安全舒适型调温电热毯

电热毯在使用过程中由于电路故障（电热丝折断打火）或其他原因（忘关电源）而引发的火灾事故时有发生，轻者财产受损，重者危及生命。因此，提高电热毯的安全性能至关重要。

此外，现有电热毯的温度调节功能过于简单，只有高、低两挡可供选择，难以满足大多数使用者对温度的不同需求。

为此，笔者设计制作了一款安全舒适型调温电热毯。

1.在安全方面的改进

（1） 设计了电热丝故障检测功能，一旦发现故障，能立即切断电源，避免打火现象的发生。

（2） 增加了时钟定时功能，可按设定的时间关闭电热毯。防止因忘关电源而使电热毯长时间通电。

（3） 设计了温度传感器和电子功率开关两个重要器件的故障自检功能。

（4） 检测控制电路采用光、磁方式传递信号，与市电隔离，可以安全放心地使用或维修。

2.在舒适方面的改进

改进了电热丝的分布方式，使电热丝工作时形成高、中、低三个温区，头凉脚热。脚暖则全身不冷，符合人体的生理特点。并且，改电热丝交流供电为直流供电，以直流磁场取代交变磁场。

3.在调温方式上的改进

采用无级调温方式，在调温范围内随意调节温度的高低，并且自动保持恒温，不随室温的变化而变化。

本电热毯可广泛用于家庭、宿舍等场所，可作为一般电热毯的更新换代品种。

图1是原理方框图，图2为电原理图。

整机电路由电源电路、温度控制电路、故障检测定时电路和负载电路等组成。

1.电源电路

电源采用了小功率开关电源，具有体积小、效率高、输出电压稳定等特点。

接通电源开关SA，220V市电经SA、保险丝FU，进入由C2、L、C3组成的低通滤波器，用以滤除电网中的杂波成份，并防止开关电源干扰电网。C1用于消除电源开关触点通断时产生的火花。RV为压敏电阻，防止电网出现意外高压损坏电源以及其他电路。

220V市电经VD1～VD4整流，C4滤波后变成约300V直流电压。经开关变压器T的初级绕组L1加至开关三极管VT1的集电极。R1为VT1提供偏流，VT1进入导通状态。由于电感中的电流不能突变，L1中的电流只能线性增大。反馈绕组L2与L1相位相同，其感应电压极性为上正下负，通过R2、C6加至VT1基极，促使VT1集电极电流I\(_{C}\)进一步增大。I\(_{C}\)增大，使L2的感应电压也随之增大……。这个正反馈过程使VT1迅速进入饱和状态。因L3与L1相位相反，其感应电压极性为上负下正，VD6截止。VT1集电极电流I\(_{C}\)以磁能形式储存于开关变压器中。

因VT1饱和，L1的磁通变化为零，导致L2的感应电压也为零。I\(_{C}\)开始减小。这个变化感应到L2，感应电压极性为上负下正，使VT1基极电流更小，I\(_{C}\)进一步减小。I\(_{C}\)的减小，使L2的感应电压进一步增大……，结果使VT1由饱和状态迅速转变为截止状态。开关变压器中储存的磁能转化为电能向外释放。L3感应的电压极性为上正下负，经VD6整流、C9滤波后输出。R3、C5、VD5组成反峰抑制电路，防止L1释放电能时电压过高而损坏VT1。这样，VT1完成了一个开关周期。如此往复，便形成了开关振荡。

RP1、IC1、VD7与VT1组成稳压电路。当输出电压因市电或负载变化而升高时，IC1中的发光管电流增大，亮度增强，光敏管等效电阻减小，对VT1基极电流的分流作用增大，VT1开关脉冲宽度变窄，输出电压下降；当输出电压降低时，调整过程相反。

R4、R5、C7、C8用于释放L3感应的静电。

2.温度控制电路

开关电源输出的6V电源电压通过R25使VT2饱和导通，电源向温度控制电路供电。同时，继电器K得电吸合，其常开触点接通，允许负载电路工作。

由双运放IC4、R26～R30、RT组成双阀值电压比较器。RT等效于四只负温度系数热敏电阻串联的总阻值。四只热敏电阻分布于电热毯高温区，用于测温，RT与R30组成温度/电压变换电路。当温度升高时，RT阻值减小，图中a点电压U\(_{a}\)上升；当温度降低时，RT阻值增大，a点电压U\(_{a}\)下降。图中b点、c点电压U\(_{b}\)、U\(_{c}\)分别为低温、高温比较电压。

电源接通时，由于电热毯温度低，RT阻值较高。U\(_{a}\)<U\(_{b}\)<U\(_{c}\)，IC4-1输出低电位使VT3饱和，IC4-2输出高电位触发VS3导通。VT3、VS3输出控制电压U\(_{k}\)=6V，使负载电路工作，电热丝开始升温。温度传感器RT阻值随之减小，U\(_{a}\)上升。

当U\(_{b}\)<U\(_{a}\)<U\(_{c}\)时，IC4-2输出低电位，但VS3仍保持导通状态。

当U\(_{b}\)<U\(_{c}\)<U\(_{a}\)时，IC4-1输出高电位，使VT3截止。VS3也随之关断，U\(_{k}\)=0V。电热丝断电，靠余热保温。

随着时间的推移，温度开始下降。当U\(_{b}\)<U\(_{a}\)<U\(_{c}\)时，IC4-1输出低电位，使VT3饱和。当U\(_{a}\)<U\(_{b}\)<U\(_{c}\)时，IC4-2输出高电位，使VS3导通。VT3、VS3输出控制电压，U\(_{k}\)=6V，使负载电路工作，电热丝开始升温，电路重复上述过程。这样电热毯温度就被控制在一个基本恒定的温度值上。C16可滤除RT引线引入的干扰。

调整电位器RP5可同步改变U\(_{b}\)、U\(_{c}\)的电位，也即改变了电热毯温度的高低，以适应不同使用者的要求。

VD23、R31、R32、IC4组成控温状态指示器。VD23是共阳极变色发光二极管。可单独发出红光、绿光、黄光。

当U\(_{a}\)<U\(_{b}\)<U\(_{c}\)时，IC4-1输出低电位，VD23发出红光，表示升温。

当U\(_{a}\)<U\(_{b}\)<U\(_{c}\)时，IC4-2也输出低电位，红、绿光混合形成黄光，表示温度符合要求。

当U\(_{b}\)<U\(_{c}\)<U\(_{a}\)时，IC4-1输出高电位，红光熄灭，VD23呈现绿光，表示停止升温。

这样用一个变色发光管即可显示整个控温过程中的不同状态。VD23兼作电源指示灯。

3.故障检测及定时电路

由IC3-1、R11～R15、VD12～VD14、C13、TA、RP2组成电热丝折断故障检测电路。TA是电流互感器，一次侧线圈L1串联在负载电路中。当一次侧线圈L1有负载电流流过时，二次侧线圈L2输出的电流在电位器RP2上形成了电压。此电压作为故障检测电路判断负载电路是否出现故障的依据之一。在这里暂且称它为反馈电压U\(_{F}\)。R11和R12对温度控制电路输出的6V控制电压分压，作为IC3-1的正相输入端电压U\(_{IN}\)+。R13、R14对电源电压分压，取得的1V电压输入到IC3-1的反相输入端。当控制电压U\(_{k}\)=0V，IC3-1反相输入端电压U\(_{IN}\)>U\(_{IN}\)+，IC3-1输出低电位。当控制电压U\(_{k}\)=6V时，负载电路工作，负载电流经过TA的一次侧线圈L1，二次侧线圈L2输出的电流在RP2上形成的电压经电位器衰减后，取出3V的反馈电压输入到IC3-1的反相输入端。在反馈电压的正半周，由于U\(_{IN}\)>U\(_{IN}\)+，IC3-1输出仍为低电位；在反馈电压的负半周，VD12反偏，U\(_{IN}\)<U\(_{IN}\)+，IC3-1输出变为高电位，经R15对C13充电，充电时间约900ms。但随后到来的反馈电压的正半周使IC3-1输出低电位。C13经VD13、R15放电。这时VD13的导通电阻与R15并联，其总阻值远小于R15。C13的放电时间约40ms。所以，C13的平均电压很低，不足以触发晶闸管VS2。因此，IC3-1对正常情况下电热丝的工作状态变化一直保持低电位（对晶闸管VS2而言）。

如果电热丝折断，且控制电压为6V，那么这时的反馈电压必然为0V。这个状态使IC3-1的U\(_{IN}\)+<U\(_{IN}\)-，IC3-1则输出高电位。通过R15、C13、VD14触发晶闸管VS2使其导通。VS2的导通使VT2因基极电位被拉低而截止。继电器K释放，其常开触点断开，切断了负载电路，避免了电热丝折断点时通时断而造成的打火现象，将由此产生的火灾隐患消灭在萌芽状态。同时，温度控制电路也被关闭，电源指示灯VD23熄灭，表明因故障而停机。

由IC3-2、R16～R18、VD15～VD17、TA、RP2组成电子功率开关短路故障检测电路。R17、R18对电源电压分压，取得的1V电压输入到IC3-2反相输入端。当控制电压U\(_{k}\)=6V时，VD16导通，IC3-2的反相输入端电压U\(_{IN}\)-=6V；反馈电压U\(_{F}\)=3V经VD15输入到IC3-2的正相输入端。无论在U\(_{F}\)的正半周还是负半周，IC3-2因U\(_{IN}\)->U\(_{IN}\)+，而输出低电位。当U\(_{k}\)=0V时，反馈电压U\(_{F}\)=0V，IC3-2因反相输入端有1V偏压而输出低电位。此时，如果电子功率开关短路损坏，反馈电压U\(_{F}\)=3V，其正半周使IC3-2输出高电位，经VD17触发晶闸管VS2导通，VT2截止，继电器释放，使电热丝断电。否则，电热丝将一直通电。

由IC3-3、R20、R21、VD18、VD19、C14组成温度传感器断路故障检测电路。R20、R21对电源电压分压，取得的2V电压输入到IC3-3的正相输入端。IC3-3的反相输入端与温度控制电路中的a点相接。如果温度传感器连接正常，且空气温度大于5℃，U\(_{a}\)≥2V，则IC3-3输出低电位。如果温度传感器出现断路故障，U\(_{a}\)=0V，IC3-3将输出高电位。通过VD19、R19触发晶闸管VS2导通，继电器释放，电热丝断电。否则温度传感器断路，温度控制电路将始终使U\(_{k}\)=6V，电热丝一直通电。

接通电源时，温度控制电路a点电压U\(_{a}\)因C16的滤波作用是从0V开始上升的UIN- 。因此设置了由C14、R20组成的延时电路，使IC3-3的U\(_{IN}\)+滞后于U\(_{IN}\)-，防止产生误动作。VD18为C14提供快速放电通路。

由IC3-4、R22～R24、RP3、VD20、VD21、C15以及带闹铃功能的液晶数字电子表组成定时电路。当设定的时间到来时，闹铃响起，电子表输出电压信号，经IC3-4放大，C15、VD20、VD21倍压整流后，去触发晶闸管VS2并使其导通，VT2截止，继电器释放，电热丝断电。

4.负载电路

由电子功率开关、桥式整流器以及负载电热丝组成。

VS1、IC2、R7～R10、C12组成电子功率开关。其中，IC2为过零型双向晶闸管触发器，内有双向过零检测电路，使晶闸管VS1在导通或关断时，不产生射频干扰。电子功率开关由Uk驱动，当Uk=0V时关断，当Uk=6V时接通。C12、RT为VS1的保护元件。

VD8～VD11、C11组成桥式整流滤波器。交流电经整流滤波后，以直流电流通过电热丝，以消除交变磁场。

1.将电热毯平铺于床单下（不宜在弹性较大的床垫上直接使用。如海棉床垫、弹簧床垫等）。

2.把电源插头插入220V市电插座。

3.旋转温度控制旋钮，使缺口指向温度盘上您所需要的温度值。

4.按下电源开关带白色标记的一端，使电源接通。这时，电源指示灯应呈现红光，表示正在加温；当指示灯变为黄光时，表示温度达到您的要求；当指示灯变为绿光时，表示停止加温。

5.如果您觉得不适合自己，在标称温度范围内，您可随意调节，直到满意为止。

6.起床后，将电源开关无标记的一端按下，即关闭了电源。

7.使用时钟定时功能须先校对时钟。如果时钟正常，可省略这一步骤。直接进入“设定闹铃”。

8. 如果长时间不用，请拔下电源插头。

（车全柏）

编者注：
因版面原因，另有一篇入围作品《数码录音自动播放机》放在本期配刊光盘中，详见“电子制作征文大赛”文件夹。