專利名稱：智能控制型dc低壓電熱被/毯及其智能控制電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及DC低壓電熱被或電熱毯領域，尤其涉及恒溫控制的DC低壓電熱被或電熱毯，具體地說是一種智能控制型DC低壓電熱被/毯及其智能控制電路。
背景技術：
目前傳統(tǒng)的DC低壓調溫電熱被及毯，在輸出的感溫材料出現性能不良或線路故障時，參與溫度調節(jié)的主功率部分，則會因檢測信號出錯而處于誤動作狀態(tài)，此時輸出電壓升高，導致后級負載，被體、毯體溫度出現升高等失控現象，給使用者帶來較大的安全隱患。圖I所示為傳統(tǒng)的采用定占空比來調節(jié)被體、毯體溫度的調溫電路。當外界溫度超過其設定的溫度，亦或是被體、毯體發(fā)生折疊時，所設定的各段占空比電壓對應的溫度值就會產生較大的變化，容易導致安全事故，這對電熱被及毯使用的環(huán)境和使用的方法均有較高的要求。故，該電路不適合批量生產與推廣使用。圖2所示為傳統(tǒng)的在被體、毯體的發(fā)熱導體上附感溫器件的調溫電路。當被體、毯體溫度上升時，附在其上的感溫器件阻值(正負溫度系數均可)亦隨之變化。此電壓變化量經R2送往后級反饋電路，通過和基準電壓進行比較，輸出與之對應的誤差電壓，使MCU或驅動IC輸出的驅動信號的占空比亦隨之改變，從而起到調溫的作用。但該感溫器件受所處位置及附著程度的影響，不能實時感應被體、毯體實際的溫度變化量，且受環(huán)境溫度的影響很大，特別是當被體、毪體發(fā)生折疊時，感應點的溫度與被體、毯體內部的溫度值相差甚大，將造成MCU或驅動IC輸出的驅動信號占空比與實際溫度值對應的占空比二者相差很大，這將使得被體、毯體的非感應點溫度值超過感應點的溫度值，更有甚者，還會使被體、毯體的溫度值超過其最高承受安全值，導致嚴重的安全事故。故，該方案由于受使用方法及使用條件影響的制約，也不適合批量生產與推廣使用。目前解決上述問題主要有以下兩種常規(guī)方法I)方法一在被體、毯體內部增加多個溫度檢測點，將檢測用的感溫器件串接在一起，以減少引線的根數。由于增加了多個溫度檢測點，可大范圍覆蓋發(fā)熱部分，使得各點的溫度值偏差減小。但該方案正是由于增加了多個固定點，相應也增加了被體、毯體的工藝難度，且感溫器件本身的固定也是一個較難解決的問題，其一致性和穩(wěn)定性很難得到保障，故此方案不利于問題的真正解決。2)方法二在被體、毯體的控制電路中，設置最高溫度限制可減少溫度控制點的數量，以起到控制溫度上限的保護作用，從而可保證被體、毯體在非正常使用時，其溫度也能限定在一個安全值內。但該方案還是不能解決以上所述的溫度不均勻以及受位置、使用方法等因素影響而出現的溫度不平衡問題，另外，還大大增加了電熱被及毯出現溫度控制誤動作的可能性，影響正常使用，故也不適合批量生產與推廣使用。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的是現有電熱被及毯的溫度控制電路和溫度采樣器件工藝復雜、成本較高、可靠性差等技術問題，旨在提供一種新的智能型DC低壓電熱被及毯的控制系統(tǒng)。解決上述技術問題所采用的技術方案是DC低壓電熱被/毯的智能控制電路，包括阻值隨溫度可變的發(fā)熱元件、自動檢測電路、放大整形電路和MCU或驅動1C，其特征在于所述的自動檢測電路包括串聯在發(fā)熱元件主回路的主功率開關管和采樣電阻，所述的采樣電阻將主回路的電流轉化為采樣電壓信號后輸出；所述的放大整形電路將所述的采樣電壓信號放大和整形為測試電壓值后輸出；
所述的MCU或驅動IC通過比較電路將放大整形電路輸出的測試電壓值與檔位限定值進行比較，再通過邏輯電路、PID和運算電路處理后輸出與該檔位對應的占空比信號到主功率開關管的控制極，形成閉環(huán)控制。本發(fā)明的智能控制電路，可預先設定一個開機之初的占空比，一般情況下，此時可設定主功率開關管的控制極驅動信號為最大占空比狀態(tài)，供電電源功率也達到最大值，使電熱被或電熱毯快速加熱。發(fā)熱元件加熱后，其阻值隨溫度的變化而產生變化，使主回路的電流也發(fā)生相應的改變。采樣電阻實時采集主回路的電流信號，通過放大整形電路輸送到MCU或驅動1C。MCU或驅動IC將該電流測試值與初始調節(jié)的檔位限定值進行比較，當該電流測試值達到該初始檔位限定值時，輸出與該初始檔位對應的占空比信號到主功率開關管的控制極。在隨后的加熱過程中，如果電流測試值移動到相鄰檔位的限定值時，MCU或驅動IC輸出與該相鄰檔位對應的占空比信號到主功率開關管的控制極，從而確保溫度被自動恒定在所設定的檔位與相鄰檔位之間，起到自動恒溫作用。本發(fā)明的DC低壓電熱被/毯的智能控制電路，采用自動閉環(huán)智能恒溫系統(tǒng)，在不影響被體、毯體特性的前提下，簡化了被體、毯體的工藝程序，減少了感溫器件生產、加工成本。同時較好地保障了被體、毯體的溫度均勻性，將其控制在一個穩(wěn)定安全的范圍內。而且，直接檢測發(fā)熱元件的導體阻值，其檢測值可以完全不受產品使用方法及被體、毯體折疊的影響，這一智能設計，可操作性更高，成本更低。作為本發(fā)明的進一步改進，所述的發(fā)熱元件、主功率開關管和采樣電阻依次串聯在直流電源的正端和地之間，所述的主功率開關管的控制極和地之間串聯一個控制極電阻，所述的采樣電阻兩端還外接一個RC積分電路，在開機瞬間可以起到緩沖的作用，能避免誤動作，并可提高電流采樣信號的精度。根據本發(fā)明，所述的放大整形電路包括一個放大器電路或一個三極管電路。作為本發(fā)明的再進一步改進，所述的放大整形電路還包括一個前極電壓跟隨器電路。所述的電壓跟隨器用以隔離采樣信號，起到抗干擾的作用。當發(fā)熱元件采用正溫度系數的發(fā)熱元件時，例如PTC元件，所述的放大整形電路與采樣信號同相；當發(fā)熱元件采用負溫度系數的發(fā)熱元件時，例如NTC元件，所述的放大整形電路將對采樣信號進行變相后輸出。根據本發(fā)明，所述的誤差比較電路集成在MCU或驅動IC的內部，或者外置于MCU或驅動1C。誤差比較電路外置的優(yōu)點在于方便調節(jié)，并提高控制精度。作為本發(fā)明的再進一步改進，所述的發(fā)熱元件兩端還并聯一個吸收電路。該吸收電路用于改進主功率開關管在開通和關斷時刻所承受的電壓，保護主功率開關管不被擊穿。根據本發(fā)明，所述的吸收電路包括一對吸收二極管和一個吸收電容，所述的一對吸收二極管陰極相連，陽極跨接于所述的吸收電容和發(fā)熱元件的兩端。根據本發(fā)明，所述的吸收電路包括一個吸收電阻、一個吸收二極管和一個吸收電容，所述的吸收電阻的一端接發(fā)熱元件的一端和吸收電容的一端，吸收電阻的另一端接吸收電容的另一端和吸收二極管的陰極，吸收二極管的陽極接發(fā)熱元件的另一端和吸收電容的另一端。 根據本發(fā)明，所述的吸收電路包括一個吸收電阻和一個吸收電容構成的串聯電路。根據本發(fā)明，所述的主功率開關管為三極管、MOSFET或IGBT其中的任何一種。本發(fā)明還要提供一種智能控制型DC低壓電熱被/毯，包括電源插頭、AC/DC電源適配器、多檔位可調溫控器、被/毯體和智能控制電路，所述的電源插頭和AC/DC電源適配器通過AC線連接，所述的電源適配器和多檔位可調溫控器通過DC線連接，所述的多檔位可調溫控器通過溫控器負載線連接到被/毯體的底部，其特征在于所述的智能控制電路設置在溫控器內，包括阻值隨溫度可變的發(fā)熱元件、自動檢測電路、放大整形電路和MCU或驅動1C，其中所述的發(fā)熱元件設置在所述的被/毯體內；所述的自動檢測電路包括串聯在發(fā)熱元件主回路的主功率開關管和采樣電阻，所述的采樣電阻將主回路的電流轉化為采樣電壓信號后輸出；所述的放大整形電路將所述的采樣電壓信號放大和整形為測試電壓值后輸出；所述的MCU或驅動IC通過比較電路將放大整形電路輸出的測試電壓值與檔位限定值進行比較，再通過邏輯電路、PID和運算電路處理后輸出與該檔位對應的占空比信號到主功率開關管的控制極，形成閉環(huán)控制。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖I是傳統(tǒng)的溫度調節(jié)電路。圖2是傳統(tǒng)的帶溫度檢測的恒溫電路。圖3、圖4、圖5、是本發(fā)明采用MOSFET作為主開關管的智能控制電路。圖6、圖7、圖8、是本發(fā)明采用晶體三極管作為主開關管的智能控制電路。圖9、圖10、圖11、是本發(fā)明采用IGBT作為主開關管的智能控制電路。圖12是本發(fā)明采用MCU或驅動IC的占空比控制原理示意圖。圖13是本發(fā)明智能控制型DC低壓電熱被/毯的整體結構示意圖，包括外部接線圖及被體、毯體內部線路示意圖。
具體實施例方式實施例一本發(fā)明的智能控制電路實現方案一如圖3、圖4、圖5所示，其區(qū)別主要在于主功率開關管與電源正端DC+之間的吸收回路不同，智能控制電路本身結構完全相同。
參照圖4，所述的吸收電路包括一對吸收二極管Dl、D2和一個吸收電容Cl，所述的一對吸收二極管Dl、D2陰極相連，陽極跨接于所述的吸收電容Cl和發(fā)熱元件的兩端。本發(fā)明的智能控制電路包括阻值隨溫度可變的發(fā)熱元件、自動檢測電路、放大整形電路和MCU或驅動1C，圖中，Rail為發(fā)熱元件的等效電阻。發(fā)熱元件可以是各種金屬線、發(fā)熱線或發(fā)熱片。所述的自動檢測電路包括主功率開關管Ql和采樣電阻R3，所述的發(fā)熱元件、主功率開關管Ql和采樣電阻R3依次串聯在直流電源的正端DC+和地之間，所述的主功率開關管Ql采用MOSFET管，其柵極和地之間串聯一個柵極電阻R1。所述的采樣電阻R3兩端還外接一個由電阻R2和電容C2串聯構成的RC積分電路，其中電阻R2的一端接MOSFET管的源極和電阻R3的一端，電阻R2的另一端接電容C2的一端，電容C2的另一端接電阻R3的另一端和地。所述的放大整形電路包括跟隨器U1-1、放大器U1-2、外圍電阻R5-R8和電容C3。 跟隨器Ul-I的輸入正端接電阻R2和電容C2的公共端，跟隨器Ul-I的輸入負端接其輸出端和電阻R5的一端，電阻R5的另一端接電容C3的一端和放大器U1-2的輸入正端，電容C3的另一端接地，放大器U1-2的輸入負端接電阻R6和電阻R7的一端，電阻R7的另一端接放大器U1-2的輸出端和電阻R8的一端，電阻R6的另一端接地和MCU或驅動1C，電阻R8的另一端接MCU或驅動1C。在本實施例中，發(fā)熱元件采用PTC特性的材質，當DC低壓電熱被及毯接通電源后，主功率開關管Ql處于設定的最大占空比工作狀態(tài)，Rcu阻值將隨溫度的上升而隨之增大，使得經過采樣電阻R3的電流隨之變小。在采樣電阻R3上產生的采樣電壓信號經電阻R2、電容C2后送至后級。放大器U1-2將該采樣電壓信號放大整形后輸入MCU或驅動1C。當該檢測值達到MCU或驅動IC所設定的值，將輸出一個檔位控制信號，使主功率MOSFET管G極的驅動信號占空比調整到如圖12所示的寬度，進入恒溫狀態(tài)，形成溫度變量的閉環(huán)調節(jié)，以此實現自動恒溫控制的功能。當發(fā)熱元件采用負溫度系數的發(fā)熱元件時，例如NTC元件，所述的放大整形電路將對采樣信號進行變相后輸出，具體可通過將放大器U1-2的輸入正端和輸入負端對調整即可實現。本發(fā)明電路系統(tǒng)簡單，體積小，成本低，工藝可行性好，且不受使用環(huán)境及使用方法的限制，故該方案適合批量生產與推廣使用。參照圖4，所述的吸收電路包括一個吸收電阻R9、一個吸收二極管D3和一個吸收電容C4，所述的吸收電阻R9的一端接發(fā)熱元件的一端和吸收電容C4的一端，吸收電阻R9的另一端接吸收電容C4的另一端和吸收二極管D3的陰極，吸收二極管D3的陽極接發(fā)熱元件的另一端和吸收電容C4的另一端。參照圖5，所述的吸收電路包括一個吸收電阻R17和一個吸收電容C7構成的串聯電路，其中，吸收回路的R17也可為O。實施例二本發(fā)明的智能控制電路的實施方案二如圖6、圖7和圖8所示，三者的區(qū)別僅在于主功率開關管與電源正端DC+之間的吸收回路不同，智能控制電路本身結構完全相同。在本實施例中，采用雙極性晶體三極管作為主功率開關管。
參照圖6，吸收回路的結構與圖4實施方式相同，自動檢測電路的結構也與圖4實施方式相同，只是用雙極性晶體三極管Q4替代MOSFET管Q2。放大整形電路包括三極管Q4、電阻R29、R30、R31和R32，電阻R29的一端接自動檢測電路的電阻R28和電容Cll的公共端，電阻R29的另一端接電阻R30的一端和三極管Q4的基極，三極管Q4的發(fā)射極接電阻R30的另一端和地，三極管Q4的集電極接電阻R31和電阻R32的一端，電阻31的另一端接電源\c，電阻R32的另一端接MCU或驅動1C。當DC低壓電熱被及毯接通電源后，三極管Q4處于設定的最大占空比工作狀態(tài)，Rcu阻值將隨溫度的上升而隨之變化(PTC特性的發(fā)熱線、發(fā)熱管、發(fā)熱片等發(fā)熱導體，阻值將隨溫度上升而增大；NTC特性的發(fā)熱線、發(fā)熱管、發(fā)熱片等發(fā)熱導體，阻值將隨溫度上升而減小)，使得經過采樣電阻R27的電流隨之變化。在采樣電阻R27上產生的電壓信號經電阻R28和電容Cl I后送至后級，通過放大整形電路進行相位變換和幅度放大，以滿足閉環(huán)電 路的相位和幅度要求，并送至MCU或驅動IC電路。此時當該信號的檢測值達到MCU或驅動IC所設定的值，將輸出一個隨檔位可調的控制信號，使三極管Q4的基極驅動信號占空比調整到如圖12所示的寬度，進入恒溫狀態(tài)，形成溫度變量的閉環(huán)調節(jié)，以此實現自動恒溫控制的功能。本發(fā)明電路系統(tǒng)簡單，體積小，成本低，工藝可行性好，且不受使用環(huán)境及使用方法的限制，故該方案適合批量生產與推廣使用。參照圖7，其吸收回路的結構與圖3實施方式相同。參照圖8，其吸收回路的結構與圖5實施方式相同。實施例三參照圖9、圖10、圖11，為采用IGBT作為主功率開關的智能恒溫控制電路。。該實施例工作原理可以參考實施例二所述，不同之處在于本方案另增加了一個誤差比較電路，所述的誤差比較電路由比較器U4/U5/U6及外圍電阻元件組成。誤差比較電路。誤差比較電路獨立設置在MCU或驅動IC的外部的優(yōu)點在于方便調節(jié)，并提高控制精度。參照圖13，本發(fā)明的智能控制型DC低壓電熱被/毪，包括電源插頭1、AC/DC電源適配器3、多檔位可調溫控器5、被/毯體7和智能控制電路，所述的被/毯體7內設置有阻值隨溫度可變的發(fā)熱元件8。電源插頭I和AC/DC電源適配器3通過AC線2連接，電源適配器3和多檔位可調溫控器5通過DC線4連接，多檔位可調溫控器5通過溫控器負載線6連接到被/毯體7的底部。所述的智能控制電路設置在溫控器5內，其結構前面已經描述過了，在此不再敖述。在溫控器5內還設有液晶或數碼管顯示電路。電熱被/毯本體內部的發(fā)熱元件即為發(fā)熱部件，還是溫度檢測元件。本發(fā)明采用十六進制數字運算和控制方式進行過溫度保護，當電熱被及毯處于高溫環(huán)境或折疊使用時，MCU或控制IC輸出保護電平關閉主功率開關管，起到保護的作用；同時，液晶或數碼管顯示電路輸出故障信號，屏幕顯示故障字符。應該理解到的是上述實施例只是對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制，任何不超出本發(fā)明實質精神范圍內的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明的保護范圍之內，如圖13，含電熱被/毯的連接、控制和顯示方式，也均應落入本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.DC低壓電熱被/毯的智能控制電路，包括阻值隨溫度可變的發(fā)熱元件、自動檢測電路、放大整形電路和MCU或驅動1C，其特征在于 所述的自動檢測電路包括串聯在發(fā)熱元件主回路的主功率開關管和采樣電阻，所述的采樣電阻將主回路的電流轉化為采樣電壓信號后輸出； 所述的放大整形電路將所述的采樣電壓信號放大和整形為測試電壓值后輸出； 所述的MCU或驅動IC通過誤差比較電路將放大整形電路輸出的測試電壓值與檔位限定值進行比較，再通過邏輯電路、PID和運算電路處理后輸出與該檔位對應的占空比信號到主功率開關管的控制極，形成閉環(huán)控制。
2.如權利要求I所述的DC低壓電熱被/毯的智能控制電路，其特征在于所述的發(fā)熱元件、主功率開關管和采樣電阻依次串聯在直流電源的正端和地之間，所述的主功率開關管 的控制極和地之間串聯一個控制極電阻，所述的采樣電阻兩端還外接一個RC積分電路。
3.如權利要求I所述的DC低壓電熱被/毯的智能控制電路，其特征在于所述的放大整形電路包括一個放大器電路或三極管電路。
4.如權利要求3所述的DC低壓電熱被/毯的智能控制電路，其特征在于所述的放大整形電路還包括一個前極一個電壓跟隨器電路。
5.如權利要求I所述的DC低壓電熱被/毯的智能控制電路，其特征在于所述的誤差比較電路集成在MCU或驅動IC的內部，或者外置于MCU或驅動1C。
6.如權利要求I所述的DC低壓電熱被/毯的智能控制電路，其特征在于所述的發(fā)熱元件兩端并聯一個吸收電路。
7.如權利要求6所述的DC低壓電熱被/毯的智能控制電路，其特征在于所述的吸收電路包括一對吸收二極管和一個吸收電容，所述的一對吸收二極管陰極相連，陽極跨接于所述的吸收電容和發(fā)熱元件的兩端。
8.如權利要求6所述的DC低壓電熱被/毯的智能控制電路，其特征在于所述的吸收電路包括一個吸收電阻、一個吸收二極管和一個吸收電容，所述的吸收電阻的一端接發(fā)熱元件的一端和吸收電容的一端，吸收電阻的另一端接吸收電容的另一端和吸收二極管的陰極，吸收二極管的陽極接發(fā)熱元件的另一端和吸收電容的另一端。
9.如權利要求6所述的DC低壓電熱被/毯的智能控制電路，其特征在于所述的吸收電路包括一個吸收電阻和一個吸收電容構成的串聯電路。
10.如權利要求1-9任何一項所述的DC低壓電熱被/毯的智能控制電路，其特征在于所述的主功率開關管為三極管、MOSFET或IGBT其中的任何一種。
11.如權利要求1-9任何一項所述的DC低壓電熱被/毯的智能控制電路，其特征在于在電熱被/毯通電初始，主功率開關管的處于設定的最大占空比工作狀態(tài)。
12.智能控制型DC低壓電熱被/毯，包括電源插頭、AC/DC電源適配器、多檔位可調溫控器、被/毯體和智能控制電路，所述的電源插頭和AC/DC電源適配器通過AC線連接，所述的電源適配器和多檔位可調溫控器通過DC線連接，所述的多檔位可調溫控器通過溫控器負載線連接到被/毯體的底部，其特征在于所述的智能控制電路設置在溫控器內，包括阻值隨溫度可變的發(fā)熱元件、自動檢測電路、放大整形電路和MCU或驅動1C，其中 所述的發(fā)熱元件設置在所述的被/毯體內； 所述的自動檢測電路包括串聯在發(fā)熱元件主回路的主功率開關管和采樣電阻，所述的采樣電阻將主回路的電流轉化為采樣電壓信號后輸出； 所述的放大整形電路將所述的采樣電壓信號放大和整形為測試電壓值后輸出； 所述的MCU或驅動IC通過比較電路將放大整形電路輸出的測試電壓值與檔位限定值進行比較，再通過邏輯電路、PID和運算電路處理后輸出與該檔位對應的占空比信號到主功率開關管的控制極，形成閉環(huán)控制。
13.如權利要求12所述的智能控制型DC低壓電熱被/毯，其特征在于所述的發(fā)熱元件、主功率開關管和采樣電阻依次串聯在直流電源的正端和地之間，所述的主功率開關管的控制極和地之間串聯一個控制極電阻，所述的采樣電阻兩端還外接一個RC積分電路。
14.如權利要求12所述的智能控制型DC低壓電熱被/毯，其特征在于所述的放大整形電路包括一個放大器電路或三極管電路。
15.如權利要求14所述的智能控制型DC低壓電熱被/毯，其特征在于所述的放大整形電路還包括一個前極電壓跟隨器電路。
16.如權利要求12所述的智能控制型DC低壓電熱被/毯，其特征在于所述的發(fā)熱元件兩端并聯一個吸收電路。
17.如權利要求12-16任何一項所述的智能控制型DC低壓電熱被/毯，其特征在于所述的主功率開關管為三極管、MOSFET或IGBT其中的任何一種。
18.如權利要求12所述的智能控制型DC低壓電熱被/毯，其特征在于所述的多檔位可調溫控器內還設有液晶或數碼管顯示電路，電熱被/毯本體內部的發(fā)熱元件即為發(fā)熱部件，還是溫度檢測元件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種DC低壓電熱被/毯的智能控制電路，包括阻值隨溫度可變的發(fā)熱元件、自動檢測電路、放大整形電路和MCU或驅動IC，自動檢測電路包括串聯在發(fā)熱元件主回路的主功率開關管和采樣電阻，采樣電阻將主回路的電流轉化為采樣電壓信號后輸出；放大整形電路將采樣電壓信號放大和整形為測試電壓值后輸出；MCU或驅動IC通過比較電路將放大整形電路輸出的測試電壓值與檔位限定值進行比較，再通過邏輯電路、PID和運算電路處理后輸出與該檔位對應的占空比信號到主功率開關管的控制極，形成閉環(huán)控制。本發(fā)明電路系統(tǒng)簡單，體積小，成本低，工藝可行性好，且不受使用環(huán)境及使用方法的限制，故該方案適合批量生產與推廣使用。
文檔編號G05D23/19GK102727021SQ201210193768
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月10日 優(yōu)先權日2012年6月10日
發(fā)明者嚴海林, 方潔苗, 李積明 申請人:浙江榆陽電子有限公司