CN103616922B - 一种玻璃电热水壶功率控制模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种玻璃电热水壶功率控制模块，所述的电热水壶功包括玻璃壶体、远红外线电热膜和加热控制电路，在玻璃壶体的底面的外表面安装远红外线电热膜，加热控制电路对远红外线电热膜控制，加热控制电路包括功率测量电路、主控芯片和功率控制电路，功率测量电路测量远红外线电热膜工作时的实时功率，并将功率数据传送到主控芯片，主控芯片通过控制功率控制电路来调节远红外线电热膜的通电时间从而实现对远红外线电热膜的功率控制。它可以对不同的远红外线电热膜进行准确的功率控制，适用不同批次和同一批次的玻璃壶体底面涂敷远红外线电热膜，适应性广，便于玻璃电热水壶批量生产和推广应用。

Description

一种玻璃电热水壶功率控制模块

技术领域：

本发明涉及一种玻璃电热水壶功率控制模块。

背景技术：

现有的电热水壶,一般采用金属(不锈钢)壶体,在壶体底部安装发热盘,发热盘包括电发热管和浇注在电发热管外部的导热板,这种加热方式主要是利用热传导的方式,效率低,比较笨重,且金属(不锈钢)壶体容易沉积水垢,清洗不方便.且不能将水分子团打散，不能改善水分子团的结构，因此，不利于人体吸收，壶体不透明，不能观测水的状况且有重金属析出风险。

有鉴于此，发明人研发出玻璃壶体的电热水壶，在硼硅玻璃壶体底面涂敷远红外线电热膜，电热膜的两端连接电极，通过给电热膜通电，电热膜在发热过程中产生远红外线，利用远红外线对玻璃壶体里面的水进行加热，玻璃壶体不易沉积水垢,清洗方便，壶体透明，无重金属析出风险，能观测水的状况，且远红外线可以将水分子团打散，改变其结构，更有利于人体的吸收，因此应用前景广阔。

但目前的不锈钢电热水壶的加热电路并不能适用玻璃壶体的电热水壶,原因如下:

1)不锈钢电热水壶的发热原件是发热盘(电热管浇注铝板)的方式功率比较固定,批量生产一致性好,功率偏差波动不大,而在玻璃壶体底面涂敷远红外线电热膜,其功率很难做到一致,不同批次的功率是不同的,即使同一批次,功率也很难保证一致性,这导致电路控制不能像不锈钢电热水壶一样简单,必须重新设计适合远红外线电热膜加热的玻璃电热水壶的独立电路及各功能电路模块;

2)玻璃电热水壶对温度敏感性高,由于控制电路提供过高的功率,必然导致玻璃水壶温度相差过大,就会导致开裂,导致产品报废,更严重的是产生安全事故,例如烫伤、火灾等。这样的隐患影响玻璃电热水壶推广应用。开发一种控制电路可以适合不同功率的玻璃电热水壶,成为另一个解决的技术问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种玻璃电热水壶功率控制模块，它可以对不同的远红外线电热膜进行准确的功率控制，适用不同批次和同一批次的玻璃壶体底面涂敷远红外线电热膜，适应性广，便于玻璃电热水壶批量生产和推广应用。

本发明的进一步目的是提供一种玻璃电热水壶功率控制模块，可以对玻璃电热水壶的底部温度全面监控，当局部温度过高，暂时停止对远红外线电热膜的供电，所以很好地保护玻璃电热水壶，消除安全隐患，提高产品的可靠性和稳定性。

本发明可通过如下方案来实现：

一种玻璃电热水壶功率控制模块，所述的电热水壶功包括玻璃壶体、远红外线电热膜和加热控制电路，在玻璃壶体的底面的外表面安装远红外线电热膜，加热控制电路对远红外线电热膜控制，加热控制电路包括功率测量电路、主控芯片和功率控制电路，功率测量电路测量远红外线电热膜工作时的实时功率，并将功率数据传送到主控芯片，主控芯片通过控制功率控制电路来调节远红外线电热膜的通电时间从而实现对远红外线电热膜的功率控制。

上述所述的功率测量电路包括电流测量电路和电压测量电路，利用电流测量电路测量远红外线电热膜的实时电流I，利用电压测量电路测量远红外线电热膜的实时电压U，从而得到远红外线电热膜工作时的功率P1=U*I。

上述所述的主控芯片是具有数字处理能力的芯片，是单片机MCU或者数字信号处理器DSP。

上述所述的功率控制电路包括受控开关、第一驱动电路，受控开关与远红外线电热膜串联后接入外部供电电源形成工作主回路，主控芯片的输出端连接第一驱动电路的输入端，第一驱动电路的输出端连接受控开关的控制端。

上述所述的上述受控开关是双向可控硅，外部供电电源是交流电源。

上述所述的主控芯片的输出PWM信号到第一驱动电路的输入端，利用PWM信号的占空比控制双向可控硅的导通时间。

上述所述的主控芯片开始加热时设定功率较低，随着加热时间的增加，逐渐提高设定功率，主控芯片通过控制功率测量电路和功率控制电路形成对远红外线电热膜的加热进行闭环控制，当测量的远红外线电热膜的工作时的实时功率与设定功率进行比较，如果实时功率比设定功率小，增加PWM信号的占空比提高双向可控硅的导通时间；当实时功率比设定功率大，减小PWM信号的占空比减小双向可控硅的导通时间，直到实时功率与设定功率相当。

上述所述在工作主回路中还串联一个温度控制开关，温度控制开关是常闭开关，在玻璃壶体底部下方的若干位置安装有温度传感器，带有温度传感器的温度检测电路将若干位置的温度信号传送到主控芯片，在加热过程中若玻璃壶体底部各区域温度相差过大时，主控芯片通过第二驱动电路将温度控制开关断开，使工作主回路断电，远红外线电热膜暂时停止工作，直到所有位置的温度信号都符合要求，主控芯片才通过第二驱动电路将温度控制开关闭合。

上述所述在玻璃壶体底部下方的至少2个位置安装有温度传感器，温度传感器是NTC电阻或者PTC电阻。

上述所述的温度控制开关是继电器开关。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1）加热控制电路包括功率测量电路、主控芯片和功率控制电路，功率测量电路测量远红外线电热膜工作时的实时功率，并将功率数据传送到主控芯片，主控芯片通过控制功率控制电路来调节远红外线电热膜的通电时间从而实现对远红外线电热膜的功率的闭环控制，即测量的远红外线电热膜的工作时的实时功率与主控芯片的设定功率进行比较，如果实时功率比设定功率小，增加PWM信号的占空比提高双向可控硅的导通时间；当实时功率比设定功率大，减小PWM信号的占空比减小双向可控硅的导通时间，直到实时功率与设定功率相当，这样可以适用不同批次和同一批次的玻璃壶体底面涂敷远红外线电热膜，解决远红外线电热膜功率一致性问题，适应性广，便于玻璃电热水壶批量生产和推广应用。

2）主控芯片开始加热时设定功率较低，随着加热时间的增加，逐渐提高设定功率，主控芯片通过控制功率测量电路和功率控制电路形成对远红外线电热膜的加热进行闭环控制，这样在加热过程中玻璃壶体的温度缓慢上升，避免一下子给予远红外线电热膜进行大功率加热，使玻璃壶体的温度急剧上升，从而很好地保护玻璃电热水壶，消除安全隐患，提高产品的可靠性和稳定性。

3）上述所述的功率测量电路包括电流测量电路和电压测量电路，利用电流测量电路测量远红外线电热膜的实时电流I，利用电压测量电路测量远红外线电热膜的实时电压U，从而得到远红外线电热膜工作时的功率P1=U*I，测量电路结构简单实用；

4）功率控制电路包括受控开关、第一驱动电路，受控开关与远红外线电热膜串联后接入外部供电电源形成工作主回路，主控芯片的输出端连接第一驱动电路的输入端，第一驱动电路的输出端连接受控开关的控制端，所述的开关是双向可控硅，外部供电电源是交流电源，主控芯片的输出PWM信号到第一驱动电路的输入端，利用PWM信号的占空比控制双向可控硅的导通时间，电路简单，实用操控性好。

5）在工作主回路中还串联一个温度控制开关，温度控制开关是常闭开关，在玻璃壶体底部下方的若干位置安装有温度传感器，带有温度传感器的温度检测电路将若干位置的温度信号传送到主控芯片，在加热过程中若玻璃壶体底部各区域温度相差过大时，主控芯片通过第二驱动电路将温度控制开关断开，使工作主回路断电，远红外线电热膜暂时停止工作，直到所有位置的温度信号都符合要求，主控芯片才通过第二驱动电路将温度控制开关闭合，很好地保护玻璃电热水壶，消除安全隐患，提高产品的可靠性和稳定性。

附图说明：

图1是本发明玻璃电热水壶的一个角度结构立体图；

图2是本发明玻璃电热水壶的另一个角度结构立体图；

图3是本发明玻璃壶体的立体图；

图4是本发明的电路方框图

图5是图4对应的一部分电路图；

图6是图4对应的另一部分电路图；

图7是图4对应的功率检测电路部分的电路图；

图8是本发明主控芯片设定功率的示意图；

具体实施方式：

如图1、图2、图3所示，一种玻璃电热水壶，包括底部涂敷远红外线电热膜11的玻璃壶体1和底座2，玻璃壶体1底部外面还设置有护套5，护套5里面安装温度传感器和电插接头。底座2里面设置空腔3，空腔3里面安装控制线路板4，加热控制电路布置在控制线路板4上。

如图4、图5和图6所示，一种玻璃电热水壶功率控制模块，所述的电热水壶功包括玻璃壶体、远红外线电热膜RL和加热控制电路，在玻璃壶体的底面的外表面安装远红外线电热膜RL，加热控制电路对远红外线电热膜RL控制，加热控制电路包括功率测量电路、主控芯片和功率控制电路，功率测量电路测量远红外线电热膜工作时的实时功率，并将功率数据传送到主控芯片，主控芯片通过控制功率控制电路来调节远红外线电热膜的通电时间从而实现对远红外线电热膜的功率控制

上述的功率测量电路包括电流测量电路和电压测量电路，利用电流测量电路测量远红外线电热膜的实时电流I，利用电压测量电路测量远红外线电热膜的实时电压U，从而得到远红外线电热膜工作时的功率P1=U*I。

上述的主控芯片是具有数字处理能力的芯片，是单片机MCU或者数字信号处理器DSP。

上述的功率控制电路包括受控开关、第一驱动电路，受控开关BG与远红外线电热膜RL串联后接入外部供电电源形成工作主回路，主控芯片的输出端连接第一驱动电路的输入端，第一驱动电路的输出端连接受控开关BG的控制端，上述受控开关是双向可控硅BG，外部供电电源是交流电源。

第一驱动电路包括电容C2、电阻R5、电阻R6、电阻R7和三级管Q1；+5VDC电源连接电容C2一端和三级管Q1的集电极，电容C2另一端接地，三级管Q1的发射极串联电阻R5、电阻R6后接地，三级管Q1的基极通过电阻R5连接主控芯片的输出端，电阻R5、电阻R6之间连接双向可控硅BG的控制端。

主控芯片的输出PWM信号到第一驱动电路的输入端，利用PWM信号的占空比控制双向可控硅BG的导通时间，从而控制远红外线电热膜RL的加热时间。

上述所述的主控芯片开始加热时设定功率较低，随着加热时间的增加，如图8所示，逐渐提高设定功率P0，主控芯片通过控制功率测量电路和功率控制电路形成对远红外线电热膜的加热进行闭环控制，当测量的远红外线电热膜RL的工作时的实时功率与设定功率进行比较，如果实时功率比设定功率小，增加PWM信号的占空比提高双向可控硅的导通时间；当实时功率比设定功率大，减小PWM信号的占空比减小双向可控硅的导通时间，直到实时功率与设定功率相当。

上述在工作主回路中还串联一个温度控制开关JK，温度控制开关JK是常闭开关，在玻璃壶体底部下方的若干位置安装有温度传感器，带有温度传感器的温度检测电路将若干位置的温度信号传送到主控芯片，在加热过程中若玻璃壶体底部各区域温度相差过大时，主控芯片通过第二驱动电路将温度控制开关JK断开，使工作主回路断电，远红外线电热膜暂时停止工作，直到所有位置的温度信号都符合要求，主控芯片才通过第二驱动电路将温度控制开关JK闭合。

图5中，在玻璃壶体底部下方的2位置安装有温度传感器NTC1和NTC2，分别位于玻璃壶体底部两侧，电阻R2、电容C20和温度传感器NTC2组成一路温度检测电路将检测的温度信号送到主控芯片；电阻R1、电容C10和温度传感器NTC1组成另一路温度检测电路将检测的温度信号送到主控芯片。

上述在玻璃壶体底部下方的至少2个位置安装有温度传感器，温度传感器是NTC电阻或者PTC电阻，安装越多的温度传感器，检测玻璃壶体底部各个区域的温度准确性越高，控制越精确，可靠性越好。

温度控制开关JK是继电器开关，第二驱动电路包括电阻R3、电阻R4、三极管Q1、二级管D1和继电器线圈JK0，它组成继电器驱动电路。

如图7所示，上述的功率测量电路包括电流测量电路和电压测量电路，电压测量电路包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、二极管D2、电容C3和运算放大器U1，检测远红外线电热膜RL一端的电压，通过二极管D2整流和运算放大器U1放大处理输出到主控芯片。

将电阻R8串联在工作主回路，通过测量电阻R8的压降计算工作主回路的电流，电流测量电路包括电阻R8、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、二极管D3、电容C4和运算放大器U2，通过二极管D,3整流和运算放大器U2放大处理输出到主控芯片。

Claims (8)

1.一种玻璃电热水壶功率控制模块，所述的电热水壶包括玻璃壶体、远红外线电热膜和加热控制电路，在玻璃壶体的底面的外表面安装远红外线电热膜，加热控制电路对远红外线电热膜控制，其特征在于：加热控制电路包括功率测量电路、主控芯片和功率控制电路，功率测量电路测量远红外线电热膜工作时的实时功率，并将功率数据传送到主控芯片，主控芯片通过控制功率控制电路来调节远红外线电热膜的通电时间从而实现对远红外线电热膜的功率控制；所述主控芯片开始加热时设定功率较低，随着加热时间的增加，逐渐提高设定功率；功率控制电路包括受控开关、第一驱动电路，受控开关与远红外线电热膜串联后接入外部供电电源形成工作主回路，主控芯片的输出端连接第一驱动电路的输入端，第一驱动电路的输出端连接受控开关的控制端；在工作主回路中还串联一个温度控制开关，温度控制开关是常闭开关，在玻璃壶体底部下方的若干位置安装有温度传感器，带有温度传感器的温度检测电路将若干位置的温度信号传送到主控芯片，在加热过程中若玻璃壶体底部各区域温度相差过大时，主控芯片通过第二驱动电路将温度控制开关断开，使工作主回路断电，远红外线电热膜暂时停止工作，直到所有位置的温度信号都符合要求，主控芯片才通过第二驱动电路将温度控制开关闭合。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃电热水壶功率控制模块，其特征在于：功率测量电路包括电流测量电路和电压测量电路，利用电流测量电路测量远红外线电热膜的实时电流I，利用电压测量电路测量远红外线电热膜的实时电压U，从而得到远红外线电热膜工作时的功率P1＝U*I。

3.根据权利要求1或2所述的一种玻璃电热水壶功率控制模块，其特征在于：主控芯片是单片机MCU或者数字信号处理器DSP。

4.根据权利要求1或2所述的一种玻璃电热水壶功率控制模块，其特征在于：上述受控开关是双向可控硅，外部供电电源是交流电源。

5.根据权利要求4所述的一种玻璃电热水壶功率控制模块，其特征在于：主控芯片的输出PWM信号到第一驱动电路的输入端，利用PWM信号的占空比控制双向可控硅的导通时间。

6.根据权利要求5所述的一种玻璃电热水壶功率控制模块，其特征在于：所述主控芯片通过控制功率测量电路和功率控制电路形成对远红外线电热膜的加热进行闭环控制，当测量的远红外线电热膜的工作时的实时功率与设定功率进行比较，如果实时功率比设定功率小，增加PWM信号的占空比提高双向可控硅的导通时间；当实时功率比设定功率大，减小PWM信号的占空比减小双向可控硅的导通时间，直到实时功率与设定功率相当。

7.根据权利要求6所述的一种玻璃电热水壶功率控制模块，其特征在于：在玻璃壶体底部下方的至少2个位置安装有温度传感器，温度传感器是NTC电阻或者PTC电阻。

8.根据权利要求7所述的一种玻璃电热水壶功率控制模块，其特征在于：温度控制开关是继电器开关。