具过温保护装置的电热毯的制作方法

本实用新型提供一种电热毯技术，特别是关于一种具过温保护的电热毯，消费者在使用电热毯时，常常会折叠或误放上重物，不正常的使用方式会造成局部过温。能侦测局部过温的电热毯，可以避免人体受到烫伤。

背景技术：

当电热毯在平铺的状态下时，电热毯基本上可以均匀受热。但是电热毯在折叠或是重物压住的状态下，由于控制方式的限制，会使得局部过热，其余的部分则会较冷。这是由于电热毯中的电热线是使用串连侦测方式进行，只能知道电热线总体的串联值。此外，局部过热一般电热线会超过120℃，甚至有些电热毯电热线会超过150℃，电热线绝缘层耐不住高温时，可能会内外芯短路，甚至外皮烧到破裂。此时，若是人体触碰到外皮破裂的地方，就会有触电危险。即使局部温度还没有很高，仍然会造成人体接触皮肤烫伤，若使用者在睡眠状态不自知，可能睡醒后，皮肤已经被高温烫伤，对使用者造成危险及伤害。

尽管在电热线短路失效，先前技术利用电阻保险丝和电阻夹温度保险丝，已经可以很有效防范，立刻断开电路，但是局部过温仍无法有效侦测。局部过温造成的烫伤，依然是无法解决的问题。有些专利尝试在毯子各处布上温度传感器，不但影响电热毯舒适度，设计复杂度和成本仍是无法克服和量产的重要问题。

此外，在近期的专利技术中，进一步考虑电热线材质造成温度变化的影响，通过对电热线材质进行电阻因素的考虑，希望能够精准的量测到过温的现象。很明显的，只考虑电热线的电阻因素，仍无法有效地解决量测不准而造成局部过温误判的情形。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本实用新型的主要目的在电热毯的电热线材料中，建构出中间绝缘层具有等效阻抗(即中间绝缘层等效电阻并联中间绝缘层等效电容)效应，因此，必须将此一中间绝缘层具有等效阻抗因素列入考虑，用以检测到正确的温度变化。

为解决上述的技术问题所建构的等效阻抗效应，本实用新型的主要目的是提供一种利用电热线内外芯中间具有负温度系数(ntc)特性的绝缘层，来侦测电热毯局部过温。其中，电热线，是包含核心层，具有负温度系数(ntc)特性或是正温度系数(ptc)特性的内外芯发热丝，夹在内外芯中间的负温度系数(ntc)特性绝缘层，和绝缘外层。

根据上述目的，本实用新型揭露一种具过温保护装置的电热毯，其包括有一毯体、一电热线及一过温保护装置，毯体包括有一上片体及一下片体，电热线设置在上片体及下片体之间并与过温保护装置连接，其特征在于:过温保护装置包括一温度输出控制单元，一温度输出检测单元，一输入电源及一数字逻辑控制单元，其中，输入电源与电热线连接，而电热线包括:一核心，一电热线内芯，一电热线外芯及配置在电热线内芯及电热线外芯之间的中间绝缘层，中间绝缘层具有一等效阻抗特性。

在一个较佳实施例中，所述中间绝缘层所具有的等效阻抗特性是由中间绝缘层等效电阻以及并联的中间绝缘层等效电容所形成。

在一个较佳实施例中，所述

在另一个较佳实施例中，所述中间绝缘层具有负温度系数(ntc)的特性。

在另一个较佳实施例中，所述电热线内芯及所述电热线外芯为具有负温度系数(ntc)的特性或是正温度系数(ptc)的特性。

此外，在一个较佳实施例中，由中间绝缘层等效电阻的等效方程式和模拟波形可以看到，当开关在导通时，中间绝缘层检测点上的负电压峰值绝对值定义为α；并在温度输出控制单元上的开关关闭时，中间绝缘层检测点上的负电压峰值绝对值定义为β；因此，可以得到一个差值γ＝α–β。当发生局部过温的温度越高，中间绝缘层等效电阻值会变低，则α保持不动，β变高，是得差值γ变低。当中间绝缘层检测单元侦测到差值γ低于过温值时，表示毯面发生局部过温，此时数字逻辑控制单元106会让蜂鸣器发出警示声，并保持led灯号绿色，同时降低毯面设定温度。

在一较佳实施例中，前述在电热毯初始加热阶段，本实用新型可以选择将读取到的差值γ作为标准值ω1，接着，由于电热毯中所使用的电热线材质可能不相同，因此，会造成等效阻抗也不相同，故本实用新型为了能得到更精准的过温量测，将电热线材质不同所造成等效阻抗因素列入考虑以取得一个经验函数后，在本实用新型将读取到的差值γ作为标准值ω1后，进一步将标准值ω1代入经验函数得到过温经验值ω2，此时，当中间绝缘层检测单元侦测到差值γ低于过温值ω2时，表示毯面发生局部过温，此时数字逻辑控制单元会让蜂鸣器发出警示声，并保持led灯号绿色，同时降低毯面设定温度。

附图说明

图1是本实用新型的一种具过温保护装置的热电热毯上视示意图。

图2是本实用新型的具过温保护装置的电热毯的一种实施方式的结构示意图。

图3是本实用新型的具ntc特性中间绝缘层的电热线剖面图。

图4是图1中的具过温保护的电热毯和控制器相应的等效电路图。

图5是开关持续导通时的输入电压和中间绝缘层检测点电压展开图。

图6是开关导通后关闭时的输入电压和中间绝缘层检测点电压图。

图7是开关导通后关闭时的输入电压和中间绝缘层检测点电压展开图。

图8是开关导通后关闭时的具体实例的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术特征及优点，能更为相关技术领域人员所了解，并得以实施本实用新型，在此配合所附的图式、具体阐明本实用新型的技术特征与实施方式，并列举较佳实施例进一步说明。以下文中所对照的图式，为表达与本实用新型特征有关的示意，并未亦不需要依据实际情形完整绘制。而关于本案实施方式的说明中涉及本领域技术人员所熟知的技术内容，亦不再加以陈述。

请参阅图1，是本实用新型的一种具过温保护装置的热电热毯上视示意图。如图1所示，其包含有一毯体10、一电热线22、一电源座30及复数连接部40。毯体10包括有一上片体110及一下片体120，上片体110及下片体120系聚酯纤维制成之片体，上片体110及下片体120间隔并列设置，上片体110及下片体120之外周缘处相互连接，于上片体110及下片体120之间形成有一容置空间。电热线22为长线体，是埋设在上片体110及下片体120之间的容置空间中，电热线22呈多段弯折状以形成有复数呈间隔设置之加热段21，各加热段21平均散布在毯体10上，电源座30设置于毯体10上，电源座30延伸设有一电源线33，电源线33可用于连接交流市电电源，电源座30与温保护装置20连接，电源座30可供给电源予电热线22。各连接部40及其周围区域形成一连接区，于各连接区上设置有至少一透气孔41。

接着，请参阅图2，是本实用新型具过温保护装置的电热毯的一种实施方式的结构示意图。如图2所示，本实用新型的具过温保护的电热毯的构件及组成包括:温度输出控制单元25，温度输出检测单元102，输入电源103，低压直流电源104，中间绝缘层检测单元105，数字逻辑控制单元106，电热线内芯222，电热线外芯223，二极管24，逆向二极管26，第一分压电阻21，第二分压电阻27及逆向电阻28。其中，数字逻辑控制单元106蜂鸣器107与led灯号108连接，温度输出控制单元25可以是一种开关，可以通过开关101与数字逻辑控制单元106连接(未显示于图中)，以开关101来接受数字逻辑控制单元106的控制来执行温度输出，而温度输出检测单元102与开关101的一端连接，是以第一分压电阻21来作为温度侦测。再者，第二分压电阻27是配置于低压直流电源104与中间绝缘层检测单元105之间，故中间绝缘层检测单元105是以第二分压电阻27来做为偏压电阻，以使检测温度电压为正值。

在本实施例的具过温保护电热毯运作时，输入电源103为单向电源(例如:交流电源)，可以让电流流经电热线内芯222，接着流过二极管24。二极管24在电路配置上，是配置在电热线内芯222和电热线外芯223中间。当电流流过电热线外芯223后，数字逻辑控制单元106藉由发送触发讯号，提供驱动电流让开关101导通。接着，输入电源103让电流流过第一分压电阻21之后返回，形成回路。此时，数字逻辑控制单元106便能侦测第一分压电阻21电压上的电压(例如:温度输出检测单元102)，用以比较温度配置文件位的默认温度值后，判断是否要调节电热毯表面温度到设定值。

再接着，请参阅图3，是本实用新型的具ntc特性中间绝缘层的电热线剖面图。如图3所示，本实施例使用的电热线22包含:核心221，接着，在核心221上间隔地配置电热线内芯222，之后，以中间绝缘层224包复核心221及电热线内芯222后，于中间绝缘层224上间隔地配置电热线外芯223，最后，再由外层绝缘层225来包覆电热线外芯223及中间绝缘层224。其中，电热线内芯222和电热线外芯223可以为负温度系数(ntc)特性或是正温度系数材料(positivetemperaturecoefficient,ptc)特性，例如:当正温度系数材料(positivetemperaturecoefficient,ptc)特性时，电热线22温度升高后，使得对应的阻值会提高，因此可以藉由侦测阻值的变化来判断电热线22的温度是否升高。另外，中间绝缘层224，主要是绝缘用途，用来避免电热线内芯222和电热线外芯223短路。此一中间绝缘层224具有负温度系数(ntc)的特性，例如:当电热线22温度升高后，对应的阻值会降低，故也可以藉由侦测中间绝缘层224的阻值变化，来查看或是判断电热毯有无局部过温。外层绝缘层225主要是绝缘，避免人体碰到电热线外芯223触电。

再接着，请参阅图4，是图2中的具过温保护的电热毯和控制器相应的等效电路图。如图4所示，本实施例使用的电热线22的中间绝缘层224，除了具有负温度系数(ntc)的特性外，还具有很复杂电性特性。根据图2所示，在本实用新型的实施例中，可以将此一中间绝缘层224所具有的复杂电性特性简化成一个等效阻抗，其中，等效阻抗是由中间绝缘层等效电阻304以及与中间绝缘层等效电阻304并联的中间绝缘层等效电容305所组成，换句话说，在图4的电性说明时，就会以中间绝缘层等效电阻304以及并联(parallel)的中间绝缘层等效电容305所形成的等效阻抗来取代中间绝缘层224。其中，中间绝缘层224的中间绝缘层等效电阻304以及中间绝缘层等效电容305具有以下特性，首先，当电热线22温度提高后，中间绝缘层224的中间绝缘层等效电容305容值会提高。中间绝缘层224的中间绝缘层等效电容305容值会随着长期使用高温环境改变，因此，在计算中间绝缘层224的等效阻抗时，中间绝缘层等效电容305容值的估计会以一个固定值。其次，中间绝缘层224的中间绝缘层等效电阻304的阻值会随电热线22温度提高而降低，具有负温度系数(ntc)的特性，因此，在计算中间绝缘层224的等效阻抗时，中间绝缘层等效电阻304的阻值的估计会随着温度变化而改变。故当局部过温时，局部的中间绝缘层224的中间绝缘层等效电阻304阻值会下降，其余未达到过温部份的中间绝缘层224的中间绝缘层等效电阻304阻值会上升，使得整条中间绝缘层224的中间绝缘层等效电阻304是具有并联特性，所以中间绝缘层224的中间绝缘层等效电阻304阻值会下降。很明显的，本实用新型藉由中间绝缘层等效电阻304以及并联的中间绝缘层等效电容305来取代中间绝缘层224的计算方式，可以准确地侦测到是否产生局部过温。

接着，进一步说明图4的运作过程。首先，本实用新型的具过温保护的电热毯和控制器的运作基础，必须在单向导通加热路径上。当输入电源103为交流市电时，在输入电源103的正半周，电流经由电热线22内芯发热丝222后，再通过做为中继盒端的单向正向二极管24与电热线22外芯发热丝223，可以到达温度输出控制单元25。此时，当低压直流电源104驱动开关309来导通温度输出控制单元25上的开关101时，即完成正半周的加热。换句话说，输入电源103进入正半周时，即为电热毯的加热周期。其中，开关101的导通或关闭是由使用者调节外部文件位的温度设定，通过数字逻辑控制单元106发出驱动讯号来控制低压直流电源104驱动开关309导通或关闭。

再接着，在输入电源103进入负半周时，电流在经由逆向电阻28和逆向二极管26后，并在通过电热线外芯223，中间绝缘层224，电热线内芯222，形成回路。很明显的，在输入电源103进入负半周时，电热线22中的发热丝流过的电流非常微小，因此不会对电热毯进行加热。此时，数字逻辑控制单元106会通过对中间绝缘层检测单元105的控制，来进行持续性的侦测电热线22的中间绝缘层224是否短路，若是中间绝缘层224发生短路时，则数字逻辑控制单元106会启动警示。此外，图4中的中间绝缘层检测点31即代表图1中的中间绝缘层检测单元105的检测讯号源位置。如前所述，电热线22的中间绝缘层224，是一个复杂的电性模型，但是可以简化成并联形式的中间绝缘层等效电容305和中间绝缘层等效电阻304。其中，中间绝缘层等效电阻304是具有负温度系数(ntc)的特性，因此，当电热线22局部过热时，代表电热线22的内芯发热丝222和电热线22的外芯发热丝223也会产生局部过热，使得中间绝缘层等效电阻304也会产生局部温度升高，而造成中间绝缘层等效电阻304电阻值会下降。因此，本实用新型要侦测电热毯局部过温时，即可以在输入电源103进入负半周时，通过中间绝缘层检测单元105来判断电热毯中的电热线22是否产生局部过温。换句话说，输入电源103进入负半周时，即为检测周期。

再接着，进一步说明本实用新型检测周期判断电热毯中的电热线22是否产生局部过温的实施方式。请继续参考图4，首先，当逆向二极管26视作理想二极管时，中间绝缘层检测点31的电压在输入电源103在正半周时，因为逆向二极管26会阻止电流流过回路，故中间绝缘层检测点31的电压会等于零电位。接着，当输入电源103在负半周时，逆向二极管26会导通，使得中间绝缘层检测点31产生分压电压(简称中间绝缘层检测点电压)，此一中间绝缘层检测点电压可以简化为以下方程序(1)。

可以看到这个方程式(1)是微分形式的方程式，对于输入电源103的弦波作微分，也就是表现出输入电源103电压的斜率。若前一个半周，输入电源103为正半周以及温度输出控制单元25上的开关101导通时，中间绝缘层等效电阻304和中间绝缘层等效电容305两端的电压会在零点时会释放至零(或是释放干净)，使得中间绝缘层检测点31电压可以表示为输入电源103负半周时的斜率，如图5所示。请继续参阅图5，是开关持续导通时的输入电压和中间绝缘层检测点电压实施例的展开图，其中，横轴是时间(t)，而纵轴是电压(v)。如图5所示，是在检测周期(即输入电源103为负半周时)并且在开关101持续导通时，藉由中间绝缘层检测单元105来侦测电热毯中的电热线22是否产生局部过温。其中，中间绝缘层检测点31的电压是由输入电源103负半周电压，通过逆向电阻28，中间绝缘层等效电阻304并联中间绝缘层等效电容305的等效分压电路产生，如方程式(1)所示。其中，等效分压电路可视作微分电路，具有输入电源103斜率的比例关系。例如:当输入电源103下降到零点的时候，斜率是最低，使得中间绝缘层检测点31电压对应也是最低。当输入电源103斜率上升成零时，中间绝缘层检测点31电压也上升到零。根据图4，在本实用新型的实施例中，中间绝缘层检测单元105可以选择在输入电源103的负半周内浮动地寻找中间绝缘层检测点31电压的最低值。在电热毯加热稳定后，将纪录到的最低值，作为电热毯过温侦测的初始判断值(此一初始判断值即是ω1)。

由图5所示，在开关101持续导通时，可以观察到输入电源103在负半周时，在中间绝缘层检测点31始终会有一个放电波形，代表在加热的路径上，有储能组件存在，由图4可知，此一储能组件即为中间绝缘层等效电容305。很明显的，本实用新型藉由观察到图5的放电波形，可以正确的建构出中间绝缘层224具有等效阻抗(即中间绝缘层等效电阻304并联中间绝缘层等效电容305)效应，因此，必须将此一中间绝缘层224具有等效阻抗因素列入考虑，才能量测到正确的温度变化。反之，这也正是目前电热毯产品对于温度量测不准确的原因所在。

接着，请参阅图6，图6是开关导通后关闭时的输入电压和中间绝缘层检测点电压图，其中，横轴是时间(t)，而纵轴是电压(v)。首先，如图6所示，是在检测周期(即输入电源103为负半周时)并且在开关101关闭(off)时，逆向二极管26负端电压，会在输入电源103进入负半周时，开始对中间绝缘层等效电容305充电，接着，当输入电源103在负半周电压周期由负转正时，会迭加一个电压到逆向二极管26负端电压，这个値的峰值差不多是输入电源103峰值的两倍。同时，中间绝缘层等效电阻304也在慢慢消耗着中间绝缘层等效电容305上的跨电压。由图6可以很明显地观察到，中间绝缘层检测点31电压下降到零点的时间延后了，如图6中的a点的位置所示。同时，由图6可以看到，中间绝缘层检测点31的负电压延后，使得负电压値较温度输出控制单元25上的开关101导通时小，如图6中的a点及b点的位置所示。

请参阅图7，是开关导通后关闭时的输入电压和中间绝缘层检测点电压展开图，其中，横轴是时间(t)，而纵轴是电压(v)。如图7所示，是从中间绝缘层等效电阻304的等效方程式(1)和模拟波形可以看到，当本实施例的开关101在导通时，中间绝缘层检测点31上的负电压峰值绝对值定义为α；并在温度输出控制单元25上的开关101关闭时，中间绝缘层检测点31上的负电压峰值绝对值定义为β。其中，中间绝缘层等效电阻304改变了中间绝缘层检测点31上的负电压峰值的绝对值。此时；因此，可以得到一个差值γ＝α–β。在一实施例中，当发生局部过温的温度越高，中间绝缘层等效电阻304值会变低，则α保持不动，β变高，是得差值γ变低。因此，在电热毯初始加热阶段，本实用新型将读取到的差值γ作为标准值ω1，接着，在一较佳实施例中，由于电热毯中所使用的电热线22材质可能不相同，因此，会造成等效阻抗也不相同，故本实用新型为了能得到更精准的过温量测，将电热线22材质不同所造成等效阻抗因素列入考虑以取得一个经验函数后，在本实用新型将读取到的差值γ作为标准值ω1后，进一步将标准值ω1代入经验函数得到过温经验值ω2，其中，此一经验函数设定为小于1，特别是小于0.9的经验函数，特别是设定0.5～0.9之间，而设定为小于1的原因是中间绝缘层等效电阻304为ntc特性。此时，当中间绝缘层检测单元105侦测到差值γ低于过温值ω2时，表示毯面发生局部过温，此时数字逻辑控制单元106会让蜂鸣器107发出警示声，并保持led灯号108绿色，同时降低毯面设定温度。

接着说明本实用新型的具体实施方式，如图8所示，是开关导通后关闭时的具体实例的电路图。首先，如图8所示，输入电源103，在温度输出控制单元25上的开关101导通时，可以使用中间绝缘层检测点31的电压方程式，根据图8的参数先代入laplace方程式，在输入电压为230v/50hz条件下，得到方程式(2)，其中，逆向电阻28的阻值为2350奥姆。

接着，我们转换将laplace方程式转换成timedomain后，得到方程式(2)最小值发生在10ms附近，其值为-3.6v(这是因为逆向二极管26作用，中间绝缘层检测点31电压小于等于零，不会有正电压)。也就是说，中间绝缘层检测点31上的负电压峰值绝对值α＝3.6v(此绝对值是通过第二分压电阻27来达成)。

接着，在开关101关闭后，中间绝缘层等效电容305会有一个最大为325.22v的钳位电压，发生在输入电源103在最低点时，接着，随着输入电源103缓步上升，使得中间绝缘层等效电阻304慢慢消耗着中间绝缘层等效电容305上的钳位电压。接着，由方程式(3)计算逆向二极管26负端电压何时到零点，

325.22xcos(2πx50xt)＝325.22xe^{-t/(3000000*0.000000015)}(3)

根据方程式(3)解得，时间在17.4ms的时候，中间绝缘层等效电容305的钳位电压为零。比照图6，是以钳位电压在15ms最大值起算，所以钳位电压归零的时间点发生在图6的32.4ms处。接着把时间带入laplace方程式转换成的时域函数中，发现钳位电压归零后的最低点发生在附近，其值为-2.7v。也就是说，中间绝缘层检测点31上的负电压峰值绝对值β＝2.7v。

根据上述过程，本实用新型借着以电热线局部最高温度60℃，65℃，70℃，75℃，80℃，同时，对照中间绝缘层等效电阻304在2mω到3mω(会变化是因为为ntc特性)，而中间绝缘层等效电容305均设定为15nf，计算出检测差值，如下表1所示。

表1

根据上述过程，本实用新型在进行过温判断时，可以根据表1的值进行判断。例如:若假设过温判断值为60℃，由表1可以知道其γ值为0.9v，此0.9v的γ值即用以作为作标准值的ω1。故在一实施例中，当进行过温判断时，当γ值小于0.9v时，就会判断产生过温现象，例如，当γ值为0.7v时，则判断过温温度在65～70℃。特别说明，在一较佳实施例中，需要考虑到电热线22材质不同所造成的经验函数，此一经验函数设定为小于1，特别是小于0.9的经验函数。在加热初始阶段，得到电热毯稳定温度时，初始差值值当作标准值ω1，设定为小于1的原因是中间绝缘层等效电阻304为ntc特性。接着，将这个初始值差值代入经验函数得到过温经验值ω2。例如:若假设过温判断值为60℃，由表1可以知道其γ值为0.9v，此0.9v的γ值即用以作为作标准值的ω1，当电热毯发生局部过温时，例如，在经验函数设定为0.8时，表示ω2为0.72，故γ值小于ω2＝0.72时，当判断电热毯发生局部过温。当电热毯发生局部过温时，中间绝缘层检测单元105侦测到差值γ低于过温值ω2，会启动保护。数字逻辑控制单元106发送保护讯号，led灯号108转为持续绿灯，蜂鸣器107响三声，通知使用者电热毯发生局部过温，并调整降低电热毯设定温度，即使用户没发现数字逻辑控制单元106通知过温，电热毯温度还是会下降到安全范围。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施方式，并非用以限定本实用新型权利的范围；同时以上的描述，对于相关技术领域中具有通常知识者应可明了并据以实施，因此其他未脱离本实用新型所揭露概念下所完成之等效改变或修饰，应均包含于申请专利范围中。