兩路輸出的斷電復位溫控開關設計

盧子忱馬永紅張宗寧孫洋洋劉瓏龍

（1.中國科學院云計算中心 2.東莞市凱恩電子科技有限公司 3.中國海洋大學）

兩路輸出的斷電復位溫控開關設計

盧子忱1,2馬永紅2張宗寧2孫洋洋2劉瓏龍3

（1.中國科學院云計算中心 2.東莞市凱恩電子科技有限公司 3.中國海洋大學）

基于雙金屬片受熱翻轉推動與之垂直的推桿，帶動與推桿相連的動觸片動作，進而接通另一路電源，設計一款兩路輸出的斷電復位溫控保護開關。為確保溫控開關兩路輸出的可靠和負載用電安全，將第一路輸出端子的功率電阻替換為嵌入PTC發(fā)熱體，使負載電路因超溫過載斷開后，只能手動復位電路。

雙金屬片；溫控開關；PTC；負載

0 引言

溫控開關可將溫度控制在規(guī)定范圍內，廣泛應用于各種電子設備[1-2]。當電子設備的溫度達到設定值時，通過溫控開關的觸點閉合或斷開完成電路的通斷，從而實現(xiàn)溫度保護及電子設備的正常工作。

現(xiàn)有的單路溫控開關在動作后，故障暫時排除，自動復位，可能使故障再現(xiàn)而反復動作，不能滿足某些安全設備的特殊需求；為避免反復動作，需附加多個器件，不僅提高產(chǎn)品成本，又增加故障點。為此，本文設計兩路輸出的斷電復位溫控開關[3]，并且不會反復自動復位，從而保證性能更加穩(wěn)定，電路也更加簡單。

1 溫控開關工作原理

在消毒柜[4-5]中的溫控電路，大都使用繼電器和單路輸出的溫控器作為電路控制開關，通過繼電器的閉合和斷開而實現(xiàn)電路功能的切換，其典型的電路結構如圖1所示。正常工作情況下，溫控器S2閉合，繼電器KJ1接通第一負載電路，電熱盤工作開始消毒。當電熱盤加熱至設定溫度時，溫控器S2斷開，繼電器KJ1接通第二路負載電路，使電熱絲和風機工作，進行吹干，而電熱盤停止工作。工作一定時間后，通過時間定時器S1動作而切斷整個電路電源，防止因溫控器 S2失靈或自動復位而再次接通第一負載電路。

圖1 繼電器控制的消毒柜典型電路結構

產(chǎn)品設計要求其同一時刻只需一路電路工作，且達到設定溫度時，切換并一直保持在第二負載電路工作。如果利用現(xiàn)有的這種繼電器方案，不但需要設置時間定時器，還需要設置溫控器，從而使電路復雜，故障點多，成本增加。此外，環(huán)境溫度降低后，現(xiàn)有的這種電路結構會使溫控器S2、繼電器KJ1 自動復位至原始狀態(tài)，即與第一負載電路連通，故無法滿足使用需求。

2 兩路輸出的斷電復位溫控開關結構設計

兩路輸出的斷電復位溫控開關結構如圖2所示。

圖2 兩路輸出的斷電復位溫控開關結構

兩路輸出的斷電復位溫控開關通過雙金屬片感應其表面溫度而發(fā)生翻轉，同時帶動與之相垂直的推桿推動彈片；動彈片（即第一彈片）的自由端兩側表面上設有動觸點，動觸點可接通第一輸出端子或第二輸出端子的靜觸點，從而使第一負載電路或第二負載電路工作。

在第一輸出端設有 PTC發(fā)熱體，該發(fā)熱體經(jīng)第二彈片與所述第一彈片連接。當負載的工作溫度在正常范圍時，動觸點與第一輸出端子的靜觸點連接，第一負載電路正常工作，此時 PTC發(fā)熱體不工作；當雙金屬片檢測到負載的工作溫度達到設定值時，雙金屬片推動動觸點與第二輸出端子的靜觸點接觸，第二負載電路正常工作，同時 PTC發(fā)熱體與第一負載電路導通并持續(xù)發(fā)熱，使動觸點一直與第二輸出端子的靜觸點接觸，保持第二負載電路持續(xù)接通工作。只有手動切斷電源電路時，雙金屬片冷卻復位后，動觸點才與第一輸出端子的靜觸點接觸而導通。從而避免了因環(huán)境溫度降低使雙金屬片復位，而導致再次接通第一負載電路的反復動作。

3 電路設計

兩路輸出的斷電復位溫控開關具有兩級輸出，實現(xiàn)兩路工作電路的溫度控制，可應用于多種兩級輸出的應用場所。具有接線簡單的特點，動作后必須手動復位，使其性能更穩(wěn)定，更安全方便。

兩路輸出的斷電復位溫控開關應用于消毒柜的實例如圖3所示。溫控開關動觸片e一端與電源N連接，另一端為動觸片；第一輸出端子d與第一負載電路連接，即電熱盤所在的消毒電路；第二輸出端子c與第二負載電路連接，即由并聯(lián)的電熱絲和風機組成的烘干電路。正常狀態(tài)下，e和d連接，接通第一負載電路，此時 PTC發(fā)熱體短路不工作，第一負載電路正常工作，第二負載電路斷開。當電熱盤通電發(fā)熱至設定溫度時，溫控開關中的雙金屬片翻轉，接通第二負載電路，即e端與c端連通，電熱絲和風機工作。此時第一負載電路中的電熱盤與 PTC發(fā)熱體串聯(lián)，由于 PTC的電阻遠大于電熱盤的電阻，第一負載電路上流經(jīng)的電流極小，可視為不工作。而PTC發(fā)熱體因導通而持續(xù)產(chǎn)生熱量，使溫控開關一直處于翻轉狀態(tài)，保持e和c接通。此時，只有手動切斷電源才能使 PTC發(fā)熱體因掉電而停止發(fā)熱，冷卻至一定溫度時，溫控開關中雙金屬片才會復位，使e和d接通，實現(xiàn)整個電路的復位。若非人為切斷電源，PTC發(fā)熱體便不斷發(fā)熱，使電路保持在第二負載電路工作，第一負載電路不工作的狀態(tài)。

圖3 采用新型溫控開關的消毒柜電路結構

通過本溫控開關可實現(xiàn)時間定時器 S1、繼電器KJ1和溫控器S2的功能。由1個器件替換3個器件，使電路更加簡單，產(chǎn)品成本更低。此外，本溫控開關只有手動斷電時才會復位，因此可靠性更強。

4 實驗及數(shù)據(jù)

4.1 溫控開關測試數(shù)據(jù)

測試樣品24片，放入烤箱，設定溫度標準范圍為：動作溫度（125±5）℃，復位溫度（50±5）℃，實測結果見表1，對應的曲線見圖4。

表1 溫控開關溫度性能測試數(shù)據(jù)

圖4 溫控開關動作溫度曲線圖

4.2 PTC電阻－溫度測試數(shù)據(jù)

PTC電阻－溫度測試條件：交流220 V/50 Hz，室溫38℃，測試時間30 min。用溫度探頭測試PTC發(fā)熱膜表面溫度，測試數(shù)據(jù)見表2。

由于普通功率電阻體積較大，無法直接放入溫控開關內部，故選用體積小而功率大的PTC作為功率電阻，且只采用其電阻值突變前的較為穩(wěn)定的一段，PTC電阻－溫度曲線圖如圖5所示。

表2 PTC電阻－溫度測試數(shù)據(jù)

5 分析

溫控開關的動作溫度在（125±5）℃范圍內，復位溫度在（50±5）℃，符合設計要求。

PTC阻值在溫度160℃以上開始跳變，電阻急劇增大。PTC阻值在130℃以下非常平穩(wěn)，保持在4 k Ω左右，可以作為高溫大功率電阻使用。電源為220 V時，PTC功率約為12 W。

與PTC串聯(lián)的電熱盤（220 V/500 W）阻值約96 Ω，其壓降可以忽略不計，相當于短路，此時只有PTC保持工作，從而持續(xù)發(fā)熱使雙金屬片保持動作狀態(tài)。

6 結語

溫控開關通過設置PTC發(fā)熱體使負載電路因超溫過載斷開后，只有通過手動方式才能使負載電路復位，從而保證了溫控開關兩路輸出電流的工作可靠性及用電負載的安全性。相比于傳統(tǒng)技術，本設計通過一個溫控開關便可實現(xiàn)繼電器、溫控器和時間定時器的功能，因此可降低產(chǎn)品成本，簡化電路，減少故障點，解決了傳統(tǒng)技術中溫控開關有可能在故障未消除時反復自動復位的安全隱患。

[1] 仲高艷,林小藝,徐翔.用于電熱水壺的電子式溫控器的研制[J].電子器件,2006,29(3):808-812.

[2] 郭濤,李麗華,勞永建.一種非接觸式微加速度開關的研究[J]. 傳感技術學報, 2008,21(4):664-666.

[3] 盧子忱,馬永紅,鄭勸文,等. 可控制多負載電路的彈片式斷電復位溫控開關: 中國, ZL201420457032.X[P]. 2014-12-31.

[4] 梁仲華.創(chuàng)大 ZTP63C食具消毒柜電路與維修[J].家庭電子,2003(11):22.

[5] 郭碩,朱陽春,程貴亮.機械溫控器對冷柜耗電量的影響[J].電器,2013(S1):600-602.

A Power-Down Reset Thermostat Switch of Dual Outputs

Lu Zichen1,2Ma Yonghong2Zhang Zongning2Sun Yangyang2Liu Longlong3
(1. Cloud Computing Center, Chinese Academy of Sciences
2. Dongguan Kain Electronics Co., Ltd.
3. Ocean University of China)

The paper presents a design of power-down reset thermostat switch of dual outputs by using the bi-metallic strip heated and flipped to push a rod which is connected to a movable contact spring and moved, thereby connecting the other load circuit to finish circuit switching. And a PTC instead of the power resistance in the first output terminal is embedded, to continuously produce heat to make the double metal piece to keep heating turned state, so that the load circuit is disconnected due to over temperature overload, and is reset only by manual mode. Therefore the working reliability of the thermostat switch outputs and safety of the electricity load are guaranteed.

Bimetal; Thermostat; PTC; Load

盧子忱，男，1969年生，碩士研究生，高級工程師，研究方向：紅外電熱和紅外醫(yī)學。E-mail: luzichen@163.com