CN103411287B - 一种加湿器的防干烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种工作可靠、无需电极或者浮子等结构配合的加湿器的防干烧系统。该防干烧系统包括振荡换能电路以及信号拾取单元、启动单元、基准电压产生单元和控制单元。本发明的加湿器的防干烧系统利用超声换能片在有水状态和无水状态下具有不同工作电压变化范围的特性，设计了具有自锁功能、启动功能、比较功能的控制单元，从而可以根据振荡换能电路的振荡电压信号来控制振荡换能电路的工作与否，实现可靠的防干烧功能，而且无需电极或者浮子等结构配合，节省了成本，具有很好的实用性。

Description

一种加湿器的防干烧系统

技术领域

本发明属于加湿器技术领域，特别涉及到一种加湿器的防干烧系统。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，加湿器已经逐渐普及。目前市场上的超声波家用加湿器的原理是利用振荡电路驱动浸于水槽内的换能片高频振动，从而将水槽内的液体雾化，并通过风机将雾化的水汽吹出壳体，从而达到加湿空气的效果。当加湿器水槽中的液体耗尽时，换能片必须停止工作，否则会导致换能片干烧损坏。传统超声波加湿器的防干烧原理有以下几种：1、电阻式：利用浸于水槽内的两个电极来测量水槽内液体阻抗，当液体即将耗尽时，两个电极之间的电阻会显著增大，从而得知水槽内的液位情况；2、电容式：测量放置于水槽两侧的两个电极之间的电容值，当液体即将耗尽时，两个电极之间的电容值会显著增大，从而得知水槽内的液位情况；3、

浮子式：利用测量漂浮于水槽内液体表面的浮子的位置，来获知水槽内的液位情况。上述三种方式都需要设置电极或者浮子等元件，不仅结构复杂、成本高，而且工作不够可靠。

发明内容

本发明的目的是提出一种工作可靠、无需电极或者浮子等结构配合的加湿器的防干烧系统。

如图1所示，本发明的加湿器的防干烧系统包括由振荡信号源和换能片连接而成的振荡换能电路；关键在于该防干烧系统还包括：信号拾取单元：用于从所述振荡换能电路中拾取振荡电压信号；启动单元：用于提供使所述振荡换能电路工作的启动信号；基准电压单元：用于提供预定电平的基准电压信号；控制单元：设有自锁电路、第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端分别与信号拾取单元、启动单元连接，接收振荡电压信号和启动信号，所述第一输入端还通过自锁电路与控制单元的输出端连接；所述第二输入端与基准电压单元相连，接收基准电压信号；控制单元的输出端与振荡换能电路的控制端连接；控制单元根据第一输入端与第二输入端的信号电平差来输出控制信号，使振荡换能电路锁定在工作或不工作状态；当第一输入端与第二输入端的信号电平差的正负发生变化时，所述控制单元改变控制信号，从而切换振荡换能电路的工作状态。

本发明的加湿器的防干烧系统的工作原理如下：控制单元上电后，控制单元始终比较第一输入端与第二输入端的信号电平；为使振荡换能电路工作，首先，利用启动单元产生一个高于（或低于）基准电压信号电平的启动电压脉冲信号，使第一输入端的电平高于（或低于）第二输入端的电平，控制单元会在其输出端产生高于（或低于）基准电压信号电平的控制信号，使振荡换能电路工作，换能片产生高频振动；上述控制信号的大小限定在如下范围：当所述振荡电压信号和启动信号的叠加信号的变化值未超出预定范围时，第一输入端与第二输入端的信号电平差的正负不发生变化（不影响当前第一输入端与第二输入端的信号电平差的正负）。在振荡换能电路工作过程中，启动单元不再产生启动电压脉冲信号，而自锁电路将控制单元输出端的信号反馈至控制单元的第一输入端，同时信号拾取单元从振荡换能电路中拾取振荡电压信号，并输送至控制单元的第一输入端，此时控制单元的第一输入端同时接收到振荡电压信号、输出端的反馈信号，两个信号叠加后变成新的振荡信号，其最低电平仍高于（或低于）基准电压信号电平，使控制单元的输出端继续输出高于（或低于）基准电压信号电平的控制信号，实现自锁功能，保证振荡换能电路能够继续工作；

当加湿器水槽内的水快耗尽时，换能片两端的电压变化范围会显著增大，使得振荡电压信号的电压变化范围随之显著增大，当控制单元的第一输入端的叠加信号低于（或高于）基准电压信号电平时，即第一输入端与第二输入端的信号电平差的正负发生变化时，控制单元的输出端输出低于（或高于）基准电压信号电平的控制信号，使振荡换能电路停止工作，此时信号拾取单元不再输出振荡信号，换能片不再振动，同时自锁电路将控制单元输出端的信号反馈至控制单元的第一输入端，使控制单元的第一输入端的电平保持低于（或高于）基准电压信号电平，实现自锁功能，保证振荡换能电路处于不工作的状态；

向水槽重新加水后，只需要控制启动单元产生一个启动电压脉冲信号，即可使加湿器恢复正常工作。

上述控制信号的大小限定在如下范围：当所述振荡电压信号和启动信号的叠加信号的变化值未超出预定范围时，第一输入端与第二输入端的信号电平差的正负不发生变化（即不影响当前第一输入端与第二输入端的信号电平差的正负），从而使控制单元实现自锁。

进一步地，所述控制单元包括一个比较器，所述比较器的两个输入端分别为控制单元的第一输入端与第二输入端；比较器的输出端为控制单元的输出端；所述比较器在第一输入端与第二输入端的信号电平差的正负发生变化时，改变控制信号使振荡换能电路的工作状态发生改变；比较器的输出端与第一输入端通过自锁电路连接，以使比较器实现自锁。利用比较器来充当控制单元，具有成本低、可靠性高、控制方便的优点。

具体来说，上述有以下两种电路形式：

1、所述控制单元包括一个比较器，所述比较器的正输入端作为控制单元的第一输入端，负输入端作为控制单元的第二输入端；比较器的输出端为控制单元的输出端；当控制单元的第一输入端的电平高于第二输入端的电平时，控制单元的输出端输出高于基准电压信号电平的控制信号，使振荡换能电路工作，否则控制单元的输出端输出低于基准电压信号电平的控制信号使振荡换能电路停止工作。

2、所述控制单元包括一个比较器，所述比较器的负输入端作为控制单元的第一输入端，正输入端作为控制单元的第二输入端；比较器的输出端为控制单元的输出端；当控制单元的第一输入端的电平低于第二输入端的电平时，控制单元的输出端输出低于基准电压信号电平的控制信号，使振荡换能电路工作，否则控制单元的输出端输出高于基准电压信号电平的控制信号使振荡换能电路停止工作。

进一步地，所述启动信号为电压脉冲信号，脉冲信号在加湿器启动工作后，不会再对控制单元的第一输入端的电平施加影响，从而使加湿器干烧保护的功能更加可靠。所述启动单元为与加湿器电源连接的电容，当加湿器电源上电后，由于电容的瞬间导通作用，可以将加湿器电源信号变成所需的高于基准电压信号电平的启动电压脉冲信号，输入至控制单元的第一输入端，使振荡换能电路开始工作。或者启动单元为现在已经广泛应用的成熟的脉冲信号发生电路，可以根据需要随时产生启动电压脉冲信号，而无需在向水槽重新加水后一定要重启加湿器的电源，控制更加方便。

进一步地，所述控制单元的第一输入端连接有温度保护单元，所述温度保护单元监测振荡换能电路的温度，并在振荡换能电路的温度超过预定温度时向控制单元发出预定电平的信号，以使控制单元关闭振荡换能电路。当加湿器中的液体快要耗尽时，振荡换能电路中的换能片的温度会急剧上升，温度保护单元在此时关闭振荡换能电路，实现双重保护，提高安全系数。

进一步地，所述信号拾取单元为电阻和/或电容，该电阻和/或电容的一端连接在振荡换能电路的换能片与振荡信号源之间，另一端与控制单元的第一输入端相连，即可使控制单元的第一输入端获得振荡电压信号。

进一步地，所述基准电压产生单元为与加湿器电源连接的降压或电阻分压电路，调节降压或电阻分压电路，可以获得预定的基准电压信号。

进一步地，所述自锁电路为连接于控制单元输出端和控制单元第一输入端之间的反馈电阻，从而将控制单元输出端的电压信号反馈至控制单元第一输入端。

进一步地，所述控制单元第一输入端与反馈电阻的接点通过一个分压电阻接地，通过分压电阻可以调整控制单元第一输入端的信号电平，使控制单元的工作更加可控。

本发明的加湿器的防干烧系统利用换能片在有水状态和无水状态下具有不同工作电压变化范围的特性，设计了具有自锁功能、启动功能、比较功能的控制单元，从而根据振荡换能电路的震荡电压信号去控制振荡换能电路的工作与否，实现可靠的防干烧功能，而且无需电极或者浮子等结构配合，节省了成本，具有很好的实用性。

附图说明

图1是本发明的加湿器的防干烧系统的电路框图（粗实线为电路连接线）。

图2是实施例1的加湿器的防干烧系统的电路原理图（粗实线为电路连接线）。

图3是实施例2的加湿器的防干烧系统的电路原理图（粗实线为电路连接线）。

图4是实施例3的加湿器的防干烧系统的电路原理图（粗实线为电路连接线）。

图5是实施例4的加湿器的防干烧系统的电路原理图（粗实线为电路连接线）；图6是实施例5的超声波加湿器的防干烧系统的电路原理图（粗实线为电路连接线）。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。

实施例1：

如图2所示，本实施例的加湿器的防干烧系统包括设有振荡信号源和换能片的振荡换能电路U1，比较器U2，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1；所述振荡换能电路U1设有电源端和接地端，振荡换能电路U1中的换能片与振荡信号源串联；

比较器U2的正输入端（即第1脚）分成三路，第一路通过电阻R1连接于振荡换能电路U1中换能片与振荡信号源之间，用于获取振荡换能电路U1的振荡电压信号；第二路通过电容C1与加湿器电源Vcc连接，用于在加湿器电源Vcc上电瞬间获得高于基准电压信号电平的启动电压脉冲信号；第三路通过电阻R3与比较器U2的输出端（即第3脚）相连，用于将比较器U2的输出端信号反馈至比较器U2的正输入端。

比较器U2的负输入端（即第2脚）连接于电阻R4、R5的接点，电阻R4的另一端与加湿器电源Vcc连接，电阻R5的另一端接地，这样比较器U2的负输入端即可获得预定的基准电压信号。

比较器U2的输出端与振荡信号源的控制端相连。

本实施例的加湿器的防干烧系统的工作原理如下：比较器U2上电后，比较器U2始终比较正输入端与负输入端的信号电平。当加湿器电源Vcc上电后，由于电容C1的瞬间导通作用，可以将加湿器电源Vcc信号变成所需的高于基准电压信号电平的启动电压脉冲信号，输入至比较器U2的正输入端，使正输入端的电平高于负输入端的电平，比较器U2会在其输出端产生高于基准电压信号电平的控制信号，使振荡信号源及振荡换能电路U1工作；在振荡换能电路工作过程中，因为电容C1的阻直流作用，不再产生启动电压脉冲信号，而电阻R2将比较器U2输出端的信号反馈至比较器U2的正输入端，同时电阻R1从振荡换能电路中拾取振荡电压信号，并输送至比较器U2的正输入端，此时比较器U2的正输入端同时接收到振荡电压信号和输出端的反馈信号，两个信号叠加后变成新的振荡信号，其最低电平仍高于负输入端的基准电压信号电平，使比较器U2的输出端继续输出高于基准电压信号电平的控制信号，实现自锁功能，保证振荡换能电路U1能够继续工作；

当加湿器水槽内的液体快耗尽时，换能片两端的电压变化范围会显著增大，使得振荡电压信号的电压变化范围随之显著增大，当比较器U2的正输入端的叠加信号低于基准电压信号电平时，比较器U2的输出端输出低于基准电压信号电平的控制信号，使振荡换能电路U1停止工作，此时R1不再向比较器U2的正输入端输出振荡信号，同时电阻R2将比较器U2输出端的信号反馈至比较器U2的正输入端，使比较器U2的正输入端的电平保持低于基准电压信号电平，实现自锁功能，保证振荡换能电路U1处于不工作的状态；

向水槽重新加液体后，只需要控制加湿器电源Vcc重新上电，电容C1仍会产生一个启动电压脉冲信号，使加湿器恢复正常工作。

实施例2：

如图3所示，本实施例与实施例1不同的是，在本实施例中，比较器U2正输入端与电阻R2的接点通过电阻R3接地，通过电阻R3可以调整比较器U2正输入端的信号电平，使比较器U2的工作更加可控。另外，在本实施例中，比较器U2的输出端作为振荡换能电路U1的电源，而与振荡换能电路U1的电源端连接，当比较器U2的输出端输出高电平（即Vcc）时，振荡换能电路U1得电开始工作，当比较器U2的输出端输出低电平（即0V）时，振荡换能电路U1失电停止工作。

本实施例的其他部分的工作原理与实施例1相同，此处不再赘述。

实施例3：

如图4所示，本实施例与实施例2不同的是，在本实施例中，控制单元的第一输入端连接有温度保护单元，所述温度保护单元监测振荡换能电路的温度，并在振荡换能电路的温度超过预定温度时向控制单元发出预定电平的信号，以使控制单元关闭振荡换能电路。当加湿器中的水快干时，振荡换能电路中的换能片的温度会急剧上升，温度保护单元在此时关闭振荡换能电路，可以实现双重保护，提高安全系数。

具体来说，温度保护单元包括比较器U3、三极管Q1、热敏电阻RT8以及电阻R6、R7、R9，其中电阻R6、R7用于为比较器U3提供一个预定电压，当振荡换能电路中的换能片的温度上升时，热敏电阻RT8的阻值减小，使得热敏电阻RT8与电阻R9的接点的电压上升，即比较器U3的第一输入脚的电压上升，当比较器U3的第一输入脚的电压大于第二输入脚的电压时，比较器U3输出一个低电平，从而控制三极管Q1导通，进而拉低比较器U2的第一输入脚的电压，促使比较器U2的输出电平发生反转，从而达到关闭振荡换能电路的目的。

本实施例的其他部分的工作原理与实施例2相同，此处不再赘述。

实施例4：

如图5所示，本实施例的加湿器的防干烧系统包括设有振荡信号源和换能片的振荡换能电路U1，比较器U2，电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1；所述振荡换能电路U1设有正电源端+Vcc和接地端，振荡换能电路U1中的换能片与振荡信号源串联；

比较器U2的负输入端（即第1脚）分成三路，第一路通过电阻R1连接于振荡换能电路U1中换能片与振荡信号源之间，用于获取振荡换能电路U1的振荡电压信号；第二路通过电容C1与加湿器的负电源端-Vcc连接，用于在加湿器负电源端-Vcc上电瞬间获得低于基准电压信号电平的启动电压脉冲信号；第三路通过电阻R3与比较器U2的输出端（即第3脚）相连，用于将比较器U2的输出端信号反馈至比较器U2的正输入端。

比较器U2的正输入端（即第2脚）连接于电阻R4、R5的接点，电阻R4的另一端与加湿器负电源端-Vcc连接，电阻R5的另一端接地，这样比较器U2的负输入端即可获得预定的基准电压信号。

比较器U2的输出端与振荡信号源的控制端相连。

本实施例的加湿器的防干烧系统的工作原理如下：比较器U2上电后，比较器U2始终比较正输入端与负输入端的信号电平。当加湿器负电源端-Vcc上电后，由于电容C1的瞬间导通作用，可以将加湿器负电源端-Vcc信号变成所需的低于基准电压信号电平的启动电压脉冲信号，输入至比较器U2的负输入端，使负输入端的电平低于正输入端的电平，比较器U2会在其输出端产生低于基准电压信号电平的控制信号，使振荡信号源及振荡换能电路U1工作；在振荡换能电路工作过程中，因为电容C1的阻直流作用，不再产生启动电压脉冲信号，而电阻R2将比较器U2输出端的信号反馈至比较器U2的负输入端，同时电阻R1从振荡换能电路中拾取振荡电压信号，并输送至比较器U2的负输入端，此时比较器U2的负输入端同时接收到振荡电压信号和输出端的反馈信号，两个信号叠加后变成新的振荡信号，其最低电平仍低于正输入端的基准电压信号电平，使比较器U2的输出端继续输出低于基准电压信号电平的控制信号，实现自锁功能，保证振荡换能电路U1能够继续工作；

当加湿器水槽内的水快耗尽时，换能片两端的电压变化范围会显著增大，使得振荡电压信号的电压变化范围随之显著增大，当比较器U2的负输入端的叠加信号高于基准电压信号电平时，比较器U2的输出端输出高于基准电压信号电平的控制信号，使振荡换能电路U1停止工作，此时R1不再向比较器U2的正输入端输出振荡信号，同时电阻R2将比较器U2输出端的信号反馈至比较器U2的正输入端，使比较器U2的正输入端的电平保持高于基准电压信号电平，实现自锁功能，保证振荡换能电路U1处于不工作的状态；

向水槽重新加水后，只需要控制加湿器负电源端-Vcc重新上电，电容C1仍会产生一个启动电压脉冲信号，使加湿器恢复正常工作。

实施例5：

如图6所示，本实施例与实施例3不同的是，在本实施例中，比较器U2正输入端与电阻R2的接点通过电阻R3接地，通过电阻R3可以调整比较器U2正输入端的信号电平，使比较器U2的工作更加可控。

本实施例的其他部分的工作原理与实施例4相同，此处不再赘述。

Claims (10)

1.一种加湿器的防干烧系统，包括由振荡信号源和换能片连接而成的振荡换能电路；其特征在于该防干烧系统还包括：

信号拾取单元：用于从所述振荡换能电路中拾取振荡电压信号；

启动单元：用于提供使所述振荡换能电路工作的启动信号；

基准电压单元：用于提供预定电平的基准电压信号；

控制单元：设有自锁电路、第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端分别与信号拾取单元、启动单元连接，接收振荡电压信号和启动信号，所述第一输入端还通过自锁电路与控制单元的输出端连接；所述第二输入端与基准电压单元相连，接收基准电压信号；控制单元的输出端与振荡换能电路的控制端连接；控制单元根据第一输入端与第二输入端的信号电平差来输出控制信号，使振荡换能电路锁定在工作或不工作状态；当第一输入端与第二输入端的信号电平差的正负发生变化时，所述控制单元改变控制信号，从而切换振荡换能电路的工作状态。

2.根据权利要求1所述的加湿器的防干烧系统，其特征在于所述控制单元包括一个比较器，所述比较器的两个输入端分别为控制单元的第一输入端与第二输入端；比较器的输出端为控制单元的输出端；所述比较器在第一输入端与第二输入端的信号电平差的正负发生变化时，改变控制信号使振荡换能电路的工作状态发生改变；比较器的输出端与第一输入端通过自锁电路连接，以使比较器实现自锁。

3.根据权利要求2所述的加湿器的防干烧系统，其特征在于所述控制单元包括一个比较器，所述比较器的正输入端作为控制单元的第一输入端，负输入端作为控制单元的第二输入端；比较器的输出端为控制单元的输出端；当控制单元的第一输入端的电平高于第二输入端的电平时，控制单元的输出端输出高于基准电压信号电平的控制信号，使振荡换能电路工作，否则控制单元的输出端输出低于基准电压信号电平的控制信号使振荡换能电路停止工作。

4.根据权利要求2所述的加湿器的防干烧系统，其特征在于所述控制单元包括一个比较器，所述比较器的负输入端作为控制单元的第一输入端，正输入端作为控制单元的第二输入端；比较器的输出端为控制单元的输出端；当控制单元的第一输入端的电平低于第二输入端的电平时，控制单元的输出端输出低于基准电压信号电平的控制信号，使振荡换能电路工作，否则控制单元的输出端输出高于基准电压信号电平的控制信号使振荡换能电路停止工作。

5.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的加湿器的防干烧系统，其特征在于所述启动信号为电压脉冲信号；所述启动单元为与加湿器电源连接的电容，或者为脉冲信号发生电路。

6.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的加湿器的防干烧系统，其特征在于所述控制单元的第一输入端连接有温度保护单元，所述温度保护单元监测振荡换能电路的温度，并在振荡换能电路的温度超过预定温度时向控制单元发出预定电平的信号，以使控制单元关闭振荡换能电路。

7.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的加湿器的防干烧系统，其特征在于所述信号拾取单元为电阻和/或电容。

8.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的加湿器的防干烧系统，其特征在于所述基准电压产生单元为与加湿器电源连接的降压或电阻分压电路。

9.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的加湿器的防干烧系统，其特征在于所述自锁电路为连接于控制单元输出端和控制单元第一输入端之间的反馈电阻。

10.根据权利要求9所述的加湿器的防干烧系统，其特征在于所述控制单元第一输入端与反馈电阻的接点通过一个分压电阻接地。