CN102487552A - 一种双加热管的控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双加热管的控制器，包括处理模块、加热互锁模块组成的互锁电路。加热互锁模块包括两路电路，每路电路包括：一继电器开关，其输入控制端与所述处理模块连接，其被控端开关串联在一加热管的供电电路中，用于接收高或低电平信号控制其被控端开关的闭合或断开。一触发开关模块，其输入控制端与该路电路中的加热管并联，其输出端开关端串联在一电容充电电路中，用于在加热管工作时触发其输出端开关闭合。一非门逻辑电路，其输入端与所述电容连接，其输出端连接至另一路电路的所述继电器开关的输入控制端。控制器实现实时监控热水器加热管的工作状况，在加热管或控制加热管的继电器出现异常时提前报警，给用户安全用电环境。

Description

一种双加热管的控制器

技术领域

本发明涉及双加热管的电热水器技术领域，特别是指一种双加热管的控制器。

背景技术

现有的储水式电热水器为满足用户快速洗浴热水增容的要求，通常在热水器中增加2个大功率加热管，2个加热管的总功率超过5千瓦，为保证用户的用电环境，现在控制器一般在同一时间内控制一个加热管开启，在用户没有洗浴要求时，采用低功率的第一加热管将整胆水加热，当有洗浴要求时将第一加热管关闭，打开高功率的第二加热管，这样可以迅速将水加热完成。

加热管供电的控制开关主要采用继电器，现在的热水器控制器在程序异常或控制加热管的继电器出现粘连或控制继电器的器件出现问题时，所控制的加热管导通后，会出现持续加热的情况，若不能有效的检测出来，会造成2个加热管同时开启的情况，造成功率过大和持续加热的情况，造成很多安全隐患。

现在市面上的热水器的加热管开关控制主要采用作为控制单元的单片机控制继电器，硬件上没有设计专门的继电器互锁电路，当继电器在不该开启的时间打开，对控制板和用户而言，根本感知不到异常。当继电器出现粘连后，控制单元不能有效的检测到异常，造成加热管持续加热。长时间会造成超温，致使热水器的机械温控器动作，直接将热水器的电源切断，整个热水器不能工作，只能进行维修，给用户造成很多不便。作为控制开关的继电器在长时间工作后会出现接触不良的情况，造成加热管不加热。如果在一个加热管开启的时间内打开另外一个控制加热管的继电器，会出现过功率的情况，会造成线路起火或者烧毁，直接对用户的用电环境造成损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种双加热管的控制器，以实现能有效解决加热管的同时开启的情况，控制器包括：

处理模块301、加热互锁模块401组成的互锁电路；

其中，加热互锁模块401包括两路电路，每路电路包括：

一继电器开关，其输入控制端与所述处理模块301连接，其被控端开关串联在一加热管的供电电路中，用于接收高或低电平信号控制其被控端开关的闭合或断开；

一触发开关模块，其输入控制端与该路电路中的加热管并联，其输出端开关端串联在一电容充电电路中，用于在加热管工作时触发其输出端开关闭合；

一非门逻辑电路，其输入端与所述电容连接，其输出端连接至另一路电路的所述继电器开关的输入控制端。

由上，用于实现控制两个加热管无法同时开启，彻底解决两加热管出现同时加热，造成出现功率过大的情况。

其中，所述加热互锁模块401还包括第二继电器开关，其控制端与所述处理模块301连接，其被控端开关串联在上述加热管的供电电路的回路中，用于接收所述处理模块301的信号控制其被控端开关的闭合或断开，便于控制加热管的开闭。

所述处理模块301还与每路电路中电容与非门逻辑电路连接的一端连接，用于检测电容电平，从而判断继电器是否出现粘连情况，避免两加热管同时工作。

其中，所述继电器开关包括：输入控制端的回路和被控端开关；

输入控制端的回路包括：三极管，其基极作为继电器开关的输入控制端连接至处理模块301，其发射极接地，其集电极连接继电器线圈，该线圈另一端连接控制电源，用于在继电器线圈通电时吸合被控端开关，起到控制加热管开闭的作用。

所述继电器线圈两端并联二极管，二极管的正极与所述控制电源连接，用于保证三极管安全，消除自感电压对电路的干扰。

所述触发开关模块包括：

与所述加热管并联的一由正、反向二极管以及一电阻串联组成的回路；

一光耦合器，其输入控制端与所述反向二极管并联，其被控端开关串联在所述电容充电电路中，用于在光耦合器的输出端导通时，由所述5V电源向所述电容充电，处理器模块301才可检测到电容电平。

所述的控制器还包括继电器电源模块101，其输入控制端与所述处理模块301连接，其被控端开关连接到加热互锁模块401的控制电源供电电路，用于接收处理模块301的控制信号，以断开或闭合到加热互锁模块401的12V控制电压

由上，本发明可以实现实时监控热水器的加热管的工作状况，在加热管正常工作时能监控加热管的运行情况，在加热管或者控制加热管的继电器出现异常时进行提前报警，给用户一个安全的用电环境。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为本发明的工作流程图。

具体实施方式

图1为本发明的电路原理图，包括继电器电源模块101，温度传感模块201，处理模块301，加热互锁模块401。

继电器电源模块101与所述处理模块301的RC7端口连接，用于接收处理模块301的控制信号，以断开或闭合到加热互锁模块401的12V控制电压。

温度传感模块201与所述处理模块301的AN2端口连接，用于对热水器内胆中的水进行温度检测，并且向所述处理模块301传送温度信号。

所述处理模块301为单片机，用于控制所述继电器电源模块101的供电，及控制加热互锁模块401对热水器两个加热管供电的互锁及粘连检测。

所述加热互锁模块401用于实现对热水器两个加热管供电的互锁，包括：

三组电路相同的第一继电器K1、第二继电器K2和第三继电器K3的电路，其输入控制端分别与处理模块301连接，用于接收处理模块301的控制信号，控制其被控端开关的打开或闭合，从而控制向与其被控端开关串联的加热管的供电。

其中，每个继电器电路的输入控制端的回路包括：

NPN型三极管(N1、N2、N3)，其基极作为继电器电路的输入控制端分别连接至处理模块301的RC6端口、RC5端口、RC4端口，发射极接地，集电极连接继电器线圈，该线圈另一端连接12V电源，用于在继电器线圈通电时吸合继电器电路被控端开关。在所述继电器线圈两端并联二极管，二极管的正极与所述12V电源连接。

设置所述二极管的目的是：当三极管由导通变为截止时，继电器绕组感生出较大自感电压，与电源电压叠加后加到控制继电器线圈的三极管集电极、发射极上，使发射结可能被击穿。而自感电压与电源电压叠加后对二极管连说却是正压偏向，使二极管导通，形成环流，高电压通过回路释放，从而保证三极管安全，同时也消除了自感电压对电路的干扰。

其中第一、第三继电器的每个继电器的被控端开关一端连接电源L线(即火线)，另一端分别连接至第一和第二加热管，两个加热管的另一端均连接至第二继电器的被控端开关一端，第二继电器被控端开关另一端连接至电源N线(即零线)。

三组继电器电路作为控制所述第一、第二加热管的三组开关驱动电路，可选的，所述开关驱动电路也可由三极管或者由集成电路驱动器(如反相器ULN2003)等代替。

每个加热管(或加热管电路中的部分加热管，即部分电阻)均并联连接一由正、反向二极管以及一电阻串联组成的回路，在所述每个反向二极管两端分别接入第一光耦合器IC2、第二光耦合器IC3的输入控制端，光耦合器由发光二极管、光敏三极管组成，用于在加热管处于工作状态时，输入作为控制信号的电流到光耦合器的输入控制端，电流通过发光二极管时，形成一个光源，该光源照射到光敏三极管表面上，使光敏三极管产生集电极电流，以导通其作为被控端开关的光敏三极管的集电极和发射极。

每个所述光耦合器的被控端开关一端(即所述光敏三极管的集电极)均连接一5V电源，被控端开关另一端(即所述光敏三极管的发射极)分别连接一接地的第一电容E1、第二电容E2，用于在光耦合器的输出端导通时，由所述5V电源向电容充电。

所述两个光耦合器以及5V电源构成两个触发开关模块，通过光耦合器导通使5V电源开始供电，进而向所述电容充电。

在所述第一电容E 1的非接地的一端连接至第一非门逻辑电路IC4的输入端，第一非门逻辑电路IC4的输出端连接至所述第三三极管N3的基极(即第三继电器K3的电路的输入控制端)，所述第二电容E2的非接地的一端连接至第二非门逻辑电路IC5的输入端，第二非门逻辑电路IC5的输出端连接至所述第一三极管N1的基极(即第一继电器K1的电路的输入控制端)，所述非门逻辑电路用于当与其相连的电容充电达到高电平时，将非门逻辑电路输入端的高电平转换为输出端的低电平，输出到另一继电器的输入控制端，从而控制另一继电器被控端开关为断开状态。

所述第一电容E1的非接地的一端连接至所述处理模块301的AN4端口，所述第二电容E2的非接地的一端连接至所述处理模块301的AN3端口，以由处理模块301检测两个电容均为高电平时，判断为继电器为粘连状态。

下面结合图1和图2对本发明的工作原理进行说明：

步骤301：当热水器处于未工作状态，即不需要加热时，所述处理模块301通过RC7端口输出低电平，即RC7＝0，从而使得控制继电器电源模块101断开到加热互锁模块401的12V控制电压。

步骤302：用户下达启动热水器指令后，所述处理模块301根据用户设定的温度，与通过温度传感模块201传送的温度信号相比较，从而判断开启第一加热管或开启第二加热管或不需要开启加热管。

若所述处理模块301判断结果为需要开启第一加热管时，进入步骤M001；若判断结果为需要开启第二加热管时，进入步骤C001。

其中，下述步骤M001～步骤M008为所述处理模块301判断结果为第一加热管工作时，控制第二加热管不工作，同时监控所述继电器是否出现故障的流程，具体如下：

步骤M001：所述处理模块301通过RC7端口输出高电平，即RC7＝1，从而使得继电器电源模块101闭合到加热互锁模块401的12V控制电压。

并控制RC5端口输出高电平，使得第二继电器K2导通，此时第一继电器K1以及第三继电器K3均保持断开状态。

步骤M002：所述处理模块301检测AN3端口、AN4端口电平输入，若检测结果为AN3端口或者AN4端口为高电平输入，则表示第一继电器K1或第三继电器K3出现粘连情况，进入步骤303，若检测结果AN3端口、AN4端口均为低电平，则表示无故障情况，进入步骤M003。

步骤M003：所述处理模块301控制RC6端口输出高电平，从而使继电器K1导通，第一加热管开始工作。RC4端口保持输出低电平，检测AN3端口电压输入情况，以监控第二加热管在第一加热管工作时是否工作。

步骤M004：此时第一加热管处于加热状态，处理模块301通过AN4端口可检测到高电平。

具体感知原理为：打开电源后，通过AC220V的交流在正半周时驱动所述第一光耦合器IC2中的发光二极管，使之发出一定波长的光，被IC2中光敏三极管接收并导通其作为被控端开关，从而使得电容E1开始充电，处理模块301检测到第一电容E1为高电平时感知第一加热管已打开。

并且，当第一电容E1的高电平输出经过第一非门逻辑电路IC4时，第一非门逻辑电路IC4将其输入端的高电平转换为输出端的低电平输出至第三三极管N3基极，这样，在第三三极管N3的基极端的电压便为低电平，从而限制了第三继电器K3的导通，使得所述第二加热管在所属第一加热管工作时不会开启。

若所述处理模块301检测到AN4端口为高电平，则表示第一继电器K1、第二继电器K2均正常导通，热水器目前工作正常，进入步骤M005，否则表示所述继电器出现故障，进入步骤303。

步骤M005：第一加热管继续加热，热水器正常工作。

步骤M006：所述处理模块301依据温度传感模块201检测的水温信息，将其与用户设定温度进行比较，若达到用户设定温度进入步骤M007，否则返回步骤M005，继续对水箱热水加热。

步骤M007：所述处理模块301控制将其RC6端口输出低电平，RC5端口输出高电平，第一继电器K1断开，使得第一加热管两端没有电压，从而关闭第一加热管。

步骤M008：所述处理模块301检测AN4端口电平，控制RC6端口输出高电平，RC5端口输出低电平，使得第一继电器K1导通，第二继电器K2断开，若所述处理模块301检测结果为AN4端口输出高电平，则表示第二继电器K2出现粘连情况，进入步骤303，否则表示其工作正常，返回步骤302。

步骤303：所述处理模块301通过检测AN3、AN4端口电平输入情况，出现高电平表明所属继电器出现粘连情况，立刻报警。

步骤C001～步骤C008为所述处理模块301判断结果为第二加热管工作时，控制第二加热管工作且第一加热管不工作，同时监控所述继电器是否出现故障的工作模式，其工作步骤与步骤M001～步骤M008相似，区别之处在于所述处理模块301通过控制第一继电器K1断开，第二继电器K2、第三继电器K3导通，从而实现第二加热管工作，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.本发明公开一种双加热管的控制器，包括：处理模块(301)、加热互锁模块(401)组成的互锁电路；

其中，加热互锁模块(401)包括两路电路，每路电路包括：

一继电器开关，其输入控制端与所述处理模块(301)连接，其被控端开关串联在一加热管的供电电路中，用于接收高或低电平信号控制其被控端开关的闭合或断开；

一触发开关模块，其输入控制端与该路电路中的加热管并联，其输出端开关端串联在一电容充电电路中，用于在加热管工作时触发其输出端开关闭合；

一非门逻辑电路，其输入端与所述电容连接，其输出端连接至另一路电路的所述继电器开关的输入控制端。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述加热互锁模块(401)还包括第二继电器开关，其控制端与所述处理模块(301)连接，其被控端开关串联在上述加热管的供电电路的回路中，用于接收所述处理模块(301)的信号控制其被控端开关的闭合或断开。

3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述处理模块(301)还与每路电路中电容与非门逻辑电路连接的一端连接，用于检测电容电平。

4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述继电器开关包括：输入控制端的回路和被控端开关；

输入控制端的回路包括：三极管，其基极作为继电器开关的输入控制端连接至处理模块(301)，其发射极接地，其集电极连接继电器线圈，该线圈另一端连接控制电源，用于在继电器线圈通电时吸合被控端开关。

5.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，所述继电器线圈两端并联二极管，二极管的正极与所述控制电源连接。

6.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述触发开关模块包括：

与所述加热管并联的一由正、反向二极管以及一电阻串联组成的回路；

一光耦合器，其输入控制端与所述反向二极管并联，其被控端开关串联在所述电容充电电路中。

7.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，还包括继电器电源模块(101)，其输入控制端与所述处理模块(301)连接，其被控端开关连接到加热互锁模块(401)的控制电源供电电路。

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