一种加热器的温度控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及智能控制技术领域，更具体地说涉及一种加热器的温度控制系统。


背景技术：

2.现有的热传导治疗装置中主要由主机、与人体接触的治疗面、加热器以及温控器等部件所组成，热传导治疗装置通过保持治疗面的温度在小范围波动，以传导的方式将热能传递至与治疗面接触的人体局部)，用于缓解肌肉痉挛、粘液囊炎、肌腱炎、纤维性肌肉痛等病症。
3.热传导治疗装置一般配置有温度调节功能以及过热保护功能，根据相关国家标准及行业标准，热传导治疗装置需要配置有独立的二级温控功能，并且第二级温控动作时，需要切断输出且不可自动恢复，所谓“独立的二级温控功能”指的是第一级温控和第二级温控功能是相互独立的，并且第二级温控不受主机控制的情况下实现过热保护功能。传统的热传导治疗装置中主要是通过温度熔断器或温度保险丝予以实现二级温控功能，当热传导治疗装置超过规定值时温度熔断器或温度保险丝发生熔断，更换温度熔断器或温度保险丝，维修更换工作繁琐。为此本领域技术人员利用温控开关ts替代温度熔断器或温度保险丝，温控开关ts是一种能够根据环境的温度变化，在其内部发生物理形变，从而产生导通或者断开动作的一系列自动控制元件。上述方案虽然解决了温度熔断器或温度保险丝所带来的问题，但是同时还存在着另一个技术问题，就是热传导治疗装置发热部件与温控开关ts是串联的，因此现有的pwm调温方案会对温控开关ts状态检测带来影响，难以实现对温控开关ts状态检测功能，相应的主控模块难以根据温控开关ts状态作进一步的控制，因此并不能满足“不可自动恢复”功能。


技术实现要素：

4.为解决上述一个或多个技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种加热器的温度控制系统。
5.本实用新型为解决问题所采用的技术方案是：
6.一种加热器的温度控制系统，包括电源接口、主控模块、开关管k1、发热电阻ra、温控开关ts、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4以及三极管q1；
7.所述主控模块与所述开关管k1的栅极相连向所述开关管k1传输pwm驱动信号，所述开关管k1的源极与所述电源接口相连，所述开关管k1的漏极与所述发热电阻ra的一端相连，所述发热电阻ra的另一端通过所述温控开关ts与地端相连，所述电源接口与所述电阻r1的一端相连，所述电阻r1的另一端与所述开关管k1的漏极相连，所述开关管k1的漏极先后通过所述电阻r2以及所述电阻r3与地端相连，所述三极管q1的基极接在所述电阻r2与所述电阻r3的连接点，所述三极管q1的发射极与地端相连，所述三极管q1的集电极通过所述电阻r4与电源端相连，所述三极管q1的集电极与所述主控模块相连；
8.所述电阻r1的阻值至少为所述发热电阻ra的阻值的n倍，所述电阻r1的阻值至少需要满足当所述开关管k1关断且所述温控开关ts导通时，所述发热电阻ra的散热速度大于发热速度；
9.将所述电阻r2、所述电阻r3以及所述三极管q1的基极-发射极间的等效电阻所形成的连接电路定义为电阻网络，将所述电源接口的输入电压设定为u，将所述电阻r1的阻值设为r1，将所述电阻网络的等效电阻阻值设为rd，将所述发热电阻ra的阻值设定为ra，所述电源接口的输入电压u、所述电阻r1的阻值r1以及所述发热电阻ra的阻值ra满足以下关系式，u*ra/(r1+ra)＜1.2v，所述电源接口的输入电压u、所述电阻r1的阻值r1以及所述电阻网络的等效电阻阻值rd满足以下关系式，u*rd/(r1+rd)＞2v，其中v表示电压单位伏特。
10.作为上述技术方案的进一步改进，本技术方案还包括驱动模块，所述主控模块与所述驱动模块相连，所述驱动模块与所述开关管k1的栅极相连。
11.作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动模块包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8以及三极管q2，所述主控模块通过所述电阻r5与所述三极管q2的基极相连，所述三极管q2的发射极与地端相连，所述电阻r6的一端与所述三极管q2的基极相连，另一端与所述三极管q2的发射极相连，所述三极管q2的集电极通过所述电阻r7与所述开关管k1的栅极相连，所述电阻r8的一端与所述开关管k1的栅极相连，另一端与所述电源接口相连。
12.作为上述技术方案的进一步改进，本技术方案还包括二极管d1，所述二极管d1的正极接在所述发热电阻ra与所述温控开关ts的连接点，或者所述二极管d1的正极与地端相连，所述二极管d1的负极与所述开关管k1的漏极相连。
13.作为上述技术方案的进一步改进，本技术方案还包括温度采样模块，所述温度采样模块与所述主控模块相连。
14.作为上述技术方案的进一步改进，所述温度采样模块包括温度传感器、运算放大器u1、运算放大器u2、电阻r9、电阻r10、电阻r11以及电容c1，所述温度传感器通过所述电阻r9与所述运算放大器u1的同相输入端相连，所述运算放大器u1的同相输入端通过所述电容c1与地端相连，所述运算放大器u1的反相输入端与所述运算放大器u1的输出端相连，所述运算放大器u1的输出端与所述运算放大器u2的同相输入端相连，所述运算放大器u2的反相输入端通过所述电阻r10与地端相连，所述运算放大器u2的反相输入端通过所述电阻r11与其输出端相连，所述运算放大器u2的输出端与所述主控模块相连。
15.本实用新型的有益效果是：本技术方案中在现有的pwm温度控制电路的基础上，设置检测温控开关ts通断状态的检测支路，该支路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4以及三极管q1，本技术方案中电阻r1的阻值至少为发热电阻ra的阻值的n倍，减少电阻r1与发热电阻ra连接支路的电流，电阻r1的阻值至少需要满足当开关管k1关断且温控开关ts导通时，发热电阻ra的散热速度大于加热速度，电阻r1的阻值r1以及发热电阻ra的阻值ra满足关系式u*ra/(r1+ra)＜1.2v，电阻r1的阻值r1以及电阻网络的等效电阻阻值rd满足关系式u*rd/(r1+rd)＞2v，从而实现当温控开关ts从连通状态改变为断开状态且pwm驱动信号为低电平时，三极管q1能够从截止状态改变为导通状态，三极管q1的集电极能够从输出高电平转变为输出低电平，主控模块通过检测三极管q1的集电极的输出电平即可实现温控开关ts通断状态的检测功能，便于主控模块根据温控开关ts通断状态做进一步控制。
附图说明
16.下面结合附图说明和具体实施方式对本实用新型做进一步解释说明。
17.图1是本实用新型的电路原理图；
18.图2是本实用新型的主控模块示意图。
具体实施方式
19.本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
20.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
21.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所述技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
22.参照图1和图2，本技术公开了一种加热器的温度控制系统，该控制系统主要应用于热传导治疗装置，其第一实施例，包括电源接口、主控模块、开关管k1、发热电阻ra、温控开关ts、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4以及npn型的三极管q1；
23.所述主控模块与所述开关管k1的栅极相连向所述开关管k1传输pwm驱动信号，所述开关管k1的源极与所述电源接口相连，所述开关管k1的漏极与所述发热电阻ra的一端相连，所述发热电阻ra的另一端通过所述温控开关ts与地端相连，所述电源接口与所述电阻r1的一端相连，所述电阻r1的另一端与所述开关管k1的漏极相连，所述开关管k1的漏极先后通过所述电阻r2以及所述电阻r3与地端相连，所述三极管q1的基极接在所述电阻r2与所述电阻r3的连接点，所述三极管q1的发射极与地端相连，所述三极管q1的集电极通过所述电阻r4与电源端相连，所述三极管q1的集电极与所述主控模块相连；
24.所述电阻r1的阻值至少为所述发热电阻ra的阻值的n倍，所述电阻r1的阻值至少需要满足当所述开关管k1关断且所述温控开关ts导通时，所述发热电阻ra的散热速度大于发热速度；
25.将所述电阻r2、所述电阻r3以及所述三极管q1的基极-发射极间的等效电阻所形成的连接电路定义为电阻网络，将所述电源接口的输入电压设定为u，将所述电阻r1的阻值设为r1，将所述电阻网络的等效电阻阻值设为rd，将所述发热电阻ra的阻值设定为ra，所述电源接口的输入电压u、所述电阻r1的阻值r1以及所述发热电阻ra的阻值ra满足以下关系式，u*ra/(r1+ra)＜1.2v，即保证所述温控开关ts连通且pwm驱动信号为低电平是所述三极管q1基极电压较低令其处于截止状态，所述电源接口的输入电压u、所述电阻r1的阻值r1以
及所述电阻网络的等效电阻阻值rd满足以下关系式，u*rd/(r1+rd)＞2v，即保证所述温控开关ts断开且pwm驱动信号为低电平时所述三极管q1基极电压较高令其处于导通状态。
26.需要说明的是，所述三极管q1的基极还可以通过一电阻接入到所述电阻r2与所述电阻r3的连接点，此时该电阻也需要并入到所述电阻网络中，计算所述电阻网络的等效电阻时也需要将其计入。如此类推在本实施例的电路基础上增加元器件时，需要把该元器件并入到所述电阻网络中，计算所述电阻网络的等效电阻时也需要将其计入。
27.本实施例中所述温控开关ts与所述发热电阻ra串联，实际应用中所述温控开关ts与所述发热电阻ra是设置在一起的以便于所述发热电阻ra向所述温控开关ts传导热量，当所述发热电阻ra温度较高时，所述温控开关ts从连通状态改变成断开状态，以此实现二级温控功能。
28.本实施例中所述主控模块向所述开关管k1传输pwm驱动信号使所述开关管k1不停地进行导通截止状态切换，pwm驱动信号占空比的不同导致了流经所述发热电阻ra电流有效值的不同。本实施例在此基础上设置检测所述温控开关ts通断状态的检测支路，该支路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4以及三极管q1，本实施例中所述电阻r1的阻值至少为所述发热电阻ra的阻值的n倍，而所述电阻r1与所述发热电阻ra是串联在所述电源接口与地端之间的，由于所述电阻r1的阻值大于所述发热电阻ra的阻值，因此至少可以满足当所述开关管k1关断且所述温控开关ts导通时，所述发热电阻ra的散热速度大于加热速度。此外本实施例中该检测支路主要用于检测所述温控开关ts的通断状态，本实施例通过以下设置予以实现，本实施例中所述电阻r1的阻值r1以及所述发热电阻ra的阻值ra满足关系式u*ra/(r1+ra)＜1.2v，所述电阻r1的阻值r1以及所述电阻网络的等效电阻阻值rd满足关系式u*rd/(r1+rd)＞2v，式中v表示电压单位伏特，从而在所述温控开关ts从连通状态改变为断开状态且pwm驱动信号为低电平时，所述三极管q1能够从截止状态改变为导通状态，所述三极管q1的集电极能够从输出高电平转变为输出低电平，因此所述主控模块通过检测所述三极管q1的集电极的输出电平即可实现所述温控开关ts通断状态的检测功能，便于所述主控模块根据所述温控开关ts通断状态做进一步控制。
29.进一步作为优选的实施方式，本实施例中具体还包括驱动模块，所述主控模块与所述驱动模块相连，所述驱动模块与所述开关管k1的栅极相连，其中所述驱动模块主要用于提高所述主控模块对所述开关管k1的驱动能力，提高所述开关管k1导通截止状态切换速度，避免所述开关管k1导通截止状态切换时间过长影响所述主控模块对所述发热电阻ra的温控控制准确度。
30.进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述驱动模块包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8以及npn型的三极管q2，所述主控模块通过所述电阻r5与所述三极管q2的基极相连，所述三极管q2的发射极与地端相连，所述电阻r6的一端与所述三极管q2的基极相连，另一端与所述三极管q2的发射极相连，所述三极管q2的集电极通过所述电阻r7与所述开关管k1的栅极相连，所述电阻r8的一端与所述开关管k1的栅极相连，另一端与所述电源接口相连。本实施例中通过所述三极管q2的设置提高了所述开关管k1栅极源极间电容的充放电电流强度，从而提高所述开关管k1导通截止状态切换速度。
31.进一步作为优选的实施方式，本实施例中具体还包括二极管d1，所述二极管d1的正极接在所述发热电阻ra与所述温控开关ts的连接点，或者所述二极管d1的正极与地端相
连，所述二极管d1的负极与所述开关管k1的漏极相连。本实施例中所述二极管d1主要用于作为放电器件使用，为电荷提供释放通道，避免来不及释放或无法释放的电荷对元器件造成损坏。
32.进一步作为优选的实施方式，本实施例中具体还包括温度采样模块，所述温度采样模块与所述主控模块相连。更具体地，本实施例中，所述温度采样模块包括温度传感器、运算放大器u1、运算放大器u2、电阻r9、电阻r10、电阻r11以及电容c1，所述温度传感器通过所述电阻r9与所述运算放大器u1的同相输入端相连，所述运算放大器u1的同相输入端通过所述电容c1与地端相连，所述运算放大器u1的反相输入端与所述运算放大器u1的输出端相连，所述运算放大器u1的输出端与所述运算放大器u2的同相输入端相连，所述运算放大器u2的反相输入端通过所述电阻r10与地端相连，所述运算放大器u2的反相输入端通过所述电阻r11与其输出端相连，所述运算放大器u2的输出端与所述主控模块相连。其中所述运算放大器u1作为电压跟随器使用，所述运算放大器u2、所述电阻r10以及电阻r11组成放大器，该电压跟随器具有缓冲作用，同时由于其输入阻抗高，因此能够避免放大器对所述温度传感器输出的电压信号进行放大时造成失真，提高对所述发热电阻ra温度检测的准确度。
33.进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述主控模块包括：
34.设定单元，用于加热器的预设温度、第一温度差标准值以及第二温度差标准值，所述第一温度差标准值为大于零的数值，所述第二温度差标准值为小于零的数值；
35.差值计算单元，计算所述预设温度与所述温度采样模块采集的温度数据之间的差值；
36.第一控制单元，用于当所述差值大于所述第一温度差标准值时，控制所述主控模块输出到所述开关管k1的pwm驱动信号的占空比大于m％，在所述主控模块输出到所述开关管k1的pwm驱动信号的占空比大于m％的条件下，当所述开关管k1导通且所述温控开关ts导通时，所述发热电阻ra的发热速度大于散热速度；
37.第二控制单元，用于当所述差值小于所述第二温度差标准值时，控制所述主控模块输出到所述开关管k1的pwm驱动信号的占空比为零；
38.第三控制单元，用于当所述差值大于所述第二温度差标准值同时小于所述第一温度差标准值时，所述主控模块根据所述温度采样模块传输的数据采用pid算法控制输出到所述开关管k1的pwm驱动信号的占空比。
39.进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述第三控制单元包括将pwm驱动信号的占空比划分成65536个等级，将所述主控模块输出到所述开关管k1的pwm驱动信号的占空比等级设为u(t)，将所述预设温度与所述温度采样模块采集的温度数据之间的差值设为e(t)，pwm驱动信号的占空比等级u(t)与所述差值e(t)满足以下关系式，u(t)＝k[e(t)]+i[e(t)]+d[e(t)]，其中t表示时刻，k[e(t)]表示比例份额，k[e(t)]＝[e(t)+e(t-1)]/0.1*k，参数k大于等于50，i[e(t)]表示积分份额，i[e(t)]＝[e(t)+e(t-1)]/0.1*i，参数i大于等于2，d[e(t)]表示微分份额，d[e(t)]＝[e(t)+e(t-2)-2*e(t-1)]/0.1*d，参数d大于等于10。上述关系式中e(t)表示所述预设温度与当前时刻所述温度采样模块采集的温度数据之间的差值，e(t-1)表示所述预设温度与上一时刻所述温度采样模块采集的温度数据之间的差值，e(t-2)表示所述预设温度与上两个时刻所述温度采样模块采集的温度数据之间的差值。
[0040]
具体地，本实施例中，当所述预设温度与当前时刻所述温度采样模块采集的温度数据之间的差值大于所述第一温度差标准值时，证明所述发热电阻ra的温度较低，为了在短时间之内提高所述发热电阻ra的温度，控制所述主控模块输出到所述开关管k1的pwm驱动信号的占空比大于m％，优先选择控制所述主控模块输出到所述开关管k1的pwm驱动信号的占空比为95.4％；当所述预设温度与当前时刻所述温度采样模块采集的温度数据之间的差值小于所述第二温度差标准值时，所述发热电阻ra的温度高于预设温度，不符合治疗使用需求，为了令所述发热电阻ra降温，控制所述主控模块输出到所述开关管k1的pwm驱动信号的占空比为零；当所述预设温度与所述温度采样模块采集的温度数据之间的差值在所述第一温度差标准值与所述第二温度差标准值之间时，证明所述发热电阻ra的温度与所述预设温度较为接近，为了提高所述主控模块对所述发热电阻ra温度控制精度，本实施例所述主控模块采用pid控制算法对所述主控模块输出到所述开关管k1的pwm驱动信号的占空比等级进行控制。本实施例将pwm驱动信号的占空比划分成65536个等级，通过计算所述预设温度与当前时刻所述温度采样模块采集的温度数据之间的差值、所述预设温度与上一时刻所述温度采样模块采集的温度数据之间的差值，以及所述预设温度与上两个时刻所述温度采样模块采集的温度数据之间的差值并利用以上三个差值得到pwm驱动信号的占空比等级，以此提高所述主控模块对所述发热电阻ra温度控制精度。
[0041]
本实施例所公开的加热器的温度控制系统，其应用在热传导治疗装置中能够满足yy/t 0165-2016标准关于热垫式治疗仪中温度控制的相关规定。
[0042]
以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的技术构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种加热器的温度控制系统，其特征在于，包括电源接口、主控模块、开关管k1、发热电阻ra、温控开关ts、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4以及三极管q1；所述主控模块与所述开关管k1的栅极相连向所述开关管k1传输pwm驱动信号，所述开关管k1的源极与所述电源接口相连，所述开关管k1的漏极与所述发热电阻ra的一端相连，所述发热电阻ra的另一端通过所述温控开关ts与地端相连，所述电源接口与所述电阻r1的一端相连，所述电阻r1的另一端与所述开关管k1的漏极相连，所述开关管k1的漏极先后通过所述电阻r2以及所述电阻r3与地端相连，所述三极管q1的基极接在所述电阻r2与所述电阻r3的连接点，所述三极管q1的发射极与地端相连，所述三极管q1的集电极通过所述电阻r4与电源端相连，所述三极管q1的集电极与所述主控模块相连；所述电阻r1的阻值至少为所述发热电阻ra的阻值的n倍，所述电阻r1的阻值至少需要满足当所述开关管k1关断且所述温控开关ts导通时，所述发热电阻ra的散热速度大于发热速度；将所述电阻r2、所述电阻r3以及所述三极管q1的基极-发射极间的等效电阻所形成的连接电路定义为电阻网络，将所述电源接口的输入电压设定为u，将所述电阻r1的阻值设为r1，将所述电阻网络的等效电阻阻值设为rd，将所述发热电阻ra的阻值设定为ra，所述电源接口的输入电压u、所述电阻r1的阻值r1以及所述发热电阻ra的阻值ra满足以下关系式，d*ra/(r1+ra)＜1.2v，所述电源接口的输入电压u、所述电阻r1的阻值r1以及所述电阻网络的等效电阻阻值rd满足以下关系式，u*rd/(r1+rd)＞2v。2.根据权利要求1所述的一种加热器的温度控制系统，其特征在于，还包括驱动模块，所述主控模块与所述驱动模块相连，所述驱动模块与所述开关管k1的栅极相连。3.根据权利要求2所述的一种加热器的温度控制系统，其特征在于，所述驱动模块包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8以及三极管q2，所述主控模块通过所述电阻r5与所述三极管q2的基极相连，所述三极管q2的发射极与地端相连，所述电阻r6的一端与所述三极管q2的基极相连，另一端与所述三极管q2的发射极相连，所述三极管q2的集电极通过所述电阻r7与所述开关管k1的栅极相连，所述电阻r8的一端与所述开关管k1的栅极相连，另一端与所述电源接口相连。4.根据权利要求1所述的一种加热器的温度控制系统，其特征在于，还包括二极管d1，所述二极管d1的正极接在所述发热电阻ra与所述温控开关ts的连接点，或者所述二极管d1的正极与地端相连，所述二极管d1的负极与所述开关管k1的漏极相连。5.根据权利要求1所述的一种加热器的温度控制系统，其特征在于，还包括温度采样模块，所述温度采样模块与所述主控模块相连。6.根据权利要求5所述的一种加热器的温度控制系统，其特征在于，所述温度采样模块包括温度传感器、运算放大器u1、运算放大器u2、电阻r9、电阻r10、电阻r11以及电容c1，所述温度传感器通过所述电阻r9与所述运算放大器u1的同相输入端相连，所述运算放大器u1的同相输入端通过所述电容c1与地端相连，所述运算放大器u1的反相输入端与所述运算放大器u1的输出端相连，所述运算放大器u1的输出端与所述运算放大器u2的同相输入端相连，所述运算放大器u2的反相输入端通过所述电阻r10与地端相连，所述运算放大器u2的反相输入端通过所述电阻r11与其输出端相连，所述运算放大器u2的输出端与所述主控模块相连。

技术总结
本实用新型公开了一种加热器的温度控制系统，在现有的基础上，设置检测温控开关TS通断状态的检测支路，该支路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及三极管Q1，电阻R1的阻值至少为发热电阻RA的阻值的N倍，避免电源接口通过电阻R1影响发热电阻RA的电流有效值，电阻R1的阻值r1以及发热电阻RA的阻值ra满足关系式U*ra/(r1+ra)<1.2V，电阻R1的阻值r1以及电阻网络的等效电阻阻值rd满足关系式U*rd/(r1+rd)>2V，从而实现当温控开关TS从连通状态改变为断开状态且PWM驱动信号为低电平时三极管Q1的集电极能够从输出高电平转变为输出低电平，主控模块通过检测三极管Q1的集电极的输出电平即可实现温控开关TS通断状态的检测功能，便于主控模块根据温控开关TS通断状态做进一步控制。控制。控制。


技术研发人员：李叶勇 陈淑珍
受保护的技术使用者：广州宝络康医疗科技有限公司
技术研发日：2022.11.23
技术公布日：2023/8/2