JPS5914002A - 温度制御回路の安全装置 - Google Patents

温度制御回路の安全装置

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JPS5914002A
JPS5914002A JP57123415A JP12341582A JPS5914002A JP S5914002 A JPS5914002 A JP S5914002A JP 57123415 A JP57123415 A JP 57123415A JP 12341582 A JP12341582 A JP 12341582A JP S5914002 A JPS5914002 A JP S5914002A
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
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    • H03B1/02Structural details of power oscillators, e.g. for heating

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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は電気毛布或いは電気カーペットの発熱体を、交
流電源に同期した制御信号をパルス伝達回路を介してス
イッチング素子に与えて該スイッチング素子を通断電制
御するようにした温度制御回路の安全装置に関する。
〔発明の技術的背景〕
従来、この種ヒータ等の発熱体を通断電制御するものに
おいては、制御回路及び温度センサーの故障時に制御対
象たるヒータの温度が異常に上昇したり、制御素子が故
障したりする危険に対処して、温度センサーの断線検知
回路或いは制御用スイッチング素子の異常検出回路等の
安全回路を主制御回路中に組込んだり或いは主制御回路
とは別系統に温度ヒユーズ等の安全装置を設けて、これ
らの危険を回避するようにしていた。
(背を技術の問題点) ところで、各回路を構成するトランジスタ、ダイオード
、オペアンプ等の素子は故障時には通常ショート又はオ
ープンの状態で故障し、半導通状態のまま故障すること
はないが、例えばスイッチング素子としてサイリスタを
用いたゲートに「HI」レベルが与えられた時に導通す
るように設定されたものでは、それJ:りも前段の主制
御回路中の素子のいずれかがショート又はオープンにな
って故障してゲートに「Hl」レベルが与えられた場合
にはサイリスタが温度センサーからの温度情報とは無関
係に通電されて過熱状態になってしまう。そして、この
時に安全回路や安全装置が正常に動作しておれば、やが
て湿度ヒユーズが溶断する等して発熱体への通電が断た
れるのであるが、万一、安全回路又は安全装置も同時に
故障したような場合には、電気毛布や電気カーペットの
過熱が継続し火災を起すような危険な状態になる。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は、スイッチング素子を制御するI、:めの主たる制
御回路の素子が故障した時にはその故障モードがショー
ト又はオープンのいずれの場合でも制御回路自身がスイ
ッチング素子を直ちにオフ状態にして発熱体への通電を
断ち、別に設(Jられた安全回路又は安全装置とは独立
して危険を回避できるようにし、万−主たる制御回路の
故障と安全装置や安全回路の故障が同時に起ぎた時にも
火災等を起さない所謂フェイルセーフとした温度制御回
路の安全装置を提供するにある。
〔発明の概要〕
本発明は、スイッチング素子を制御するための制御回路
を、同期回路、基準電圧発生回路、検出電圧発生回路及
び比較制御回路にて構成して正常時にパルス状の制御信
号を出力するようにし、この制御信号をパルス伝達回路
を介してスイッチング素子に与えるようにしたもので、
制御信号がパルス状でない時にスイッチング素子が遮断
状態となるようにし、故障時の安全性を向上させるよう
にしたものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明の一実施例について第1図乃至第6図を参照
しながら説明する。1は電気毛布本体で、この内部に過
熱感知発熱線2及び感熱体3が配設されている。即ち、
第2図は過熱感知発熱線2を示す図であり、芯糸2aに
発熱体としての発熱線2bを巻き、その上から所定の湿
度で溶融するナイロン層2Gを被覆して、さらに過熱感
知線2dを巻いてその外側に電気絶縁被覆2eを施した
ものである。また、第3図は感熱体3を示す図であり、
芯糸3aに一方の導体3bを巻き、その上に負の温度係
数のインピーダンス特性を有する感熱層3Cを設け、さ
らに他方の導体3dをその上に巻いてその外側に電気絶
縁被覆3eを施したものである。一方、4.5は一対の
交流電源端子であり、これらの間に発熱線2bと、スイ
ッチング素子としてのサイリスタ6と、安全器としての
温度ヒユーズ7との直列回路が接続されている。8は温
度設定用の可変抵抗、9は固定抵抗で、これら5− は感熱体3の感熱層3Cのインピーダンス、感知線2d
 、1度ヒユーズ7を加熱するヒータ10及び温度ヒユ
ーズ7を介して交流電源端子4.5間に接続されており
、導体3b、3dには抵抗11゜12.13及びコンデ
ンサ14からなる分圧回路15が接続されている。一方
、16は直流電源回路で、抵抗17.ツェナダイオード
18.ダイオード19及び20.コンデンサ21及び2
2からなる。23は同期回路で、4個のダイオード24
a乃至24dからなる全波整流器24.抵抗25乃至2
9.トランジスタ30及び31からなる。
32は検出電圧発生回路としての温度検出回路で、ツェ
ナダイオード33及び34.オペアンプ35゜ダイオー
ド36.抵抗37.コンデンサ38からなる。39はサ
ンプリング用のゲート回路で、7個のダイオード40か
らなる第1の基準電圧発生回路41と抵抗42乃至44
.トランジスタ45からなる。46は第1の比較制御回
路としてのオープンコレクタ形のオペアンプである。4
7はサンプリング用のゲート回路で、3個のダイオード
6一 48a717至48cからなる第2の基準電圧発生回路
48と抵抗49.50からなる。51は第2の比較制御
回路どしてのオペアンプである。52は点弧制御用トラ
ンジスタ、53乃至55は抵抗である。56はパルス伝
達回路としての点弧用コンデンサ、57は抵抗である。
58及び59は雑音防止用の抵抗及びコンデンサである
。60はサイリスタ6のオン・オフを検知する検知回路
で、4個のダイオード61a乃至61dからなる余波整
流回路61と、抵抗62乃至68.1〜ランジスタロ9
乃至73.ダイオード74及び75からなる。
76はサイリスタ6の故障を検知する故障検知回路で抵
抗77乃至83.コンデンサ84,2個のダイオード8
5a及び85b、オペアンプ86゜トランジスタ87.
88からなる。89は温度ヒユーズ7を加熱するヒータ
、90はダイオード、91はヒータ89の通断電を制御
するイリスタ、92は点弧用コンデンサ、93は抵抗で
ある。
尚、第1図において破線P内に位置された直流電源回路
16.検出電圧発生回路38.ゲート回路39.オペア
ンプ46.ゲート回路47.オペアンプ51.検出回路
60.故障検出回路76等の構成部品は集積回路化され
て1個のICパッケージ内に収められ、破線P外の各部
品は外付けにて設けられる。
次に上記構成の作用を説明する。交流電源端子4.5間
に交流電源VACが印加されると、可変抵抗8.固定抵
抗9.感熱層3Gのインピーダンス、導体2d及びヒー
タ10の直列回路に電流が流れて、導体3b、3d間に
感熱層3Cにて分圧された交流検出電圧Vsが生成され
、これが抵抗11.12と抵抗13.コンデンサ14で
更に分圧されて、分圧回路15の出力端子に検出電圧V
1が出力され、オペアンプ35の非反転入力端子に入力
される[第5図(a)、’(c)参照1゜そして、感熱
層3Cのインピーダンスは電気毛布本体1の温度に追従
して変化するから、導体31)。
3d間に発生する交流検出電圧VS及び分圧回路15か
ら出力される検出電圧Viは電気毛布本体1の温度に追
従したものとなる。そして、分圧回路15を介して温度
検出回路32に入力された検出電圧V1はオペアンプ3
5にて緩衝増幅され、これがダイオード36にて整流さ
れ、月つコンデンサ38にて平滑されて直流化され、直
流検出電圧Vdとなる[第5図(0)参照]。従って、
直流検出電圧Vdは電気毛布本体1の温度に追従した電
圧となる。一方、ツェナダイオード18の両端には最大
値が一定化された交流電圧が発生し、母線94及び95
間にはダイオード20にて整流され且つ電解コンデンサ
21にて平滑された低圧の直流電圧(Vcc−Vee)
が印加される。そして、同期回路23のトランジスタ3
0のベース・エミッタ間には全波整流器24にて直流化
された第5図(b)に示す電圧vaが印加されるから、
該トランジスタ30は交流電源端子4,5間に印加され
た交流電源の零電圧近傍にてその交流電源に同期して遮
断し、トランジスタ31はトランジスタ30の導通時に
導通してコレクタがLOレベル(Vee)となり、また
、トランジスタ30の遮断時に遮断してHlレベル(V
CC)となり、第6図9− <C>に示す波形Vpが出力される。一方、]〜ランジ
スタ45はベースにHIlレベル与えられた時に導通し
てコレクタが10レベルとなり、この時に、第1の基準
電圧発生回路41が有効化されて、ゲート回路39の出
力端子たるダイオード40と抵抗43の共通接続点は7
個のダイオード40の順方向電圧降下(約0.7V X
’ 7 )によりffi線94の電圧vCCに対して約
4.9V低い第1の基準電圧−Vrlとなる。また、こ
のトランジスタ45はベースにLOレベルが与えられた
時に遮断してゲート回路39の出力端子が1」Iレベル
(Vcc)となる。そして、トランジスタ45のベース
には同期回路23の出力が与えられるから、第1の基準
電圧−Vrlが同期回路23によりサンプリングされ、
ゲート回路39の出力端子に第5図(C)に示すサンプ
リング結果信号■1が出力される。
そして、温度検出回路32から出力される直流検出電圧
Vdがオペアンプ46の非反転入力端子に入力され、且
つゲート回路39のサンプリング結果信号v1がオペア
ンプ46の反転入力端子に入10− 力されて、両者が該オペアンプ46にて比較される。而
して、温度検出回路32から出力される直流検出電圧V
dは、回路が正常に作動している時には、電気毛布本体
1の温度が室温程度のときでも第1の基準電圧−Vrl
より高い値を出力するようになっており、従ってVl 
=−VRIとなってVdが−Vr1より高い時にオペア
ンプ46はオフとなり、そのたのVdが−Vrlより低
い時にオペアンプ46はオンとなる。そして、ゲート回
路47のダイオード4LCと抵抗49の共通接続点は3
個のダイオード48a乃至48Gの順方向電圧降下(約
0.7V X 3 ’)により母線94の電圧VCCに
対して約2.1V低い第2の基準電圧−Vr2となって
おり、オペアンプ46がオン・オフする正常作動時には
ゲート回路47の出力端子即ち抵抗50とオペアンプ5
1の反転入力端子との共通接続点がオペアンプ46の出
力によりサンプリングされ、第5図(d )に示すサン
プリング結果信号V2が出力される。この信号V2は交
流電源の零電圧近傍で、−V r2となり、それ以外の
時Veeとなる。そして、オペアンプ51の反転入力端
子に信号V2が入力され、Aペアシブ51の非反転入力
端子に直流検出電圧Vdが人力されて両者がオペアンプ
51にて比較される。そして、電気毛布本体1の温度が
設定温度より低くて、電圧Vdが信号v2のピーク電圧
(電圧−Vr2)よりも低い期間T1においては、オペ
アンプ51の出力電圧VOが交流電圧の零電圧近傍にて
電圧Vee迄立ち下がるパルス状波形となり、また、電
気毛布本体1の温度が設定温度より高くて、電圧Vdが
電圧−Vr2よりも高い期間T2においては、オペアン
プ37の出力電圧VO1が電圧Vccと等しい一定電圧
波形となる[第5図(e )参照]。この出力電圧VO
1がトランジスタ52のベースに抵抗53を介して入力
されるから、期間T1において電圧Vo1がrLOJレ
ベルの時(電圧Veeと等しい時)にトランジスタ52
が導通してコレクタ電圧Vcが上昇し[第5図(「)参
照]、サイリスタ6のゲートに第5図(a )に示すよ
うに交流電源の零電圧近傍でコンデンサ56に貯えられ
た電荷がゲート電流Igとして流れ込んで、該サイリス
タ6が交流電源の正の半サイクル期間導通し、以って発
熱線2bの両端に第5図(h)で示すように交流電圧v
hが印加され、発熱線2bが発熱するようになり、また
、期間T2においては、サイリスタ6が遮断される。
而して、上記構成において、感熱体3の感熱層3Cのイ
ンピーダンスを介して導体3b、3d間に分圧される電
圧VSが約50Vのときに電気毛布本体1が設定温度と
なるようにし、電気毛布本体1が設定温度より低い時に
は電圧VSが50V以上となるように設定している。そ
して、サイリスタ6が正常な遮断状態を呈している時に
は、該サイリスタ6のアノード・カソード間に抵抗62
を介して並列接続された全波整流器61に第6図(a 
)の期間Taに示すような交流電源が印加されるから、
検知回路60のトランジスタ69のベース・エミッタ間
には全波整流器61にて直流化された電圧が印加され、
該トランジスタ69はトランジスタ30と同一タイミン
グで交流電源に同13− 期して導通及び遮断され、トランジスタ71のコレクタ
電圧V(は第6図(b)に示すようになり、ダイオード
74.75及びトランジスタ72からなるORゲート回
路を介して同期回路23の出力Vpと電圧Vtとが合成
されトランジスタ73のコレクタに検知電圧Vaが出力
され、検知電圧VaがLOレベルの時コンデンサ84が
充電され、電圧vO1がLOレベルの時トランジスタ7
8がオンしてコンデンサ84に貯えられた電荷が放電さ
れ、期間Taにおいてはオペアンプ87の非反転入力端
子の電圧Vcaは第6図(f)で示すようになる。一方
、オペアンプ87の反転入力端子′にはサンプリング結
果信号V2に同期して立上がる電圧v3が入力されてお
り、電圧Vcaとv3がオペアンプ87で比較される。
そして、期間Taにおいてはコンデンサ84の充放電が
周期的に行われているから、電圧VcaはV2より高く
、オペアンプ87の出力端子の電圧VO2が第6図((
+)に示すようにrHIJレベルでトランジスタ88が
遮断され、且つサイリスタ91が遮断されている。
14− ところが、サイリスタ6が故障して例えば順方向の耐圧
が低下した時には第6図に期間Tbで示すようにオペア
ンプ51の出力電圧■01がrHIJレベルでサイリス
タ6のゲートに点弧信号が与えられてないにもかかわら
ず、該サイリスタ6のアノード・カソード間の電圧y 
scrが耐圧を越えた時点で導通状態になる[第6図(
a )参照]。そして、このようにしてサイリスタ6が
故障状態で導通すると、発熱線2bが導通状態になるが
、検知回路60の全波整流器61は出力を生じなくなり
、トランジスタ69はサイリスタ6が導通した時に遮断
され且つトランジスタ71が導通し、電圧VtがrLO
Jレベル(Vefりとなり、電圧Vaがサイリスタ6の
導通時にrLOJレベル(Vee)となり、コンデンサ
84を充電するから、電圧VCaが低下し、やがて電圧
v3のピーク値を下回るようになる。すると、電圧■3
のピーク値に同期してオペアンプ87の出力端子の電圧
VO2が交流電源の零電圧近傍で第6図(h)に示すよ
うにrLOJレベルとなり、サイリスタ91が導通され
てヒータ89が通電され、温度ヒユーズ7が加熱溶断さ
れて発熱線2bへの通電が断たれてる。
尚、サイリスタ6の逆方向の耐圧が低下した時にはダイ
オード90を介してヒータ89が通電され、濃度ヒユー
ズ7が加熱溶融されて発熱線2bへの通電が断たれる。
上記構成によれば、例えばトランジスタ52が故障して
オープン状態となった時には該トランジスタ52のコレ
クタが常に「LO」レベルどなってコンデンサ56へは
充電のみが行われて放電が行われず、従って、仮りに電
気毛布本体1の温度が低い時でもサイリスタ6は導通せ
ず従って、発熱線2bへの通電が断たれており、また、
該トランジスタ52が故障してショート状態となった時
には該トランジスタ52のエミッタが常にrl−INレ
ベルでやはりコンデンサ56の充放電が行われず、サイ
リスタ6は導通しない。即ち、トランジスタ52が故障
した場合、オープン又はショートのいずれかの状態を呈
することが普通で半導通状態のまま故障するようなこと
は一般にはなく、まして故障状態のままで出力波形がパ
ルス状となることは考えられず、従ってトランジスタ5
2の故障モードがショートの時もオープンの時のいずれ
もサイリスタ6は導通しない。而して、トランジスタ5
2よりも前段を構成するオペアンプ51゜46又は同期
回路のトランジスタ45,31.30等も故障時にはシ
ョート又はオープンのいずれかのモードとなると考えら
れるが、故障段よりも後段にはパルス状の波形が伝達さ
れないことにより、トランジスタ52よりも前段が故障
した場合に該トランジスタ52のコレクタは「HI」又
はrLOJのいずれかの状態を呈することとなり、従っ
てトランジスタ52よりも前段の故障モードがいずれの
場合でもトランジスタ52のコレクタからはパルス状波
形が出力されず、従ってサイリスタ6が導通するような
ことは生じない。要するに順に直列に並べられたゲート
回路39.オペアンプ46.ゲート回路47及びオペア
ンプ51が一つでも故障した場合には、いずれの場合も
サイリスタ6が遮断粂、れることとなってヒータ2への
17− 通電を断つから、仮りに回路故障を起した時でも電気毛
布本体1が過熱することが起らず、万一、温度ヒユーズ
等の安全回路又は安全装置等が正常に動作しているか否
かを監視する第1の比較制御回路46が先に故障してい
る場合でも、これら安全回路又は安全装置によらずヒー
タ2bへの通電を断つことができることとなり、所謂フ
ェイルセーフとして作動し、故障が各部で同時に生じた
ような場合でも、火災を起すような危険が未然に防止さ
れることとなる。
ところで、上記構成では、第1の基準電圧発生回路41
の第1の基準電圧−vrlと直流検出電圧Vdとをオペ
アンプ46にて比較しており、従って、例えば、感知線
2d、導体3d、抵抗10゜抵抗12やコンデンサ14
等が断線して電圧V1の絶対値が異常に大きくなった時
は直流検出電圧Vdが第1の基準電圧−Vrlより低く
なってオペアンプ46はオンとなりサンプリング結果信
号V2がVeeに等しくなるから、オペアンプ51の出
力v01は常にr、HIJレベル、トランジスタ521
8− のコレクタはr 10 Jレベルとなり、サイリスタ6
は遮断され、また、他の原因で電圧Viが異常に低くな
った時は、電圧Vdが高くなってVccとの差がVr2
以下となり、電気毛布本体1の温度状態が高い時と同じ
状態になるから、サイリスタ6は遮断され、一層安全性
に優れているが、第1の基準電圧発生回路41.ゲート
回路39及び第1の比較制御器としてのオペアンプ46
等を省略して第7図に示すように同期回路23の出力を
直接ゲート回路47に入力するようにしてもよい。
尚、第8図に示すように直流検出電圧Vdを同期回路2
3の同期信号によりサンプリングした後にオペアンプ5
1にて第2の基準電圧−Vr2と比較し、オペアンプ5
1の出力をアンプ回路95を介してパルス伝達回路とし
てのパルストランス96の一次巻線に供給し、それの二
次巻線をサイリスタ6のゲートに接続するようにしても
上記した実施例と同様の作用効果を奏する。
また、サイリスタ6の代りにスイッチング素子としてト
ライアックを使用してもよく、また、サイリスタ6でリ
レーを駆動し、イのリレー接片で発熱線2bの通断電を
行うようにしてもよい。
〔発明の効果〕
本発明は以上の説明から明らかなように、スイッチング
素子を制御するための主たる制御回路の素子が故障した
時にはその故障モードがショート又はオープンのいずれ
の場合でも制御回路自身がスイッチング素子を直ちにオ
フ状態にして発熱体への通電を断ち、別に設けられた安
全回路又は安全装置とは独立して危険を回避できるよう
にし、万−主たる制御回路の故障と安全装置や安全回路
の故障が同時に起きた時にも火災等を起さない所謂フェ
イルセーフとした温度制御回路の安全装置を提供できる
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第6図は本発明の一実施例を示すものであり
、第1図は電気回路図、第2図は加熱感知発熱体の斜視
図、第3図は感熱体の斜視図、第4図は要部のブロック
図、第5図及び第6図は電気回路中の電圧又は電流波形
を示す図、第7図及び8図は夫々本発明の他の実施例を
示す第4図相当図である。 図面中、1は電気毛布本体、2は加熱感知発熱線、2b
は発熱線、3は感熱体、6はサイリスタ(スイッチング
素子)、15は分圧回路、16は直流電源回路、23は
同期回路、32は温度検出回路(検出電圧発生回路)、
39はゲート回路、41は第1の基準電圧発生回路、4
6はオペアンプ(第1の比較制御回路)、49は第2の
基準電圧発生回路、51はオペアンプ(第2の比較制御
回路)、56はコンデンサ(パルス伝達回路)、60は
検知回路、74は故障検知回路、96はパルストランス
(パルス伝達回路)である。 出願人  東京芝浦電気株式会社 −21=

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、発熱体を交流電源に同期した制御信号により制御さ
    れるスイッチング素子で通断電制御するものにおいて、
    前記交流電源と同期して同期パルス信号を出力する同期
    回路と、基準電圧発生回路と、前記発熱体の温度を検知
    しその温度に応じた検出電圧を出力する検出電圧発生回
    路と、この検出電圧発生回路からの検出電圧と前記基準
    電圧のいずれか一方を同期パルスによりサンプリングし
    たのち、比較することにより前記同期回路からの同期信
    号出力時に比較してパルス状の制御信号を出力する比較
    制御回路と、この比較制御回路からのパルス状制御信号
    を前記スイッチング素子に与えるパルス伝達回路とを具
    備してなる温度制御回路の安全装置。 2、パルス伝達回路はコンデンサであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項に記載の温度制御回路の安全装
    置。 3、パルス伝達回路はパルスi・ランスであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項に記載の温度制御回路の
    安全装置。
JP57123415A 1982-07-02 1982-07-14 温度制御回路の安全装置 Granted JPS5914002A (ja)

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JP57123415A JPS5914002A (ja) 1982-07-14 1982-07-14 温度制御回路の安全装置
GB08317899A GB2124411B (en) 1982-07-02 1983-07-01 Temperature control apparatus
KR1019830003114A KR870001584B1 (ko) 1982-07-14 1983-07-08 온도 제어회로의 안전장치
US06/728,460 US4598195A (en) 1982-07-02 1985-05-01 Safety temperature circuit including zero crossing detector

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR100397583B1 (ko) * 2001-08-16 2003-09-13 주식회사 제이오텍 안전장치를 구비한 온도조절기
CN109857172A (zh) * 2019-03-06 2019-06-07 大连理工大学 一种用于单电阻微热板的控温装置
JP2019521325A (ja) * 2016-06-22 2019-07-25 ザ ジレット カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニーThe Gillette Company Llc 熱制御回路診断を有するパーソナル消費者製品及びその方法

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