專利名稱：正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電加熱器控制電路及其控制方法，尤指一種主要適用于快速升溫控制集成電路或模塊電路的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置及控制方法。
背景技術(shù)：
目前，具有正溫度系數(shù)發(fā)熱元件是用電阻合金制造的發(fā)熱元件，如金屬陶瓷發(fā)熱體、金屬發(fā)熱絲等等。
由于正溫度系數(shù)發(fā)熱元件(以下簡(jiǎn)稱發(fā)熱元件)具有正溫度系數(shù)特性，隨著溫度的升高電阻也會(huì)不斷變大，因此發(fā)熱元件同時(shí)又可作為恒溫控制電路的測(cè)溫元件。
如圖1所示，溫控產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu)基本相似。以一款卷發(fā)器為例，圖1是其截面圖；其中1.手柄2.導(dǎo)熱體其作用是把發(fā)熱元件的熱量傳導(dǎo)至溫控產(chǎn)品工作面；3.溫控產(chǎn)品工作面為用戶使用部分；4.發(fā)熱元件為發(fā)熱體，發(fā)熱和測(cè)溫的元件；5.控制電路完成發(fā)熱元件的加熱控制功能。
如圖2所示，為傳統(tǒng)恒溫控制電路。其中L和N為交流電源(110V或220V)連接端子，SCR是可控硅元件，H是發(fā)熱元件，K1是溫度采樣開(kāi)關(guān)，VCC是直流電源，U1是比較器，SYNC是可控硅觸發(fā)過(guò)零同步電路，RA是溫度采樣電阻，R1和R2是溫度設(shè)定電阻。
在交流電源正半周期，可控硅SCR可以導(dǎo)通使發(fā)熱元件H加熱。加熱時(shí)，開(kāi)關(guān)K1必須斷開(kāi)，以便阻斷交流電源的高壓進(jìn)入比較器U1。
溫度采樣在可控硅SCR非導(dǎo)通期間進(jìn)行。R1和R2組成分壓網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生設(shè)定溫度TSO+所對(duì)應(yīng)的參考電壓。溫度采樣時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)K1，RA和發(fā)熱元件H上的分壓值作為采樣信號(hào)送到比較器U1。比較器將采樣信號(hào)與參考電壓進(jìn)行比較，比較結(jié)果經(jīng)過(guò)同步電路SYNC產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)C去控制SCR導(dǎo)通或截止，從而控制實(shí)際加熱的導(dǎo)通率(即加熱功率)，使發(fā)熱元件本身維持在恒定溫度TSO+。
如圖3所示，為傳統(tǒng)溫控產(chǎn)品加熱過(guò)程中各部分溫度及功率曲線，其中Line 1發(fā)熱元件的溫度曲線；Line 2溫控產(chǎn)品工作面的溫度曲線；Line 3溫控產(chǎn)品加熱功率的曲線；圖3顯示傳統(tǒng)電路的是一開(kāi)始加熱便把發(fā)熱元件溫度設(shè)定在TSO+，恒溫控制電路會(huì)以全功率加熱(SCR 100％加熱導(dǎo)通率，圖中標(biāo)記為％100P)。當(dāng)檢測(cè)到發(fā)熱元件溫度達(dá)到TSO+時(shí)，控制電路會(huì)通過(guò)調(diào)低加熱功率(或加熱導(dǎo)通率)，使得發(fā)熱元件維持在恒定溫度TSO+。
溫控產(chǎn)品的測(cè)溫是利用發(fā)熱元件本身電阻的變化，而非工作面溫度，因而發(fā)熱元件到達(dá)設(shè)定溫度TSO+時(shí)，溫控產(chǎn)品工作面的溫度不能同時(shí)達(dá)到目標(biāo)溫度TSO。
發(fā)熱元件繼續(xù)向溫控產(chǎn)品工作面?zhèn)鳠?，一段時(shí)間后，工作面升到目標(biāo)溫度TSO，此時(shí)控制電路仍然繼續(xù)維持發(fā)熱元件保持溫度TSO+，這樣工作面溫度不會(huì)繼續(xù)上升，此時(shí)升溫過(guò)程自動(dòng)結(jié)束，系統(tǒng)進(jìn)入保溫狀態(tài)。保溫狀態(tài)時(shí)，加熱的功率(或加熱導(dǎo)通率)等于工作面的熱量散失的功率，工作面保持穩(wěn)定恒溫度TSO。
圖3顯示在保溫狀態(tài)時(shí)，由于工作面有熱量散失，內(nèi)部發(fā)熱元件的溫度TSO+會(huì)略高于工作面溫度TSO。由于傳統(tǒng)電路的TSO+與TSO差別不大，造成傳導(dǎo)熱量的速度也比較慢，因此缺點(diǎn)是工作面升溫過(guò)程是十分漫長(zhǎng)的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足之處，本發(fā)明的主要目的旨在提供一種快速升溫控制電路及其控制方法，通過(guò)功率檢測(cè)及開(kāi)關(guān)控制過(guò)程等方法，既可提高發(fā)熱元件的設(shè)定溫度，又能根據(jù)實(shí)際加熱功率去控制設(shè)定開(kāi)關(guān)重新調(diào)整設(shè)定溫度，使溫控產(chǎn)品的工作面的溫度迅速的達(dá)到目標(biāo)溫度的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置及控制方法。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是主要解決如何在快速升溫控制電路中增加溫度設(shè)定選擇器，增加由VCC在R1、R2和R3分壓產(chǎn)生的較高設(shè)定溫度TSH所對(duì)應(yīng)的參考電壓，同時(shí)還要增加一個(gè)單刀雙擲型溫度設(shè)定開(kāi)關(guān)Ks的電路設(shè)計(jì)及電路原理問(wèn)題；要解決如何進(jìn)行功率檢測(cè)及開(kāi)關(guān)控制過(guò)程問(wèn)題；要解決溫控產(chǎn)品的工作表面溫度既可以盡快升溫，又能同時(shí)使過(guò)沖最小等有關(guān)技術(shù)問(wèn)題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該裝置由發(fā)熱元件、可控硅元件、比較器、開(kāi)關(guān)及同步電路等部件組成，由集成電路和模塊電路組成一整體的控制電路結(jié)構(gòu)，在控制電路比較器U1的負(fù)電壓輸入端連接溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的單刀端；在可控硅元件SCR與溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks之間設(shè)置溫度設(shè)定選擇器模塊，在電源VCC與地之間通過(guò)電阻分壓設(shè)置對(duì)應(yīng)的參考電壓。
所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置的控制電路的交流電源L端子連接可控硅元件SCR的正端，交流電源N端子同時(shí)連接發(fā)熱元件H的一端及電阻R3的另一端后再接地；發(fā)熱元件H的另一端同時(shí)連接可控硅元件SCR的負(fù)端及采樣開(kāi)關(guān)K1的一端，可控硅元件SCR的輸出信號(hào)經(jīng)由發(fā)熱元件H后接地；直流電源端子VCC同時(shí)連接電阻RA的的一端及電阻R1的一端；電阻R1的另一端同時(shí)連接電阻R2的一端及溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的一號(hào)擲端；電阻R2的另一端同時(shí)連接電阻R3的一端及溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的二號(hào)擲端，電阻R3的另一端接地；由VCC在R1、R2和R3分壓產(chǎn)生正常設(shè)定溫度TSO+和較高設(shè)定溫度TSH所對(duì)應(yīng)的參考電壓，且TSH溫度高于TSO+溫度；比較器U1的正電壓輸入端同時(shí)連接采樣開(kāi)關(guān)K1的另一端及電阻RA的的另一端；比較器U1的負(fù)電壓輸入端連接溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的單刀端，比較器U1的輸出端連接可控硅觸發(fā)過(guò)零同步電路SYNC的輸入端；可控硅觸發(fā)過(guò)零同步電路SYNC的輸出端同時(shí)連接控硅元件SCR的控制端及溫度設(shè)定選擇器的輸入端，溫度設(shè)定選擇器的輸出端連接溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的控制端。
所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置的溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks或?yàn)閱蔚峨p擲開(kāi)關(guān)或?yàn)閱蔚抖鄶S開(kāi)關(guān)。
所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置的可控硅元件SCR在非導(dǎo)通期間，為溫度采樣開(kāi)關(guān)K1閉合的溫度采樣期間。
所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置的比較器U1的負(fù)電壓輸入端與正電壓輸入端為互換端。
一種正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路的控制方法，該方法通過(guò)功率檢測(cè)及開(kāi)關(guān)控制過(guò)程，加熱開(kāi)始的時(shí)候，提高發(fā)熱元件的設(shè)定溫度，繼而根據(jù)實(shí)際加熱功率去控制設(shè)定開(kāi)關(guān)來(lái)重新調(diào)整設(shè)定溫度，達(dá)到溫控產(chǎn)品的工作面的溫度迅速為目標(biāo)溫度，該方法具體工作步驟是步驟1.溫度設(shè)定選擇器溫度設(shè)定選擇器通過(guò)輸入信號(hào)C進(jìn)行工作，可控硅觸發(fā)過(guò)零同步電路SYNC產(chǎn)生一次觸發(fā)信號(hào)，為單向可控硅元件SCR(30)的導(dǎo)通信號(hào)；步驟2.檢測(cè)加熱功率溫度設(shè)定選擇器模塊根據(jù)檢測(cè)到的實(shí)際加熱功率去控制溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks；當(dāng)檢測(cè)到的加熱功率大于全功率的一切換比率點(diǎn)時(shí)，選擇設(shè)定溫度TSH，當(dāng)檢測(cè)到功率小于另一切換比率點(diǎn)時(shí)，選擇正常設(shè)定溫度TSO+；步驟3.保持溫度及快速傳導(dǎo)熱量剛開(kāi)始加熱時(shí)，溫度設(shè)定選擇器控制溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks，發(fā)熱元件工作在設(shè)定溫度TSH，控制電路剛開(kāi)始會(huì)以全功率加熱；當(dāng)發(fā)熱元件溫度到達(dá)設(shè)定溫度TSH時(shí)，恒溫控制電路會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)加熱功率保持該溫度；溫度設(shè)定選擇器繼續(xù)維持溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks保持在設(shè)定溫度檔TSH，此時(shí)發(fā)熱元件快速向溫控產(chǎn)品工作面?zhèn)鲗?dǎo)熱量；步驟4.設(shè)定溫度切換隨著工作面溫度的上升，實(shí)際加熱功率會(huì)逐步減小，當(dāng)溫度設(shè)定選擇器檢測(cè)到功率下降到全功率的一切換比率點(diǎn)時(shí)，溫度設(shè)定選擇器控制溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks把設(shè)定溫度切換到正常設(shè)定溫度TSO+；步驟5.選擇切換功率點(diǎn)適當(dāng)選擇切換功率點(diǎn)，在工作面的溫度上升到75％目標(biāo)溫度TSO到125％目標(biāo)溫度TSO范圍內(nèi)的一溫度點(diǎn)時(shí)進(jìn)行切換；切換到正常設(shè)定溫度TSO+后，可控硅元件SCR會(huì)自動(dòng)立即截止并停止加熱；待發(fā)熱元件降低到正常設(shè)定溫度TSO+，控制電路會(huì)自動(dòng)控制SCR恢復(fù)加熱，并保持發(fā)熱元件維持正常設(shè)定溫度TSO+；系統(tǒng)進(jìn)入保溫狀態(tài)時(shí)，加熱功率等于工作面熱量散失的功率，工作面穩(wěn)定恒溫在目標(biāo)溫度TSO。
所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路的控制方法的一切換比率點(diǎn)和另一切換比率點(diǎn)為全功率的20％到80％之間的比率點(diǎn)。
本發(fā)明的有益效果是該裝置成功的解決了快速升溫控制電路，既可提高發(fā)熱元件的設(shè)定溫度，又能根據(jù)實(shí)際加熱功率來(lái)重新調(diào)整設(shè)定溫度，使溫控產(chǎn)品的工作面的溫度迅速的達(dá)到目標(biāo)溫度的電路裝置；該方法通過(guò)功率檢測(cè)及開(kāi)關(guān)控制過(guò)程，在加熱開(kāi)始的時(shí)候，提高發(fā)熱元件的設(shè)定溫度，繼而根據(jù)實(shí)際加熱功率去控制設(shè)定開(kāi)關(guān)來(lái)重新調(diào)整設(shè)定溫度，達(dá)到溫控產(chǎn)品的工作面的溫度迅速為目標(biāo)溫度；使得溫控產(chǎn)品的工作表面溫度既可以盡快升溫，又能同時(shí)使過(guò)沖最小等；可以推廣到設(shè)定幾個(gè)較高設(shè)定溫度，如差值15度，20度…；同時(shí)具有可以設(shè)計(jì)多種切換功率比率，如10％，20％，…50％…以便得到最佳控制等優(yōu)點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
附圖1為傳統(tǒng)的溫控產(chǎn)品卷發(fā)器的截面示意圖；附圖2為傳統(tǒng)的恒溫控制電路結(jié)構(gòu)原理圖；附圖3為傳統(tǒng)的溫控產(chǎn)品加熱過(guò)程中各部分溫度及功率曲線示意圖；附圖4為本發(fā)明恒溫控制電路原理圖；附圖5為本發(fā)明溫度及功率曲線示意圖；附圖6為本發(fā)明溫度及功率曲線中切換比率點(diǎn)過(guò)大示意圖；附圖7為本發(fā)明溫度及功率曲線中切換比率點(diǎn)過(guò)小示意圖；附圖8為本發(fā)明實(shí)施例之一的電路原理圖；附圖9為本發(fā)明實(shí)施例之二的電路原理圖；附圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明1-手柄；2-導(dǎo)熱體；3-溫控產(chǎn)品工作面；4-發(fā)熱元件；5-控制電路；10-溫度設(shè)定選擇器；20-可控硅觸發(fā)過(guò)零同步電路SYNC；30-可控硅元件SCR；
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱附圖4、5、6、7所示，本發(fā)明由發(fā)熱元件、可控硅元件、比較器、開(kāi)關(guān)及同步電路等部件組成，該裝置由集成電路和模塊電路組成一整體的控制電路結(jié)構(gòu)，在控制電路比較器U1的負(fù)電壓輸入端連接溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的單刀端；在可控硅元件SCR(30)與溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks之間設(shè)置溫度設(shè)定選擇器(10)模塊，在電源VCC與地之間通過(guò)電阻分壓設(shè)置對(duì)應(yīng)的參考電壓。
所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置的控制電路的交流電源L端子連接可控硅元件SCR的正端，交流電源N端子同時(shí)連接發(fā)熱元件H的一端及電阻R3的另一端后再接地；發(fā)熱元件H的另一端同時(shí)連接可控硅元件SCR(30)的負(fù)端及采樣開(kāi)關(guān)K1的一端，可控硅元件SCR(30)的輸出信號(hào)經(jīng)由發(fā)熱元件H后接地；直流電源端子VCC同時(shí)連接電阻RA的的一端及電阻R1的一端；電阻R1的另一端同時(shí)連接電阻R2的一端及溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的一號(hào)擲端；電阻R2的另一端同時(shí)連接電阻R3的一端及溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的二號(hào)擲端，電阻R3的另一端接地；比較器U1的正電壓輸入端同時(shí)連接采樣開(kāi)關(guān)K1的另一端及電阻RA的的另一端；比較器U1的負(fù)電壓輸入端連接溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的單刀端，比較器U1的輸出端連接可控硅觸發(fā)過(guò)零同步電路SYNC(20)的輸入端；可控硅觸發(fā)過(guò)零同步電路SYNC(20)的輸出端同時(shí)連接控硅元件SCR的控制端及溫度設(shè)定選擇器(10)的輸入端，溫度設(shè)定選擇器(10)的輸出端連接溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的控制端。
所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置的溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks或?yàn)閱蔚峨p擲開(kāi)關(guān)或?yàn)閱蔚抖鄶S開(kāi)關(guān)。
所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置的比較器U1的負(fù)電壓輸入端與正電壓輸入端為互換端。
一種正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路的控制方法，該方法通過(guò)功率檢測(cè)及開(kāi)關(guān)控制過(guò)程，加熱開(kāi)始的時(shí)候，提高發(fā)熱元件的設(shè)定溫度，繼而根據(jù)實(shí)際加熱功率去控制設(shè)定開(kāi)關(guān)來(lái)重新調(diào)整設(shè)定溫度，達(dá)到溫控產(chǎn)品的工作面的溫度迅速為目標(biāo)溫度，該方法具體工作步驟是步驟1.溫度設(shè)定選擇器(10)溫度設(shè)定選擇器(10)通過(guò)輸入信號(hào)C進(jìn)行工作，可控硅觸發(fā)過(guò)零同步電路SYNC(20)產(chǎn)生一次觸發(fā)信號(hào)，為單向可控硅元件SCR(30)的導(dǎo)通信號(hào)；步驟2.檢測(cè)加熱功率溫度設(shè)定選擇器(10)模塊根據(jù)檢測(cè)到的實(shí)際加熱功率去控制溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks；當(dāng)檢測(cè)到的加熱功率大于全功率的一切換比率點(diǎn)時(shí)，選擇設(shè)定溫度TSH，當(dāng)檢測(cè)到功率小于另一切換比率點(diǎn)時(shí)，選擇正常設(shè)定溫度TSO+；步驟3.保持溫度及快速傳導(dǎo)熱量剛開(kāi)始加熱時(shí)，溫度設(shè)定選擇器(10)控制溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks，發(fā)熱元件工作在設(shè)定溫度TSH，控制電路剛開(kāi)始會(huì)以全功率加熱；當(dāng)發(fā)熱元件溫度到達(dá)設(shè)定溫度TSH時(shí)，恒溫控制電路會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)加熱功率保持該溫度；溫度設(shè)定選擇器(10)繼續(xù)維持溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks保持在設(shè)定溫度檔TSH，此時(shí)發(fā)熱元件快速向溫控產(chǎn)品工作面?zhèn)鲗?dǎo)熱量；
步驟4.設(shè)定溫度切換隨著工作面溫度的上升，實(shí)際加熱功率會(huì)逐步減小，當(dāng)溫度設(shè)定選擇器(10)檢測(cè)到功率下降到全功率的一切換比率點(diǎn)時(shí)，溫度設(shè)定選擇器(10)控制溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks把設(shè)定溫度切換到正常設(shè)定溫度TSO+；步驟5.選擇切換功率點(diǎn)選擇切換功率點(diǎn)，在工作面的溫度上升到75％目標(biāo)溫度TSO到125％目標(biāo)溫度TSO范圍內(nèi)的一溫度點(diǎn)時(shí)進(jìn)行切換；切換到正常設(shè)定溫度TSO+后，可控硅元件SCR(30)會(huì)自動(dòng)立即截止并停止加熱；待發(fā)熱元件降低到正常設(shè)定溫度TSO+，控制電路會(huì)自動(dòng)控制SCR恢復(fù)加熱，并保持發(fā)熱元件維持正常設(shè)定溫度TSO+；系統(tǒng)進(jìn)入保溫狀態(tài)時(shí)，加熱功率等于工作面熱量散失的功率，工作面穩(wěn)定恒溫在目標(biāo)溫度TSO。
所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路的控制方法的一切換比率點(diǎn)和另一切換比率點(diǎn)為全功率的20％到80％之間的比率點(diǎn)。
本發(fā)明快速升溫控制電路如圖4所示，相對(duì)于傳統(tǒng)控制電路，快速升溫控制電路增加了溫度設(shè)定選擇器。另外增加了由VCC在R1、R2和R3分壓產(chǎn)生的較高設(shè)定溫度TSH所對(duì)應(yīng)的參考電壓。同時(shí)還增加了一個(gè)單刀雙擲型溫度設(shè)定開(kāi)關(guān)Ks。
與傳統(tǒng)電路不同的是一開(kāi)始加熱時(shí)，本發(fā)明就提高發(fā)熱元件的設(shè)定溫度，然后根據(jù)實(shí)際加熱功率來(lái)重新調(diào)整設(shè)定溫度，使溫控產(chǎn)品的工作面的溫度迅速的達(dá)到目標(biāo)溫度。
溫度設(shè)定選擇器作用是根據(jù)檢測(cè)到的實(shí)際加熱功率去控制設(shè)定開(kāi)關(guān)Ks。當(dāng)檢測(cè)到的加熱功率大于全功率的某個(gè)特定比率(例如全功率的25％)時(shí)，選擇較高設(shè)定溫度TSH。當(dāng)檢測(cè)到功率小于某個(gè)特定比率時(shí)選擇正常設(shè)定溫度TSO+。
參見(jiàn)溫度及功率曲線圖5所示，剛開(kāi)始加熱時(shí)，溫度設(shè)定選擇器控制Ks，使發(fā)熱元件在較高設(shè)定溫度TSH。同傳統(tǒng)電路類似，控制電路剛開(kāi)始會(huì)以全功率(％100P)加熱。當(dāng)發(fā)熱元件溫度到達(dá)TSH時(shí)，恒溫控制電路會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)加熱功率(或加熱導(dǎo)通率)保持該溫度。溫度設(shè)定選擇器繼續(xù)維持Ks保持在較高設(shè)定溫度檔TSH，此時(shí)發(fā)熱元件快速向溫控產(chǎn)品工作面?zhèn)鲗?dǎo)熱量。
由于在本發(fā)明電路中TSH與目標(biāo)TSO差別較大，傳導(dǎo)熱量的速度比傳統(tǒng)電路快，因此工作面升溫速度也比傳統(tǒng)電路快。
隨著工作面溫度的上升，實(shí)際加熱功率會(huì)逐步減小。當(dāng)溫度設(shè)定選擇器檢測(cè)到功率下降到全功率的某個(gè)特定比率(例如25％)時(shí)，溫度設(shè)定選擇器控制Ks把設(shè)定溫度切換到正常設(shè)定溫度TSO+。
適當(dāng)選擇切換功率點(diǎn)，使得工作面的溫度上升到TSO(或比較接近TSO)時(shí)恰好進(jìn)行切換。切換到TSO+后，可控硅SCR會(huì)自動(dòng)立即截止并停止加熱。待發(fā)熱元件降低到保溫溫度TSO+，控制電路會(huì)自動(dòng)控制SCR恢復(fù)加熱，并保持發(fā)熱元件維持恒定溫度TSO+。由于工作面的溫度已經(jīng)上升到了TSO(或比較接近TSO)，所以升溫過(guò)程很快結(jié)束，系統(tǒng)進(jìn)入保溫狀態(tài)。同傳統(tǒng)電路類似，保溫狀態(tài)時(shí)，加熱功率等于工作面熱量散失的功率，工作面穩(wěn)定恒溫在TSO。
溫度設(shè)定選擇器是根據(jù)實(shí)際加熱功率大小去控制設(shè)定開(kāi)關(guān)Ks。設(shè)計(jì)不同的切換點(diǎn)，對(duì)加熱曲線的影響有所不同。圖6是切換比率點(diǎn)過(guò)大(例如全功率的35％)，它沒(méi)有達(dá)到最快溫度上升速度。圖7是切換比率點(diǎn)過(guò)小(例如全功率的19％)，它造成溫度上升過(guò)沖。
適當(dāng)選擇較高設(shè)定熱溫度TSH與正常設(shè)定溫度TSO+的差值(如15度或其它)，使得切換點(diǎn)的功率比率點(diǎn)適合于溫度設(shè)定選擇器的檢測(cè)。
當(dāng)升溫過(guò)程結(jié)束后，由于溫控產(chǎn)品工作面外部熱負(fù)載等原因，工作面溫度有時(shí)會(huì)下降。此時(shí)恒溫控制電路試圖維持溫度不變，實(shí)際加熱功率也會(huì)同時(shí)增大。當(dāng)溫度設(shè)定選擇器檢測(cè)到加熱功率大于全功率的某個(gè)比率時(shí)，溫度設(shè)定選擇器仍然會(huì)切換回到較高設(shè)定溫度TSH，以便使溫控產(chǎn)品工作面溫度盡快恢復(fù)。
本發(fā)明可以推廣到設(shè)定幾個(gè)較高設(shè)定溫度(如差值15度，20度…)；同時(shí)可以設(shè)計(jì)多種切換功率比率(如10％，20％，…50％…)以便得到最佳控制。
本發(fā)明的實(shí)施例請(qǐng)參閱附圖8所示，為本發(fā)明實(shí)施例之一的電路原理圖；其把圖4中的溫度采樣開(kāi)關(guān)K1由一個(gè)整流二極管D1替代，其中D1的作用是在可控硅SCR非導(dǎo)通期間，不會(huì)影響到溫度的采樣。而在可控硅SCR導(dǎo)通期間，阻斷交流電源的高壓進(jìn)入比較器U1。
請(qǐng)參閱附圖9所示，為本發(fā)明實(shí)施例之二的電路原理圖；其把圖四中單刀雙擲開(kāi)關(guān)Ks改換為單刀多擲開(kāi)關(guān)Kms，其中Kms的作用是可以設(shè)定兩個(gè)或更多較高設(shè)定溫度(如圖9中的TSH_1，TSH_2…)。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)特征如下一種集成電路或模塊電路裝置發(fā)明，其中L和N為交流電源(110V或220V)連接端子，VCC是直流電源連接端子，SCR是可控硅元件(其引出端正端，負(fù)端和控制端)，H是正溫度系數(shù)發(fā)熱元件(其引出端1端和2端)，K1是溫度采樣開(kāi)關(guān)(其引出端1端和2端)，Ks為單刀雙擲型溫度選擇開(kāi)關(guān)(其引出端控制端，單刀端，1號(hào)擲端和2號(hào)擲端)，U1是比較器(其引出端1號(hào)輸入端，2號(hào)輸入端和輸出端)，SYNC是可控硅觸發(fā)過(guò)零同步電路(其引出端輸入端和輸出端)，另外還有加熱溫度設(shè)定選擇器(其引出端輸入端和輸出端)，溫度采樣電阻RA(其引出端1端和2端)，溫度設(shè)定電阻R1(其引出端1端和2端)、R2(其引出端1端和2端)和R3(其引出端1端和2端)。
其中交流電源L端子連接可控硅元件SCR的正端；交流電源N端子同時(shí)連接發(fā)熱元件的2端及電阻R3的2端；發(fā)熱元件的1端同時(shí)連接可控硅元件SCR的負(fù)端及采樣開(kāi)關(guān)K1的1端；直流電源端子VCC同時(shí)連接電阻RA的的1端及電阻R1的1端；電阻R1的2端同時(shí)連接電阻R2的1端及溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的1號(hào)擲端；電阻R2的2端同時(shí)連接電阻R3的1端及溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的2號(hào)擲端；比較器U1的1號(hào)輸入端同時(shí)連接采樣開(kāi)關(guān)K1的2端及電阻RA的2端；比較器U1的2號(hào)輸入端連接溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的單刀端；比較器U1的輸出端連接可控硅觸發(fā)過(guò)零同步電路SYNC的輸入端；
可控硅觸發(fā)過(guò)零同步電路SYNC的輸出端同時(shí)連接控硅元件SCR的控制端及功溫度設(shè)定選擇器的輸入端；溫度設(shè)定選擇器的輸出端連接溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的控制端。
當(dāng)實(shí)際加熱功率大于全功率的某個(gè)特定比率點(diǎn)時(shí)(如全功率的25％或其它)，選擇較高設(shè)定溫度THS；而小于某個(gè)比率點(diǎn)時(shí)，選擇正常設(shè)定溫度TSO+。
該電路裝置由VCC在R1、R2和R3分壓產(chǎn)生正常設(shè)定溫度TSO+和較高設(shè)定溫度TSH所對(duì)應(yīng)的參考電壓，且TSH溫度高于TSO+溫度。
該電路裝置可適當(dāng)選擇較高設(shè)定溫度TSH與正常設(shè)定溫度TSO+的差值(如15度或其它)；同時(shí)適當(dāng)選擇切換TSH及TSO+的特定比率點(diǎn)(如全功率的25％或其它)；使得溫控產(chǎn)品的工作表面溫度既可以盡快升溫，同時(shí)過(guò)沖最小。
該電路裝置的溫度采樣(即溫度采樣開(kāi)關(guān)K1閉合)必須在可控硅SCR非導(dǎo)通期間進(jìn)行。
本發(fā)明的有關(guān)技術(shù)特征為1)、可控硅觸發(fā)過(guò)零同步電路SYNC產(chǎn)生一次觸發(fā)信號(hào)C，可以讓單向可控硅元件SCR(30)在一個(gè)周期的交流信號(hào)的正半周導(dǎo)通。
2)、請(qǐng)參閱圖3所示，全功率(在圖3中標(biāo)記為％100P)是指可控硅元件SCR(30)在觸發(fā)信號(hào)C控制下完全導(dǎo)通的狀態(tài)；比如說(shuō)交流端子上每產(chǎn)生100個(gè)周期的交流信號(hào)，同步電路SYNC產(chǎn)生100次觸發(fā)信號(hào)C，令可控硅元件SCR(30)在這100個(gè)周期的正半周都處于導(dǎo)通狀態(tài)；如果這期間同步電路SYNC只產(chǎn)生了25次觸發(fā)信號(hào)C，我們就認(rèn)為是全功率的25％(在圖5中標(biāo)記為25％P)。
3)、溫度設(shè)定選擇器(10)就是利用輸入信號(hào)，來(lái)完成功率的計(jì)算，比如它在100個(gè)交流信號(hào)周期，檢測(cè)到了25次觸發(fā)信號(hào)C，它就可以算出當(dāng)前的加熱功率是全功率的25％，該25％或其他，即為切換比率點(diǎn)。
4)、請(qǐng)參閱圖4所示，溫度設(shè)定選擇器(10)利用其輸出驅(qū)動(dòng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)Ks，選擇切換TSH或者TSO+；溫度設(shè)定選擇器(10)的輸入是同步觸發(fā)信號(hào)C，然后進(jìn)行功率判斷算法，再去控制開(kāi)關(guān)Ks的閉合狀態(tài)；至于該算法，既可以采用軟件實(shí)現(xiàn)(比如單片機(jī)程序)，也可以用數(shù)字電路的硬件實(shí)現(xiàn)之。
5)、當(dāng)溫度設(shè)定選擇器(10)檢測(cè)到的加熱功率大于全功率的某個(gè)特定比率(例如全功率的25％)時(shí)，選擇較高設(shè)定溫度TSH；當(dāng)檢測(cè)到功率小于某個(gè)特定比率時(shí)選擇正常設(shè)定溫度TSO+；適當(dāng)選擇較高設(shè)定熱溫度TSH與正常設(shè)定溫度TSO+的差值(如15度或其它)，同時(shí)適當(dāng)選擇切換TSH及正常設(shè)定溫度TSO+的特定比率點(diǎn)(如全功率的25％或其它)；選擇差值和比率點(diǎn)的大小根據(jù)是要使得溫控產(chǎn)品的工作表面溫度既可以盡快升溫，同時(shí)過(guò)沖最小。
6)、開(kāi)關(guān)Ks的作用是為比較器U1提供不同的參考溫度(TSH或者TSO+)，用來(lái)與采樣溫度作比較，如果發(fā)熱元件的溫度小于參考溫度，比較器的輸出就會(huì)驅(qū)動(dòng)同步電路SYNC產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)C。
7)、溫度采樣的具體做法采樣就是利用比較器將采樣信號(hào)與參考電壓進(jìn)行比較，根據(jù)比較器的輸出判斷是否到溫；
溫度采樣在可控硅元件SCR(30)非導(dǎo)通期間進(jìn)行，R1和R2組成分壓網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生設(shè)定溫度TSO+所對(duì)應(yīng)的參考電壓；溫度采樣時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)K1，RA和發(fā)熱元件H上的分壓值作為采樣信號(hào)送到比較器U1，比較器U1將采樣信號(hào)與參考電壓進(jìn)行比較，比較結(jié)果經(jīng)過(guò)同步電路SYNC產(chǎn)生同步觸發(fā)信號(hào)C去控制可控硅元件SCR(30)導(dǎo)通或截止。
權(quán)利要求
1.一種正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置，該裝置有發(fā)熱元件、可控硅元件、比較器、開(kāi)關(guān)及同步電路，其特征在于由集成電路和模塊電路組成一整體的控制電路結(jié)構(gòu)，在控制電路比較器U1的負(fù)電壓輸入端連接溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的單刀端；在可控硅元件SCR(30)與溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks之間設(shè)置溫度設(shè)定選擇器(10)模塊，在電源VCC與地之間通過(guò)電阻分壓設(shè)置對(duì)應(yīng)的參考電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置，其特征在于所述的控制電路的交流電源L端子連接可控硅元件SCR的正端，交流電源N端子同時(shí)連接發(fā)熱元件H的一端及電阻R3的另一端后再接地；發(fā)熱元件H的另一端同時(shí)連接可控硅元件SCR(30)的負(fù)端及采樣開(kāi)關(guān)K1的一端，可控硅元件SCR(30)的輸出信號(hào)經(jīng)由發(fā)熱元件H后接地；直流電源端子VCC同時(shí)連接電阻RA的的一端及電阻R1的一端；電阻R1的另一端同時(shí)連接電阻R2的一端及溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的一號(hào)擲端；電阻R2的另一端同時(shí)連接電阻R3的一端及溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的二號(hào)擲端，電阻R3的另一端接地；由VCC在R1、R2和R3分壓產(chǎn)生正常設(shè)定溫度TSO+和較高設(shè)定溫度TSH所對(duì)應(yīng)的參考電壓，且TSH溫度高于TSO+溫度；比較器U1的正電壓輸入端同時(shí)連接采樣開(kāi)關(guān)K1的另一端及電阻RA的的另一端；比較器U1的負(fù)電壓輸入端連接溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的單刀端，比較器U1的輸出端連接可控硅觸發(fā)過(guò)零同步電路SYNC(20)的輸入端；可控硅觸發(fā)過(guò)零同步電路SYNC(20)的輸出端同時(shí)連接控硅元件SCR的控制端及溫度設(shè)定選擇器(10)的輸入端，溫度設(shè)定選擇器(10)的輸出端連接溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的控制端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置，其特征在于所述的溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks或?yàn)閱蔚峨p擲開(kāi)關(guān)或?yàn)閱蔚抖鄶S開(kāi)關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置，其特征在于所述的可控硅元件SCR(30)在非導(dǎo)通期間，為溫度采樣開(kāi)關(guān)K1閉合的溫度采樣期間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置，其特征在于所述的比較器U1的負(fù)電壓輸入端與正電壓輸入端為互換端。
6.一種正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路的控制方法，其特征在于該方法通過(guò)功率檢測(cè)及開(kāi)關(guān)控制過(guò)程，加熱開(kāi)始的時(shí)候，提高發(fā)熱元件的設(shè)定溫度，繼而根據(jù)實(shí)際加熱功率去控制設(shè)定開(kāi)關(guān)來(lái)重新調(diào)整設(shè)定溫度，達(dá)到溫控產(chǎn)品的工作面的溫度迅速為目標(biāo)溫度，該方法具體工作步驟是步驟1.溫度設(shè)定選擇器(10)溫度設(shè)定選擇器(10)通過(guò)輸入信號(hào)C進(jìn)行工作，可控硅觸發(fā)過(guò)零同步電路SYNC(20)產(chǎn)生一次觸發(fā)信號(hào)，為單向可控硅元件SCR(30)的導(dǎo)通信號(hào)；步驟2.檢測(cè)加熱功率溫度設(shè)定選擇器(10)模塊根據(jù)檢測(cè)到的實(shí)際加熱功率去控制溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks；當(dāng)檢測(cè)到的加熱功率大于全功率的一切換比率點(diǎn)時(shí)，選擇設(shè)定溫度TSH，當(dāng)檢測(cè)到功率小于另一切換比率點(diǎn)時(shí)，選擇正常設(shè)定溫度TSO+；步驟3.保持溫度及快速傳導(dǎo)熱量剛開(kāi)始加熱時(shí)，溫度設(shè)定選擇器(10)控制溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks，發(fā)熱元件工作在設(shè)定溫度TSH，控制電路剛開(kāi)始會(huì)以全功率加熱；當(dāng)發(fā)熱元件溫度到達(dá)設(shè)定溫度TSH時(shí)，恒溫控制電路會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)加熱功率保持該溫度；溫度設(shè)定選擇器(10)繼續(xù)維持溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks保持在設(shè)定溫度檔TSH，此時(shí)發(fā)熱元件快速向溫控產(chǎn)品工作面?zhèn)鲗?dǎo)熱量；步驟4.設(shè)定溫度切換隨著工作面溫度的上升，實(shí)際加熱功率會(huì)逐步減小，當(dāng)溫度設(shè)定選擇器(10)檢測(cè)到功率下降到全功率的一切換比率點(diǎn)時(shí)，溫度設(shè)定選擇器(10)控制溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks把設(shè)定溫度切換到正常設(shè)定溫度TSO+；步驟5.選擇切換功率點(diǎn)選擇切換功率點(diǎn)，在工作面的溫度上升到75％目標(biāo)溫度TSO到125％目標(biāo)溫度TSO范圍內(nèi)的一溫度點(diǎn)時(shí)進(jìn)行切換；切換到正常設(shè)定溫度TSO+后，可控硅元件SCR(30)會(huì)自動(dòng)立即截止并停止加熱；待發(fā)熱元件降低到正常設(shè)定溫度TSO+，控制電路會(huì)自動(dòng)控制SCR恢復(fù)加熱，并保持發(fā)熱元件維持正常設(shè)定溫度TSO+；系統(tǒng)進(jìn)入保溫狀態(tài)時(shí)，加熱功率等于工作面熱量散失的功率，工作面穩(wěn)定恒溫在目標(biāo)溫度TSO。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路的控制方法，其特征在于所述的一切換比率點(diǎn)和另一切換比率點(diǎn)為全功率的20％到80％之間的比率點(diǎn)。
全文摘要
一種涉及電加熱器控制電路及其控制方法，尤指一種主要適用于快速升溫控制集成電路或模塊電路的正溫度系數(shù)發(fā)熱元件的快速升溫控制電路裝置及控制方法。該裝置由集成電路和模塊電路組成一整體的控制電路結(jié)構(gòu)，在控制電路比較器U1的負(fù)電壓輸入端連接溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks的單刀端；在可控硅元件SCR與溫度選擇開(kāi)關(guān)Ks之間設(shè)置溫度設(shè)定選擇器模塊等；該方法通過(guò)功率檢測(cè)及開(kāi)關(guān)控制過(guò)程，來(lái)提高發(fā)熱元件的設(shè)定溫度；主要解決如何進(jìn)行功率檢測(cè)及開(kāi)關(guān)控制過(guò)程等有關(guān)技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是既可提高發(fā)熱元件的設(shè)定溫度，又能根據(jù)實(shí)際加熱功率來(lái)重新調(diào)整設(shè)定溫度，使溫控產(chǎn)品的工作面的溫度迅速的達(dá)到目標(biāo)溫度的電路裝置；該方法使得溫控產(chǎn)品的工作表面溫度既可以盡快升溫，又能同時(shí)使過(guò)沖最小等。
文檔編號(hào)H05B1/00GK1976548SQ200610117028
公開(kāi)日2007年6月6日 申請(qǐng)日期2006年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月11日
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