CN102591242A - 单稳态保护电路及热水器自动控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气热水器控制器，更具体地说涉及用于燃气热水器控制器的单稳态保护电路。包括比较器N6B和第一三极管V33，所述比较器N6B的负输入端分别与电源、第一三极管V33的集电极连接，所述第一三极管V33的发射极接地，所述比较器N6B的正输入端通过第四电阻R49与电源连接，并且通过第五电阻R50接地,所述第四电阻R49与第五电阻R50的电阻值相同；通过控制第一三极管V33集电极与发射极的通断使比较器N6B的负输入端为高电平或低电平。本发明的单稳态保护电路在整个控制电路中相对对立，避免由于单片机或ASIC器件失效时，引起热水器在没有水流量信号时的干烧。

Description

单稳态保护电路及热水器自动控制电路

技术领域

    本发明涉及一种保护电路，更具体地说涉及用于燃气热水器控制器的单稳态保护电路。

背景技术   

 国内现有的全自动强制排气或智能恒温燃气快速热水器使用的主控制器，都是采用单片机（MCU）或定制的ASIC器件，加上相应的外围硬件电路以及嵌入式控制程序共同组成的一个自动控制系统，参见附图1。主控制器在单片机（及嵌入式程序）或ASIC器件的控制下，控制整个系统，完成规定的动作，实现特定的功能。这个自动控制系统的核心就是单片机（MCU）或ASIC器件，它的作用就好比人的大脑。单片机或ASIC器件本身包括了数千个或上万的电子晶体管。另外，国内现有的全自动强制排气或智能恒温燃气快速热水器在检测水流信号时，使用的是水流量传感器,如附图2所示，其主要由轴、叶轮、磁体、集成霍尔元件及外壳体组成，水流进入传感器腔体后，推动叶轮旋转，与叶轮相连的磁体，也同时旋转，形成变化的磁场，这时给霍尔元件的两端通电，通电后的霍尔元件在变化的磁场中产生感生电动势，该信号经集成霍尔元件后级的整形、放大处理后，在输出端得到了一个方波信号，该方波信号的频率与转速成正比，转速越快，频率越高，反之亦然，如图3所示。

 传统的燃气热水器各元件主要受单片机的控制，当单片机的硬件或者软件（嵌入式控制程序）或ASIC器件发生故障（故障的原因也不能预测），其部分功能损坏或受到干扰时，单片机或ASIC器件的控制功能可能会失效。在这种情况下，当水流量传感器没有检测到进水管有水进入热水器，即没有水流量信号的时候，但由于单片机出现故障，错误以为有水进入热水器，单片机控制主电磁阀驱动电路开启，进而启动热水器，对热水器进行干烧，这样会造成燃气的泄露，对用户产生危险。

发明内容

 本发明的目的在于：针对上述单片机或ASIC器件可能产生故障失效的情况，同时结合水流量传感器输出方波信号的特性，提供一种用于燃气热水器控制器的单稳态保护电路。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

单稳态保护电路，包括比较器和第一三极管，所述比较器的负输入端分别与电源、第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的发射极接地，所述比较器的正输入端通过第四电阻与电源连接，并且通过第五电阻接地,所述第四电阻与第五电阻的电阻值相同；通过控制第一三极管集电极与发射极的通断使比较器的负输入端为高电平或低电平。

    上述单稳态保护电路中，所述比较器的负输端入通过第三电阻与电源连接。

    上述单稳态保护电路中，所述比较器的负输入端通过第一电阻与第一三极管的集电极连接。

上述单稳态保护电路中，所述单稳态保护电路还包括第一电容，所述第一电容的正极端通过第三电阻与电源连接，所述第一电容的正极端还和比较器的负输入端连接。

上述单稳态保护电路中，第一三极管集电极与发射极的断开时，电源通过第三电阻对第一电容充电，第一三极管集电极与发射极的连通时，第一电容使比较器的负输入端从高电平缓慢变成低电平。

    上述单稳态保护电路中，所述第一三极管的基极与外部信号连接，通过外部信号来控制第一三极管集电极与发射极的通断。

热水器自动控制电路，包括水流量信号检测电路、主电磁阀驱动控制电路及单片机，所述水流量信号检测电路通过单片机与主电磁阀驱动控制电路连接，所述热水器自动控制电路还包括单稳态保护电路，所述水流量信号检测电路通过单稳态保护电路与主电磁阀驱动控制电路连接。

整个热水器的自动控制电路包括水流量信号检测电路、单稳态保护电路、主电磁阀驱动控制电路及单片机，所述水流量信号检测电路通过单片机与主电磁阀驱动控制电路连接，所述水流量信号检测电路还通过单稳态保护电路与主电磁阀驱动控制电路连接，单稳态保护电路包括比较器和第一三极管，所述比较器的负输入端通过第三电阻与电源VCC连接，并通过第一电阻与第一三极管的集电极连接，第一三极管的发射极接地，比较器的负输入端还与第一电容的正极端连接，通过外部信号控制第一三极管集电极与发射极的通断可以使比较器的负输入端为高电平或低电平，所述比较器的正输入端通过第四电阻与电源VCC连接，并且通过第五电阻接地，由于第四电阻和第五电阻的分压，且第四电阻和第五电阻的阻值相同，使比较器的正输入端电压为1/2 VCC，便于和比较器的负输入端进行比较。

热水器中安装的水流量传感器在有水流通过时产生感应电动势，感应电动势经水流量信号检测电路整形、放大处理后得到方波信号；方波信号再输入到单稳态保护电路中，方波信号作为第一三极管的外部信号先被转换成电平信号再通入比较器；利用比较器产生的高低电平信号串入主电磁阀驱动控制电路中。整个热水器的自动控制电路在没有水流量信号的时候，单稳态保护电路输出信号，保证主电磁阀驱动控制电路关闭，进而产生保护作用。具体地讲当无水流量信号时，单稳态保护电路中比较器的正输入端为参考电平输入端，经第四电阻和第五电阻分压，二者阻值相等，则正输入端处电平为1/2VCC；比较器的负输入端为检测信号输入端，没有水流量信号时，第一三极管截止，第一电阻一脚对地断开，电源VCC经第三电阻对第一电容充电，充满后使得第一电容的正极端电平变为高，第一电容的正极端与比较器的负输入端连接，使比较器的负输入端处也为高电平，且电平高于比较器的正输入端处电平（1/2VCC），所以比较器输出端的输出为低电平信号。比较器的输出端连接到主电磁阀驱动控制电路中的第一反向驱动放大器的输入端，即将单稳态保护电路的输出串入主电磁阀驱动电路，主电磁阀驱动电路由单片机口线、第二反向驱动放大器、第一反向驱动放大器、第二二极管、第八电阻、第九电阻、第二三极管、第三二极管组成，当比较器输出为低电平时，将第一反向驱动放大器的输入脚也拉成低电平，使得第一反向驱动放大器输出脚变为高电平，经过第二二极管、第九电阻后使第二三极管截止，从而没有驱阀电压输出。由于单稳态保护电路在没有水流量信号的时候，该电路输出信号，保证主电磁阀驱动控制电路关闭，这时即便单片机失效，单片机口线有错误的驱动信号输出，也无法使第二三极管开启，避免了由于单片机或ASIC器件失效时，引起热水器在没有水流量信号时的干烧。

与现有技术相比，本发明的有益效果： 本发明的单稳态保护电路在整个热水器自动控制电路中相对对立，不受单片机或ASIC器件控制，并直接作用于主电磁阀驱动控制电路，在没有水流量信号的时候，单稳态保护电路输出信号，保证主电磁阀驱动控制电路关闭，避免由于单片机或ASIC器件失效时，引起热水器在没有水流量信号时的干烧，消除燃气泄露的危险，保证用户的安全。

附图说明

图1为现有热水器使用的主控制器原理框图。

图2为水流量传感器的结构示意图。

图3为水流量传感器所产生的方波信号图。

图4为单稳态保护电路的电路原理图。

图5为利用单稳态保护电路所形成的自动控制电路原理框图。

图6为含有单稳态保护电路的热水器自动控制电路原理图。

  图中标记：N6B-比较器,R48-第一电阻,V33-第一三极管,C25-第一电容,R47-第二电阻,C28-第二电容,R52-第三电阻,R49-第四电阻,R50-第五电阻,R51-第六电阻,R53-第七电阻,V10-第一二极管，D2A-第一反向驱动放大器，D3B-第二反向驱动放大器，V12-第二二极管, R60-第八电阻，R61-第九电阻，V9-第二三极管，V14-第三二极管，V32-第三三极管，1-水流量信号检测电路，2-单稳态保护电路，3-主电磁阀驱动控制电路，4-单片机。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如附图4所示，本实施例用于燃气热水器控制器的单稳态保护电路包括比较器N6B和第一三极管V33，所述比较器N6B的负输入端通过第三电阻R52与电源VCC连接，并通过第一电阻R48与第一三极管V33的集电极连接，第一三极管V33的发射极接地，所述第三电阻R52远远大于第一电阻R48的阻值，比较器N6B的负输入端还与第一电容C25的正极端连接，通过外部信号控制第一三极管V33集电极与发射极的通断可以使比较器N6B的负输入端为低电平或高电平，所述比较器N6B的正输入端通过第四电阻R49与电源VCC连接，并且通过第五电阻R50接地，第四电阻R49和第五电阻R50的阻值相同，使比较器N6B的正输入端电压为1/2VCC，便于和比较器的负输入端进行比较。第一三极管V33的基极还依次通过第二电容C28、第二电阻R47与外部信号连接，第一三极管V33的发射极通过第一二极管V10与基极连接；所述比较器N6B的输出端通过第六电阻R51与比较器N6B正输入端连接,还通过第七电阻R53和第三电阻R52与比较器N6B的负输入端连接，形成正反馈回路。

如附图5所示，为利用本实施例单稳态保护电路所形成的自动控制电路的原理框图，单稳态保护电路相对独立，输入信号是水流量方波信号，输出信号是电平信号。

如附图6所示，热水器自动控制电路包括水流量信号检测电路1、单稳态保护电路2、主电磁阀驱动控制电路3及单片机4，所述水流量信号检测电路1通过单片机4与主电磁阀驱动控制电路3连接，所述水流量信号检测电路1还通过单稳态保护电路2与主电磁阀驱动控制电路3连接，所述单稳态保护2电路包括比较器N6B和第一三极管V33。所述水流量信号检测电路1中包括第三三极管V32，所述第三三极管V32的集电极依次通过单稳态保护电路2中的第二电阻R47、第二电容C28与第一三极管V33的基极连接；所述主电磁阀驱动控制电路3包括第一反向驱动放大器D2A，所述单稳态保护2中比较器N6B的输出端与第一反向驱动放大器D2A的输入端连接。

热水器中安装有水流量传感器，在有水流通过时产生感应电动势，感应电动势经水流量信号检测电路1整形、放大处理后得到方波信号；方波信号再输入到单稳态保护电路2中，方波信号先被转换成电平信号再通入比较器N6B中；利用比较器N6B产生的高低电平信号串入主电磁阀驱动控制电路3中。整个热水器的自动控制电路在没有水流量信号的时候，单稳态保护电路2输出信号，保证主电磁阀驱动控制电路3关闭，进而产生保护作用。具体地讲：

1、无水流量信号时：比较器N6B的第5脚（正输入端）为参考电平输入端，经第四电阻R49和第五电阻R50分压，二者阻值相等，则第5脚电平为1/2VCC。比较器N6B的第6脚（负输入端）为检测信号输入端，没有水流量信号时，第一三极管V33截止，第一电阻R48一脚对地断开。电源VCC经第三电阻R52对第一电容C25充电，充满后使得第一电容C25的正极端电平变为高电平，则使比较器N6B第6脚也为高电平，由于第6脚是负输入端，且电平高于第5脚电平（1/2VCC），所以使得比较器N6B的输出端第7脚输出为低电平信号。比较器N6B第7脚输出连接到第一反向驱动放大器D2A的输入端， 即将单稳态保护电路2的输出串入主电磁阀驱动电路3（该电路由单片机4的P05口、第二反向驱动放大器D3B、第一反向驱动放大器D2A、第二二极管V12、第八电阻R60、第九电阻R61、第二三极管V9、第三二极管V14组成），当比较器N6B输出为低电平时，将第一反向驱动放大器D2A的第1脚也拉成低电平，由于第一反向驱动放大器D2A的反向特性，使第一反向驱动放大器D2A输出第16脚变为高电平，由于第二二极管V12的单向导通性，使第二二极管V12不能导通，经过第二二极管V12、第九电阻R61后使第二三极管V9截止，从而没有驱阀电压输出。由于单稳态保护电路2在没有水流量信号的时候，该电路输出信号，保证主电磁阀驱动控制电路3关闭，这时，即便单片机4失效，P05口线有错误的驱动信号输出，也无法使第二三极管V9开启，避免了由于单片机4失效时，引起热水器在没有水流量信号时的干烧。

2、有水流量信号时：水流进入水流量传感器腔体后,推动叶轮旋转，与叶轮相连的磁体，也同时旋转，形成变化的磁场，这时给霍尔元件的两端通电，通电后的霍尔元件在变化的磁场中产生感生电动势，该信号经水流量信号检测电路1的整形、放大处理后，在第三三极管V32的输出端（三极管V32的集电极）得到了一个方波信号。该水流量方波信号经过第二电阻R47、第二电容C28后使第一三极管V33导通，且第三电阻R52的阻值为1MΩ，第一电阻的阻值R48为100Ω, 第三电阻R52远远大于第一电阻R48的阻值,第一三极管V33导通将比较器N6B的第6脚（负输入端）拉成低电平，这时由于第一电容C25存储了能量，需要经过第一电阻R48、第一三极管V33缓慢释放，就使得比较器N6B的第6脚（负输入端）的电平缓慢下降，比较器N6B的第5脚（正输入端）参考电平不变，所以使得比较器N6B的输出端第7脚输出高电平信号，当比较器N6B输出为高电平时，将第一反向驱动放大器D2A的第1脚也拉成高电平，由于第一反向驱动放大器D2A的反向特性，使第一反向驱动放大器D2A输出第16脚变为低电平，由于第二二极管V12的单向导通性，使第二二极管V12导通，进而使第二三极管V9导通，则使得该单稳态保护电路2不再影响单片机4对主电磁阀驱动电路3的控制。水流量信号检测电路1通过单片机4与主电磁阀驱动控制电路3连接，第三三极管V32的输出端产生水流量方波信号作用于单片机，单片机感应到有水流进水到热水器，单片机发送信号给主电磁阀驱动控制电路3，控制主电磁阀驱动电路开启，启动热水器。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.单稳态保护电路，其特征在于：包括比较器N6B和第一三极管V33，所述比较器N6B的负输入端分别与电源、第一三极管V33的集电极连接，所述第一三极管V33的发射极接地，所述比较器N6B的正输入端通过第四电阻R49与电源连接，并且通过第五电阻R50接地，所述第四电阻R49与第五电阻R50的电阻值相同；通过控制第一三极管V33集电极与发射极的通断使比较器N6B的负输入端为高电平或低电平。

2.根据权利要求1所述的单稳态保护电路，其特征在于：所述比较器N6B的负输端入通过第三电阻R52与电源连接。

3.根据权利要求1所述的单稳态保护电路，其特征在于：所述比较器N6B的负输入端通过第一电阻R48与第一三极管V33的集电极连接。

4.根据权利要求1所述的单稳态保护电路，其特征在于：所述单稳态保护电路还包括第一电容C25，所述第一电容C25的正极端通过第三电阻R52   与电源连接，所述第一电容C25的正极端还和比较器N6B的负输入端连接。

5.根据权利要求1所述的单稳态保护电路，其特征在于：所述第一三极管V33的基极与外部信号连接，通过外部信号来控制第一三极管V33集电极与发射极的通断。

6.热水器自动控制电路，包括水流量信号检测电路、主电磁阀驱动控制电路及单片机，所述水流量信号检测电路通过单片机与主电磁阀驱动控制电路连接，其特征在于：所述热水器自动控制电路还包括单稳态保护电路，所述单稳态保护电路为权利要求1—6中任意一项所述的单稳态保护电路，所述水流量信号检测电路通过单稳态保护电路与主电磁阀驱动控制电路连接。

Images