一种用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护电路系统的制作方法

本实用新型涉及一种电加热体的温度控制技术,特别是涉及内含PTC/NTC发热线发热体的温度控制电路，具体地说是一种用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护电路系统。

背景技术：

PTC材料是一种具有正温度系数的半导体电阻，超过居里温度时，其电阻值随着温度的升高而显著增大。NTC材料是一种具有负温度系数的半导体电阻，超过居里温度时，其电阻值随着温度的升高而显著减小。

PTC/NTC发热线，则是在PVC绝缘层外壳内设置一层检测线、一层PTC加热线，并在检测线和PTC发热线之间填充一层NTC绝缘材料。现有的发热毯、电热毯、宠物垫、发热靴、按摩发热垫、人体局部发热产品，暖胎垫、餐盘加热垫及其它物品保温、加热系列产品中的发热元件经常采用PTC/NTC发热线。

但是，目前国内外的传统发热垫、电热毯等电热产品，采用普通发热线加热、温控器控温，其控温精度误差较大，恢复时间较长，温度平稳度不好，在不同的使用环境下发热效果相差明显，在环境温度很低的时候使用者会感觉不够热，舒适度不佳，且这些产品非正常使用时，无任何安全保护功能。而对于采用单纯PTC加热线或单纯PTC测温的温度控制产品在安全方面也不能对产品局部或单点过温、过热进行保护，非正常使用仍有安全隐患，产品失效可能对使用者产生危害。而另有一类电热产品，尽管采用PTC/NTC发热线，具有利用NTC特性对产品局部或单点过温过热进行保护的功能，但其利用NTC特性对产品局部或单点过温过热进行保护的原理却是通过判断NTC绝缘材料因局部高温形成较大漏电流在取样电阻上产生的压降是否达到主控芯片（或单片机或微控制器）的输入高电平的方式来实现的，而高电平的数值却会因主控芯片之间的差异一般可达±10%的直流供电电压、主控芯片的直流供电电压的差异一般可达±0.5V等因素，导致对产品局部或单点过温过热进行保护的温度点相差悬殊一般可达±10℃，不足之处显而易见。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，而提供控温精度高、温度平稳度好、安全保护功能齐全、并能对电发热体局部或单点过温过热进行精确保护的一种用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护电路系统。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护电路系统，该电路系统由将交流电转换成5伏直流电源的直流稳压电路、将交流电源的正弦波电压转换成与之相位相反且电压幅值最大为5V同步信号的同步电路、用于PTC/NTC发热线加热温度设定的操作电路、用于抑制交流电源的浪涌电压对系统产生冲击的EMC电路，用于控制PTC/NTC发热线加热的加热电路以及漏电保护电路、电流检测电路、电压检测电路、背光显示电路、触发电路和NTC检测电路相连组成；并且该系统中还设有能在系统电路中出现异常大电流时迅速熔断的短路保护器以及在系统中起主控运算处理作用的MCU微控制器和用于显示系统工作状态的LED显示模块；系统具有火线端和零线端，所述的火线端和零线端分别用于与220伏市交流电源的火线和零线对应相连接。

为优化上述技术方案，采取的措施还包括：

上述的短路保护器为熔断器F1,熔断器F1的输入端连接火线端；直流稳压电路为一种阻容降压、整流、稳压、滤波的电路结构，该直流稳压电路由线路相连的电阻R1、电阻R2、电阻R2A、电容C3、整流二极管D1、整流二极管D2、稳压二极管ZD1、电解电容C4、瓷片电容C5和电阻R8组成；电阻R1的第一端连接熔断器F1的输出端，电阻R1的第二端分别与电容C3的第一端和电阻R2的第一端相连，电阻R2A的第一端连接电阻R2的第二端，该电阻R2A的第二端与电容C3第二端共连于整流二极管D1的阳极和整流二极管D2的阴极；整流二极管D2的阳极连接零线端，整流二极管D1的阴极连接稳压二极管ZD1的阴极、电解电容C4的正极、瓷片电容C5的第一端、电阻R8的第一端；稳压二极管ZD1、电解电容C4、瓷片电容C5和电阻R8为并联设置，并联后的两端得到稳定的5伏低压直流电源，并联后极性为GND的一端连接零线端，与电解电容C4的正极相连的一端引出有+5伏输出端VCC。

上述的EMC电路由线路相连的电阻R3、电阻R3A和电容C1组成；电阻R3的第一端和电容C1的第一端连接熔断器F1的输出端，电阻R3的第二端连接电阻R3A的第一端，电阻R3A的第二端和电容C1的第二端连接零线端。

上述的MCU微控制器具有28个脚，28个脚中的第20脚连接零线端，第21脚连接上述的+5伏输出端VCC，28个脚中的第1脚至第16脚以及第27脚均与LED显示模块相连接，LED显示模块为具有17个连接脚的高性能显示模块。

上述的同步电路包括线路相连的电阻R4、电容C6和电容C01；电阻R4的第一端连接熔断器F1的输出端，电阻R4的第二端连接MCU微控制器的第19脚和电容C6第一端，电容C6的第二端和电容C01的第一端均连接零线端，电容C01的第二端也与MCU微控制器的第21脚相连用于为MCU微控制器提供5伏电源。

上述的操作电路由线路相连的电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R18和电容C7以及用于手动嵌入指令的五个按键组成；五个所述的按键分别为SW1键、SW2键、SW3键、SW4键、SW5键；五个所述按键的第二端处的触点以及电容C7的第二端均连接零线端，所述的电阻R16的第一端连接+5伏输出端VCC，电阻R16的第二端与电阻R18的第一端、电阻R15的第一端以及SW1键的第一端处的触点；电阻R18的第二端和电容C7的第一端均与MCU微控制器的第23脚信号相连接；所述的电阻R15的第二端连接电阻R14的第一端和SW2键的第一端处的触点；所述的电阻R14的第二端连接电阻R13的第一端和SW3键的第一端处的触点；所述的电阻R13的第二端连接电阻R12的第一端和SW4键的第一端处的触点；所述的电阻R12的第二端连接SW5键的第一端处的触点。

上述的电压检测电路由线路相连的电阻R6、电阻R5和电容C2组成；所述的电阻R6的第一端连接熔断器F1的输出端，所述电阻R5的第二端和电容C2的第一端均连接零线端，电阻R6的第二端、电容C2的第二端和电阻R5的第一端共联后接于MCU微控制器的第22脚为MCU微控制器输入电压检测信号；电流检测电路由线路相连的电容C8、电阻R19和电阻R17组成；电容C8的第一端和电阻R19的第一端共联后接于MCU微控制器的第25脚为MCU微控制器输入电流检测信号；电容C8的第二端连接零线端，电阻R19的第二端和电阻R17的第一端共联后连接加热电路；电阻R17的第二端连接零线端。

上述的漏电保护电路由线路连接的二极管D3、电阻R7、电阻R26和二极管D4组成；所述的二极管D3的阳极连接熔断器F1的输出端，二极管D3的阴极连接电阻R7的第一端，电阻R7的第二端与PTC/NTC发热线中的检测线、电阻R26的第一端以及NTC检测电路相连接，所述电阻R26的第二端连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接零线端，漏电保护模块TF1的第一端连接电阻R17的第二端，该漏电保护模块TF1的第二端连接零线端。

上述的加热电路由PTC/NTC发热线中的PTC加热线、第一双向可控硅TR1和第二双向可控硅TR2组成； PTC加热线的第一端连接熔断器F1的输出端，PTC加热线的第二端连接第一双向可控硅TR1的第二主电极，第一双向可控硅TR1的第一主电极连接第二双向可控硅TR2的第一主电极，第二双向可控硅TR2的第二主电极连接电流检测电路的电阻R17的第一端；触发电路由线路连接的电容C9、电阻R21、电阻R22、电阻R23和电阻R24组成；所述电容C9的第一端与MCU微控制器的第24脚相连接，电容C9的第二端连接电阻R21的第一端和电阻R23的第一端，电阻R21的第二端连接第二双向可控硅TR2的门极和电阻R22的第一端，电阻R22的第二端也连接在电流检测电路的电阻R17的第一端；所述电阻R23的第二端连接第一双向可控硅TR1的门极和电阻R24的第一端，该电阻R24的第二端连接零线端。

上述的NTC检测电路由线路相连的电容C10、电阻R10和电阻R25组成；所述电容C10的第一端、电阻R10的第一端和电阻R25的第一端均连接MCU微控制器的第26脚，所述电容C10的第二端和电阻R25的第二端均连接零线端，所述的电阻R10的第二端连接PTC/NTC发热线中的检测线、漏电保护电路中的电阻R7的第二端和漏电保护电路中的电阻R26的第一端；背光显示电路由线路相连的电阻R20、电阻R9和发光二极管LED1组成；所述的电阻R20的第一端与MCU微控制器的第17脚信号相连接，电阻R9的第一端与MCU微控制器的第18脚信号相连接，所述电阻R20的第二端和电阻R9的第二端均连接发光二极管LED1的阴极，该发光二极管LED1的阳极连接+5伏输出端VCC。

与现有技术相比，本实用新型用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护电路系统由于采用PTC控温，所以温度控制精确，误差小于±3摄氏度，避免了机械温控器回滞温度区间大的弊端，具有控温精度高、平稳度好的优点。本实用新型的电路系统能在发热产品出现局部或单点过温过热保护时，因MCU微控制器为一种高性能的模拟-数字转换处理器，使发热产品局部或单点过温过热而在NTC绝缘层中生成的漏电流经电阻R17转换而成的漏电压降的分辨率可达819级/伏，所以能对产品局部或单点过温过热进行精确保护，误差同样也小于±3摄氏度，并可以实现短路保护、抗干扰能力强、骚扰度小、电网浪涌抑制、断线保护、防双向可控硅误触发、防单个双向可控硅短路、防MCU微控制器失效或触发引脚损坏、防用户程序跑飞等安全保护功能。

附图说明

图1为本实用新型实施例的工作原理示意图；

图2为本实用新型实施例的电路原理示意图；

图3为本实用新型实施例的电压检测电路及同步电路示意图；

图4为本实用新型操作电路的原理示意图；

图5为本实用新型EMC电路的连接示意图；

图6为本实用新型背光显示电路及触发电路的连接示意图；

图7为本实用新型同步及触发波形示意图；

图8为本实用新型漏电保护示意图；

图9为本实用新型NTC断线检测示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。

图1至图9为本实用新型实施例的结构示意图。

其中的附图标记为：发热体A、直流稳压电路1、同步电路2、操作电路3、EMC电路4、加热电路5、漏电保护电路6、电流检测电路7、电压检测电路8、背光显示电路9、触发电路10、NTC检测电路11、短路保护器12、MCU微控制器IC1、LED显示模块LCD1、火线端L、零线端N。

如图1至图9为本实用新型的电路及其原理示意图。本实用新型的一种用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护电路系统，该电路系统集成在一电板上并配装在一控制器外壳中即能构成一完整的用于控制电发热体A的控制器，本实用新型所说的发热体A为内部采用PTC/NTC发热线为加热线的一种发热体，发热体A可以是指发热毯、发热座垫、发热背心等采用电发热的发热体。PTC/NTC发热线是在PVC绝缘层外壳内设置一层检测线、一层PTC加热线，并在检测线和PTC发热线之间填充一层NTC绝缘材料。从图1中可以看出，用于PTC/NTC发热线的温度控制及保护电路系统具有用于与220伏市交流电源的火线端和零线端一一对应相连接火线端L和零线端N，火线端L和零线端N与220伏市交流电源的连接可以通过连有电源插头的电源线来实现，电路系统中设有短路保护器12和漏电保护电路6以提高发热体A即发热产品的使用安全，短路保护器12为熔断器F1, 其输入端连接火线端L；短路保护器12能在系统电路中出现异常大电流时迅速熔断，切断电源回路，以防止高温乃至火灾或爆炸事故的发生，从而确保产品的使用安全。漏电保护电路6则能在电路系统出现漏电时迅速切断电源以保证产品使用者的人身安全。电路系统中还包括有将市政交流电转换成+5伏直流电源的直流稳压电路1、用于抑制交流电源的浪涌电压对系统产生冲击的EMC电路4、将交流电源的正弦波电压转换成与之相位相反且电压幅值最大为5V同步信号的同步电路2、用于PTC/NTC发热线加热温度设定的操作电路3、用于控制PTC/NTC发热线加热的加热电路5以及电流检测电路7、电压检测电路8、背光显示电路9、触发电路10和NTC检测电路11； 并且该系统中还设有在系统中起主控运算处理作用的MCU微控制器IC1和用于显示系统工作状态的LED显示模块LCD1。

由图5可以更加清楚的看到，本实用新型的EMC电路4由线路相连的电阻R3、电阻R3A和电容C1组成；EMC电路4既能提高系统自身的抗干扰能力和降低系统对电网的骚扰度，又是抑制交流电源的浪涌电压系统的冲击。EMC电路4中的电阻R3的第一端和电容C1的第一端连接熔断器F1的输出端，电阻R3的第二端连接电阻R3A的第一端，电阻R3A的第二端和电容C1的第二端连接零线端N。由图1和图2可知，市政220伏的交流电经过系统火线端L的熔断器F1后，交由EMC电路4进行系统抗扰能力的提升、系统骚扰度的降低和交流电源浪涌电压的抑制处理，使交流电源的质量变得纯净后，再供系统的其它电路使用。

实施例中，本实用新型的直流稳压电路1为一种阻容降压、整流、稳压、滤波的电路结构，直流稳压电路1主要是为系统中的低压用电电路提供+5伏的低压直流用电。其将市交流电转换成稳定的5V直流电源输出给同步电路2、操作电路3、MCU微控制器IC1、LED显示模块LCD1、背光显示电路9使用。请继续参见图5，该直流稳压电路1由线路相连的电阻R1、电阻R2、电阻R2A、电容C3、整流二极管D1、整流二极管D2、稳压二极管ZD1、电解电容C4、瓷片电容C5和电阻R8组成；电阻R1的第一端连接熔断器F1的输出端，电阻R1的第二端分别与电容C3的第一端和电阻R2的第一端相连，电阻R2A的第一端连接电阻R2的第二端，该电阻R2A的第二端与电容C3第二端共连于整流二极管D1的阳极和整流二极管D2的阴极；所述的整流二极管D2的阳极连接零线端N，整流二极管D1的阴极连接稳压二极管ZD1的阴极、电解电容C4的正极、瓷片电容C5的第一端、电阻R8的第一端；所述的稳压二极管ZD1、电解电容C4、瓷片电容C5和电阻R8为并联设置，并联后的两端得到稳定的5伏低压直流电源，并联后极性为GND的一端连接零线端N，与电解电容C4的正极相连的一端引出有+5伏输出端VCC。

如图3、图1和图2所示，MCU微控制器IC1具有28个脚，28个脚中的第20脚连接零线端N，第21脚连接上述的+5伏输出端VCC，28个脚中的第1脚至第16脚以及第27脚均与LED显示模块LCD1相连接， LED显示模块LCD1为具有17个连接脚的高性能显示模块。MCU微控制器IC1为系统中对PTC/NTC发热线的温度精确控制及安全保护起数据运算和处理功能的主控芯片，运算和处理的数据传送给LED显示模块LCD1，通过LED显示模块LCD1显示当前系统的工作状态、PTC/NTC发热线所处的温度档位以及定时设定开启和关闭时间。本实用新型通过操作电路3中的操作按键可以设定发热体加热的时间及温度，实现了定时功能。

本实用新型的同步电路2自身是由取样和整形电路组成的，作用是将交流电源的正弦波电压转换成与之相位相反、电压幅值最大+5V的同步信号，供MCU微控制器IC1使用，从本实用新型的图3还可以看到，同步电路2包括线路相连的电阻R4、电容C6和电容C01；电阻R4的第一端连接熔断器F1的输出端，电阻R4的第二端连接MCU微控制器(IC1)的第19脚和电容C6第一端，电容C6的第二端和电容C01的第一端均连接零线端N，电容C01的第二端也与MCU微控制器IC1的第21脚相连用于为MCU微控制器IC1提供5伏电源。

本实用新型的操作电路用于手动设定加热定时、加热温度指令信号给MCU微控制器IC1，从图本实用新型的图4可以看到， 操作电路3由线路相连的电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R18和电容C7以及用于手动嵌入指令的五个操作按键组成；五个操作按键分别为SW1键、SW2键、SW3键、SW4键、SW5键；五个操作按键的第二端处的触点以及电容C7的第二端均连接零线端N，电阻R16的第一端连接+5伏输出端VCC，电阻R16的第二端与电阻R18的第一端、电阻R15的第一端以及SW1键的第一端处的触点；电阻R18的第二端和电容C7的第一端均与MCU微控制器IC1的第23脚信号相连接；电阻R15的第二端连接电阻R14的第一端和SW2键的第一端处的触点；电阻R14的第二端连接电阻R13的第一端和SW3键的第一端处的触点；电阻R13的第二端连接电阻R12的第一端和SW4键的第一端处的触点；电阻R12的第二端连接SW5键的第一端处的触点。

电压检测电路8为一种分压电路，作用是将幅值很高的交流电压以线性关系降低为幅值5V以内的交流电压，供给MCU微控制器IC1进行模拟—数字转换，转换后的数据称为电压采样值作为PTC/NTC发热线温度判断的依据之一。从图8可以看出，电压检测电路8由线路相连的电阻R6、电阻R5和电容C2组成；电阻R6的第一端连接熔断器F1的输出端，电阻R5的第二端和电容C2的第一端均连接零线端N，电阻R6的第二端、电容C2的第二端和电阻R5的第一端共联后接于MCU微控制器IC1的第22脚为MCU微控制器IC1输入电压检测信号。

本实用新型的电流检测电路7由线路相连的电容C8、电阻R19和电阻R17组成；电容C8的第一端和电阻R19的第一端共联后接于MCU微控制器IC1的第25脚为MCU微控制器IC1输入电流检测信号；电容C8的第二端连接零线端N，电阻R19的第二端和电阻R17的第一端共联后连接加热电路；电阻R17的第二端连接零线端N。电流检测电路7为一种小阻值电阻取样电路，当加热电路中的加热电流在流过电流检测电路7中的取样电阻R17时，即得到一个对应的电压，该电压经隔离电阻R19供给MCU微控制器IC1的第25脚，进行模拟—数字转换，转换后的数据称为电流采样值作为温度判断的依据之二。

从图2中可以看到，本实用新型的漏电保护电路6由线路连接的二极管D3、电阻R7、电阻R26和二极管D4以及漏电保护模块TF1组成；二极管D3的阳极连接熔断器F1的输出端，二极管D3的阴极连接电阻R7的第一端，电阻R7的第二端与PTC/NTC发热线中的检测线、电阻R26的第一端以及NTC检测电路相连接，电阻R26的第二端连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接零线端N，漏电保护模块TF1的第一端连接电阻R17的第二端，该漏电保护模块TF1的第二端连接零线端N。

从图1和图2中可以看到，加热电路5由PTC/NTC发热线中的PTC加热线、第一双向可控硅TR1和第二双向可控硅TR2组成；其中加热电路5中的PTC/NTC发热线设置在发热体A中，第一双向可控硅TR1和第二双向可控硅TR2则是集成在操控器的电路板上， PTC/NTC发热线与电路板采用的是线路焊接相连，当然PTC/NTC发热线与电路板的连接最佳是通过公母接头实现插拨式的连接。PTC/NTC发热线中PTC加热线的第一端连接熔断器F1的输出端，PTC加热线的第二端连接第一双向可控硅TR1的第二主电极，第一双向可控硅TR1的第一主电极连接第二双向可控硅TR2的第一主电极，第二双向可控硅TR2的第二主电极连接电流检测电路的电阻R17的第一端。

触发电路10由线路连接的电容C9、电阻R21、电阻R22、电阻R23和电阻R24组成；电容C9的第一端与MCU微控制器IC1的第24脚相连接，电容C9的第二端连接电阻R21的第一端和电阻R23的第一端，电阻R21的第二端连接第二双向可控硅TR2的门极和电阻R22的第一端，电阻R22的第二端也连接在电流检测电路的电阻R17的第一端；电阻R23的第二端连接第一双向可控硅TR1的门极和电阻R24的第一端，该电阻R24的第二端连接零线端N。

本实用新型第一个双向可控硅TR1的门极接至触发电路的电阻R23的第二端，第二双向可控硅TR2的门极接至触发电路的电阻R21的第二端。加热电路5的作用是在交流电源过零点且接受触发脉冲后，双向可控硅导通，PTC加热线两端得到交流电源而产生热量，而没有触发脉冲时，双向可控硅关断，PTC加热线两端得不到交流电源而停止加热。本实用新型的加热电路5中，由于采用两个双向可控硅的串联，避免了采用单一双向可控硅时因双向可控硅的短路损坏而导致的发热主体非正常发热，从而确保产品安全。

NTC检测电路11由线路相连的电容C10、电阻R10和电阻R25组成；电容C10的第一端、电阻R10的第一端和电阻R25的第一端均连接MCU微控制器IC1的第26脚，所述电容C10的第二端和电阻R25的第二端均连接零线端N，电阻R10的第二端连接PTC/NTC发热线中的检测线、漏电保护电路中的电阻R7的第二端和漏电保护电路中的电阻R26的第一端。NTC检测电路11为一种电阻串联分压电路，NTC检测电路11的作用是生成断线检测信号和NTC检测信号，生成信号通过MCU微控制器IC1的第26脚供MCU微控制器IC1内部的模拟—数字转换器采集。

本实用新型的背光显示电路9由线路相连的电阻R20、电阻R9和发光二极管LED1组成；电阻R20的第一端与MCU微控制器IC1的第17脚信号相连接，所述电阻R9的第一端与MCU微控制器IC1的第18脚信号相连接，电阻R20的第二端和电阻R9的第二端均连接发光二极管LED1的阴极，该发光二极管LED1的阳极连接+5伏输出端VCC。

本实用新型的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本实用新型的范围。