專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于操作用電設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于操作用電設(shè)備的方法，該設(shè)備在接通時(shí)產(chǎn)生比其額定電流高很多的電流，所述方法尤其適于操作移動(dòng)裝置、特別是車(chē)輛的模擬操作的PTC加熱裝置、電泵、電動(dòng)機(jī)、磁線圈，等等。
背景技術(shù)：
已知用加熱諸如空氣的流動(dòng)介質(zhì)的加熱裝置裝備移動(dòng)裝置(如輪船、列車(chē)、卡車(chē)、商用汽車(chē)、飛機(jī)、宇宙飛船和機(jī)動(dòng)車(chē)輛)的方法。這種裝置可以是車(chē)輛內(nèi)部的加熱系統(tǒng)、用于車(chē)窗除冰的空氣加熱系統(tǒng)、用于預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)風(fēng)的加熱系統(tǒng)，等等。
已知為此目的而通過(guò)微處理器控制系統(tǒng)以數(shù)字的方式提供加熱元件形式的加熱裝置的方法，或是在無(wú)電子控制系統(tǒng)的情況下建立在具有正的電阻溫度系數(shù)(PTC)的材料或金屬加熱元件基礎(chǔ)之上的方法，所述加熱元件是模擬操作的元件的原因在于，它們是通過(guò)機(jī)械繼電器來(lái)接通和切斷的?？梢栽谌舾蓚€(gè)級(jí)中提供加熱元件，且所述加熱元件由相應(yīng)數(shù)量的繼電器來(lái)接通。
在這種模擬操作的PTC加熱裝置中，事實(shí)是當(dāng)該裝置接通時(shí)，即在大約幾秒鐘長(zhǎng)度的接通階段內(nèi)，將流過(guò)可能等于額定電流兩倍的非常高的電流，這使得電源干線的電流負(fù)載變得過(guò)高，而這是相當(dāng)不利的。
以下事實(shí)也是不利的不可能進(jìn)行故障診斷，且開(kāi)關(guān)操作分級(jí)進(jìn)行，即開(kāi)關(guān)操作在不穩(wěn)定的情況下進(jìn)行；使用機(jī)械繼電器來(lái)進(jìn)行機(jī)械過(guò)程，而這導(dǎo)致了開(kāi)關(guān)噪聲，由于開(kāi)關(guān)周期的原因，開(kāi)關(guān)的使用壽命受到了限制；并且由于機(jī)械繼電器比較昂貴，布線的成本也非常高，因此操作會(huì)產(chǎn)生高成本。
可以從市場(chǎng)上許多不同的供應(yīng)商那里買(mǎi)到?jīng)]有電子控制系統(tǒng)的加熱系統(tǒng)，即上述類(lèi)型的模擬操作的加熱裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于的目的在于，指出一種用于前述的、通過(guò)模擬手段操作的一類(lèi)裝置的方法，即所述裝置不由微處理器來(lái)控制或調(diào)節(jié)，且通過(guò)該方法使接通階段的電流負(fù)載顯著地降低。
根據(jù)本發(fā)明，由權(quán)利要求1中指出的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的。
權(quán)利要求2-7的目的是對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行特別的優(yōu)選設(shè)計(jì)和作進(jìn)一步展開(kāi)。
由于在本發(fā)明的方法中，在接通階段基于延時(shí)來(lái)增加功率，因此避免了接通階段的較高電流浪涌，并降低了電源裝置的負(fù)載。
本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)還包括，能夠?qū)崿F(xiàn)有條件的故障診斷和欠壓與過(guò)壓保護(hù)，并且與現(xiàn)有技術(shù)中用于操作多級(jí)加熱裝置的方法(在該多級(jí)加熱裝置中根據(jù)時(shí)間逐個(gè)地接通各個(gè)加熱線)相比，由于所有的加熱線同時(shí)啟動(dòng)，因此在該加熱裝置中能夠獲得實(shí)現(xiàn)均勻的溫度分布。
由于本發(fā)明沒(méi)有提供用于操作加熱裝置的機(jī)械繼電器，因此，不存在開(kāi)關(guān)噪聲，并延長(zhǎng)了使用壽命，同時(shí)由于沒(méi)有機(jī)械部件，因此大幅降低了布線花費(fèi)并降低了成本。


參考相關(guān)附圖，下文詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的方法的特定優(yōu)選實(shí)施例。
圖1在時(shí)距圖中示出了分別使用采用模擬操作的PTC加熱裝置的傳統(tǒng)方法和本發(fā)明的方法時(shí)，在一個(gè)級(jí)內(nèi)的電流的增加。
圖2在方框圖中示出了用于PTC加熱裝置的單級(jí)或多級(jí)電子控制電路的結(jié)構(gòu)。
圖3在方框圖中示出了用于PTC加熱裝置的無(wú)級(jí)電子控制電路的結(jié)構(gòu)。
圖4示出了用來(lái)產(chǎn)生用于圖2所示的電子電路的PWM控制電壓的電路配置的第一實(shí)施例，和圖5示出了用來(lái)產(chǎn)生用于圖2所示的電子電路的PWM控制電壓的電路配置的第二實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，在接通階段接通采用傳統(tǒng)方法的加熱系統(tǒng)，而這導(dǎo)致了電流在前幾秒內(nèi)急劇增加，其中所述方法通過(guò)具有相應(yīng)繼電器控制的機(jī)械繼電器來(lái)操作模擬操作的加熱裝置。這時(shí)可能會(huì)流過(guò)為額定電流的兩倍的電流，而這將給電源網(wǎng)絡(luò)造成沉重的負(fù)擔(dān)。這種情況由圖中的曲線A表示。
根據(jù)本發(fā)明的方法，在電路中提供了功率的延時(shí)，使得在接通階段內(nèi)，加熱裝置的功率增長(zhǎng)得到延遲，或者，其功率以定義的有限方式增加?？梢苑旨?jí)地或以類(lèi)似斜坡的方式連續(xù)地進(jìn)行上述過(guò)程，例如，由于脈寬調(diào)制比的由時(shí)間延遲定義的增加，因而可以在加熱裝置的操作中使用脈寬調(diào)制(PWM)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程。可以由積分電阻電容組合來(lái)控制所述增加。
如圖1所示，在電路中可以提供定義的時(shí)間常數(shù)T＝20s，使得加熱裝置直到該時(shí)間T之后才在額定條件下工作。在附圖中這種情況由曲線B來(lái)表示。該時(shí)間常數(shù)可以達(dá)到30s。
將電子開(kāi)關(guān)用于本發(fā)明的方法規(guī)定的、延遲的或定義的有限的功率增加。也可以進(jìn)行故障診斷和PWM信號(hào)的真實(shí)性檢驗(yàn)。
也可以提供欠壓或過(guò)壓保護(hù)，并可以用最大溫度限制來(lái)監(jiān)視溫度，當(dāng)達(dá)到該最大溫度時(shí)便切斷加熱裝置，這使得在將加熱裝置用于空調(diào)系統(tǒng)的情況下，如果通風(fēng)出現(xiàn)故障，也能夠避免損失。即使在用于加熱凸緣以預(yù)熱機(jī)動(dòng)車(chē)輛引擎的進(jìn)風(fēng)的加熱裝置中，也可以避免殼體凸緣溫度過(guò)高。
圖2在方框圖中示出了用于操作PTC加熱裝置的單級(jí)或多級(jí)電子控制電路，在示出的該實(shí)施例中，該P(yáng)TC裝置由三個(gè)PTC加熱棒1組成，且所述電路包括電壓源2，而后者可由能在市場(chǎng)上買(mǎi)到的積分可調(diào)穩(wěn)壓器組成。
方波振蕩器或時(shí)鐘振蕩器3產(chǎn)生通過(guò)開(kāi)關(guān)和驅(qū)動(dòng)4來(lái)啟動(dòng)加熱級(jí)的方波信號(hào)。通過(guò)對(duì)這些電源開(kāi)關(guān)4定時(shí)，使它們均具有120°的相移，來(lái)形成具有120°相移的三個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，以減少電源干線的負(fù)載。
方波或時(shí)鐘振蕩器3可以是模擬時(shí)鐘發(fā)生器或數(shù)字時(shí)鐘發(fā)生器。
在方框5中產(chǎn)生了所述相移，而這產(chǎn)生了顯示相位的啟動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)用來(lái)減少用于操作加熱系統(tǒng)的電源干線的脈沖載荷。
可以數(shù)字地產(chǎn)生所述相移。
取決于設(shè)計(jì)的不同，將接口6處的加熱命令通過(guò)單線或兩線接口傳送到所述電子器件。例如，可以用12V電壓高活性地進(jìn)行所述啟動(dòng)，并且，此處將低活性的啟動(dòng)即接地作為加熱信號(hào)也是可能的。
可以通過(guò)一條電纜在僅僅一個(gè)加熱功率級(jí)中進(jìn)行所述啟動(dòng)，也可以通過(guò)兩條電纜在若干個(gè)加熱級(jí)中來(lái)進(jìn)行所述啟動(dòng)，如圖2所示。
圖3示出了一個(gè)實(shí)施例，該實(shí)施例與圖2所示的電子電路實(shí)施例的不同之處在于，從外部預(yù)定的PWM信號(hào)允許功率進(jìn)行連續(xù)變化。由模數(shù)轉(zhuǎn)換器7對(duì)所述從外部預(yù)定的PWM信號(hào)進(jìn)行積分。然后，將由此產(chǎn)生的模擬電壓作為對(duì)加熱棒1的最終階段定時(shí)的預(yù)定值。這意味著加熱級(jí)的接通時(shí)間是根據(jù)所述的預(yù)定PWM信號(hào)而變化的。
如圖3所示，此處以具有線性功率控制的PWM信號(hào)的形式提供了加熱命令。
為產(chǎn)生用于啟動(dòng)開(kāi)關(guān)和驅(qū)動(dòng)4的PWM信號(hào)，在方框8中首先對(duì)具有120°相移的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行了修改。通過(guò)RC低通濾波器實(shí)現(xiàn)了上述目的，而其所述濾波器影響了時(shí)鐘信號(hào)的上升沿的時(shí)間擴(kuò)展。通過(guò)比較運(yùn)算放大器反相輸入處的RC組合的電壓電平和非反相端的電位，獲得了脈寬調(diào)制的輸出信號(hào)。
圖4示出了用于產(chǎn)生PWM控制電壓的電路的第一實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)，該P(yáng)WM控制電壓用于啟動(dòng)加熱系統(tǒng)，即用于加熱裝置的接通階段。
用所述PWM控制電壓來(lái)依次增加加熱過(guò)程開(kāi)始階段的PWM信號(hào)的時(shí)鐘比。為產(chǎn)生所述PWM控制電壓的類(lèi)似斜坡的過(guò)程，提供了如圖4所示的反相積分器。上升的陡度在兩個(gè)級(jí)內(nèi)發(fā)生變化。在第一級(jí)內(nèi)，為盡可能快地加熱PTC加熱裝置，所述陡度存在相對(duì)較快的上升。由于加熱棒1的溫度的快速上升，因而開(kāi)關(guān)4僅在該加熱裝置的最大電流消耗范圍內(nèi)工作了較短時(shí)間。而這導(dǎo)致了開(kāi)關(guān)4的發(fā)熱降低。
如圖4所示，可在收到“加熱命令”信號(hào)時(shí)通過(guò)預(yù)先確定一個(gè)要在電阻R4上積分的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。在第二級(jí)內(nèi)，通過(guò)比較ICIA的輸出端的控制電壓USt與可自由定義的參考電壓來(lái)降低待積分的電壓，而這導(dǎo)致了控制電壓USt的緩慢增加。當(dāng)關(guān)閉所述裝置時(shí)，由電阻R15和R16組成的分壓器的電壓對(duì)所述積分器的電容器C1進(jìn)行了快速充電。而這影響了設(shè)備斷開(kāi)期間所述電壓曲線的陡度。
在一個(gè)未示出的實(shí)施例中，通過(guò)結(jié)合使用數(shù)字計(jì)數(shù)器與數(shù)模轉(zhuǎn)換，也能夠?qū)崿F(xiàn)控制電壓USt的緩慢增加。
圖5所示的實(shí)施例對(duì)應(yīng)于循環(huán)反相積分器，并基于與圖4所示的實(shí)施例類(lèi)似的原理進(jìn)行工作。然而，此處將相移邏輯產(chǎn)生的信號(hào)與時(shí)間比一起在IC5B處進(jìn)行積分，結(jié)果，與圖4所示的設(shè)計(jì)不同，不需昂貴的特殊元件，本實(shí)施例便能夠?qū)崿F(xiàn)所需的大約30秒的啟動(dòng)時(shí)間常數(shù)，。而IC5A監(jiān)視PWM控制電壓USt的電平，并根據(jù)現(xiàn)有的加熱命令對(duì)其進(jìn)行限制。通過(guò)R39與R40和R39與R41定義的電壓部分，確定了該控制電壓的限制電平。
盡管以上已參考PTC加熱裝置的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行了說(shuō)明，但是，不言而喻的是，該方法也能用于其它的、在接通時(shí)產(chǎn)生比其額定電流高很多的電流的其它設(shè)備，特別是電泵、電動(dòng)機(jī)、磁線圈，等等。
權(quán)利要求
1.一種用于操作用電設(shè)備的方法，其中，所述設(shè)備在接通時(shí)會(huì)產(chǎn)生比其額定電流高很多的電流，該方法尤其適于操作移動(dòng)設(shè)備的、特別是機(jī)動(dòng)車(chē)的模擬操作的PTC加熱裝置、電泵、電動(dòng)機(jī)、磁線圈，等等，其特征在于，在接通階段，以定義的有限方式增加所述用電設(shè)備的功率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述設(shè)備接通后，在定義的至多30秒的有限時(shí)間范圍內(nèi)，增加所述設(shè)備的功率。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率是分級(jí)增加的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率是以類(lèi)似斜坡的方式連續(xù)增加的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用脈寬調(diào)制操作所述設(shè)備，并且基于延時(shí)增加脈寬調(diào)制比。
6.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在加熱裝置中監(jiān)視溫度，并且當(dāng)達(dá)到預(yù)先確定的最大溫度時(shí)，切斷所述操作。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，基于脈寬調(diào)制信號(hào)執(zhí)行故障診斷和/或真實(shí)性檢驗(yàn)。
全文摘要
一種用于操作設(shè)備、如用于諸如車(chē)輛的移動(dòng)裝置的模擬操作的PTC加熱裝置的方法，所述設(shè)備在接通時(shí)產(chǎn)生了比其額定電流高很多的電流。在接通階段，所述方法以定義的有限方式或以類(lèi)似斜坡的方式增加所述設(shè)備的功率。
文檔編號(hào)G05F1/66GK1834830SQ20061005926
公開(kāi)日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2006年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月18日
發(fā)明者H·P·埃茨科恩, J·保羅, R·默特 申請(qǐng)人:貝魯股份公司