JPH0212787A - 電気採暖具の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気毛布や電気カーペットなどの安全性が必
要とされる電気採暖具の温度制御装置に関するものであ
る。

従来の技術 従来からの電気毛布または電気カーペットなどの温度制
御装置は、電子部品が故障したときに、いかに安全性を
確保するか、つまり、いかに異常高温にならないように
するかということのために、回路構成上様々な工夫がさ
れてきている。

第６図は、こうした安全機能を持つ従来の温度制御装置
の一例を示し、以下その動作を説明する。

第６図において、４１は交流電源、４２は負荷であるヒ
ータ、４３はヒータ４２の温度を検出する温度センサ、
４４は温度センサ４３からの信号を直流レベルの温度信
号ｖＴに変える温度検出回路である。この温度センサ４
３は負のインピーダンス特性をもち、直流制御用抵抗４
５を流れる電流は高温時に少なくなるため、温度信号■
７も小さくなる。このように、温度信号ｖ７は負の温度
特性をもつ。４６は温度設定回路であり、ヒータ４２の
動作温度を設定するために、可変抵抗器４７による温度
設定信号■８を出力する。４８は比較器であり、温度信
号■７が温度設定信号ｖＲより大きいときは、まだ設定
温度に達していないと見なして、ハイ出力を出す。

このとき、トランジスタ４９はＯＮＬ、リレーコイル５
０をドライブするので、リレー接点５１はＯＮしてヒー
タ４２は通電される。また、温度信号ｖＴが温度設定信
号■８より小さいときは、設定温度に達していると見な
して、比較器４８はロー出力を出すので、トランジスタ
４９は０ＦＦＬ、リレー接点５１もＯＦＦして、ヒータ
４２は通電されない。

また、温度設定回路４６の異常温度検出信号Ｖ。

は直流電源５２から分圧として温度設定信号Ｖ、ととも
に取り出しているので、設定されている可変抵抗器４７
の値にかかわらず、その電圧は必ず、Ｖ　Ｒ＞　Ｖ　ｓ
となる。したがって異常温度検出信号■１は、温度設定
信号ＶＲで制御される温度よりも必ず高温設定となるこ
とになる。仮りに、比較器４８の出力がハイ故障してい
れば、ヒータ４２の温度が上昇していって温度信号ｖＴ
が温度設定信号■Ｒより小さくなっても、トランジスタ
４９はＯＦＦせずに、リレー接点５１はＯＮＩ、っ放し
となり、ヒータ４２の温度はさらに上昇し続けることに
なる。そうすれば、温度信号ＶＴはさらに下がり、Ｖ、
＜Ｖ、となった時点で比較器５３の出力はハイ出力とな
り、電力制御素子５４をトリガして抵抗５５を発熱させ
、温度ヒユーズ５６を溶断させて電流の供給を遮断する
。このようにして、何らかの異常でヒータ４２が温度設
定信号ｖＲに対応する温度より異常に上昇した場合の安
全性を確保しようとしている。

また、最近、温度制御装置にマイクロコンピュータ（以
下マイコンと略す）が多く使われている。

その場合、第６図に示した従来例の比較器４８のかわり
に、マイコンが用いられ、様々な機能（種々の演算、タ
イマなど）を付加したのち、通電すべきときにトランジ
スタ４９にＯＮ信号を出すことになる。こうしたマイコ
ンを使用した場合は、出力のハイ故障だけではなく、ノ
イズ誤動作によってハイ出力を出しっ放しにするゲース
もあり、上述した従来例のような構成の保安回路を具備
しているのが現状である。

発明が解決しようとする課題 従来例に示したような保安回路の構成では、保安回路自
体の故障、すなわち、比較器４８や電力制御素子５４や
抵抗５５のオープン故障、あるいはそれに至るプリント
ベースの箔断線時などは保安回路が動作しないため、保
安回路が無いのと同様となる。こうした場合においても
、通常の温度制御がなされるなめ、温度が異常上昇する
故障（たとえば比較器４８のハイ故障）などが発生すれ
ば、いつまでもヒータ４２が通電されることになり、安
全上極めて好ましくないことになる。

本発明は、こうした従来の問題を解決するもので、何ら
かの部品異常または動作異常が起これば、通電を停止す
るか、もしくは一定温度以上上昇しないようにした温度
制御装置を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 上記問題を解決するために、本発明の温度制御装置は、
温度信号と温度設定信号とを比較する第１の温度比較部
と、この第１の温度比較部の出力に応じて温度制御パル
スを出力する制御パルス発生部と、前記制御パルス発生
部からのパルス信号が発生している期間中に前記温度設
定信号の範囲より高温設定が可能なパルス状の異常温度
設定信号を発生する異常温度設定部と、前記温度検出部
の温度信号と前記異常温度設定信号とを比較し、異常温
度以下であればパルス信号を、異常温度を越えていれば
直流信号を出力する第２の温度比較部と、前記第２の温
度比較部の出力がパルス信号のときは負荷への通電を制
御する電力制御素子にトリガパルスを出力し、直流信号
のときはトリガ信号を出力しない波形識別部とを具備し
たものである。

さらに本発明の温度制御装置は、上記構成の少なくとも
制御パルス発生部をマイクロコンピュータで構成し、マ
イクロコンずユータ内蔵のハードタイマの設定時間を前
記マイクロコンピュータのプログラムのメインループを
一巡する最大時間よりも長く設定するとともに、前記ハ
ードタイマを前記プログラムのメインループの一定の時
点でリセットする構成とし、前記ハードタイマがタイム
アツプしていない状態では温度制御パルスは第１の温度
比較部の出力に応じて生成し、前記ハードタイマがタイ
ムアップずれば温度制御パルスを生成しない構成にした
ものである。

作用 上記構成により、制御パルス発生部がパルス出力を維持
する故障を発生すれば、第２の比較部において、異常温
度設定信号に対応する異常温度を越えていれば直流信号
の出力を出すので、次段の波形識別部において波形識別
してトリガ信号を出力しない、つまり、異常温度を越え
ない一定の温度で制御することになる。また、制御パル
ス発生部以後の回路が故障した場合は、パルスが伝達さ
れて初めてトリガ信号を出力する構成となっているので
、オープン故障でもショート故障でもパルスが伝達され
なくなり、故障箇所以後は直流信号となるため、波形識
別部によってトリガ信号を発生しないことになる。この
場合は、全く通電しないことになる。また、保安回路で
ある第２の比較部がオープンおよびショート故障を起こ
せば、その時点で、次段へのパルス伝送ができなくなり
、直流出力しか出力しないので、ヒータは全く通電しな
いことになる。

このように、何らかの部品異常、動作異常あるいは保安
回路の故障を起こしても、通電を停止するか、一定温度
以上上昇しない動作を行うことができ、安全性を確保で
きる。

さらに、マイコンを使用し、マイコン内蔵のハードタイ
マの設定時間をマイコンのプログラムのメインループを
一巡する最大時間よりも長く設定するとともに、ハード
タイマをプログラムのメインループの一定の時点でリセ
ットする構成にすることにより、その安全性を一層確実
なものにできる。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す電気採暖具の温度制御
装置の回路図である。第１図において、１は交流電源、
２は直流電源、３はＡ／Ｄ変換器を内蔵しているマイク
ロコンピュータ（以下マイコンという）、４．５はそれ
ぞれマイコン３のリセット回路および発振回路である。

６は温度設定用可変抵抗器、７は一線式の感温ヒータ線
であり、ヒータ８、センサ電極９、温度センサ１０から
なり、温度センサ１０のインピーダンスは負の温度特性
を示す、１１は温度検出回路であり、交流電源１の負サ
イクル期間に流れる電流をベース接地のトランジスタ１
２によってコレクタ電流として取り出し、抵抗１３を介
して直流電源２からコンデンサ１４に自然充電される電
荷を放電している。したがって、ヒータ８の温度が高く
なり、温度センサ１０が高温を検出すれば、インピーダ
ンスは低くなるため、センサ電流は大きくなり、トラン
ジスタ１２のコレクタ電流も大きくなるので、コンデン
サ１４の放電電流は多くなり、温度信号■７は低い電圧
となる。

逆にヒータ８の温度が低いときは、温度センサ１０のイ
ンピーダンスは高くなり、センサ電流は小さくなる。し
たがって、トランジスタ１２のコレクタ電流も小さくな
るため、コンデンサ１４の放電電流は少なくなり、温度
信号Ｖ〒は高い電圧となる。

このようにして温度信号■７はヒータ８の温度に対して
負の電圧特性をもつことになる。この温度信号■７と温
度設定用可変抵抗器６の出力である温度設定信号■４と
は、マイコン３内のＡ／Ｄ変換回路（図示せず）にてデ
ジタルデータに変換され、比較される。１５は交流のゼ
ロクロス検出回路であり、ゼロクロス点でマイコン３に
パルスを入力する。

第２図に示したフローチャートに基づいてマイコン３の
動作を説明する。マイコン３は、ステップ３１で初期設
定ののち、内蔵のハードタイマをウォッチドッグ用に用
いるので、このタイマのリセット、スタートをステップ
３２で行う。次にステップ３３で温度設定信号■ＲのＡ
／Ｄ変換を、ステップ３４で温度信号ＶＴのＡ／Ｄ変換
を行ったのち、■７と■８の比較をステップ３５で行い
、ＶＴ＞ＶＲつまり設定温度よりヒータ温度が低いとき
は、ステップ３６で、正のゼロクロス点にマイコン３の
端子１６からローパルス出力を行う。また、Ｖ’ｒ＜ｖ
Ｒつまり設定温度よりヒータ温度が高いときは、ステッ
プ３７ｔ！Ｍ子１６よりハイ出力を行う０以上のループ
を繰返して温度制御を行う、ウォッチドッグタイマ用の
ハードタイマの時間設定は、メインループ（フロチャー
トのステップ３２からステップ３６またはステップ３７
）の最大時間よりも少し長くとっておき、正常時はタイ
マ割込みがかかる前に、リセット、スタートを行う構成
としている。もし、メインループのどこかで無限ループ
動作が起これば、タイマ割込みがかかり、第３図のタイ
マ割込みルーチンの処理を行って、ステップ３８で、常
にマイコン３の端子１６からハイ出力を出すことになる
。

第１図において、１７は異常温度設定回路であり、マイ
コン３の端子１６から出力された正のゼロクロスパルス
の間、抵抗１８．１９で分割される電圧が発生する。こ
の電圧を異常温度設定信号Ｖ、とする。

比較器２０はｖＴと■１の比較を行うが、ＶＴ＞■３の
とき（ＯＮ制御のとき）は、端子１６から正のゼロクロ
ス点に、パルス出力がある。このとき、第４図（ｂ）に
示すように、■８の波形は第４図（ａ）の交流電源１の
正のゼロクロス点で、第１図の抵抗１８．１９で分圧さ
れた電圧を示すが、この電圧を温度設定用可変抵抗器６
で決まるし−タの最高温度（強目盛）よりも少しだけ高
い温度になるように設定しておく、そうすれば、正常動
作時には、正のゼロクロス点では、第４図（ｂ）に示す
ようにＶＴ＞Ｖ、となり、比較器２０の出力は、第４図
（Ｃ）に示すように、正のゼロクロス点でローパルス出
すことになる。

第１図において、２１は波形識別回路であり、比較器２
０の出力は正のゼロクロス点だけでロー出力になるパル
スであるので、トランジスタ２２は正のゼロクロス点以
外ではＯＮして、コンデンサ２３を放電し、正のゼロク
ロス点ではＯＦＦして、コンデンサ２３を直流電源２、
抵抗２４、ダイオード２５、電力制御素子２６の経路を
経て充電する。そのときの充電波形は第４図（ｄ）に示
すものとなり、これにより、電力制御素子２６をトリガ
して、ヒータ８に通電する。

また、ＶＴ＜ＶＲのとき（ＯＦＦ制御のとき）は、第５
図（ｂ）に示すように、■８の波形は、マイコン３の端
子１６はハイ出力のままであるので、直流電圧を示し、
すべての期間において、Ｖｔ＜■３となり、比較器２０
の出力は第５図（Ｃ）に示すようにハイ出力となる。こ
のときは、トランジスタ２２はＯＮ！、っ放しであるの
で、コンデンサ２３は、放電状態を維持し、電力制御素
子２６へのトリガ信号Ｉ０を発生しない。したがってヒ
ータ８も通電されない。

以上のような構成と動作において、さらに詳しく主たる
部分の皐明を行う、まず、マイコン３がプログラムのど
こかで無限ループに陥いったときは、基本的には、前述
したように、内蔵のタイマを用いたウォッチドッグタイ
マ動作により端子１６がハイ出力を維持するので、Ｖ　
Ｔ　＜　Ｖ　Ｒのとき（ＯＦＦ制御のとき）と同様とな
り、電力制御素子２６はＯＦＦして、ヒータ８は通電し
ない、また、マイコン３の端子１６のハイ故障のときも
同様である。

次に、マイコン３の端子１６のロー故障のときは、Ｖ　
Ｔ　＞　Ｖ　ｓとなり、比較２０の出力は絶えずロー出
力となり、トランジスタ２２は０ＦＦＬっ放しであるの
で、コンデンサ２４は１００％の充電状態を維持するた
め、電力制御素子２６へのトリガ電流Ｉ。は発生しない
、したがって、このときら、電力制御素子２６はＯＦＦ
であり、ヒータ８は通電しない。

また、万一、マイコン３が端子１６から正のゼロクロス
点でローパルスを出力する異常動作に陥いっても、正の
ゼロクロス点においてＶ　Ｔ　＞　Ｖ　ｓが成立する期
間だけにヒータ８が通電されるので、ヒータ温度が上が
り、Ｖ　Ｔ　＜　Ｖ　ｓとなれば、ヒータ８への通電は
停止する。これにより、■ｓに対応するし−タ温度に制
御されることになる。前述したように、ｖ８はヒータ８
の強温度よりわずかに高い温度に設定しておけばよいの
で、危険に至ることはない。

次に、比較器２０がハイ、ロー故障した場合、トランジ
スタ２２がショート、オープン故障した場合は、それぞ
れ順に、■３のハイ故障、ロー故障と同様であるので、
説明を省く。

また、この回路はマイコン３からの温度制御用パルスが
順次伝わっていって、電圧制御素子２６に入力されて、
はじめて、ヒータ８が通電される構成であるので、その
経路中のどこで、プリントベースの箔のオープンが発生
しても、パルス伝達が行われなくなって、ヒータ８は通
電されなくなる。

このように、この実施例によれば、マイコン３を含め、
それ以後のどの部品が故障しても、ヒータ８が全く通電
しない動作となる。また、万一マイコン３が正のゼロク
ロスパルスを発生しつづけるという異常動作に陥いって
も、強温度程度の温度におさまるので、極めて安全であ
るといえる。

また、本実施例では、マイコン３で温度信号と温度設定
信号を比較する例を述べたが、マイコン３を用いなくて
も、本実施例から得られる作用、利点については何ら変
らない。

発明の効果 以上のように、本発明の温度制御装置によれば、温度信
号と温度設定信号の比較に応じて温度制御パルスを発生
する制御パルス発生部と、そのパルスによって異常温度
をチエツクするための異常温度設定部と、正常温度のと
きだけ次段にパルスを伝達する第２の比較器と、第２の
比較器からの信号が、パルス波形かどうかを識別するた
めの波形識別部とを具備しているので、回路中の部品の
オープン、ショート故障に関しては、負荷が全く通電さ
れることはなく、非常レベルの高い安全性を備えている
と云える。

万一、制御パルス発生部から、継続して温度制御パルス
が発生する異常が生じたとしても、通常時設定している
強温度程度の温度になるだけであり、危険には至らない
。

また、異常温度検出用の比較器が故障しても、負荷への
通電が停止されるので、保安回路だけが故障して通電が
正常に続けられることがなく、きわめてフェールセーフ
性の高い温度制御装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の温度制御装置を示す回路
図、第２図および第３図は同温度制御装置のマイコンの
動作を表わすフローチャート、第４図および第５図は同
温度制御装置動作を表わす波形図、第６図は従来例の温
度制御装置を示す回路図である。 ３・・・マイクロコンピュータ、６・・・温度設定用可
変抵抗器、８・・・ヒータ（負荷）、９・・・センサ電
極、１０・・・温度センサ、１１・・・温度検出回路、
１７・・・異常温度設定部、２０・・・比較器、２１・
・・波形識別回路、２６・・・電力制御素子。 代理人　　　森　　本　　義　　弘 （Ｃン θ 第４図 第に図 −Ａへｑ− 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ヒータなどの負荷と、前記負荷への通電を制御する
   電力制御素子と、前記負荷の温度を検出する温度センサ
   と、前記温度センサからの信号を入力し温度信号を出力
   する温度検出部と、前記負荷の制御温度を設定する温度
   設定部と、前記温度信号と前記温度設定信号とを比較す
   る第１の温度比較部と、前記第１の温度比較部の出力に
   応じて温度制御パルスを出力する制御パルス発生部と、
   前記制御パルス発生部からパルス信号が発生している期
   間中に前記温度設定信号の範囲より高温設定が可能なパ
   ルス状の異常温度設定信号を発生する異常温度設定部と
   、前記温度検出部の温度信号と前記異常温度設定信号と
   を比較し、異常温度以下であればパルス信号を、異常温
   度を越えていれば直流信号を出力する第２の温度比較部
   と、前記第２の温度比較部の出力がパルス信号のときは
   前記電力制御素子にトリガパルスを出力し、直流信号の
   ときはトリガ信号を出力しない波形識別部とを備えた電
   気採暖具の温度制御装置。 ２、少なくとも制御パルス発生部はマイクロコンピュー
   タで構成され、マイクロコンピュータ内蔵のハードタイ
   マの設定時間を前記マイクロコンピュータのプログラム
   のメインループを一巡する最大時間よりも長く設定する
   とともに、前記ハードタイマを前記プログラムのメイン
   ループの一定の時点でリセットする構成とし、前記ハー
   ドタイマがタイムアップしていない状態では温度制御パ
   ルスは第１の温度比較部の出力に応じて生成し、前記ハ
   ードタイマがタイムアップずれば温度制御パルスを生成
   しない請求項１記載の電気採暖具の温度制御装置。