一種有關雙向可控硅控制金屬陶瓷發熱體的電路及方法
【專利摘要】本發明創造涉及電學和可控硅【技術領域】，具體來說是一種有關雙向可控硅控制金屬陶瓷發熱體的電路及方法，包括U1專用控溫集成電路KC-0.5、80C51、LM3911或具有信號采集、計算、輸出和穩壓及控鍵輸入、顯示輸出的集成電路，雙向可控硅、陶瓷金屬發熱體、電阻電容元件，其特征在于該電路由專用控溫控制集成電路U1、雙向可控硅Q1、陶瓷金屬發熱體R5，采樣電阻、負電源供電電路，交流時鐘和交流電壓采樣電路連接組成。本發明同現有技術相比，其優點在于：將交流信號輸入到集成電路U1的CLK管腳，集成電路U1內部有交流時鐘采樣電路計算交流電的準確過零點并測出交流電壓值，在需要加熱時GATE腳在交流電過零點輸出負的電壓脈沖，使雙向可控硅導通，實現穩定可靠的控溫。
【專利說明】一種有關雙向可控硅控制金屬陶瓷發熱體的電路及方法
[【技術領域】]
[0001 ] 本發明創造涉及電學和可控硅【技術領域】，具體來說是一種有關雙向可控硅控制金屬陶瓷發熱體的電路及方法。
[【背景技術】]
[0002]MCH是指將金屬鎢或者是鑰錳漿料印刷在陶瓷流延坯體上，經過熱壓疊層，然后在1600°C氫氣氛保護下，陶瓷和金屬共同燒結而成的陶瓷發熱體，具有耐腐蝕、耐高溫、壽命長、高效節能、溫度均勻、導熱性能良好、熱補償速度快等優點，而且不含鉛、鎘、汞、六價鉻、多溴聯苯、多溴二苯醚等有害物質，符合歐盟RoHS等環保要求。MCH (金屬陶瓷發熱體)發熱體已廣泛應用于小家電產品中，這種發熱體最大的特點是其電阻值具有正溫度系數特性，并且線性度很好，可利用這一特性去測定工作面溫度，這樣MCH發熱體在加溫產品中既可用作發熱體又可用作溫度傳感器，不僅使得系統的電路及整機的安裝得到簡化，而且由于不存在溫度傳感器的安裝位置不當的問題，產品的安全性也得到很大的提高。
[0003]中國專利號200810038919.4公開了一種正溫度系數發熱元件溫度控制電路，在此單向可控硅控制MCH發熱體的電路中，在外加交流電的正半周，開關kl閉合，開關k2打開，控制電路給出觸發信號I觸發SCR，發熱體在這半周內被加熱；在外加交流電的負半周，開關kl打開，SCR不再觸發，開關k2閉合，控制電路在2給出一個直流電壓，通過采樣電阻RS和發熱體電阻RH的分壓,一個電壓信號在3被米樣。這種方法米用單向可控娃來控制，在外加交流電的正半周進行加熱，而負半周進行測溫，對于一些需要快速加溫的產品，就不得不減小MCH的電阻值來加大功率，如此則增加了測溫難度，增加了系統功耗，所以，只有通過全波加熱才能在不減小電阻值的前提下增加功率。
[0004]目前已有的中國專利號為200910194722.4的發明專利公開了一種用雙向可控硅控制MCH發熱體的電路經過推理以及實際測試，其電路中的雙向無法正常觸發，無法正常工作。
[
【發明內容】
]
[0005]本發明創造的目的是為了克服上述缺陷，根據電路設計原理和雙向可控硅應用技術知識，將集成電路或單片機控制系統中的出發信號加載到可控硅的控制極，為減少觸發電路的干擾提供一種結構新穎的雙向可控硅控制MCH發熱體的控制電路及方法。
[0006]為了實現上述目的，設計一種有關雙向可控硅控制金屬陶瓷發熱體的電路，包括Ul專用控溫集成電路KC-0.5、80C51、LM3911或具有信號采集、計算、輸出和穩壓及控鍵輸入、顯示輸出的集成電路，雙向可控硅、陶瓷金屬發熱體、電阻電容元件，該電路由專用控溫控制集成電路Ul、雙向可控硅Ql、陶瓷金屬發熱體R5，采樣電阻、負電源供電電路，交流時鐘和交流電壓采樣電路連接組成，集成電路Ul的GND端接地并抽頭一端連接交流電零線，集成電路Ul的PTC熱敏電阻信號線與電阻Rl —端相連，并抽頭一線與雙向可控硅Ql的T2端子相連，電阻Rl另一端與地線GND端相連，集成電路Ul的信號啟動端GATE連接電阻R2一端，電阻R2另一端連接雙向可控娃Ql的控制極G,雙向可控娃Ql的Tl端子與陶瓷金屬發熱體R5 —端相連，集成電路Ul的時鐘信號線CLK端與電阻R3 —端相連，并抽頭兩線分別與電阻R4、電容Cl 一端相連，電阻R4、電容Cl另一端接地，集成電路Ul的負電壓供電信號線VEE端連接電阻R6 —端，并抽頭兩線分別與電容C2、電容C3 —端相連，電容C2和C3另一端接地，電阻R6另一端連接二極管Dl的正極，二極管Dl的負極連接交流電火線，并抽頭兩線分別連接陶瓷金屬發熱體R5和電阻R3的另一端，所述的電阻阻值Rl為0.1 Ω，R2為 100 Ω，R3 為 1M, R4 為 8.2K, R6 為 20K-2W,電容 C3 為 47uF/10V。
[0007]采樣電阻為R1，根據電阻Rl上面的電壓得出陶瓷金屬發熱體R5中的電流。
[0008]交流時鐘和交流采樣電路由電阻R3、電容Cl、電阻R4組成，把信號輸入給集成電路Ul的CLK端供Ul計算使用。
[0009]負電壓供電電路路由二極管D1、電阻R6、電容C2和C3構成，負責提供一個負5伏的電源供給集成電路Ul的VEE端，集成電路Ul內設有并聯穩壓電路；在有不同附加功能的電路中，R6和C3的數值會做出相應的調整。
[0010]可控硅控制極限流電阻為R2，用于調整可控硅的觸發電流，從適應不同型號的可控硅。
[0011]集成短路Ul的輸出端設有LED或者LCD顯示電路、按鍵或其他根據設計需要的外圍電路。
[0012]一種有關雙向可控硅控制金屬陶瓷發熱體的電路方法，該電路通過集成電路Ul的CLK端和Ul內的數字過零采樣電路采集外部交流電壓過零點，集成電路GATE端在電壓過零點輸出負脈沖開啟可控硅，在導通過程中通過集成電路Ul的PTC端采集采樣電阻Rl上的電壓，得到采樣電阻中的電流，同時根據集成電路Ul的CLK端上的電壓得出同一時刻的電源電壓，計算出陶瓷發熱體的電阻，從而得到其內部溫度，在加熱的同時檢測到了陶瓷發熱體的溫度，并綜合溫度上升斜率和絕對值等數據通過比例變化決定控制加熱，從而實現穩定可靠的控溫。
[0013]本發明創造同現有技術相比，其優點在于:將交流信號輸入到集成電路Ul的CLK管腳，集成電路Ul內部有數字化的交流時鐘采樣電路來計算出交流電的準確過零點，同時測出交流電壓值，在需要加熱時GATE腳會在交流電過零點輸出負的電壓脈沖，使雙向可控硅導通，從而實現穩定可靠的控溫，工作穩定，可靠性高。
[【專利附圖】
【附圖說明】]
[0014]圖1是本發明創造雙向可控硅控制MCH發熱體的電路圖；
[0015]圖2是本發明創造雙向可控硅控制MCH發熱體的電路的實施例；
[0016]參見圖1和圖2，Ul是專用控溫集成電路，負責信號采集、計算、輸出以及按鍵輸入、顯示輸出等，圖中只是系統電路的一部分，另外的按鍵、顯示等電路會根據客戶的需求有多種方案供選擇；Ql是雙向可控硅，是發熱絲加熱的控制單元，用以實現發熱體電源的開斷；R5是陶瓷金屬發熱體；R1是采樣電阻，可根據上面的電壓得出發熱絲中的電流；R3，Cl和R4組成交流時鐘和交流電壓采樣電路，把信號輸入給Ul的CLK管腳供Ul計算使用；Dl, R6，C2，C3是負電壓供電電路，負責給系統提供一個負5伏的電源供給Ul的VEE管腳，Ul內部有并聯穩壓電路；R2是可控硅控制極限流電阻，用于調整可控硅的觸發電流，以適應不同型號的可控娃;
[0017]指定圖1作為本發明的摘要附圖。
[【具體實施方式】]
[0018]下面結合附圖對本發明作進一步說明，這種裝置的結構和原理對本專業的人來說是非常清楚的。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0019]實施例1
[0020]如圖1及圖2所示，一種使用雙向可控硅實現陶瓷金屬發熱體即加熱又傳感的控溫電路圖，電路中包括專用控制集成電路，雙向可控硅，采樣電阻，負電源供電電路，交流時鐘和交流電壓采樣電路，電路通過CLK管腳和Ul內部數字過零采樣電路采集外部交流電壓過零點，GATE腳在電壓過零點輸出負脈沖開啟可控硅，在導通過程中通過PTC腳采集采樣電阻Rl上的電壓，得到采樣電阻中的電流，同時根據CLK管腳上的電壓得出同一時刻的電源電壓，計算出陶瓷發熱體的電阻，從而得到其內部溫度，在加熱的同時檢測到了發熱體的溫度，并綜合溫度上升斜率和絕對值等數據通過比例變化決定是否需要繼續加熱，從而實現穩定可靠的控溫。
[0021]本系統中Dl，46，C2, C3配合集成電路Ul內的并聯穩壓電路，負責從120伏或者220伏的交流電上轉換出一個穩定的負5伏電源，供整個系統使用，在有不同附加功能的電路中R6和C3的數值會做出相應的調整。
[0022]系統通過R3，Cl和R4將交流信號輸入到集成電路Ul的CLK管腳，集成電路Ul內部有數字化的交流時鐘采樣電路來計算出交流電的準確過零點，同時測出交流電壓值。
[0023]在需要加熱時GATE腳會在交流電過零點輸出負的電壓脈沖，使雙向可控硅導通，在電壓最高點時系統會同時采集PTC管腳的電壓和CLK管腳的電壓，數據送給Ul內部邏輯控制單元，計算出陶瓷發熱體當前的溫度，并根據溫度的變化率等數據使用狀況決定是否需要繼續加熱，從而實現穩定可靠的控溫。
[0024]其中目標溫度可以通過按鍵或者電位器來設定，設定溫度和當前溫度內容可以通過LED或者IXD顯示。
【權利要求】
1.一種有關雙向可控硅控制金屬陶瓷發熱體的電路，包括Ui專用控溫集成電路KC-0.5、80C51、LM3911或具有信號采集、計算、輸出和穩壓及控鍵輸入、顯示輸出的集成電路，雙向可控硅、陶瓷金屬發熱體、電阻電容元件，其特征在于該電路由專用控溫控制集成電路Ul、雙向可控硅Ql、陶瓷金屬發熱體R5，采樣電阻、負電源供電電路，交流時鐘和交流電壓采樣電路連接組成，集成電路Ul的GND端接地并抽頭一端連接交流電零線，集成電路Ul的PTC熱敏電阻信號線與電阻Rl —端相連,并抽頭一線與雙向可控娃Ql的T2端子相連，電阻Rl另一端與地線GND端相連，集成電路Ul的信號啟動端GATE連接電阻R2 —端，電阻R2另一端連接雙向可控娃Ql的控制極G,雙向可控娃Ql的Tl端子與陶瓷金屬發熱體R5 —端相連，集成電路Ul的時鐘信號線CLK端與電阻R3 —端相連，并抽頭兩線分別與電阻R4、電容Cl 一端相連，電阻R4、電容Cl另一端接地，集成電路Ul的負電壓供電信號線VEE端連接電阻R6 —端，并抽頭兩線分別與電容C2、電容C3 —端相連，電容C2和C3另一端接地，電阻R6另一端連接二極管Dl的正極，二極管Dl的負極連接交流電火線，并抽頭兩線分別連接陶瓷金屬發熱體R5和電阻R3的另一端，所述的電阻阻值Rl為0.1Ω，Κ2*100Ω，R3 為 1Μ, R4 為 8.2Κ, R6 為 20K-2W,電容 C3 為 47uF/10V。
2.如權利要求1所述的一種有關雙向可控硅控制金屬陶瓷發熱體的電路，其特征在于采樣電阻為R1，根據電阻Rl上面的電壓得出陶瓷金屬發熱體R5中的電流。
3.如權利要求1所述的一種有關雙向可控硅控制金屬陶瓷發熱體的電路，其特征在于交流時鐘和交流采樣電路由電阻R3、電容Cl、電阻R4組成，把信號輸入給集成電路Ul的CLK端供Ul計算使用。
4.如權利要求1所述的一種有關雙向可控硅控制金屬陶瓷發熱體的電路，其特征在于負電壓供電電路路由二極管D1、電阻R6、電容C2和C3構成，負責提供一個負5伏的電源供給集成電路Ul的VEE端，集成電路Ul內設有并聯穩壓電路；在有不同附加功能的電路中，R6和C3的數值會做出相應的調整。
5.如權利要求1所述的一種有關雙向可控硅控制金屬陶瓷發熱體的電路，其特征在于可控硅控制極限流電阻為R2，用于調整可控硅的觸發電流，從適應不同型號的可控硅。
6.如權利要求1所述的一種有關雙向可控硅控制金屬陶瓷發熱體的電路，其特征在于集成短路Ul的輸出端設有LED或者LCD顯示電路、按鍵或其他根據設計需要的外圍電路。
7.—種如權利要求1所述的有關雙向可控硅控制金屬陶瓷發熱體的電路方法，其特征在于該電路通過集成電路Ul的CLK端和Ul內的數字過零采樣電路采集外部交流電壓過零點，集成電路GATE端在電壓過零點輸出負脈沖開啟可控硅，在導通過程中通過集成電路Ul的PTC端采集采樣電阻Rl上的電壓，得到采樣電阻中的電流，同時根據集成電路Ul的CLK端上的電壓得出同一時刻的電源電壓，計算出陶瓷發熱體的電阻，從而得到其內部溫度，在加熱的同時檢測到了陶瓷發熱體的溫度，并綜合溫度上升斜率和絕對值等數據通過比例變化決定控制加熱，從而實現穩定可靠的控溫。
【文檔編號】H03K17/56GK103987137SQ201410141392
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月10日 優先權日:2014年4月10日
【發明者】陳佳建, 徐琦 申請人:上海復亞微電子有限公司