[发明专利]电热器及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种车用电热器。该类型电热器从德国专利DE197 33 045 C1可以知晓。

背景技术

该已知电热器具有多个并联支路，每条支路都含有用作发热元件的场效应晶体管，该晶体管串联至串联电阻器（series resistor）。通过改变该栅极上存在的电压无级控制该场效应晶体管的热输出。可连续操作该已知电热器，由此避免循环操作问题和EMC（电磁兼容）问题。然而，不利的是需要相对较多数目的昂贵的场效应晶体管，特别是用于具有较大热输出的电热器，以及电路不极化（not polarized）。

发明内容

本发明提出的问题是举例说明克服这些缺点的方法。

具有如权利要求的特征的电热器解决了该问题。本发明有利的改进作为从属权利要求的主题。

根据本发明，场效应晶体管与作为电流感应电阻器的陶瓷PTC电阻器串联，该电阻器与该场效应晶体管安装于共用散热片上。本发明具有如下优点：

 - 将本发明的电热器热输出应用于部分为该场效应晶体管和部分为该陶瓷PTC电阻器的支路。由此，每条支路可产生更大的热输出。有利的是，该PTC电阻器热输出占总输出的比例越大，由控制电压设定的功率要求就越高。当输出高时，具体地，减轻了支路的场效应晶体管负荷，由此可通过本发明的电热器释放更大的热输出，而不会因功率半导体器件导致更高的成本；

因为该PTC电阻器的温度电流限制，该电路本质上是安全的，即使存在误极化（mispolarization）或全合金功率半导体器件；

因为支路的该场效应晶体管和该PTC电阻器安装在共用散热片器上，产生最佳热偶合。因此，该PTC电阻器可有效地保护该场效应晶体管防止热过载，由此可省去附加的温度监控；

因为该输出可采用无级方式调节，所以可连续操作该电热器。因为该场效应晶体管的栅极（gate）上存在的电压，可将源极（source）与漏极（drain）之间的该场效应晶体管电阻设定至需要值，由此无级调节该电流密度。因此该车辆电气系统的负载基本上低于采用脉冲方式操作的车用电热器内的负载，且不会发生电磁兼容问题。

优选地，P通道场效应晶体管，具体地，P通道MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）用于本发明的电热器。有利地，该P通道场效应晶体管的漏极连接器的冷却表面可连接和该场效应晶体管串联的陶瓷PTC电阻器相同的电势。随后可采用导电方式使用例如接线夹将该场效应晶体管的冷却表面和该PTC电阻器都连接至金属制散热片上。采用该方式，可使用简单工具获得很好的热偶合和热分散。

在本发明的电热器中，PTC电阻器最好用作电流感应电阻器。随后可用其测得的电流将该场效应晶体管的热输出调节至设定值。电流可通过该PTC电阻器与该场效应晶体管之间的分接电压测得。该电压可用作调节功率的反馈信号。优选地，用作功率调节的控制电路包括运算放大器，该运算放大器的输出连接至该场效应晶体管的栅极。该热输出的设定值随后通过该运算放大器的输入端上的控制电压指定。该场效应晶体管与该PTC元件之间的分接电压优选提供给该运算放大器的另一个输入。

本发明还涉及根据本发明电热器的装置。根据本发明的装置包含P通道场效应晶体管，散热片和陶瓷PTC电阻器，其中该场效应晶体管和该PTC电阻器连接至该散热片上，优选焊接于其上。

附图说明

参照附图，使用实施方案解释本发明的其它细节与优点。如下：

图1　包括支路和相联控制回路的电热器；

图2　包含场效应晶体管，散热片和PTC电阻器的装置的示意图；和

图3　本发明装置的另一实施方案的示意图。

具体实施方式

图1给出了电热器的电路图。该电热器包含作为加热元件的场效应晶体管M1和基于例如钛酸钡的陶瓷PTC电阻器R1。该场效应晶体管M1和与其串联的陶瓷PTC电阻器R1形成支路，使用控制回路1调节该支路的输出。为增加最大可能热输出，可添加另外的包括控制回路的具有相同设计的支路。可并联任意数量的这样的支路。

该控制回路1主要包含运算放大器X3。该支路的热输出由控制电压Ue指定，该电压作用于运算放大器X3的输入端，优选作用于其正相输入端。该场效应晶体管M1和该PTC电阻器之间的分接电压作用于该运算放大器的另一个输入端。在图1中，该运算放大器X3的输入端因此连接至该场效应晶体管M1与该PTC电阻器R1之间的该支路。通过该运算放大器X3的相关输入端的上游相联电阻器R8，可使该电容器C1去耦，由此抵消振荡。