池没有被设计成能提供这么大的电流。即使电流随着时间流逝而降低到低水平，也不能充分地补偿这一点。
根据本发明的第一方面，提供一种具有正温度系数(PTC)加热部件和至少第一电源的电器，其中所述PTC加热部件适于由所述第一电源和至少第二电源供电，其特征在于当所述电器启动时，所述PTC加热部件适于由所述第二电源供电，并且接下来由所述第一电源供电。
根据本发明的第二方面，提供了具有正温度系数(PTC)加热部件和至少第一电源的电器的一种控制方法，包括下面的步骤(a)由至少一个第二电源加电所述PTC加热部件；(b)由所述第一电源加电所述PTC加热部件，其特征在于当所述电器启动时，由所述第二电源加电所述PTC加热部件，随后由所述第一电源加电所述PTC加热部件。
以下参照附图并仅通过示例描述本发明的实施例。
图11是表示根据本发明第八实施例的包括有PTC热敏电阻器的电器的示意图；图12表示可用在图6和7中所示的实施例中的定时集成电路的电路图；和图13表示用于调整图5、7、9和11中所示的实施例的电器中的电池的充电的集成电路的方框图。
具体实施例的说明参见图4，表示根据本发明第一实施例的电器例如电卷发器的电路图，整体表示为100。电器100包括正温度系数(PTC)加热器102和电源插口108，加热器102通过可选择通断开关104电连接到一个或多个电池106。电池106可以是一次性电池，例如干电池，或汽车蓄电池。电源插口108电连接到接收器110，接收器110被设计成用于与电源插头112相连，而电源插头112经过变压器可连接到外部电源，例如市用220V交流电源或汽车蓄电池等。基本原则是电池106的电压不大于50伏，并且外部电源具有比电池106高的电源。
当电源插头112与电源插口108连接时，通过外部电源将电源输送到PTC加热器。同时，电源插口108的可移动接触臂114与固定接触臂116脱离接触，由此断开来自电池106的电源。然后电器100起动，PTC加热器102在外部电源输送的电力作用下热起来。当需要时，用户可用手将电源插头112从电源插口108拔出，以便将电器100与外部电源断开。通过将电源插头112从电源插口108拔出，可移动接触臂114例如在弹簧的偏置力的作用下返回到其正常位置，以便接触并电连接固定接触臂116，因此PTC加热器102被供电，并通过电池106取代外部电源而加热或保持发热。
利用这种装置，用于起动PTC加热器102的非常大的初始电能由外部电源承担，而不是由电器100中的电池106承担。可以操作通断开关104以连接或断开PTC加热器102和电池106和/或电源插口108之间的电连接，其中PTC加热器102通过电源插口108与外部电源相连。
图5表示根据本发明第二实施例的电器的电路图，整体表示为200。在该电器200中，当电源插口208与电源插头212连接时，可移动接触臂214将移动以接触和电连接固定接触臂216，使得如果电源插头212(例如经过变压器)连接到外部电源，则该电器将被启动，并且PTC加热器202由于通电而被加热。同时，在充电器集成电路(IC)220的控制下，一个或多个可再充电电池206将由外部电源充电。可再充电电池206还被可复位器件222保护而免受过充电，其中该可复位器件222由Raychem Circuit Protection即TycoElectronic的分部制造和销售，商标名为PolySwitch。这个器件是限制通过它的电流的大小的聚合PTC非线性热敏电阻器。
此时，即使在PTC加热器202被充分加热到其稳定状态之后，整个电路也由外部电源供电。当电源插头212从电源插口208拔出时，可移动接触臂214将与固定接触臂216脱离并返回到其正常打开位置，然后PTC加热器202被供电，由此只由可再充电电池206而不是外部电源加热或保持发热。
图13表示可用在上述图5中所示实施例中的充电器IC的方框图。它可用做可再充电Ni-Cd或Ni-MH电池的保护器。这种IC可以采用由在其R5440N2xxA系列下的USA的Ricoh公司销售的IC，该IC可检测过电压并终止充电电流。它可由过电压检测器VD1和VD3、低压检测器VD2和VD4、振荡器电路、参考电路、延迟电路和逻辑电路构成。
图6表示根据本发明第三实施例的电器的电路图，整体表示为300。当电器300连接到外部电源(未示出)时，电流流过继电器306的线圈304，因此吸引继电器306的电极D6与T61位置连接，断开PTC加热器302与电器300中的一个或多个电池308之间的电接触。PTC加热器302在来自外部电源的电能作用下开始加热，定时器集成电路(IC)310开始倒计时。被倒计的时间T由电容器C1和电阻器R1、R2的值根据以下等式(2)决定T＝0.693(R1+2R2)*C1…………………………………………(2)C1、R1和R2的值应使得到的倒计时间T具有足够的持续时间，以便允许PTC加热器302实现其相对稳定和低电流状态。
同时，定时器IC 310触发晶体管TR62，因此电流流过发红光二极管(LED)L62和晶体管TR62，因此LED L62发光。当定时器IC310倒计数到零时，定时器IC 310使晶体管TR 62复位到截止状态。在晶体管TR 62截止时，没有电流流过LED L62和晶体管TR 62。而电流流过晶体管TR 61，因此使发绿光的LED L61发光，表示PTC加热器302已经实现其相对稳定和低电流状态，并因此准备使用。
当电器300与外部电源断开时，没有电流流过线圈304，因而电极D6返回到其正常关闭(NC)位置以与T62相连。PTC加热器302则与电池308电连接，并由电池308供电，因此保持发热或加热。
可用做定时IC310的集成电路可以采用由台湾UnisonicTechnologies有限公司销售的产品，其系列号为UTC NE555，其示例的方框图示于图12中。当在非稳态模式下工作时，这种IC的频率和负载周期由两个外部电阻器和一个电容器(即图6中所示的R1、R2和C1)控制。
根据本发明第四实施例所做出的电器的电路图示于图7中，整体表示为400。这个电器400不同于上述第三实施例的地方主要在于在电器400中设有多个可再充电电池406。还设有充电器集成电路(IC)408和可复位器件410以保护可再充电电池406被过充电。当电器400与外部电源电连接(未示出)时，在充电器IC408的控制和可复位器件410的保护下，可再充电电池406被充电。
图8表示根据本发明第五实施例的电器的电路图，整体表示为500。当该电器500通过与外部电源(未示出)电连接而启动时，电流流过继电器504的线圈502，由此电极D8被吸引以接触和电连接位置T81。由此从外部电源得到大的涌入电流以便给PTC加热器506供电和加热。在电路电流很高时，晶体管TR82被触发导通，因此电流流过红LED L82和晶体管TR82，因此使红LED L82发光。
当PTC加热器506充分加热到稳定状态时，电流变低。当晶体管TR 83检测流过电阻器R9的电流降低到预定参考水平以下时，晶体管TR82截止。预定参考水平的值由PTC加热器506的功率值和外部电源的输入电压值确定。电阻器R8和R9的值必须根据PTC加热器506的电源以及外部电源的输入电压的值的改变而改变。
在晶体管TR82截止时，没有电流流过红LED L82和晶体管TR82。电流流过晶体管TR81，由此使LED L81导通发光，指示PTC加热器506和电器500准备使用。此时，整个电器500仍然由外部电源供电。
当电器500与外部电源断开时，没有电流流过继电器504的线圈502，而电极D8将返回到其正常关闭(NC)位置，以便与T82相连。PTC加热器502则与电池508电连接，并由电池508供电和保持温度或加热。
根据本发明第六实施例所做出的电器的电路图示于图9中，整体表示为600。这个电器600不同于上述第五实施例的地方主要在于在电器600中设有多个可再充电电池606。还设有充电器集成电路(IC)608和可复位器件610以保护可再充电电池606不被过充电。当电器600与外部电源(未示出)电连接时，可再充电电池606在充电器IC608的控制和可复位器件610的保护下进行再充电。
根据本发明第七实施例所做出的电器的电路图示于图10中，整体表示为700。当电器700与外部电源(未示出)电连接时，电流流过继电器706的线圈704，这将吸引电极D10接触和电连接位置T101。PTC加热器702在外部电源的电力作用下加热。同时，与PTC加热器702相邻设置的负温度系数(NTC)热敏电阻器710处于高电阻状态。晶体管TR 102被触发导通，因此电流流过红LED L102和晶体管TR 102，因此红LED L102发光。
当PTC加热器702的温度足够高时，由于NTC热敏电阻器710靠近PTC加热器702，因此它将被PTC加热器702产生的热量加热，因而其电阻降低。当NTC热敏电阻器710的温度上升到预定参考水平时，其电阻将下降到使晶体管TR102截止的水平。由于晶体管TR102截止，因此没有电流流过红LED L102和晶体管TR102。而电流流过晶体管TR101，因此绿LED 101发光，指示PTC加热器702处于稳定电流状态，准备使用。此时，电器700由外部电源供电。
当电器700与外部电源断开时，没有电流流过线圈704，因此电极D10将返回到其正常关闭(NC)位置，以便与T102连接。则PTC加热器702与电池708电连接，并由电池708供电和保持温度或加热。
PTC加热器702和NTC热敏电阻器710之间的距离、PTC加热器702的功率和输入电源电压都将影响NTC热敏电阻器710的温度上升到预定参考水平之前的持续时间。NTC热敏电阻器710可以直接与PTC加热器702接触，或者与之相邻设置而不接触。
可用在所述电器700中的NTC热敏电阻器可以是由日本Ohizumi制造有限公司销售的产品，在它们的NGR系列下，工作温度范围为-55℃到300℃，或者在NRC系列下，工作温度范围为-20℃到100℃。NTC热敏电阻器是具有高负温度系数电阻的电阻器。其电阻和温度之间的关系可以近似由下列等式(3)表示R1=R0expB(1T1-1T0)---(3)]]>其中R0是NTC热敏电阻器在以开氏绝对温度来度量的温度T0时的初始电阻，R1是在温度T1时的电阻。B对于给定的热敏电阻器是常数，并且可近似由下列等式(4)表示B=(lnR1-lnR0)/(1T1-1T0)---(4)]]>NTC热敏电阻器的电阻的温度系数β可近似由下列等式(5)表示β=1RdRdT=-BT2*100%---(5)]]>在环境温度(T0)下施加于NTC热敏电阻器的功率P(等于电压(V)乘以电流(I))、以及由于自发热而随之产生的温升(T1-T0)之间的关系可以近似由下列等式(6)表示P＝V*I＝δ(T1-T0)……………………………………(6)其中δ是损耗常数，通常以mW/℃来度量。
根据本发明第八实施例所做出的电器的电路图示于图11中，整体表示为800。这个电器800不同于上述第七实施例的地方主要在于在电器800中设有多个可再充电电池806。还设有充电器集成电路(IC)808和可复位器件810以保护可再充电电池806免受过充电。当电器800与外部电源(未示出)电连接时，可再充电电池806在充电器IC808的控制和可复位器件810的保护下充电。
应该理解的是，上面只是描述了可实施本发明的示例，在不脱离本发明的精神的情况下可以做出各种修改和/或替换。特别应该理解的是，附图中给出的各种电子部件的值只是示例而已，并且可以随着外部电源的电压和电器中的PTC加热器的功率的改变而改变。
应该理解的是，为清楚起见，在各个实施例中描述了本发明的某些特征，这些特征可以组合方式设置在一个实施例中。相反，为简便起见，在单个实施例中介绍的本发明的各个特征也可以被分离地设置或以适当的子组合形式设置。
权利要求
1.一种具有正温度系数(PTC)加热部件和至少第一电源的电器，其中所述PTC加热部件适于由所述第一电源和至少第二电源供电，其特征在于，所述PTC加热部件适于在所述电器被启动时由所述第二电源供电，并且随后由所述第一电源供电。
2.根据权利要求1的电器，其特征在于，所述PTC加热部件适于由所述第一电源代替所述第二电源随后供电。
3.根据权利要求1或2的电器，其特征在于，所述第二电源具有的电功率大于所述第一电源。
4.根据权利要求1的电器，其特征在于第一电源不超过50伏。
5.根据权利要求1的电器，其特征在于所述第一电源包括至少一个一次性电池。
6.根据权利要求1的电器，其特征在于，所述第一电源是可再充电电源，并适于在所述PTC加热部件由所述第二电源供电时、由所述第二电源再充电。
7.根据权利要求6的电器，其特征在于还包括控制装置，用于控制由所述第二电源对所述第一电源进行再充电。
8.根据权利要求7的电器，其特征在于所述控制装置包括至少一块集成电路。
9.根据权利要求6的电器，其特征在于还包括保护装置，用于保护所述第一电源不被所述第二电源过充电。
10.根据权利要求9的电器，其特征在于所述保护装置包括至少一个限流装置。
11.根据权利要求10的电器，其特征在于所述限流装置包括至少一个聚合PTC部件。
12.根据权利要求1的电器，其特征在于，从所述第二电源到所述第一电源的电源之改变适于被人工执行。
13.根据权利要求1的电器，其特征在于还包括用于指示在所述PTC加热部件达到预定温度时的装置。
14.根据权利要求13的电器，其特征在于还包括至少一个用于检测所述PTC加热部件之温度的负温度系数(NTC)热敏电阻器。
15.根据权利要求14的电器，其特征在于，所述NTC热敏电阻器的电阻适于在PTC加热部件达到所述预定温度时、降低到预定水平。
16.根据权利要求1的电器，其特征在于还包括用于指示流过所述PTC加热部件的电流降低到预定水平以下时的装置。
17.根据权利要求1的电器，其特征在于还包括用于指示所述PTC加热部件已经由所述第二电源供电达到预定时间时的装置。
18.根据权利要求17的电器，其特征在于所述预定时间是由至少一块集成电路测量。
19.一种控制电器的方法，该电器具有正温度系数(PTC)加热部件和至少第一电源的电器，该方法包括下面的步骤(a)由至少第二电源来供电给所述PTC加热部件；(b)由所述第一电源供电给所述PTC加热部件，其特征在于，当所述电器被启动时、由所述第二电源供电给所述PTC加热部件，并且随后由所述第一电源来供电给所述PTC加热部件。
20.根据权利要求19的方法，其特征在于，所述第一电源代替所述第二电源随后供电给所述PTC加热部件。
21.根据权利要求19或20的方法，其特征在于，所述第二电源的电功率大于所述第一电源的功率。
22.根据权利要求19的方法，其特征在于，第一电源具有的电压不大于50V。
23.根据权利要求19的方法，其特征在于，所述第一电源包括至少一个一次性电池。
24.根据权利要求19的方法，其特征在于所述第一电源是可再充电电源。
25.根据权利要求24的方法，其特征在于还包括下面的步骤(c)当所述PTC加热部件被所述第二电源供电时，由所述第二电源对所述第一电源进行再充电。
26.根据权利要求25的方法，其特征在于还包括下面的步骤(d)控制由所述第二电源对所述第一电源的再充电。
27.根据权利要求26的方法，其特征在于由至少一个集成电路来实现所述步骤(d)。
28.根据权利要求25的方法，其特征在于包括下面的步骤(e)保护所述第一电源不被所述第二电源过充电。
29.根据权利要求28的方法，其特征在于由至少一个限流装置来实现所述步骤(e)。
30.根据权利要求29的方法，其特征在于所述限流装置包括至少一个聚合PTC部件。
31.根据权利要求19的方法，其特征在于包括下面的步骤(f)人工将使所述电器工作的电源从所述第二电源改变到所述第一电源。
32.根据权利要求19的方法，其特征在于包括下面的步骤(g)当所述PTC加热部件达到预定的温度时，将使所述电器工作的电源从所述第二电源改变到所述第一电源。
33.根据权利要求32的方法，其特征在于包括步骤(h)检测所述PTC加热部件的温度。
34.根据权利要求33的方法，其特征在于由至少一个负温度系数(NTC)热敏电阻器来实现所述步骤(h)。
35.根据权利要求34的方法，其特征在于当所述PTC加热部件达到所述预定温度时，所述NTC热敏电阻器的电阻降低到预定的水平。
36.根据权利要求32的方法，其特征在于包括下面的步骤(i)在所述NTC热敏电阻器的电阻降低到预定水平时进行直观指示。
37.根据权利要求19的方法，其特征在于包括下面的步骤(j)当流过所述PTC加热部件的电流降低到预定水平以下时，将使所述电器工作的电源从所述第二电源改变到所述第一电源。
38.根据权利要求37的方法，其特征在于包括下面的步骤(k)当流过所述PTC加热部件的电流降低到所述预定水平以下时进行直观指示。
39.根据权利要求19的方法，其特征在于包括下面的步骤(l)在所述PTC加热部件被所述第二电源供电达到预定时间之后，将使所述电器工作的电源从所述第二电源改变到所述第一电源。
40.根据权利要求39的方法，其特征在于由至少一个集成电路来测量所述预定时间。
41.根据权利要求39或40的方法，其特征在于包括下面的步骤(m)当由所述第二电源供电给所述PTC加热部件并达到所述预定时间时进行直观指示。
全文摘要
一种具有正温度系数(PTC)加热器(102、202、302、506、702)和多个电池(106、206、308、406、508、606、708、806)的电器(100，200，300，400，500，600，700，800)，其中PTC加热器(102、202、302、506、702)适于由电池(106、206、308、406、508、606、708、806)和外部电源供电，当该电器(100，200，300，400，500，600，700，800)启动时，PTC加热器(102、202、302、506、702)适于由外部电源供电，接下来由电池(106、206、308、406、508、606、708、806)供电。
文档编号A45D4/00GK1420711SQ0215033
公开日2003年5月28日 申请日期2002年11月1日 优先权日2001年11月15日
发明者章奇雄, 茹楚珉 申请人:哈罗股份有限公司