CN1300386A - 多点数字温度控制器 - Google Patents

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R·巴塔纳加
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1917—Control of temperature characterised by the use of electric means using digital means

Abstract

本发明涉及一种电子恒温控制单元,它包括连接到A－D转换器(3)的线性温度感测元件(1)、灵敏度和偏移校正数字电路(4)、数字比较器(5,6)、数字噪声滤波器(7,8)、控制锁存器(9)、输出驱动和保护电路(10)和固态开关(11)以产生应用以电位器(12)的模拟输入形式或应用存储在非易失性存储器中的校准和控制数据的开关的数字形式的用户输入的所需输出,和用于显示所感测的或用户设定的温度的显示单元(18)。本发明进一步涉及应用许多所说的电子恒温控制单元(40—44)与逻辑电路、中央控制单元(71)、系统定时器和起动继电器电路一起实现特定功能。还示出了以专用集成电路(ASIC)(32)的形式实施本发明以降低尺寸和成本。

Description

多点数字温度控制器
本发明涉及一种电子数字恒温控制单元和它在制冷/加热系统以及其它的系统比如汽车工业中的多点温度控制器中的应用。
在制冷/加热系统中的电子控制器主要包括简单的恒温器、马达起动继电器和控制马达的过载保护器。更大型号的控制器中还并入了控制电子加热器(为了自动地进行除霜)的简单逻辑元件和定时器。一些昂贵的型号的控制器包括控制鼓风机/气流叶片的一个或多个螺线管或马达以自动控制在设备的附加隔室中的温度。
测量和控制在恒温器中的温度的常规装置包括：
ⅰ气体/液体填充的毛细管，应用在该毛细管中随温度变化的气体/液体的膨胀/收缩来测定/控制温度。
ⅱ双金属元件，通过在该双金属元件中热膨胀系数相差很大的两种金属的双金属条的挠曲或变形测定它所感测的温度。
ⅲ机械膜盒，该机械膜盒受到膨胀的气体/液体的机械挤压，而该机械膜盒移动机械触点并按照确定的“设定”值起动电子电路。
ⅳ挠曲的双金属片本身移动控制电子电路的机械开关。
这些常规的方法/装置具有如下的缺点：
a．感测温度不精确和不充分
b．可靠性低
在已有的技术中还公开了模拟的恒温单元，例如参见美国专利US3666973、US4119835、US4137770、US4290481、US4638850、US5520327、US5528017和US5592989。然而，它们都具有如下的不足：
ⅰ)易于随温度和时间漂移
ⅱ)由于部件值和特性的容许偏差的影响单元之间的性能各异
ⅲ)对噪声灵敏
应用硅二极管检测温度是一种公知技术，例如参见美国专利US4137770，在该专利中在桥接电路中应用正向偏压的硅二极管感测温度。在这篇美国专利中所描述的模拟恒温器仅适合于固定的温度而不适于变化的温度。此外，在一定的温度范围上校准应用硅二极管感测温度的仪器存在困难。在所说的美国专利中这些限制都没有指出来。
还可以应用电子数字恒温器。例如在如下的美国专利中都描述了这样的恒温器：US5329991、US5107918、US4948044、US4799176、US4751961和US4669654。然而，这些电子数字恒温器应用昂贵的温度传感器比如热敏电阻、热电偶或铂电阻温度计。这些传感器要求复杂且昂贵的接口电路。这就使得这些恒温器除了应用在最昂贵型的制冷器中以外在其它的所有应用领域中都是不能接受的。此外，当这些恒温器与常规的起动继电器、过载保护器、除霜定时器等一起使用时电子恒温器的许多优点(比如提高了运行的可靠性)都不能有效地实现。迄今已经证明，以等效的电子元件替代这些元件中每个元件或提供节能或其它有益于最终用户的功能仅在最昂贵型的制冷设备中在经济上才是可行的。
通常过载保护机构基于如下的一种机构：
a．双金属元件，在该双金属元件中通过热膨胀系数相差很大的两种金属的双金属条的挠曲或变形测定它所感测的温度。双金属条的机械尺寸和截面决定了该热的金属条产生反应以执行过载保护的功能的温度。
b．正温度系数(PTC)电阻元件，在超过一定的“阈值”温度后该电阻元件的电阻值随着温度的增加急剧地增加，因此该电阻元件能够有效地将在该电路中的电流降低为一个很小的数值。
所有的这两种方法都有缺陷。双金属过载保护器是一种机械移动部件，这种部件每次在断开电路时都受到电弧放电，不但产生电干扰同时还导致触点腐蚀。
PTC电阻元件类似地暴露在恒定的热冷循环中，这种热冷循环产生热应力并且还降低可靠性。同时，需要PTC的电特性和温度特性与载荷匹配，以便产生正确的电性能。由于将PTC特性与载荷特性精确地匹配的可能性极小，因此这种要求限制了灵活性并最好依据有效性进行折中。
类似地，实现这种起动继电器的常规的方法和存在的相应的问题有：
a．应用常规的机械继电器，这种机械继电器存在电弧放电的标准问题并降低应用移动机械触点来通/断电路的可靠性。
b．应用正温度系数(PTC)电阻元件，这种电阻元件在应用PTC元件进行过载保护的过程中会遇到同样的问题。
在制冷系统中的通常的除霜定时器是一种电机的或机动化定时器机构。由于它具有经常的移动机械部件和电弧放电触点，它的可靠性十分有限。除了上面所列的问题外，已经证实在制冷系统中的常规的电控制是笨重的，甚至在实现多区温度控制功能方面是昂贵的，而在较大的制冷系统中这种多区温度控制功能又是所需的。实际上，应用这种控制机构提供能够节能或提供对最终的用户有用的一些所需的功能是不切合实际的。
本发明的目的是克服上述的缺陷，提供一种节省成本并且操作安全可靠的电子数字恒温器。
本发明的进一步的目的是通过应用所说的电子数字恒温器实现一种单个多点小型电子控制单元，这种电子控制单元克服了上述的所有的缺陷并且具有当前的昂贵的电子控制器所具有的优点，且成本低。
为实现所说的目的本发明提供一种电子数字恒温控制单元，该电子数字恒温控制单元包括：
-线性温度感测元件，
-驱动所说的线性温度感测元件的恒流源，
-将所说的恒流源的输出连接到模拟数字转换器以产生数字输出，
-将所说的数字输出连接到应用存储在非易失性存储器中的校准数据来校准传感器的灵敏度和偏移值的电路，
-将经校准的输出连接到至少一个数字比较器的一个输入，而数字比较器的其它输入从所说的非易失性存储器或可变化的控制装置中接收数字基准值，
-应用数字噪声滤波器对所说的比较器的输出进行滤波以消除乱真输出，为起动在进行温度校正的消费品/工业品中的这种装置，将该输出存储在控制锁存器中以便在任何时候只要当数字比较器的输出为“真”时设置/重新设置控制锁存器的输入。
所说的线性温度感测元件是一种电阻温度检测器，所说的电阻温度检测器是铂或镍。在本发明中的所说的线性温度感测元件能够感测高达650℃的温度。
该线性温度感测元件可以是一种能够产生线性电流或电压信号输出的温度感测半导体芯片或线性化的热敏电阻。
所说的锁存器的输出连接到输出驱动和保护电路，该保护电路连续地监测载荷状况，如果在所说的消费品/工业品中碰到过载的情况，该保护电路就停止驱动固态开关。这些过载情况是指热过载、过电流和接通起动电流的情况。因此，输出驱动和保护电路包括热保护电路、过电流保护电路和“软起动”电路。热保护电路监测载荷的温度，而过电流保护电路通过测定AC电流信号超过编程的过载DC基准值的周期来监测载荷引起的电流，在接通的初始时期软起动电路有效地降低到载荷的起动电压，因此在马达和加热器载荷的情况下降低了在载荷上产生的起动电流压力。
温度显示单元连接到所说的数字比较器的一个输入端，该数字比较器从灵敏度和偏移校正电路的输出中接收它的输入，选择开关能够有选择地显示所感测的温度或来自电位器/开关的数字化输出的基准值。
可变化的控制装置与模拟数字转换器串联以改变通过多路器输送到数字比较器的基准数字值以调整温度控制的极限。所说的可变化的控制装置是一种电位器或开关，这种电位器或开关连接到开关防抖动电路(switch debounce circuit)和数字计数器以消除乱真的开关转换信号并使数字计数器递增/递减，计数器的输出连接到数字多路器的输入以确定来自电位器/开关的用户控制信号或来自非易失性存储器的恒定值作为数字比较器的基准值使用。
通过开关防抖动电路的选择开关的信号控制着数字多路器的输出。
所说的数字比较器将所感测的经校正的温度与基准值进行比较，产生“真/假”输出，以在通过噪声滤波器滤波之后设定/重新设定控制锁存器以消除乱真输出。
一个数字比较器从非易失性存储器中接收固定的基准值，而其它的数字比较器根据选择开关所切换的开关档的状态从非易失性存储器或从用户可改变的控制装置中接收它的基准值。
用于给电子数字恒温控制单元输电的电源优选由后接有钳压装置、整流器和滤波网络的低损耗容性电压下降网络组成以提供DC电压。所说的DC电源提供3-6伏的范围的输出。
时钟振荡器连接到电子数字恒温控制单元的每个电路以给每个电路的操作提供时序信号。所说的时钟振荡器为运行频率在4-8兆赫兹范围的石英钟振荡器。
除了传感器、用户可改变的控制电位器/开关、选择开关、温度显示单元和固态开关以外，整个控制电路以一种定制的专用集成电路(ASIC)实现以提供一种规模小成本效率合算的恒温器。
在其它的实施例中，在一个实施例中所说的ASIC不包括非易失性存储器、时钟电路和电源以便能够提供一种具有更大存储容量的非易失性存储器以便存储温度数据和用于不同类型和大小的显示器的接口程序，在其它的实施例中进一步不包括输出驱动电路和保护电路以有利于应用更高功率的固态开关或能够在多点应用系统中灵活地进行控制。
为实现第二目的本发明提供一种电子多点温度控制单元，该电子多点温度控制单元包括：
-如上所描述的具有公共的非易失性存储器的许多电子恒温控制单元，该非易失性存储器存储基准和校准数据以用于控制在制冷/加热系统中的所需数量的位置上控制温度，其中：
-所说的电子恒温器设备的控制锁存器单元的输出连接到逻辑电路，该逻辑电路应用分别存储在电子恒温单元的非易失性存储器中数据有选择性地将该输出连接到一个或多个输出驱动和保护电路，所说的输出驱动和保护电路通过固态开关驱动和监测载荷，
-如下连接的中央控制单元：
ⅰ根据电子恒温控制单元的输出并结合来自电位器或数字计数器所接收的用户控制输入以及所发生的故障情况，连接到电子恒温控制单元的控制锁存器单元的所说的每个输出和用于使电子恒温控制单元起动或停止的所说的驱动和保护电路的输入和所说的驱动和保护电路的输出，
ⅱ连接到一种系统定时器单元，该系统定时器单元在特定运行模式中产生时序信号以使一个或更多个驱动和保护电路起动或停止，
ⅲ连接到一种起动继电器电路，在要接通所说的载荷时该起动继电器电路产生用于控制一个或更多个驱动和保护电路所需的信号。
任何一个或更多个输出驱动和保护电路都包括热保护电路、过电流保护电路和“软起动”电路，热保护电路监测载荷的温度，而过电流保护电路通过测定AC电流信号超过编程的过载DC基准值的周期监测载荷引起的电流，软起动电路在接通的初始时期有效地降低到载荷的起动电压，因此在马达和加热器载荷的情况下降低了在载荷上产生的起动电流压力。
所说的中央控制单元是一种执行特定的功能的逻辑电路，例如在制冷器中自动除霜和快速冷冻和在加热系统中定时循环加热。对中央控制单元和非易失性存储器进行编程以使其根据用户的要求控制电子恒温控制单元和多点温度控制器的每个部件的功能。
显示单元连接到一个所说的电子恒温控制单元的的输出以显示温度。
通过开关防抖动电路和数字计数器将至少一个开关连接到所说的中央控制单元的输入以提供要求运行所说的电子多点温度控制单元的用户控制信号。
除了电子恒温控制单元的传感器、用户可改变的控制开关、选择开关、温度显示单元、电源和固态开关以外，整个控制电路以一种定制的专用集成电路(ASIC)实现以提供一种规模小成本效率合算的电子多点温度控制单元。
在其它的实施方式中，所说的ASIC不包括非易失性存储器、时钟电路和电源以便能够提供一种具有更大存储容量的非易失性存储器以便存储温度数据和不同类型和大小的显示器的接口程序。
现在参考附图描述本发明：
附图1所示为依据本发明应用电位器以改变温度控制值的电子数字恒温控制单元。
附图1(a)所示为在电子数字恒温控制单元中的输出驱动和保护电路。
附图2所示为应用开关来改变温度控制值的电子数字恒温控制单元的变型实施例。
附图3所示为给电子恒温单元提供功率的变压器型小功率源。
附图4所示为电子恒温控制单元的应用。
附图5所示为一种实施例，在该实施例中除了传感器、用户可改变的控制电位器/开关、选择开关、温度显示单元和固态开关以外，整个控制电路以一种定制的专用集成电路(ASIC)实现。
附图6所示为ASIC形式的变型实施例，在该实施例中非易失性存储器、时钟振荡器和DC电源都在ASIC的外部。
附图7所示为ASIC形式的另一个实施例，在该实施例中非易失性存储器、时钟振荡器、DC电源和输出驱动和保护电路都在ASIC的外部。
附图8所示为应用5个电子恒温控制单元并具有公共的非易失性存储器的电子多点温度控制单元。
附图8(a)所示为在电子多点温度控制单元中的输出驱动和保护电路。
附图9所示为电子多点温度控制单元在具有3个分离的隔室的制冷器中的应用。
附图10所示为电子多点温度控制单元在咖啡自动贩卖机中的应用。
附图11所示为一种实施例，在该实施例中除了传感器、开关、DC电源、固态开关和显示单元以外，整个电路以一种专用集成电路(ASIC)实现。
附图12所示为一种实施例，在该实施例中除了电子恒温控制单元的传感器、开关、DC电源、固态开关、非易失性存储器和显示单元以外，整个电路以一种专用集成电路(ASIC)实现。
现在参考附图1和1(a)，部件(1)所示为线性温度感测元件。恒流源(2)对所说的传感器(1)提供一种偏流。传感器(1)的信号是一种随着温度线性地降低的模拟DC电压信号，通过模拟数字转换器(3)将该信号转化为数字形式。通过用于传感器偏移和灵敏度校正的灵敏度和偏移校正数字电路(4)调整该数字输出，灵敏度和偏移校正数字电路(4)从非易失性存储器(19)中接收数字形式的校正系数数据。将这种数字输出施加到数字比较器(5&6)。每个数字比较器在它的输入端接收数字基准值同时从灵敏度和偏移校正数字电路(4)中接收的数字值。数字比较器(5)从非易失性存储器(19)接收固定值，而另一个的数字比较器(6)根据选择开关(16)的接通/断开状态从非易失性存储器(19)或用户可改变的控制装置(12)中接收它的基准值。在这种情况下用户控制的可变装置是一种电位器(12)，来自该电位器的DC电压输送到模拟数字转换器(14)，以将该DC电压转换为适合于数字比较器(6)的数字值。恒流源(13)驱动电位器(12)以确保输出不受电源波动的影响。模拟数字转换器(14)的输出输送到数字多路器(15)，该数字多路器(15)确定是来自电位器的用户控制信号还是来自非易失性存储器的恒定值用作数字比较器(6)的“切断”基准。数字多路器(15)接收它的来自与选择开关(16)连接的开关防抖动电路(17)的输出的控制输入。两数字比较器(5,6)的输出通过数字噪声滤波器(7,8)以消除乱真输出，然后将施加到控制输出驱动和保护电路(10)的控制锁存器(9)的输入端。包括“软起动”电路(10A)、热过载保护电路(10B)和过流保护电路(10C)的输出驱动和保护电路(10)驱动固态开关(11)以起动在消费/工业设备中的相关装置以校准温度并使在马达和加热器载荷的情况下在载荷上产生的起动电流压力最小并保护过热和电流过载的情况。灵敏度和偏移校正数字电路(4)的输出还用于在显示单元(18)上显示所感测的温度。如在附图1中所示，时钟电路(20)和电源(21)都连接到整个电路中。
在附图2中，用户可改变的控制信息源自开关(22)而不是来自电位器(12)。来自开关(22)的信号输送到开关防抖动电路(23)，该开关防抖动电路(23)在每次开关压下时给数字计数器(24)输送一个脉冲，数字计数器(24)通过数字多路器(15)提供输送到数字比较器(6)的所选择的控制极限值，数字多路器(15)确定是数字计数器(24)的输出还是来自非易失性存储器(19)的固定值输送到数字比较器(6)的输入中。数字多路器(15)从与选择开关(16)连接的开关防抖动电路(17)的输出中接收它的控制输入。
附图3所示为用于给电子数字恒温控制单元提供功率的电压在3至6伏的变压器型小功率源(21)。具有钳压的齐纳二极管(26)的容性降压网络(25)将输入的较高的AC电压降低到较低的值。然后通过二极管(27)对这种较低的AC电压值进行整流，然后通过电容器(28)进行滤波以得到输送到该电路的较低电压的DC电源。
附图4所示为电子数字恒温控制单元的应用。将传感器元件(1)放置在设备(29)的里面，控制该设备(29)的温度(例如在消费商品方面有制冷器或在工业/汽车应用系统方面有发动机冷却剂箱体)。传感器(1)距离电子数字恒温控制单元(30)较遥远的位置。类似地，装置(31)也位于较遥远的位置，该装置(31)是由电子数字恒温控制单元起动以对压缩机马达(应用在制冷器中的情况下)或散热冷却风扇/冷却泵(应用在气冷或水冷的发动机的情况下)进行温度校正。
附图5所示为以定制的专用集成电路(ASIC)(32)的形式实现的电子数字恒温控制单元，该电子数字恒温控制单元不但很小而且成本效率合算。传感器(1)连接到ASIC。类似地，固态开关(11)也连接到ASIC的输出。选择“切断”温度和控制极限的设置的两个开关(16,22)也独立地连接到ASIC(32)。显示单元(18)直接连接到ASIC(管脚)并通过它分别地驱动。
附图6所示为应用ASIC(33)另一个实施例，在该实施例中非易失性存储器(19)、时钟振荡器(20)和电源(21)都在ASIC的外部以便提供具有更大存储容量的非易失性存储器和用于不同类型和大小的显示器的接口。更大容量的非易失性存储器(19)允许存储更多的温度数据。
附图7所示为以ASIC(34)形式的电子数字恒温控制单元的另一个实施例，其中输出驱动和保护电路(10)也连接在外部以有利于应用更高功率的固态开关，这种固态开关要求比单芯片的固态开关更大的驱动电流。这就能够控制高得多的满负荷。
运行：
由线性温度传感元件(1)组成的传感器在由恒流源(2)提供的恒定电流偏移下产生与所感测的温度的增加成正比例地降低的DC电压。这种DC电压输送到模拟数字转换器(3)的输入中。模拟数字转换器产生等于在其输入点输入的DC电压的数字输出。然后将这种数字输出输送到灵敏度和偏移校正数字电路(4)的输入端中，灵敏度和偏移校正数字电路(4)应用校正系数校正它的传感器偏移和灵敏度，该系数是灵敏度和偏移校正数字电路(4)以数字形式从非易失性存储器(19)中接收的。这就得到了经校准的所感测的温度值。
将这种经校准的感测的温度值施加到每个数字比较器(5,6)的一个输入中。数字比较器(5)在它的其它的输入点上从非易失性存储器(19)接收固定的“基准”值。将从灵敏度和偏移校正数字电路(4)中接收到的经校正过的所感测的温度值与通过数字比较器(5)得到的“基准值”相比较并产生“真/假”输出。数字比较器(5)的输出输送到数字噪声滤波器(7)以便消除乱真输出。从数字噪声滤波器(7)的经滤波的输出施加到控制锁存器(9)的“复位”输入。因此只要数字比较器(5)的输出为“真”则使控制锁存器的输入复位。
另一个数字比较器(6)根据切换开关档的选择开关(16)的状态从非易失性存储器(19)或用户可改变的控制装置(12)中接收它的基准值。在这种情况下用户控制的可变化装置是一种电位器(12)，来自该电位器的DC电压输送到模拟数字转换器(14)，该模拟数字转换器(14)将该DC电压转换为适合于数字比较器(6)的数字值。恒流源(13)驱动电位器(12)以确保输出不受电源波动的影响。模拟数字转换器(14)的输出输送到数字多路器(15)，该数字多路器(15)确定是来自电位器(12)的用户控制信号还是来自非易失性存储器的恒定值用作数字比较器(6)的基准。
这里用户控制是从开关(22)中输入而不是从电位器(12)中提供(参见附图2)，开关信号首先通过开关防抖动电路(23)以消除乱真的开关转换信号，然后用于递增/递减数字计数器(24)。然后将数字计数器(24)的输出施加到数字多路器(15)的输入中，该数字多路器(15)确定是来自开关(22)的用户控制信号还是来自非易失性存储器(19)的恒定值作为数字比较器(6)的“基准”值。
在经开关防抖动电路(17)处理消除了乱真的开关转换信号之后，数字多路器(15)的输出受来自选择开关(16)的信号控制。数字比较器(6)将经校准的所感测温度值与基准值进行比较并产生“真/假”输出，该“真/假”输出用于在通过数字噪声滤波器(8)进行滤波消除了乱真输出之后设定控制锁存器(9)。
控制锁存器(9)输出起动/停止输出驱动和保护电路(10)的数字信号。输出驱动和保护电路(10)产生需要驱动固态开关(11)的信号以起动在消费/工业器具中的相关的装置以校正温度。包含有热过载保护电路(10B)和电流过载保护电路(10C)的输出驱动和保护电路(10)连续地监测载荷状况，如果出现热或电流过载情况则停止驱动固态开关(11)。输出驱动和保护电路还包括在接通的初始时期有效地降低到载荷的起动电压的“软起动”电路(10A)，由此在马达或加热器载荷情况下降低了在载荷上所产生的起动电流压力。
灵敏度和偏移校正数字电路(4)的输出还用于在显示单元(18)上显示所感测的温度。连接到显示单元(18)的输入的选择开关(未示)也能够有选择地显示任一所感测的温度，如由灵敏度和偏移校正数字电路(4)的输出所示的温度或通过数字多路器(15)的输出的信号所确定的用户选择的基准温度。基于在4-8兆赫兹的频率范围中的石英晶体振荡器的时钟振荡电路(20)产生运行每个电路块所需的所有时序信号，而电源(21)给电子数字恒温控制单元的每个电路块输送所要求的电压和电流。
在附图8和8(a)中，所示为电子多点温度控制单元，其中元件(35)至(39)所示为单线性温度感测元件传感器，该传感器连接到具有公共的非易失性存储器(75)的电子恒温控制单元(40)至(44)，该非易失性存储器(75)存储基准和校准数据。电子恒温控制单元的控制锁存器单元的输出都连接到逻辑电路(45)，该逻辑电路应用分别存储在所说的非易失性存储器(75)中的数据有选择性地将这些输出连接到一个或多个输出驱动和保护电路(46至50)的输入中。每个输出驱动和保护电路的输出都输送到固态开关(51)至(55)，固态开关(51)至(55)接通/断开载荷(例如，制冷器压缩机马达、鼓风机、除霜加热器等)。任一个或多个输出驱动和保护电路包括“软起动”电路(46A)、热过载保护电路(46B)和过电流保护电路(46C)以使其具有如下功能：
-在接通的初始时期给载荷提供有效地降低的起动电压，由此降低在马达和加热器载荷的情况下在载荷上所产生的起动电流压力；
-防止出现热过载和电流过载的情况。
在故障状态以及在一定操作模式中(例如，在制冷器的情况下的“除霜”和“快速冷冻”模式)中央控制单元(71)有选择性地使电子恒温控制单元(40)至(44)和输出驱动和保护电路(46)至(50)起动或停止。
从位于该设备的控制面板上的一个或更多个开关(56)至(60)中接收用户控制信号。来自每个开关的信号通过开关防抖动电路(61)至(65)以消除乱真输出，然后用于更新数字计数器(66)至(70)。数字计数器的输出连接到中央控制单元(71)的输入并提供用户控制数据以控制电子多点温度控制单元的运行。系统定时器单元(72)的输出连接到中央控制单元(71)的输入并提供决定起动或停止电子恒温控制单元(40)至(44)和输出驱动和保护电路(46)至(50)的动作的信号，系统定时器单元(72)包含有具有如下特定功能的电子定时器：应用在制冷器中的情况中有自动除霜和“快速冷冻”、“开门报警”、“自动故障复位”等特征，或者应用在自动售咖啡机中的“添水定时器”、“添牛奶定时器”、“在预设时间自动打开”以及“在预设时间自动关掉”的功能。起动继电器电路块(73)包含有用于给双绕组电马达(比如制冷器设备的压缩机马达)的起动绕组输送时序信号的电路。这种信号通过中央控制单元(71)到达一个输出驱动和保护电路块。频率为4-8兆赫兹的时钟振荡器(74)用于提供操作电子多点温度控制单元的每个电路所需的时序信号。所说的时钟振荡器与应用在电子恒温器设备中应用的相同。非易失性存储器(75)用于存储所说的电子恒温控制单元和所说的逻辑电路所需的所有的控制和校准数据。电源(76)用于给电子多点温度控制单元提供能源。所说的电源连接到该设备的所有的内部块上并与在电子恒温控制单元中所应用的电源相同。在一个电子恒温控制单元的输出上提供有显示单元(77)。对中央控制单元和非易失性存储器进行编程使其能够根据用户的要求控制电子恒温器设备和多点温度控制器的每个部件的功能。附图9所示为在应用5个电子恒温控制单元和5个输出驱动和保护电路的三分区型制冷器(78)中的电子多点温度控制单元的应用。位于三个分区中的每个分区中的三个温度传感器(79)至(81)测量在每个分区中环境温度。此外，位于压缩机(84)的壳体中的第四传感器(82)监测压缩机的温度以提供热过载保护的功能。在除霜周期中放置在除霜加热器元件(85)附近的第五传感器(83)能够进行精确的温度控制。每个电子恒温控制单元监测在它所在的隔室的中的温度，并将该温度与指定的“切断”和“接通”温度相比较，对于所说的隔室只要当所监测的温度超过“接通”极限时就起动它的相应的输出驱动和保护电路，而当所监测的温度超过“切断”极限时则停止它。从5个固态开关(51)至(55)中的输出连接到压缩机马达“RUN”绕组、压缩机马达“START”绕组、除霜加热器元件、位于制冷器的一个隔室中的鼓风机#1(86)以及位于制冷器的另一个隔室中的鼓风机#2(87)。
附图10所示为在应用3个电子恒温控制单元和3个输出驱动和保护电路的自动售咖啡机(89)中的电子多点温度控制单元的应用。温度传感器(90)与容纳有咖啡水的不锈钢容器(91)相接触，当加热水时该传感器(90)测量水的温度。位于热水分配泵(94)和牛奶分配泵(95)的壳体上的第二(92)和第三传感器(93)监测泵的温度以便提供热过载保护。从三个固态开关(51)至(53)的输出连接到加热器(96)和所说的热水分配泵(94)和所说的牛奶分配泵(95)以监测所需的温度。
附图11所示为以定制的专用集成电路(ASIC)(97)形式的电子多点温度控制单元的实施例，在该实施例中没有包括电子恒温控制单元的传感器(35)至(39)、用户控制开关(56)和(60)、DC电源(76)以及固态开关(51)至(55)，以便提供一种非常小型且成本效率合算的方案。
附图12所示为应用ASIC(98)的电子多点温度控制单元的另一个实施例，在该实施例中电子恒温控制单元的传感器(35)至(39)、用户控制开关(56)至(60)、DC电源(76)以及固态开关(51)至(55)和非易失性存储器(75)都外部连接到该ASIC，以便提供一种具有更大的数据存储器和几种不同的类型和大小的显示器接口。
具有公共的非易失性存储器(75)的电子多点温度控制单元(40)至(44)监测所要控制温度的不同点的环境温度。来自所说的电子恒温控制单元的每个控制锁存器单元的输出连接到逻辑电路(45)，该逻辑电路(45)依据从所说的非易失性存储器(75)中所接收的数据有选择性地将他们连接到一个或多个输出驱动和保护电路(46)至(50)的输入中。每个电子恒温控制单元监测在它所在的隔室中的温度并将它与指定的“切断”和“接通”温度相比，只要当所监测的温度超过“接通”极限时就起动它的相应的输出驱动和保护电路，而当所监测的温度超过“切断”极限时则停止它。通过驱动和监测载荷(制冷/加热系统的鼓风机、压缩机、加热器、泵或电磁阀)的输出驱动和保护电路所说的输出驱动和保护电路(46)至(50)中的输出连接到固态开关(51)至(55)的输入上。任一个或多个输出驱动和保护电路(46)包括“软起动”电路(46A)、热过载保护电路(46B)和过电流保护电路(46C)以使其：
-在接通的初始时有效地降低到载荷的起动电压，由此降低在马达和加热器载荷的情况下在载荷上所产生的起动电流压力；
-防止出现热过载和电流过载的情况。
在通过消除寄生的转换信号的开关防抖动电路(61)至(65)和产生数字值的计数器(66)至(70)之后，中央控制单元(71)从开关(56)至(60)接收用户控制值。所说的中央控制单元还接收从系统定时器单元(72)以及从起动继电器电路(73)的输入，该系统定时器单元(72)从一个或多个内部定时器输送控制信号。当这些起动继电器电路(73)都接通时这些起动继电器电路(73)产生要求给马达“START”绕组输送定时的“ON”脉冲的信号。所说的中央控制电路基于它的输入信号的值产生每个电子恒温控制单元和输出驱动和保护电路的起动/停止控制信号，由此执行整个电子多点温度控制单元的操作以及应用特定的运行模式(例如，在制冷器的情况下的“除霜”和“快速冷冻”模式)所需的控制动作。

Claims (22)

1．一种电子数字恒温控制单元，其特征在于：
-线性温度感测元件，
-驱动所说的线性温度感测元件的恒流源，
-将所说的线性温度感测元件的输出连接到模拟数字转换器以产生数字输出，将所说的数字输出连接到应用存储在非易失性存储器中的校准数据来校准传感器的灵敏度和偏移值的电路，
-将经校准的输出连接到至少一个数字比较器的一个输入，而数字比较器的另一输入从所说的非易失性存储器或可变化的控制装置中接收数字基准值，
-应用数字噪声滤波器对所说的比较器的输出进行滤波，并将其存储在控制锁存器中以便根据数字比较器的输出设定/重新设定控制锁存器的输入。
2．一种如在权利要求1中所述的应用在消费产品/工业产品中的电子数字恒温控制单元，其中所说的控制锁存器的输出连接到输出驱动和保护电路以连续地监测载荷状况，如果在所说的消费产品/工业产品中出现过载的情况时停止驱动固态开关。
3．一种如在权利要求2中所述的电子数字恒温控制单元，其中所说的输出驱动和保护电路包括热保护电路、过电流保护电路和“软起动”电路，热保护电路监测载荷的温度，而过电流保护电路通过测定AC电流信号超过过载的编程的DC基准值的周期监测载荷引起的电流，软起动电路在接通的初始时期有效地降低到载荷的起动电压。
4．一种如前述任一权利要求所述的电子数字恒温控制单元，其中可改变的控制装置与模拟数字转换器串联。
5．一种如在权利要求4中所述的电子数字恒温控制单元，其中所说的可变化的控制装置是一种电位器或开关，这种电位器或开关连接到开关防抖动电路，所说的数字计数器或所说的电位器的输出连接到数字多路器的输入以确定来自开关/电位器的用户控制信号或来自非易失性存储器的恒定值作为数字比较器的基准值使用。
6．一种如前述任一权利要求所述的电子数字恒温控制单元，其中除了传感器、可变化用户控制的电位器/开关、选择开关、温度显示单元和固态开关以外，整个控制电路以一种定制的专用集成电路(ASIC)实现。
7．一种如在权利要求6中所述的电子数字恒温控制单元，其中所说的ASIC不包括非易失性存储器、时钟电路和电源。
8．一种如在权利要求6中所述的电子数字恒温控制单元，其中所说的ASIC进一步不包括输出驱动和保护电路。
9．一种如在权利要求1和8中的任一权利要求中所述的电子数字恒温控制单元，其中给电子数字恒温控制单元提供功率的电源优选由后接有钳压装置、整流器和滤波网络的低损耗容性电压下降网络组成以提供DC电压。
10．一种如在权利要求1和9中的任一权利要求中所述的电子数字恒温控制单元，其中温度显示单元连接到所说的数字比较器的一个输入端，该数字比较器从具有选择开关的灵敏度和偏移校正电路的输出中接收它的输入，该选择开关允许有选择地显示所感测的温度或来自可变化的输出控制的数字化输出中的基准值。
11．一种如在权利要求1中所述的电子数字恒温控制单元，其中所说的线性温度感测元件是一种能够感测高达650℃的温度的电阻温度检测器。
12．一种如在权利要求11中所述的电子数字恒温控制单元，其中所说的温度检测器是铂或镍。
13．一种电子多点温度控制单元，包括：
-如在权利要求1至12中的任一权利要求中所述的许多电子恒温控制单元以控制在制冷/加热系统和其它系统比如在汽车工业中的所需数量的位置上控制温度，该电子恒温控制单元具有存储基准和校准数据的公共的非易失性存储器，其中：
-所说的电子恒温器设备的控制锁存器单元的输出连接到逻辑电路，该逻辑电路有选择性地将该输出连接到应用分别存储在电子恒温器设备的非易失性存储器中数据的一个或多个输出驱动和保护电路，所说的输出驱动和保护电路通过固态开关驱动和监测载荷，
-如下连接的中央控制单元：
ⅰ根据电子恒温控制单元的输出和可变的控制装置所接收的用户控制输入的组合以及所发生的故障情况，连接到电子恒温控制单元的控制锁存器单元的所说的每个输出和用于使电子恒温控制单元起动或停止的所说的驱动和保护电路的输入和所说的驱动和保护电路的输出，
ⅱ系统定时器单元，该系统定时器单元在特定运行模式中产生时序信号以使一个或更多个输出驱动和保护电路起动/停止，和
ⅲ起动继电器电路，在要接通所说的载荷时该起动继电器电路产生用于控制一个或更多个驱动和保护电路的信号。
14．一种如在权利要求13中所述的电子多点温度控制单元，其中一个或多个输出驱动和保护电路包括热保护电路、过电流保护电路和“软起动”电路，热保护电路监测载荷的温度，而过电流保护电路通过测定AC电流信号超过过载的编程的DC基准值的周期监测载荷引起的电流，软起动电路在接通的初始时期有效地降低到载荷的起动电压。
15．一种如在权利要求13或14中所述的电子多点温度控制单元，其中中央控制单元是一种实现特定功能的逻辑电路，例如在制冷器中的自动除霜和快速冷冻和在加热系统中的定时的加热周期。
16．一种如在权利要求13或14或15中所述的电子多点温度控制单元，其中对所说的中央控制单元和非易失性存储器进行编程使其根据用户的要求控制电子恒温器设备和多点温度控制器的每个部件的功能。
17．一种如在权利要求13至16中所述的电子多点温度控制单元，其中时钟振荡器提供运行电子恒温控制单元的每个电路元件所需的时序信号。
18．一种如在权利要求13至17中任一权利要求所述的电子数字恒温控制单元包括连接到一个所说的电子恒温控制单元的输出的温度显示单元以通过选择开关显示所感测或基准温度。
19．一种如在权利要求13至18中的任一权利要求所述的电子多点温度控制单元，其中至少一个用户控制开关通过开关防抖动电路和数字计数器连接到所说的中央控制单元的输入以提供运行所说的电子多点温度控制单元所需的用户控制信号。
20．一种如在权利要求13至19中的任一权利要求所述的电子多点温度控制单元，其中除了电子恒温控制单元的传感器、用户可改变的控制开关、选择开关、温度显示单元和固态开关以外，控制电路以一种定制的专用集成电路(ASIC)实现。
21．一种如在权利要求20中所述的电子多点温度控制单元，其中所说的ASIC不包括非易失性存储器、时钟电路和电源。
22．一种如在权利要求20中所述的电子多点温度控制单元，其中所说的ASIC进一步不包括输出驱动和保护电路以有利于使用更高功率的固态开关。
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