DE4334944A1

DE4334944A1 - Switching arrangement for area heating element in e.g. car seat

Info

Publication number: DE4334944A1
Application number: DE19934334944
Authority: DE
Inventors: Richard Schwarzkopf; Erwin Knippel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1993-10-13
Publication date: 1995-07-06

Abstract

The switching arrangement comprises a DC voltage supply converted to AC by an oscillator (3), a flip-flop (2), two AND gates (B1,B2) and four MOSFETs (T1-T4). The circuit is switched on and off by applying a voltage (a) to a trigger switch (T5) and inverter (A1) and the AC output (b,c) has a symmetrical alternating positive and negative wave form (voltage U/time t). The heating element (1) is connected into an H bridge with the four MOSFETs (T1-T4), and comprises a number of heating wires connected in parallel. Cross connections are provided between equipotential locations in the parallel wires to feed current to intact sections of the heater if partial mechanical damage occurs.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a switching arrangement according to the preamble of claim 1.

Derartige Flächenheizelemente werden beispielsweise für Sitzheizung in Fahrzeugen, in Heizkissen, Heizdecken oder heizbaren Kleidungsstücken eingesetzt. Da sie mit Gleich strom versorgt werden, besteht insbesondere an den Ver bindungsstellen zwischen Heizdrähten und Stromzuführungs leitern die Gefahr der Bildung von Lokalelementen. Dies ist beispielsweise in der EP 0 532 468 A1 ausführlich be schrieben. In dieser Druckschrift, die eine Schaltanord nung der eingangs genannten Art zeigt, wird dem Problem der Korrosionsfestigkeit und Feuchtigkeitsresistenz viel Raum gegeben und zur Lösung dieser Probleme eine beson dere Form der Imprägnierung an den kritischen Stellen vorgeschlagen. Dennoch ist dieses Problem bis heute nicht zufriedenstellend gelöst. Die Flächenheizelemente können daher insbesondere für den eingangs genannten Anwendungs fall einer Sitzheizung in Fahrzeugen nicht eingesetzt werden.Such surface heating elements are used, for example Seat heating in vehicles, in heating pads, electric blankets or heatable garments used. Since they are equal are supplied with electricity, especially to the Ver connection points between heating wires and power supply lead the danger of the formation of local elements. This is described in detail in EP 0 532 468 A1, for example wrote. In this publication, which is a switching arrangement shows the problem mentioned the corrosion resistance and moisture resistance a lot Given space and a special to solve these problems their form of impregnation at the critical points suggested. Still, this problem is not up to now solved satisfactorily. The surface heating elements can therefore especially for the application mentioned at the beginning not used in vehicles in the event of seat heating become.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltan ordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine Korrosionsgefahr vermieden ist und bei der das Flä chenheizelement auch feuchtigkeitsresistent ist.The invention has for its object a Schaltan to create order of the type mentioned in the a risk of corrosion is avoided and in which the surface chenheizelement is also moisture resistant.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnen den Merkmale des Patentanspruchs 1. The invention solves this problem by characterizing the features of claim 1.

Im Gegensatz zu der eingangs genannten Druckschrift wird nicht versucht, das Einwirken von Feuchtigkeit auf die Heizdrähte und deren Stromzuführungsleiter zu verhindern. Vielmehr werden eventuelle schädliche Folgen einer derar tigen Einwirkung unterbunden. Durch die Umwandlung der Gleich- in eine Wechselspannung wird die Ausbildung von Lokalelementen wirksam unterbunden. Damit aber können die bekannten Maßnahmen, die kritischen Stellen zu imprägnie ren und vor Feuchtigkeit zu schützen, entfallen. Es er gibt sich damit insbesondere eine besonders flexible Art der Verarbeitung, da die Heizdrähte und Stromzuführungs leiter direkt und ohne schützende Umhüllung verbaut wer den können. Dies erfolgt vorzugsweise in Textilgewebe, das als Träger für die Heizdrähte und die Stromzufüh rungsleiter dient.In contrast to the publication mentioned at the beginning not trying to apply moisture to the To prevent heating wires and their power supply conductors. Rather, any harmful consequences become one of them influence. By converting the The formation of Local elements effectively prevented. But with that they can known measures to impregnate the critical points and to protect against moisture are eliminated. It he this is particularly flexible the processing, since the heating wires and power supply conductor installed directly and without a protective covering that can. This is preferably done in textile fabrics, that as a carrier for the heating wires and the power supply leader serves.

Die Wirksamkeit der durch die Art der Beschaltung gegebe nen Korrosionssicherheit wird dadurch optimiert, daß po sitive und negative Potentialanteile symmetrisch zueinan der sind. Dadurch wird auch langfristig die Gefahr einer Ausbildung von Lokalelementen verhindert.The effectiveness given by the type of wiring NEN corrosion protection is optimized in that po sitive and negative potential components symmetrically to each other who are. This also creates a long-term risk of Formation of local elements prevented.

Die Beschaltung des Flächenheizelements in der erfin dungsgemäßen Weise erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer H-Brücke. Diese ist bewährt und ermöglicht mit besonders geringem Aufwand die Umwandlung von Gleich- in Wechsel spannung einerseits und auch die Erfüllung der Forderung, die unterschiedlichen Potentialanteile symmetrisch auszu bilden.The wiring of the surface heating element in the inventions according to the invention is preferably carried out using a H bridge. This has been proven and makes it possible with special little effort to convert from equal to alternate tension on the one hand and also the fulfillment of the requirement, to make the different potential components symmetrical form.

Im Einsatz des Flächenheizelements läßt sich nicht in al len Fällen ein Bruch eines Heizdrahts oder eine sonstige Unterbrechung der Stromleitung vermeiden. Ursache kann beispielsweise auch eine mechanische Überbeanspruchung sein. Um auch dann die Wirksamkeit des Flächenheizele ments möglichst wenig beeinträchtigen zu lassen, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, potentialgleiche Stellen paralleler Heizdrähte durch Querleiter miteinander zu verbinden. Dadurch können die Abschnitte des Heizdrahts bis auf den Abschnitt, in dem sich die Unterbrechung befindet, über den parallelen Heizdraht mit Strom versorgt werden. Entsprechend der Dichte der Querleiter fällt dann nur ein entsprechend geringer Anteil von Heizdrahtabschnitten aus. Dieser Ausfall wird in der Regel nicht bemerkt, da die Heizwirkung sogar in dem Bereich des gebrochenen Heizleiters durch die dann erhöhte Heizleistung des parallelen Heizdrahts ausgeglichen wird.When using the surface heating element can not in al len breakage of a heating wire or other Avoid interrupting the power line. Cause can for example, mechanical overload his. To ensure the effectiveness of the panel heater to have as little impairment as possible a development of the invention before, equipotential Place parallel heating wires through cross conductors connect with each other. This allows the sections of the heating wire except for the section in which the Interruption is over the parallel heating wire with Be supplied with electricity. According to the density of the The transverse conductor then falls only a correspondingly small number Share of heating wire sections. This failure will usually not noticed since the heating effect even in the area of the broken heat conductor through the then increased heating power of the parallel heating wire is balanced.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung weitererläutert. Es zeigtThe invention is further explained with the aid of the drawing. It shows

Fig. 1 eine Schaltanordnung gemäß der Erfindung in der Anwendung für eine Sitzheizung von Fahrzeugen und Fig. 1 shows a switching arrangement according to the invention in the application for a seat heating of vehicles and

Fig. 2 eine besondere schaltungstechnische Maßnahme in Verbindung mit dieser Sitzheizung. Fig. 2 shows a special circuit measure in connection with this seat heating.

Fig. 1 zeigt eine Schaltanordnung für ein in einem 12 V Bordnetz eingeschaltetes Flächenheizelement 1 einer Sitz heizung eines Fahrzeugs (nicht dargestellt). Das Element 1 ist in einer H-Brücke eingeschaltet, die aus MOS-FET Transistoren T1 bis T4 besteht und im Bordnetz angeordnet ist. Die Gate-Elektroden der Transistoren sind an den Ausgängen zweier paralleler UND-Gatter B1 und B2 ange schlossen. Die Eingänge dieser Gatter wiederum sind mit dem nicht invertierenden Ausgang Q bzw. invertierenden Ausgang Q′ eines Flip-Flops 2 sowie dem Ausgang eines In verters A1 verbunden. Das Flip-Flop 2 ist einem Oszilla tor 3 nachgeschaltet, der Inverter A1 mit einem Schwell wertschalter T5 verbunden. Am Eingang des Schwell wertschalters T5 liegt ein Signal a an, das bei einge schaltetem Heizelement 1 gleich der Bordnetzspannung, bei ausgeschaltetem Heizelement gleich 0 V bzw. offen ist. Der Oszillator 3 erzeugt ein rechteckförmiges Aus gangssignal. Dieses Signal wird auf den Takteingang des Flip-Flops 2 geführt. Da der invertierende Ausgang Q′ des Flip-Flops 2, wie dargestellt, auf den Steuereingang S zurückgeführt ist, wird mit jeder steigender Flanke des Oszillatorsignals an den Ausgängen Q bzw. Q′ eine Ände rung des Pegels erzeugt. Fig. 1 shows a switching arrangement for a surface heating element 1 of a seat heater of a vehicle which is switched on in a 12 V vehicle electrical system (not shown). Element 1 is switched on in an H-bridge, which consists of MOS-FET transistors T1 to T4 and is arranged in the vehicle electrical system. The gate electrodes of the transistors are connected to the outputs of two parallel AND gates B1 and B2. The inputs of these gates are in turn connected to the non-inverting output Q or inverting output Q 'of a flip-flop 2 and the output of an inverter A1. The flip-flop 2 is connected to an oscillator gate 3 , the inverter A1 is connected to a threshold switch T5. A signal a is present at the input of the threshold value switch T5, which is equal to the vehicle electrical system voltage when the heating element 1 is switched on, and is 0 V or open when the heating element is switched off. The oscillator 3 generates a rectangular output signal. This signal is fed to the clock input of the flip-flop 2 . Since the inverting output Q 'of the flip-flop 2 , as shown, is fed back to the control input S, a change in the level is generated with each rising edge of the oscillator signal at the outputs Q and Q'.

Zum Einschalten des Heizelements 1 wird an den Eingang a, wie bereits beschrieben, eine Spannung, beispielsweise die Bordnetzspannung angelegt. Am Ausgang des Inverters A1 liegt dann eine logische "1" an. Damit wird das Rechtecksignal des Flip-Flops 2 durch die UND-Gatter B1 und B2 im Gegentakt auf die Transistoren T1 und T4 bzw. T2 und T3 geschaltet. Damit erfolgt abwechselnd ein Stromfluß in der durch b und c bezeichneten Richtung durch das Heizelement, wenn die Transistoren T1 und T4 leitend sind bzw. von c nach b, wenn die Transistoren T2 und T3 leitend sind. Damit ergibt sich ein Verlauf der Spannung am Heizelement 1, der durch symmetrische posi tive und negative Potentialanteile gekennzeichnet ist und dessen Verlaufschematisch durch das Diagramm dargestellt ist.To switch on the heating element 1 , a voltage, for example the vehicle electrical system voltage, is applied to the input a, as already described. A logical "1" is then present at the output of inverter A1. The square-wave signal of the flip-flop 2 is thus switched to the transistors T1 and T4 or T2 and T3 in a push-pull manner by the AND gates B1 and B2. Thus, a current flow alternately in the direction indicated by b and c through the heating element when the transistors T1 and T4 are conductive or from c to b when the transistors T2 and T3 are conductive. This results in a curve of the voltage on the heating element 1 , which is characterized by symmetrical positive and negative potential components and whose curve is shown schematically by the diagram.

Soll das Heizelement ausgeschaltet sein, so wird am Ein gang a eine Spannung von 0 V oder eine offene Leitung er zeugt. Der Inverter A1 liefert dann eine logische Null an seinem Ausgang. Die UND-Gatter B1 und B2 haben an ihrem Ausgang 0 V. Damit sperren auch die Transistoren T1 bis T4 bleibend.If the heating element is to be switched off, then the on a a voltage of 0 V or an open line testifies. The inverter A1 then supplies a logic zero its exit. The AND gates B1 and B2 have on their Output 0 V. This also blocks transistors T1 to T4 persistent.

Das Ansteuersignal a kann entsprechend dem gewünschten Schaltzustand des Heizelements 1 gewählt sein. Vorzugs weise kann es sich dabei um den Ausgang einer Regel- bzw. Steuerelektronik handeln. Damit ergibt sich die Möglich keit, ein bestehendes System zur Spannungsversorgung des Heizelements 1 mit einer Gleichspannung von 12 V in der erfindungsgemäßen Weise auszugestalten. Damit kann auch ein bestehendes System korrosionsfest und langzeitstabil ausgeführt werden.The control signal a can be selected in accordance with the desired switching state of the heating element 1 . Preferably, it can be the output of a regulating or control electronics. This results in the possibility of designing an existing system for supplying the heating element 1 with a DC voltage of 12 V in the manner according to the invention. This means that an existing system can also be designed to be corrosion-resistant and long-term stable.

Die in Fig. 2 gezeigte mögliche Ausgestaltung der Schalt anordnung von Fig. 1 dient dazu, Leitungsunterbrechung in einzelnen Heizdrähten zu kompensieren. Das Grundprinzip ist schematisch in Form von zwei parallel geschalteten Heizdrähten 4 und 5 gezeigt. Zur Verdeutlichung sind die Heizdrähte als hintereinander geschaltete Widerstände Ra/4 bzw. Ri/4 gezeigt. Die vier Widerstände Ra/4 bzw. Ri/4 ergeben zusammen eine Widerstand von Ra bzw. Ri, der für die beiden Heizdrähte gleich oder auch von unter schiedlicher Größe sein kann. Entscheidend dabei ist, daß das Potential zwischen jeweils zwei gleich bezeichneten Widerständen, bezogen auf die entsprechende Stelle des anderen Heizdrahts gleich ist.The possible embodiment of the switching arrangement of FIG. 1 shown in FIG. 2 serves to compensate for line interruptions in individual heating wires. The basic principle is shown schematically in the form of two heating wires 4 and 5 connected in parallel. For the sake of clarity, the heating wires are shown as resistors Ra / 4 or Ri / 4 connected in series. The four resistors Ra / 4 and Ri / 4 together result in a resistance of Ra and Ri, which can be the same for the two heating wires or of different sizes. It is crucial here that the potential between two identically labeled resistors is the same in relation to the corresponding point on the other heating wire.

Diese potentialmäßig gleichen Stelle sind durch Querlei ter 6, 7 und 8 miteinander verbunden. Bedingt durch die potentialmäßige Situation ist der Stromfluß durch die Querleitern stets gleich Null, sofern die Heizdrähte 4 bzw. 5 in Ordnung sind. Wird ein Heizdraht jedoch unter brochen, im rechten Diagramm b für einen der Widerstände Ra/4 dargestellt, so fließt durch den Querleiter 6 Strom, wenn die Heizleiter 4 und 5 an der Betriebsspan nungsquelle angeschlossen sind. Über den Querleiter 6 wird der noch verbliebene intakte Teil des Heizdrahts 4 mit Strom versorgt. Die bei der konkreten Darstellung noch intakten Widerstände Ra/4 dienen weiterhin als Heiz körper. Der Defekt des Heizdrahts 4 tritt damit nicht mehr in Erscheinung. Entsprechend der Zahl der Querleiter wird ein eventueller Defekt in einem Heizdraht umso bes ser kompensiert, je mehr Querleiter entsprechend den Querleitern 6 bis 8 für jeweils zwei parallele Heizdrähte vorhanden sind.This potential equal point are interconnected by Querlei ter 6 , 7 and 8 . Due to the potential situation, the current flow through the cross conductors is always zero, provided the heating wires 4 and 5 are in order. However, if a heating wire is interrupted, shown in diagram b on the right for one of the resistors Ra / 4, current flows through the transverse conductor 6 when the heating conductors 4 and 5 are connected to the operating voltage source. The remaining intact part of the heating wire 4 is supplied with current via the transverse conductor 6 . The resistors Ra / 4, which are still intact in the concrete representation, continue to serve as heating elements. The defect of the heating wire 4 no longer occurs. Depending on the number of cross conductors, a possible defect in a heating wire is compensated for in the best possible manner, the more cross conductors corresponding to the cross conductors 6 to 8 for two parallel heating wires are present.

Claims

1. Switching arrangement for a surface heating element, which is supplied from a DC voltage source and has a plurality of heating wires connected in parallel and connected at their ends to Stromzu guide conductors, characterized in that the DC voltage is converted into an AC voltage, that the heating wires ( 1 ) with the AC voltage are acted upon, and that the alternating voltage has alternating positive and ne gative potential components.

2. Switching arrangement according to claim 1, characterized in net that the positive and negative potential portions are symmetrical to each other.

3. Switching arrangement according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that the heating wires are in an H-bridge (T1-T4) are switched on.

4. Switching arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that equipotential points of parallel heating wires ( 4 , 5 ) are connected to one another by transverse conductors ( 6 , 7 , 8 ).