一种温度保护电路的制作方法

1.本实用新型涉及实验室仪器设计技术领域，尤其涉及适用于加热装置的温度保护电路。


背景技术：

2.常规的，在加热装置中都设有微控制器，微控制器上设置有软件用于提供温度保护。软件根据实时获取的温度信号来控制加热装置中的加热器的关闭和开启，以使加热器达到预想的温度，避免过冷或过热，进而保证整个加热装置的安全。但是，微控制器偶尔会产生故障，软件会出现bug，从而导致加热装置的温度保护失效，加热器持续加热易造成整个加热装置及相关设备和材料的损坏，存在较大的安全风险。


技术实现要素：

3.针对现有技术的上述问题，本实用新型提出了一种温度保护电路，适用于加热装置，该温度保护电路独立于微控制器之外，若微控制器存在故障，则由温度保护电路实现温控，提升加热装置的安全性能。
4.具体地，本实用新型提出了一种温度保护电路，适用于加热装置，所述加热装置包括加热控制器、加热器、温度传感器和信号放大电路，所述加热控制器用于控制所述加热器进行加热，所述温度传感器用于获取所述加热器的温度信号，所述信号放大电路用于放大所述温度传感器获取的温度信号；
5.所述温度保护电路包括回滞比较电路和逻辑保护电路，所述回滞比较电路分别与所述信号放大电路和逻辑保护电路连接，所述逻辑保护电路与所述加热控制器连接，所述回滞比较电路设定第一阈值和第二阈值，所述第一阈值大于所述第二阈值，所述回滞比较电路根据所述温度信号与所述第一阈值及第二阈值的比较结果，并通过所述逻辑保护电路控制所述加热控制器，以使加热器启动加热或停止加热。
6.根据本实用新型的一个实施例，在所述加热器加热过程中，若所述回滞比较电路对所述温度信号的处理结果小于第一阈值，所述回滞比较电路通过所述逻辑保护电路控制所述加热控制器，以使所述加热器维持加热；若所述温度信号的处理结果大于等于第一阈值，所述回滞比较电路通过所述逻辑保护电路控制所述加热控制器，以使所述加热器停止加热；在停止加热后，所述加热器温度下降，若所述温度信号的处理结果小于等于第二阈值，所述回滞比较电路通过所述逻辑保护电路控制所述加热控制器，以使所述加热器启动加热。
7.根据本实用新型的一个实施例，所述加热装置还包括微控制器、继电器和模数转换器，所述微控制器通过所述继电器控制所述加热控制器，所述模数转换器将所述温度信号转换为数字信号并发送到所述微控制器；
8.所述微控制器设定第三阈值和第四阈值，所述第三阈值大于所述第四阈值，所述微控制器比较所述温度信号与所述第三阈值及第四阈值，根据比较结果，所述微控制器通
过所述继电器控制所述加热控制器，以使加热器进行加热或停止加热。
9.根据本实用新型的一个实施例，在所述加热器加热过程中，若所述温度信号小于第三阈值且大于第四阈值，所述微控制器通过所述继电器控制所述加热控制器，以使所述加热器维持加热；若所述温度信号大于等于第三阈值，所述微控制器通过所述继电器控制所述加热控制器，以使所述加热器停止加热；若所述温度信号小于等于第四阈值，所述微控制器通过所述继电器控制所述加热控制器，以使所述加热器启动加热。
10.根据本实用新型的一个实施例，所述第一阈值大于第三阈值。
11.根据本实用新型的一个实施例，所述逻辑保护电路与所述继电器连接，若所述温度信号的处理结果大于等于第一阈值，所述回滞比较电路通过所述逻辑保护电路控制所述继电器断开，以使所述加热器停止加热；在停止加热后，所述加热器温度下降，若所述温度信号的处理结果小于等于第二阈值，所述回滞比较电路通过所述逻辑保护电路控制所述继电器闭合，以使所述加热器启动加热。
12.根据本实用新型的一个实施例，所述回滞比较电路包括比较器、基准电压产生电路和温度信号电路，所述基准电压产生电路包括电阻r4和电阻r5，电阻r4的一端接入外部电压v1，电阻r4的另一端接入电阻r5的一端，电阻r5的另一端接地，电阻r4的另一端形成基准电压v3，基准电压v3接入比较器的负向端；温度信号电路包括电阻r1、电阻r2和电阻r3，电阻r3的一端接入外部电压v2，另一端接入所述比较器的输出端，电阻r2的一端与电阻r1的一端连接，电阻r2的另一端接入所述比较器的输出端，所述电阻r1的另一端接入所述信号放大电路的输出端，形成电压vi，所述电阻r1的另一端形成电压v4，接入所述比较器的正向端，所述比较器的输出端电压vo；
13.当温度低于第一阈值，电压v4小于电压v3，所述比较器的正向端小于负向端，输出端电压vo为低电平，所述加热器继续加热；
14.当温度达到第一阈值，电压v4大于等于电压v3，所述比较器的正向端大于负向端，输出端电压vo为高电平，所述加热器停止加热；
15.在停止加热后，所述加热器温度下降，当温度降低到第二阈值，电压v4小于等于电压v3，所述比较器的正向端小于负向端，输出端电压vo为低电平，所述加热器启动加热。
16.根据本实用新型的一个实施例，所述电阻r2由若干电阻串联，所述电阻r3由若干电阻串联，所述电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4和电阻r5的电阻值可调。
17.本实用新型提供的一种温度保护电路，增加了加热装置的温度控制，提升了加热装置的安全性能
18.应当理解，本实用新型以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本实用新型提供进一步的解释。
附图说明
19.包括附图是为提供对本实用新型进一步的理解，它们被收录并构成本技术的一部分，附图示出了本实用新型的实施例，并与本说明书一起起到解释本实用新型原理的作用。附图中：
20.图1示出了本实用新型一个实施例的温度保护电路及加热装置的结构示意图。
21.图2示出了本实用新型一个实施例的回滞比较电路的电路图。
22.图3示出了本实用新型一个实施例的逻辑保护电路的电路图。
23.图4示出了本实用新型一个实施例的信号放大电路的电路图。
24.其中，上述附图包括以下附图标记：
25.温度保护电路
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100
26.回滞比较电路
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101
27.逻辑保护电路
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102
28.基准电压产生电路
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103
29.温度信号电路
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104
30.比较器
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105
31.加热控制器
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201
32.加热器
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202
33.温度传感器
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203
34.信号放大电路
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204
35.微控制器
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205
36.继电器
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206
37.模数转换器
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207
具体实施方式
38.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
40.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
41.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
42.在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关
系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
43.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
44.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。此外，尽管本技术中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本技术说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本技术。
45.图1示出了本实用新型一个实施例的温度保护电路及加热装置的结构示意图。如图所示，一种适用于加热装置的温度保护电路100。该加热装置包括加热控制器201、加热器202、温度传感器203和信号放大电路204。其中，加热控制器201用于控制加热器202进行加热，温度传感器203用于获取加热器202的温度信号，信号放大电路204用于放大温度传感器203获取的温度信号。温度保护电路100包括回滞比较电路101和逻辑保护电路102。回滞比较电路101分别与信号放大电路204和逻辑保护电路102连接，逻辑保护电路102与加热控制器201连接。回滞比较电路101设定第一阈值和第二阈值，第一阈值大于第二阈值。回滞比较电路101根据温度信号与第一阈值及第二阈值的比较结果，并通过逻辑保护电路102控制加热控制器201，以使加热器202启动加热或停止加热。温度保护电路100具备温度控制功能，使加热器202能保持在一个合适的温度范围。
46.较佳地，在加热器202加热过程中，若回滞比较电路101对温度信号的处理结果小于第一阈值，回滞比较电路101通过逻辑保护电路102控制加热控制器201，以使加热器202维持加热。若温度信号的处理结果大于等于第一阈值，回滞比较电路101通过逻辑保护电路102控制加热控制器201，以使加热器202停止加热。在停止加热后，加热器202温度持续下降，若温度信号的处理结果小于等于第二阈值，回滞比较电路101通过逻辑保护电路102控制加热控制器201，以使加热器202启动加热。
47.较佳地，参考图1，加热装置还包括微控制器205、继电器206和模数转换器207。微控制器205通过继电器206控制加热控制器201，模数转换器207将温度信号转换为数字信号并发送到微控制器205。微控制器205设定第三阈值和第四阈值，第三阈值大于第四阈值。微控制器205比较温度信号与第三阈值及第四阈值，根据比较结果，微控制器205通过继电器206控制加热控制器201，以使加热器202进行加热或停止加热。
48.由上可知，微控制器205具备温度保护功能。在加热器202加热过程中，若温度信号
小于第三阈值且大于第四阈值，微控制器205通过继电器206控制加热控制器201，以使加热器202维持加热。若温度信号大于等于第三阈值，微控制器205通过继电器206控制加热控制器201，以使加热器202停止加热。若温度信号小于等于第四阈值，微控制器205通过继电器206控制加热控制器201，以使加热器202启动加热。
49.较佳地，第一阈值大于第三阈值。容易理解的，加热器202在加热过程中，温度持续上升，由于第一阈值大于第三阈值，在常规情况下，当温度到达第三阈值时，微控制器205执行温度控制，加热器202停止加热。加热器202温度逐渐下降(无法达到第一阈值)，当温度到达第四阈值时，微控制器205执行温度控制，加热器202启动加热，加热器202的温度上升。实际上，在加热器202持续加热过程中，只要微控制器205不发生故障时，加热器202的温度应当保持在第三阈值和第四阈值之间。具体来说，如果微控制器205正常工作，温度保护电路100的逻辑保护电路102的输出为低电平，在不触发第一阈值的情况下，逻辑保护电路102输出始终保持低电平，即使加热器202温度下降到第二阈值。因此，在微控制器205正常工作的情况下，温度保护电路100功能被屏蔽。除非温度到达过第一阈值触发逻辑保护电路102的输出为高电平，之后温度降落到第二阈值会触发逻辑保护电路102变为低电平；如果温度没有到达过第一阈值，逻辑保护电路102输出始终保持低电平，而无论温度是否触及第二阈值。
50.较佳地，逻辑保护电路102与继电器206连接。当微控制器205和/或模数转换器207发生故障，无法执行温度保护，则温度保护电路100的功能被激活。在加热器202加热过程中，若温度信号大于等于第一阈值，回滞比较电路101通过逻辑保护电路102控制继电器206断开，以使加热器202停止加热。若温度信号小于等于第二阈值，回滞比较电路101通过逻辑保护电路102控制继电器206闭合，以使加热器202启动加热。实际上，逻辑保护电路102可以分别与继电器206和加热控制器201连接，使继电器206开闭或直接控制加热控制器201来达到控制加热器202开闭的目的。
51.图2示出了本实用新型一个实施例的回滞比较电路101的电路图。如图所示，回滞比较电路101包括比较器105、基准电压产生电路103和温度信号电路104。其中，基准电压产生电路103包括电阻r4和电阻r5，电阻r4的一端接入外部电压v1，电阻r4的另一端接入电阻r5的一端，电阻r5的另一端接地，电阻r4的另一端形成基准电压v3，基准电压v3接入比较器105的负向端。温度信号电路104包括电阻r1、电阻r2和电阻r3，电阻r3的一端接入外部电压v2，另一端接入比较器105的输出端。电阻r2的一端与电阻r1的一端连接，电阻r2的另一端接入比较器105的输出端，电阻r1的另一端接入信号放大电路204的输出端，形成电压vi，电阻r1的另一端形成电压v4，接入比较器105的正向端，比较器105的输出端电压vo。电阻r1～r5的电阻值对应为r1～r5。
52.当温度低于第一阈值，电压vi较小。电压v4小于电压v3，比较器105的正向端小于负向端。基准电压v3＝v1*r5/(r4 r5)，输出端电压vo相当于接地，电压v4＝vi*r2/(r1 r2)，输出端电压vo为低电平，使加热器202保持加热状态。
53.加热器202的温度持续上升，当温度达到第一阈值，电压v4大于等于电压v3，输出端电压vo相当于接上拉电阻r3，电压v4＝(vi*(r2 r3) v2*r1)/(r1 r2 r3),输出端电压vo＝(vi*r3 v2*(r1 r2)/(r1 r2 r3)，比较器105的正向端大于负向端，输出端电压vo为高电平，回滞比较电路101通过逻辑保护电路102控制加热控制器201，以使加热器202停止加热。
54.加热器202在停止加热后加热器202的温度持续下降，当温度降低到第二阈值，电压vi较小。当电压v4小于等于电压v3，比较器105的正向端小于负向端，输出端电压vo为低电平，回滞比较电路101通过逻辑保护电路102控制加热控制器201动作，以使加热器202启动加热。
55.较佳地，电阻r2由若干电阻串联，电阻r3由若干电阻串联，电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4和电阻r5的电阻值可调。通过电阻值的调整，来实现第一阈值和第二阈值的设定，使温度保护电路100实现温度保护功能。
56.图3示出了本实用新型一个实施例的逻辑保护电路102的电路图。如图所示，逻辑保护电路102通过两个与门来实现。电压v5是回滞比较电路101的输出，heater_ctrl_0和relay_ctrl_0是微控制器205的信号控制输出，heater_ctrl和relay_ctrl是实际控制信号输出。当电压v5是高电平时，逻辑保护电路102的控制信号输出锁死为低电平，触发加热器202停止加热。当电压v5是低电平时，控制信号输出恢复，触发加热器202启动加热或者根据微控制器205的指令工作。
57.图4示出了本实用新型一个实施例的信号放大电路204的电路图。该信号放大电路204包括电阻r7、电阻r8和一个比较器。电阻r7和电阻r8的电阻值为r7和r8。信号放大电路204的输出v7＝v8 v9*r8/r7。
58.本领域技术人员可显见，可对本实用新型的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本实用新型的精神和范围。因此，旨在使本实用新型覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本实用新型的修改和变型。