CN108317736A - 一种高能效低噪音双风机的热水器及其控制电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高能效低噪音双风机的热水器及其控制电路及方法，涉及热水器相关领域，旨在解决现有技术中单风机的风速容易处于超负荷状态而导致噪音单风机使用寿命短的问题；本发明通过设置第一风机模块、第二风机模块、温度采集模块和主控模块，温度采集模块采集热水器的温度情况，反馈至主控模块，主控模块根据温度的情况选择地开启第一风机模块和第二风机模块，实现了双风机的工作模式，避免了单风机超负荷运转情况，从而解决了现有技术中单风机的风速容易处于超负荷状态而导致噪音单风机使用寿命短的问题；本发明适用于热水器控制领域。

Description

一种高能效低噪音双风机的热水器及其控制电路及方法

技术领域

本发明涉热水器相关领域，具体涉及一种高能效低噪音双风机的热水器及其控制电路及方法。

背景技术

热水器包括燃气类热水器和用电类热水器，由于用电类的热水器安全隐患相对较大，现有大多数的热水器还是采用燃气类的热水器。燃气类的热水器需要风机，风机用于进气提高燃气类热水器的工作效率，但是现有的热水器往往是设置一个风机，但是这种设置存在一些缺点：第一，单个风机的进风量有限，加热温度较高的时候，往往单个风机有限，会使整个热水器的工作效率受到限制；第二，当加快进气时，单个风机往往处于高负荷状态，一方面会产生巨大的噪音，另一方面会单风机长期的高负荷状态会加快风机衰老，减少整个热水器的使用寿命。同时现有的热水器调速通常是利用可控硅进行调节风速，存在一些缺点：第一，可控硅主要是利用三极管特性进行导通，其精确度绝大部分取决于器件本身，但是三极管的精度提高难度较大，这也就限制了风速调节的精度；第二，可控硅大多是手动的，使用不方面；第三，可控硅的调节往往是通过复杂电路进行调制实现，不可避免地增加整个热水器的成本，另一方面也增加了后期检修的难度。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中单风机的风速容易处于超负荷状态而导致噪音单风机使用寿命短的问题，本发明涉及一种高能效低噪音双风机的热水器及其控制电路及方法。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供了一种高能效低噪音双风机的热水器控制电路,包括：

第一风机模块：具有变频的第一风机；

第二风机模块：具有变频的第二风机；

温度采集模块：采集热水器的水温信号；

主控模块：接收温度采集模块所输出的水温信号并输出风机控制信号选择地开启第一风机模块和/或第二风机模块。

上述方案中，具体地，所述第一风机模块包括第一放大电路、第一比较调速电路、第一风机和第一驱动输出电路；

所述第一放大电路：接收主控模块所输出的第一风机控制信号；

所述第一比较调速电路：接收第一放大电路所输出的第一放大风机控制信号；

所述第一驱动输出电路：接收第一比较调速电路所输出的第一调速风机控制信号并输出第一驱动信号；

所述第一风机：接收第一驱动输出电路所输出的第一驱动信号并开启或关闭。

上述方案中，具体地，所述第二风机模块包括第二放大电路、第二比较调速电路、第二风机和第二驱动输出电路；

所述第二放大电路：接收主控模块所输出的第二风机控制信号；

所述第二比较调速电路：接收第二放大电路所输出的第二放大风机控制信号；

所述第二驱动输出电路：接收第二比较调速电路所输出的第二调速风机控制信号并输出第二驱动信号；

所述第二风机：接收第二驱动输出电路所输出的第二驱动信号并开启或关闭。

上述方案中，具体地，所述第一比较调速电路包括：第一比较器N2A和正弦波产生电路；

第一比较器N2A的反向输入端连接正弦波产生电路的输出端，第一比较器N2A的同相输入端连接第一放大电路的输出，第一比较器N2A的输出端输出用于调节第一风机频率的第一调速风机控制信号。

上述方案中，具体地，还包括LED显示模块，LED显示模块与主控模块连接。

本发明另一方面还提供了一种高能效低噪音双风机的热水器，包括外壳、设置在外壳内的加热机构和传感器组件、设置在加热机构上的第一风机和第二风机。

上述方案中，具体地，所述外壳上还设置有防倒灌装置。

上述方案中，具体地，所述传感器组件包括出水温传感器和水量传感器。

本发明同时还提供了一种高能效低噪音双风机的热水器控制方法,包括以下步骤：

步骤1：设置PWM源，由PWM源产生脉宽调制信号，再设置正弦波源，由正弦波源产生正弦波信号；

步骤2：正弦波信号与脉宽调制信号经过第一比较器调制后输出变频控制信号；

步骤3:设置第一风机和第二风机，变频控制信号选择地变频开启第一风机和/或第二风机。

上述方案中，具体地，所述步骤3的具体步骤为：

步骤3.1：设置电压线性变化电位点；

步骤3.2：电压线性变化电位点与第一比较器的反相输入端连接，脉宽调制信号输入第一比较器的同相输入端，第一比较器再输出变频控制信号。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明通过设置第一风机模块、第二风机模块、温度采集模块和主控模块，温度采集模块采集热水器的温度情况，反馈至主控模块，主控模块根据温度的情况选择地开启第一风机模块和第二风机模块，实现了双风机的工作模式，避免了单风机超负荷运转情况，从而解决了现有技术中单风机的风速容易处于超负荷状态而导致噪音单风机使用寿命短的问题；

2.本发明利用第一比较调速电路中的第一比较器N2A和正弦波产生电路，第一比较器N2A的反向输入端连接正弦波产生电路的输出端，第一比较器N2A的同相输入端连接第一放大电路的输出，第一比较器N2A的输出端输出用于调节第一风机频率的第一调速风机控制信号，从而实现了风机的自动调速，相对于可控硅的调速控制，其可靠性高且智能化程度高；

3.本发明还具体公开了双风机的热水器，实现了双风机的工作模式；

4.本发明同时还公开了双风机的热水器控制方法，解决了双风机的工作模式的运行难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明热水器控制电路的模块图；

图2是本发明热水器控制电路的主控模块电路图；

图3是本发明热水器控制电路的第一风机模块的电路图；

图4是本发明热水器控制电路的第一比较调速电路的波形示意图一；

图5是本发明热水器控制电路的第一比较调速电路的波形示意图二；

图6是本发明热水器的机械示意图；

附图标记：

11-出水温传感器；12-水量传感器；20-外壳；30-加热机构；100-主控模块；210-第一风机模块；220-第二风机模块；300-温度采集模块；400-LED显示模块；510-第一放大电路；520-第二放大电路；610-第一比较调速电路；620-第二比较调速电路；710-第一驱动输出电路；720-第二驱动输出电路；810-第一风机；820-第二风机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供了一种高能效低噪音双风机的热水器，包括外壳20、设置在外壳20内的加热机构30和传感器组件、设置在加热机构30上的第一风机810和第二风机820。

其中本发明着重突出双风机的设置，对于一些其他设置可能并未强调；

其中第一风机810和第二风机820的位置并不做限定，最优选的设置方式如图6所示，第一风机810设置在加热机构30的右上侧，第二风机820设置在加热机构30的左下侧；

因为双电机设置在同侧造成热水器某侧的负荷较大，可能会影响热水器的使用寿命，这样设置均分负荷，更利于双电机的设置方式；

在此基础上，热水器的外壳20上还设置有防倒灌装置，防倒灌装置主要是防止烟气进入热水器，造成损害问题；

传感器组件包括出水温传感器11和水量传感器12，当然出出水温传感器11应该设置在出水口，当然还设置有其他传感器。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上提供了一种高能效低噪音双风机的热水器控制电路,包括：

第一风机模块210：具有变频的第一风机810；

第二风机模块220：具有变频的第二风机820；

温度采集模块300：采集热水器的水温信号；

主控模块100：接收温度采集模块300所输出的水温信号并输出风机控制信号选择地开启第一风机模块210和/或第二风机模块220。

第一风机模块210包括第一放大电路510、第一比较调速电路610、第一风机810和第一驱动输出电路710；

所述第一放大电路510：接收主控模块100所输出的第一风机810控制信号；

所述第一比较调速电路610：接收第一放大电路510所输出的第一放大风机控制信号；

所述第一驱动输出电路710：接收第一比较调速电路610所输出的第一调速风机控制信号并输出第一驱动信号；

所述第一风机810：接收第一驱动输出电路710所输出的第一驱动信号并开启或关闭。

第二风机模块220包括第二放大电路520、第二比较调速电路620、第二风机820和第二驱动输出电路720；

所述第二放大电路520：接收主控模块100所输出的第二风机820控制信号；

所述第二比较调速电路620：接收第二放大电路520所输出的第二放大风机控制信号；

所述第二驱动输出电路720：接收第二比较调速电路620所输出的第二调速风机控制信号并输出第二驱动信号；

所述第二风机820：接收第二驱动输出电路720所输出的第二驱动信号并开启或关闭。

主控模块100包括单片机、用于驱动单片机的电源单元、用于提供参考信号的晶振单元；

晶振单元由第十三电阻R94和第十四电阻R95组成；

单片机的XIN接口与第十三电阻R94的一端连接，单片机的XOUT接口与第十四电阻R95

电阻的一端连接，第十三电阻R94的另一端与第十四电阻R95电阻的另一端连接再接地；

电源单元由第四电容C9、第五电容C12和5V电压组成；

单片机的VCC接口与第四电容C9的一端连接再连接5V电压，第四电容C9的另一端与单片机的VSS接口连接再接地；

第五电容C12的一端与5V电压连接并同时与VREF连接，第五电容C12的另一端再接地。

第一比较调速电路610包括：

第一比较器N2A和正弦波产生电路；

第一比较器N2A的反向输入端连接正弦波产生电路的输出端，第一比较器N2A的同相输入端连接第一放大电路510的输出，第一比较器N2A的输出端输出用于调节第一风机频率的第一调速风机控制信号。

还包括LED显示模块400，LED显示模块400与主控模块100连接；

所述第一放大电路510包括第一电阻R4、第一三极管V1、第一放大器N1A、第一电容C1和第二电阻R5；

第一电阻R4的一端连接主控模块100；

第一电阻R4的另一端与第一三极管V1的基极连接；

第一三极管V1的发射极和集电极同时与第一放大器N1A的同相输入端连接；

第一放大器N1A的反相输入端连接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端连接第二电阻R5的一端，第二电阻R5的另一端与第一放大器N1A的输出连接。

第一比较调速电路610包括第一比较器N2A、第二比较器N2B、第二三极管V6、第三电阻R18、第四电阻R20、第五电阻R19、第六电阻R25、第十四电阻R27和第二电容C13；

正弦波产生电路由第三电阻R18、第四电阻R20、第五电阻R19、第六电阻R25、第十四电阻R27和第二电容C13组成；

第一比较器N2A的同相输入端连接第一放大器N1A的输出端；

第一比较器N2A的正电源端连接12V电压，第一比较器N2A的负电源端接地；

第一比较器N2A的输出端与第二三极管V6的基极连接；

第一比较器N2A的反相入端连接第二比较器N2B的反相输入端；

第二比较器N2B的正相输入端连接第三电阻R18的一端，第三电阻R18的另一端连接至第二比较器N2B的输出端；

第二比较器N2B的输出端连接第四电阻R20的一端，第四电阻R20的另一端连接12V电压；

第二三极管V6的发射极接地；

第二电容C13的一端连接第二比较器N2B的反相输入端，第二电容C13的另一端与第六电阻R25的一端连接并接地，第六电阻R25的另一端与第五电阻R19的一端连接，第五电阻R19的另一端连接12V电压；

第十四电阻R27的一端连接第二比较器N2B的输出端，第十四电阻R27的另一端连接第二比较器N2B的反相输入端。

第一驱动输出电路710包括第七电阻R16、第一齐纳二极管V2、第八电阻R9、第一场效应管V4和第一电感L1；

第二三极管V6的集电极与第七电阻R16的一端连接；

第七电阻R16的另一端与第一场效应管V4的栅极连接；

第八电阻R9的一端与第一场效应管V4的栅极连接，第八电阻R9的另一端与第一齐纳二极管V2的低电位端连接，第一齐纳二极管V2的低电位端与第一场效应管V4的源极连接，第一场效应管V4的漏极与第一电感L1的一端连接，第一电感L1的另一端与第一风机810的第一控制端连接。

第一风机模块210还包括稳压电路，稳压电路包括第九电阻R24、第十电阻R30、第十一电阻R31、第十二电阻R26和第三电容C14；

第九电阻R24的一端与主控模块100连接；

第九电阻R24的另一端同时与第一风机810的第二控制端和第十电阻R30的一端连接；

第十电阻R30的另一端同时与第十一电阻R31的一端和第三电容C14的低电位端连接；

第十二电阻R26的一端与第十一电阻R31的另一端连接，第十二电阻R26的另一端与第一风机810的第一控制端连接。

温度采集模块300主要是为了采集热水器的水温情况，主要由通过水温传感器实现，水温传感器与单片机的输入接口连接；

以下对本实施例的工作原理进行说明：

第一风机模块210和第二风机模块220两个中一个为辅助风机，一个为主风机，本实施例中以第一风机模块210为主风机，对本发明的工作情况及原理进行阐述，热水器刚刚启动时：

当打开水龙头后，水流量传感器12感应有水进入后便将水信号反馈给主控器，紧接着主控器控制第一风机模块220启动，出水温传感器11将水流温度传输给主控器，若单片机判断水温小于或等于46℃，则第二风机模块220不启动，此时依旧只有第一风机模块220启动；若单片机判断水温大于46℃，第二风机模块220启动，此时，两个风机模块均启动。

采用双风机的设置方式，可以避免单个风机的噪音较大，且长期处于高负荷工作状态下容易造成使用寿命短的问题，同时本发明利用PWM对双风机进行控制，可以实现两个风机同步工作，也可以实现两个风机异步工作，提高了双风机工作模式的灵活性。

其中对第一比较调速电路610的电路的工作原理进行具体说明：

结合图4所示：

第一比较调速电路610包括第一比较器N2A、第二比较器N2B、第二三极管V6、第三电阻R18、第四电阻R20、第五电阻R19、第六电阻R25、第十四电阻R27和第二电容C13；

第二比较器N2B的反相输入相对于同相输入端低的时候，第二比较器N2B的输出连接的电源对第二电容C13充电，充电完成之后，第二比较器N2B的反相输入端电位变高，第二比较器N2B的输出低电平，第二电容C13接地开始放电，放电完成之后，第二比较器N2B的输出高电平，第二电容C13开始充电，循环上述过程，最后使得第一比较器N2A的反相输入端输入的是正弦波(即第二电容C13的充放电过程实现的正弦波)，主控模块100输入至第一比较器N2A的正相输入端的为方波，方波与此处的正弦波经过第一比较器N2A输出了与PWM频率不一致的方波，从而可以改变风机的速度，控制第十四电阻R27的电阻大小，就可以控制第二电容C13的充放电的速度，从而改变第一比较器N2A的反相输入端的电位变化频率，从而改变风机的速度。

其中应当注意的是，第一比较器N2A的反相输入端与第二比较器N2B的反相输入端属于等电位点；

主控模块100输出的控制信号是方波，本发明中巧妙地利用第一比较调速电路610改变了主控模块100输出的PWM的频率，从而实现了风机风速的控制。

实施例三

在实施例二的基础上，本实施例还包括LED显示模块400，LED显示模块400与主控模块100连接。

LED显示模块400主要包括发光二极管V3，发光二极管V3与单片机的接口PowCon连接，当单片机处于工作工作状态时，LED显示模块400会有相应的指示，一方面方便用户的使用，另一方面也方便后期维修等。

其中上述中第一风机模块210是指第一风机810以及一些外围的电路，第二风机模块220是指第二风机820以及一些外围的电路，其中第一风机模块210和第二风机模块220的电路结构相同，均连接至单片机的输出即可，所以上述实施例中并未对第二风机模块220进行详细阐述。

实施例四

在实施例三的基础上，本实施例还提供了一种高能效低噪音双风机的热水器控制方法,其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设置PWM源，由PWM源产生脉宽调制信号，再设置正弦波源，由正弦波源产生正弦波信号；

步骤2：正弦波信号与脉宽调制信号经过第一比较器调制后输出变频控制信号；

步骤3:设置第一风机810和第二风机820，变频控制信号选择地变频开启第一风机810和/或第二风机820。

所述步骤3的具体步骤为：

步骤3.1：设置电压线性变化电位点；

步骤3.2：电压线性变化电位点与第一比较器的反相输入端连接，脉宽调制信号输入第一比较器的同相输入端，第一比较器再输出变频控制信号。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高能效低噪音双风机的热水器控制电路,其特征在于，包括：

第一风机模块(210)：具有变频的第一风机(810)；

第二风机模块(220)：具有变频的第二风机(820)；

温度采集模块(300)：采集热水器的水温信号；

主控模块(100)：接收温度采集模块(300)所输出的水温信号并输出风机控制信号选择地开启第一风机模块(210)和/或第二风机模块(220)。

2.如权利要求1所述的一种高能效低噪音双风机的热水器控制电路，其特征在于，所述第一风机模块(210)包括第一放大电路(510)、第一比较调速电路(610)、第一风机(810)和第一驱动输出电路(710)；

所述第一放大电路(510)：接收主控模块(100)所输出的第一风机(810)控制信号；

所述第一比较调速电路(610)：接收第一放大电路(510)所输出的第一放大风机控制信号；

所述第一驱动输出电路(710)：接收第一比较调速电路(610)所输出的第一调速风机控制信号并输出第一驱动信号；

所述第一风机(810)：接收第一驱动输出电路(710)所输出的第一驱动信号并开启或关闭。

3.如权利要求2所述的一种高能效低噪音双风机的热水器控制电路，其特征在于，所述第二风机模块(220)包括第二放大电路(520)、第二比较调速电路(620)、第二风机(820)和第二驱动输出电路(720)；

所述第二放大电路(520)：接收主控模块(100)所输出的第二风机(820)控制信号；

所述第二比较调速电路(620)：接收第二放大电路(520)所输出的第二放大风机控制信号；

所述第二驱动输出电路(720)：接收第二比较调速电路(620)所输出的第二调速风机控制信号并输出第二驱动信号；

所述第二风机(820)：接收第二驱动输出电路(720)所输出的第二驱动信号并开启或关闭。

4.如权利要求2所述的一种高能效低噪音双风机的热水器控制电路，其特征在于，所述第一比较调速电路(610)包括第一比较器N2A和正弦波产生电路；

第一比较器N2A的反向输入端连接正弦波产生电路的输出端，第一比较器N2A的同相输入端连接第一放大电路(510)的输出，第一比较器N2A的输出端输出用于调节第一风机频率的第一调速风机控制信号。

5.如权利要求1所述的一种高能效低噪音双风机的热水器控制电路，其特征在于，还包括LED显示模块(400)，LED显示模块(400)与主控模块(100)连接。

6.一种高能效低噪音双风机的热水器，其特征在于，包括外壳(20)、设置在外壳(20)内的加热机构(30)和传感器组件、设置在加热机构(30)上的第一风机(810)和第二风机(820)。

7.如权利要求6所述的一种高能效低噪音双风机的热水器，其特征在于，所述外壳(20)上还设置有防倒灌装置。

8.如权利要求6所述的一种高能效低噪音双风机的热水器，其特征在于，所述传感器组件包括出水温传感器(11)和水量传感器(12)。

9.一种高能效低噪音双风机的热水器控制方法,其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设置PWM源，由PWM源产生脉宽调制信号，再设置正弦波源，由正弦波源产生正弦波信号；

步骤2：正弦波信号与脉宽调制信号经过第一比较器调制后输出变频控制信号；

步骤3:设置第一风机(810)和第二风机(820)，变频控制信号选择地变频开启第一风机(810)和/或第二风机(820)。

10.如权利要求9所述的一种高能效低噪音双风机的热水器控制方法,其特征在于，所述步骤3的具体步骤为：

步骤3.1：设置电压线性变化电位点；

步骤3.2：电压线性变化电位点与第一比较器的反相输入端连接，脉宽调制信号输入第一比较器的同相输入端，第一比较器再输出变频控制信号。