CN101876456A - 控制系统和使用该控制系统的燃气灶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气灶，其包括旋塞阀、电流驱动阀、燃烧器、点火器、用于控制供给电流驱动阀的电流的开关和控制器。其中控制器用于检测所述开关是否存在故障；如果未检测到所述故障，则控制所述开关导通特定时间段以供给电流驱动阀电流。由于控制器会对开关的工作状态进行检测，如果开关出现故障，控制器会及时检测到并进行相应的控制，以避免开关发生短路时，电磁阀始终打开而导致燃气泄漏。

Description

控制系统和使用该控制系统的燃气灶

技术领域

本发明涉及一种控制系统，尤其涉及一种具有在操作旋钮被按压下后可驱动电磁阀并使其保持开启状态的控制系统。

本发明还涉及一种使用上述控制系统的燃气灶。

背景技术

随着家用燃气灶的普及，家用燃气灶的使用安全性也日益受到重视。现有的燃气灶都包括有熄火保护装置，用于在燃气灶的使用过程中，火焰遇到风吹或者沸水溢出等意外情况而熄灭时，自动切断燃气的一种装置。熄火保护装置的应用极大地提高了燃气灶的使用安全性，目前使用比较普遍的是热电式熄火保护装置。其结构是将电磁阀安装于燃气灶旋塞阀气路结构中，并有一热电偶与电磁阀连接，热电偶的温度感测部件安装在燃烧器的火孔位置。其工作原理是当操作者下压旋塞阀转轴并旋开阀芯后，安装在旋塞阀内的顶杆将电磁阀顶开，此时燃气气路接通，燃烧器火焰被点着，热电偶的感温件检测到温度上升，其施加在电磁阀上的电压也随之上升，并最终达到可以使电磁阀保持开启的状态，此时操作者可以松开旋塞阀转轴使顶杆脱离电磁阀。当火焰意外熄灭时，热电偶检测不到热能，从而其无法产生可保持电磁阀开启状态的电压，从而电磁阀自动关闭而切断燃气气路。

然而，热电偶被火焰加热到产生足够电流以将电磁阀吸住需要3～5秒的时间，因此操作者在按压下旋塞阀后需要一段时间才能松手以保证熄火保护装置的正常启动，从而给操作者带来诸多不便。美国专利公告US 6,698,417揭示了一种电磁阀开启状态保持装置，该装置包括一个与电磁阀电性连接的电子开关和定时器，当旋塞阀的旋钮被按下时，定时器被触发并开始计时，同时定时器闭合电子开关以使电磁阀内有一定电流通过而使其保持开启的状态，也就是说，当旋钮被按下后，电磁阀随即开启并保持自动开启状态而不需要使用者再持续按压旋塞阀，从而给使用者的使用带来了便利。此外，为避免点火器没有点着燃烧器，定时器在计时完特定时间段后会自动断开电子开关而使电磁阀自动关闭，从而避免燃气泄漏。然而，采用这种方式仍会存在安全隐患，例如，当定时器和电子开关中的任一个发生故障，而燃烧器又没有被顺利点着时，如此电磁阀会保持一直开启的状态，从而可能导致燃气泄漏并进而危及人身安全。

有鉴于此，有必要对现有燃气灶的电磁阀控制系统予以改进，以尽量减小或避免因元器件故障而导致的安全事故的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁阀控制系统，其可减小或避免因元器件故障而导致的燃气泄漏的情形发生。

本发明的另一目的在于提供一种燃气灶，其采用上述电磁阀控制系统，可减小或避免因元器件故障而导致的燃气泄漏的情形发生。

为了实现上述目的之一，本发明的一种适用于燃气灶的控制系统，其中燃气灶包括可手动操作的旋塞阀、与旋塞阀配合的电流驱动阀、用于接收燃气气流的燃烧器、以及用于点燃燃烧器的点火器，所述控制系统包括：

开关，用于控制供给电流驱动阀的电流；

控制器，用于

检测所述开关是否存在故障；

如果未检测到所述故障，则控制所述开关导通特定时间段以供给电流驱动阀电流。

为了实现上述目的之一，本发明的一种采用上述控制系统的燃气灶，其包括：

旋塞阀，可被使用者手动操作；

电流驱动阀，与旋塞阀配合以控制燃气气流的流通；

燃烧器，用于接收所述燃气气流；以及

点火器，与所述燃烧器配合以用于点燃燃烧器内的燃气。

作为本发明的进一步改进，所述故障包括短路故障和断路故障。

作为本发明的进一步改进，所述控制器还用于在检测到所述故障时使所述开关无法导通。

作为本发明的进一步改进，所述控制器还用于在检测到所述故障时生成警示信号。

作为本发明的进一步改进，所述控制器首先检测所述开关是否存在短路故障，如果未检测到，则所述控制器输出控制信号以闭合开关。

作为本发明的进一步改进，所述控制器在输出控制信号后还进一步检测所述开关是否存在断路故障，如果检测到断路故障，所述控制器中断所述控制信号的输出。

作为本发明的进一步改进，所述控制系统进一步包括与所述开关串联的第二开关；所述控制器还用于检测所述第二开关是否存在故障，如果未检测到所述故障，则控制所述第二开关导通特定时间段以供给电流驱动阀电流。

作为本发明的进一步改进，所述控制系统进一步包括与所述开关、第二开关串联的第三开关；所述控制器还用于检测所述第三开关是否存在故障，如果未检测到所述故障，则控制所述第三开关导通特定时间段以供给电流驱动阀电流。

作为本发明的进一步改进，所述控制器包括微处理器。

作为本发明的进一步改进，该燃气灶进一步包括与所述控制器连接的看门狗电路，所述看门狗电路仅可接收由所述控制器输出的脉冲信号。

作为本发明的进一步改进，所述看门狗电路还用于在接收到所述脉冲信号后驱动所述开关。

作为本发明的进一步改进，所述开关为三极管、可控硅、继电器、或金属氧化物半导体场效应晶体管(Metallic Oxide Semiconductor Field Effecttransistor，MOSFET)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于控制器会对开关的工作状态进行检测，如果开关出现故障，控制器会及时检测到并进行相应的控制，以避免开关发生短路时，电磁阀始终打开而导致燃气泄漏。进一步地，由于控制器出现故障时其定时功能也无法正常工作，为避免开关一直被导通，控制系统还引入了硬件看门狗来监测控制器的运行状态，当控制器出现故障时，硬件看门狗无法从控制器得到预定的信号，如方波信号，从而也无法驱动开关而致使开关断开，进而避免电磁阀一直打开，如此，可以彻底地避免电磁阀的控制系统因元器件的故障而导致的燃气泄漏。

附图说明

图1为本发明燃气灶的第一实施方式的电路原理示意图；

图2为本发明燃气灶的第二实施方式的电路原理示意图；

图3为本发明燃气灶的第三实施方式的电路原理示意图；

图4为本发明燃气灶的第四实施方式的电路原理示意图；

图5为图4中硬件看门狗电路的具体示例；

图6为图4中的控制器控制第二和第三开关的工作流程图；

图7为图4中的控制器控制第一开关的工作流程图。

具体实施方式

图1所示的是本发明燃气灶的第一实施方式。燃气灶包括旋塞阀1、电流驱动阀2、燃烧器3、点火器4、控制系统51、火焰探测装置6、以及触发开关7。在本实施方式中，旋塞阀1具有控制旋钮和阀杆，其中操作旋钮可被使用者按压并旋转以控制点火器4点着燃烧器3并调节燃烧器3火焰的大小。电流驱动阀2可以为本领域技术人员所熟知的电磁阀，即通过给绕置在电磁阀阀体上的线圈施加电流以产生磁场，从而驱动磁芯21克服弹簧弹力，保持电磁阀开启状态。在本实施方式中，电磁阀2为双线圈式，其包括与控制系统51电性连接的第一线圈22、和与火焰探测装置6电性连接的第二线圈23。电磁阀2通过一限流电阻与一电源Vcc(如电池)连接。燃烧器3通过管路(未图示)与外部的燃气源(未图示)连接以获得燃气，如煤气或天然气等。电磁阀2设置在管路附近，其阀芯21与旋塞阀的阀杆联动设置，以在控制旋钮尚未被按压时堵塞管路以隔绝气流通路。点火器4设置在燃烧器4的旁侧以给燃烧器点火。在本实施方式中，火焰探测装置6为热电偶，其设置在燃烧器4的旁侧以可在燃烧器被点着后与火焰接触来检测火焰的温度。同时，热电偶6通过导线与电磁阀2的第二线圈23连接。触发开关7可以是一弹片开关，其与旋塞阀1机械配合，并与点火器4和控制系统51电性连接。

控制系统51包括与电磁阀2的第一线圈22串联设置的第一开关511、第二开关512、和第三开关513，以及控制该三个开关的定时装置。在本实施方式中定时装置包括连接在触发开关7和第一开关511之间的第一定时器514、连接在触发开关7和第二开关512之间的第二定时器515、连接在触发开关7和第三开关513之间的第三定时器516。第一、二、三开关511、512、513用于可导通以控制给第一线圈22施加的电流，其可以是三级管、可控硅、继电器开关、或金属氧化物半导体场效应晶体管(Metallic Oxide Semiconductor FieldEffecttransistor，MOSFET)等，三个开关可以采用完全相同的开关形式，也可以各不相同。定时装置用于设定特定时间段，并在时间段结束后停止计时，其可以是机械的、电子的、或由软件控制的微处理器。所以本实施方式中的三个定时器也可采用其他形式，且每个定时器设置的时间间隔也可各不相同。

当旋塞阀1的操作旋钮被使用者压下后，旋塞阀的阀杆将电磁阀2的磁芯21顶开，使燃气可以在管路中流通以供应给燃烧器3。与此同时，旋塞阀1按压触发开关7使其闭合导通，从而点火器4被触发而为燃烧器点火；同时，第一、二、三定时器514、515、516被触发开始计时，并且生成相应得控制信号以分别闭合导通第一、二、三开关511、512、513，从而使电磁阀2开启并保持特定时间段的开启状态。在本实施方式中，第一、二、三定时器514、515、516设定的时间段完全相同，均为10秒。当燃烧器3被点着后，热电偶6检测到火焰，并给第二线圈23施加电流。当检测到的火焰温度达到或超过一上限值时，热电势在第二线圈23产生的磁场使得磁芯21可以克服弹簧弹力，使阀门保持开启状态，，如此即使定时器的预设的时间间隔到达后电磁阀2仍能保持开启状态。如果燃烧器3没有被点着，定时器在预定时间间隔结束后，会自动断开开关，而使电磁阀2关闭管路而避免燃气泄漏。上述实施方式中，由于采用了对电磁阀的三级控制电路，即使其中一级、或两极控制电路中的开关或定时器出现故障而导致短路，剩余的开关和定时器仍旧能够在预定时间段内关闭电磁阀，从而大大降低了因元器件故障而导致燃气泄漏并引发安全事故的可能性。当然，本领域技术人员可轻易想到的是，在其他实施方式中，也可对电磁阀仅采用两极控制或者采用更多级的控制。

图2揭示的是本发明燃气灶的第二实施方式，与第一实施方式的区别在于控制系统52。在本实施方式中，控制系统52同样包括第一、二、三开关521、522、523，其中第一开关521由串联在第一开关521和触发开关7之间的定时器524控制，而第二、三开关522、523共同由串联在触发开关7和地之间电容525控制。当旋塞阀1被按压时，触发开关7闭合，第一、二、三开关521、522、523闭合导通，电磁阀2自动打开，与此同时，电容525充电；当旋塞阀1被松开时，触发开关7断开，电容525通过额外电阻或者第二、三开关内等效电阻放电，使得第二、三开关522、523继续保持闭合。然而，由于电容525的放电能量有限，这样在一定时间段后，当电容525存储的电量放尽后，第二、三开关522，523断开，从而，即使第一开关521和定时器524出现故障，电容525和第二、三开关组成的控制电路仍然能够在一定时间段后关闭电磁阀。

图3所示的第三实施方式与第二实施方式类似，同样包括第一、二、三开关531、532、533，以及控制第一开关531的定时器534，不同的是，由一微处理器535取代电容来控制第二、三开关532、533。本领域技术人员所熟知的是，该微处理器可以包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、只读存储模块(read-only memory，ROM)、随机存取模块(random access memory，RAM)、定时模块、数字模拟转换模块(A/D converter)、以及若干输入/输出端口。其中，定时模块可预先设定时间段，以在该时间段计时结束后断开第二、三开关532、533，从而实现对电磁阀的冗余控制。

图4揭示了本发明燃气灶的第四实施方式。在本实施方式中，包括有三组燃气灶头，以下仅以其中之一为例进行说明。与之前的实施方式相比主要的不同在于控制系统54。该控制系统54同样包括与电磁阀2串联的第一、二、三开关541、542、543，在本实施方式中，三个开关均为三级管，如前所述，开关也可采用其他形式，如可控硅、继电器、MOSFET、或其组合等。这三个三级管541、542、543均通过一个控制器544来实现控制，该控制器可以采用如第三实施中的微处理器，当然也可采用其他形式的集成电路，如特定用途集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)或现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)等。在本实施方式中，控制器544为微处理器，其包括P1～P5输入/输出端口。其中P1端口与第一开关(Q4)541的集电极连接，P2端口与第一开关(Q4)541的基极连接，P3端口与第二开关(Q17)542的集电极连接，P4端口与第二开关(Q17)542的基极连接。

一硬件看门狗(watch dog)电路545连接在微处理器544的P5端口和第三开关(Q19)543的基极之间，用来监测微处理器的运行是否正常，如正常则会进一步驱动第三开关543。配合参照图5所示，该硬件看门狗电路545包括一隔直电路5451、一交/直流(AC/DC)转换电路5452、以及一功率驱动电路5453。其中隔直电路5451用于接收微处理器544通过P5端口输出的脉冲信号，如方波信号，然后通过交/直流转换电路5452并由功率驱动电路5453驱动第三开关543闭合导通。如果微处理器544由于干扰造成程序跑飞而陷入某一程序段，进入死循环状态时，隔直电路5451就无法接收到来自端口P5的方波信号，从而第三开关543也就无法被驱动而断开，进而关闭电磁阀，避免因微处理器的故障而造成燃气的泄漏。

以下结合图6和图7说明微处理器544对第一、二、三开关541、542、543的控制。图6所示的是微处理器544对第二、三开关542、543的控制。首先，微处理器检测第二、三开关542、543是否均存在短路故障(步骤831)。在本实施方式中，微处理器544读取端口P3处的信号，如果是低电平信号，表明第二、三开关542、543均已经短路，则微处理器544进入安全模式(步骤837)，即微处理器544停止端口P2、P4、P5输出电信号以使第一、二、三开关541、542、543均处于断开的状态，从而电磁阀2也无法打开。在安全模式中，微处理器还可以控制相应的元器件发出声、光、电等报警信号，以提醒使用者硬件出现了故障。作为优选的实施方式，该报警信号还可以提示使用者哪部分硬件出现了故障，如用不同颜色的光信号来表示不同的开关。如果在P3端口上监测到的是高电平信号，表明第二、三开关542、543中至少有一个不存在短路故障。然后微处理器544会通过P4端口给第二开关542输出一个高电平信号以闭合第二开关542(步骤832)。接下来，微处理器544还会继续读取P4端口的电信号以检测第三开关543是否存在短路故障，如果是低电平信号，表明第三开关543存在短路故障，则微处理器544会进入安全模式(步骤837)；如果是高电平信号，表明第三开关543不存在短路故障或第二开关542断路，随后微处理器544会通过P5端口给第三开关543输出一个脉冲信号以闭合第三开关543，并且微处理器544还会通过P4端口关断第二开关542(步骤834)。微处理器544继续读取P3端口的电信号以检测第二开关542是否存在短路故障(步骤835)，如果检测到的是低电平信号，表明第二开关542短路，则微处理器544进入安全模式(步骤837)，相反，如果检测到的是高电平信号，表明第二开关542不存在短路故障或第三开关543断路。接下来，微处理器544会通过P4端口重新给第二开关542输出一个高电平信号以闭合第二开关542(步骤836)。但是，微处理器544还是会继续读取P3端口的电信号以检测第二、三开关542、543是否存在断路故障(步骤838)。如果检测到的是高电平信号，表明第二、三开关542、543至少两者之一存在断路故障，则微处理器544进入安全模式(步骤837)；相反，如果检测到的是低电平信号，表明第二、三开关542、543两者均工作正常，即都不存在短路故障和断路故障，则微处理器544维持P4和P5端口的输出信号特定时间段，即保持第二、三开542、543关闭合导通特定时间段(步骤839)，在本实施方式中，该特定时间段为10秒。

图7所示的是微处理器544对第一开关541的控制。首先，微处理器检测第一开关541是否有短路故障(步骤811)。在本实施方式中，微处理器544读取端口P1处的信号，如果是低电平信号，表明第一开关541已经短路，则微处理器544进入安全模式(步骤815)。如果在P1端口上监测到的是高电平信号，表明第一开关541未出现短路故障，从而微处理器544会通过P2端口给第一开关541输出一个高电平信号以闭合第一开关541(步骤812)。接下来，微处理器544还会继续检测第一开关541是否有断路故障(步骤813)。微处理器544同样可以通过读取P1端口的电信号来检测，如果是高电平信号，表明第一开关存在断路故障，则微处理器544会进入安全模式(步骤815)；如果是低电平信号，表明第一开关541工作正常，即断路故障和短路故障都不存在，如此，则微处理器544维持P2端口的输出信号特定时间段，即保持第一开关闭合导通特定时间段(步骤814)。如前述第三实施方式，该特定时间段有微处理器中的定时模块来控制，在本实施方式中为10秒。当然，本领域技术人员可易于理解的是，该实施方式中的第一、二、三开关可采用其他形式，如可控硅、继电器、MOSFET、或其组合等；并且，三个开关的设置顺序并不局限于上述实施方式中所描述的，也可以互换，而不会影响其功能的实现。

在第四实施方式中，控制系统中控制器会对开关的工作状态进行检测，如果开关出现故障，控制器会及时检测到并进行相应的控制，以避免开关发生短路时，电磁阀始终打开而导致燃气泄漏。进一步地，由于控制器出现故障时其定时功能也无法正常工作，为避免开关一直被导通，控制系统还引入了硬件看门狗电路来监测控制器的运行状态，当控制器出现故障时，硬件看门狗电路无法从控制器得到预定的信号，如方波信号，从而也无法驱动开关而致使开关断开，进而避免电磁阀一直打开，如此，可以彻底地避免电磁阀的控制系统因元器件的故障而导致的燃气泄漏。此外，本领域技术人员可轻易想到的是，由于开关的工作状态可以被检测到，所以控制系统也可采用两个开关，如此可同样实现对电磁阀的安全保护功能。

Claims (20)

1.一种适用于燃气灶的控制系统，其中燃气灶包括可手动操作的旋塞阀(1)、与旋塞阀配合的电流驱动阀(2)、用于接收燃气气流的燃烧器(3)、以及用于点燃燃烧器的点火器(4)，其特征在于，所述控制系统包括：

开关(541、542、543)，用于控制供给电流驱动阀的电流；

控制器(544)，用于

检测所述开关是否存在故障；

如果未检测到所述故障，则控制所述开关导通特定时间段以供给电流驱动阀电流。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述故障包括短路故障和断路故障。

3.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制器还用于在检测到所述故障时使所述开关无法导通。

4.如权利要求1或3所述的控制系统，其特征在于，所述控制器还用于在检测到所述故障时生成警示信号。

5.如权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述警示信号包括光信号或声音信号。

6.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制器首先检测所述开关是否存在短路故障，如果未检测到，则所述控制器输出控制信号以闭合所述开关。

7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述控制器在输出控制信号后还进一步检测所述开关是否存在断路故障，如果检测到断路故障，所述控制器中断所述控制信号的输出。

8.如权利要求6或7所述的控制系统，其特征在于，所述控制信号为高电平信号或脉冲信号。

9.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，控制系统进一步包括与所述开关串联的第二开关，所述控制器还用于

检测所述第二开关是否存在故障；

如果未检测到所述故障，则控制所述第二开关导通特定时间段以供给电流驱动阀电流。

10.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，控制系统进一步包括与所述开关、第二开关串联的第三开关，所述控制器还用于

检测所述第三开关是否存在故障；

如果未检测到所述故障，则控制所述第三开关导通特定时间段以供给电流驱动阀电流。

11.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述控制器还用于当检测到所述开关和第二开关中的任一个存在短路故障时，断开所述开关和第二开关中的另一个。

12.如权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述控制器还用于当检测到所述开关、第二开关和第三开关中的任一个或任两个存在短路故障时，断开所述开关、第二开关和第三开关中的另一个或另两个。

13.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制器包括微处理器。

14.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，该燃气灶进一步包括与所述控制器连接的看门狗电路，所述看门狗电路仅可接收由所述控制器输出的脉冲信号。

15.如权利要求14所述的控制系统，其特征在于，所述看门狗电路还用于在接收到所述脉冲信号后驱动所述开关。

16.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述开关为三极管、可控硅、继电器、或金属氧化物半导体场效应晶体管(Metallic Oxide Semiconductor Field Effecttransistor，MOSFET)。

17.一种使用如权利要求1-16项中任一项所述的控制系统的燃气灶，其特征在于，包括：

旋塞阀(1)，可被使用者手动操作；

电流驱动阀(2)，与旋塞阀配合以控制燃气气流的流通；

燃烧器(3)，用于接收所述燃气气流；以及

点火器(4)，与所述燃烧器配合以用于点燃燃烧器内的燃气。

18.如权利要求17所述的燃气灶，其特征在于，所述电流驱动阀为电磁阀。

19.如权利要求17所述的燃气灶，其特征在于，该燃气灶进一步包括火焰探测装置(6)，所述火焰探测装置位于可与燃烧器产生的火焰接触的位置，且所述火焰探测装置与所述电流驱动阀电性连接以当探测到的火焰温度等于或大于一上限值时驱动电流驱动阀运动。

20.如权利要求19所述的燃气灶，其特征在于，所述火焰探测装置为热电偶。

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