CN110087342B - 一种脉冲频率调制的加热调功控制方法 - Google Patents

一种脉冲频率调制的加热调功控制方法 Download PDF

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Abstract

一种脉冲频率调制的加热调功控制方法，包括以下步骤：步骤1、设定调功功率输出Pout，计算功率百分比N％＝Pout/Ptotal，清零计数Cnt；步骤2、判断是否启动功率调节输出，如果判断结果为否，则结束本次工作，否则进入下一步骤；步骤3、判断是否有过零触发信号，若判断结果为否，则重复步骤2至步骤3，否则进入下一步骤；步骤4、执行Cnt＝Cnt+N；步骤5、判断Cnt是否大于或者等于100，若判断结果为否，则重复步骤2至步骤5，否则进入下一步骤；步骤6、所述处理器执行Cnt＝Cnt‑100，并输出一个控制脉冲；步骤7、重复步骤2至步骤6。本发明在进行加热调功时，可以减少传导骚扰和功率骚扰，减少电网电压波动和闪烁干扰。

Description

一种脉冲频率调制的加热调功控制方法
技术领域
本发明涉及加热调功控制技术领域，特别涉及一种脉冲频率调制的加热调功控制方法。
背景技术
一般来说，具有加热功能的设备都需要进行调功控制，而常用的调功控制方法有两种：1、利用可控硅移相触发进行功率调节；2、利用过零触发的脉冲宽度调制(PWM)方法进行功率调节。
第一种方法利用可控硅移相触发是通过控制可控硅的导通角来控制可控硅的导通量，其输出波形被斩了一截。利用可控硅移相触发的输出波动很小，输出电流、电压相对平滑，但是由于输出的电流或者电压波形发生畸变，会产生严重的传导骚扰和功率骚扰，在EMMI方面不容易通过。
第二种方法利用过零触发的脉冲宽度调制(PWM)是通过过零触发来改变可控硅导通的周波数，输出的波形仍然是正弦波。但是其断续工作的通断周期比较大，容易出现低频干扰，导致电网电压波动而出现闪烁现象，EMI的电压波动和闪烁干扰测试容易超标，不适用于像电动机这类电流连续的场合。
发明内容
本发明的目的之一在于解决上述现有技术的不足，提供一种脉冲频率调制的加热调控控制方法，以减少传导骚扰和功率骚扰，减少电网电压波动和闪烁干扰。
为达到此目的，本发明采用的技术方案如下：
一种脉冲频率调制的加热调功控制方法，应用于加热设备中，包括过零检测电路、开关器件以及处理器，所述过零检测电路以及开关器件分别与所述处理器连接，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、设定调功功率输出Pout，所述处理器根据调功功率输出Pout以及加热设备的输出全功率Ptotal，计算功率百分比N％＝Pout/Ptotal，清零计数Cnt；
步骤2、所述处理器判断是否启动功率调节输出，如果判断结果为否，则结束本次工作，否则进入下一步骤；
步骤3、所述过零检测电路对电网电压的过零触发信号进行检测并将结果反馈给所述处理器，所述处理器判断是否有过零触发信号，若判断结果为否，则重复步骤2至步骤3，否则进入下一步骤；
步骤4、所述处理器执行Cnt＝Cnt+N；
步骤5、所述处理器判断Cnt是否大于或者等于100，若判断结果为否，则重复步骤2至步骤5，否则进入下一步骤；
步骤6、所述处理器执行Cnt＝Cnt-100，并输出一个控制脉冲给所述开关器件以控制所述开关器件的交流电压输出；
步骤7、重复步骤2至步骤6；
其中，所述过零触发信号与所述控制脉冲同步。
优选地，述过零检测电路包括火线ACL、零线ACN、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D2、光电耦合器U1、电阻R4、电阻R5、电容C1、三极管Q1、+3.3V直流电源以及过零信号输出Zero_Cross,所述二极管D1的阳极与火线ACL电连接，所述二极管D1的阴极与所述电阻R1、电阻R2以及电阻R3串联后再与所述二极管D2的阴极以及所述光电耦合器U1中的发光二极管的阳极电连接，所述光电耦合器U1中的发光二极管与所述二极管D2的阴极电连接，所述二极管D2的阳极与所述零线ACN电连接，所述光电耦合器U1中的集电极与所述+3.3V直流电源电连接，其发射极与所述三极管Q1的基极电连接，所述电阻R4的一端与所述三极管Q1的基极电连接，所述电阻R4的另一端与所述三极管Q1的发射极电连接，所述电容C1与所述电阻R4并联，所述电阻R5的一端与所述+3.3V直流电源电连接，所述电阻R5的另一端与所述三极管Q1的集电极电连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述过零信号输出Zero_Cross与所述三极管Q1的集电极电连接。
优选地，所述光电耦合器U1的型号为PC817。
优选地，所述调功功率输出Pout根据被加热物体的温度参数设定，当被加热物体的温度值小于第一预设温度值时，所述调功功率输出Pout设定为第一调功功率输出；
当被加热物体的温度值大于所述第一预设温度值时，所述调功功率输出Pout设定为第二调功功率输出；
当被加热物体的温度大于或者等于第二预设温度值，所述调功功率输出Pout设定为零；
其中，所述第一预设温度值小于所述第二预设温度值。
优选地，所述调功功率输出Pout根据时间参数设定，在第一预设时间值内，所述调功功率输出Pout设定为第三调功功率输出；
在第二预设时间值内，所述调功功率输出Pout设定为第四调功功率输出；
在第三预设时间值内，所述调功功率输出Pout设定为第五调功功率输出。
优选地，所述调功功率输出Pout通过输入模块设定，所述输入模块包括旋钮以及液晶显示屏，所述旋钮以及液晶显示屏与所述处理器电连接，所述旋钮用于设定所述调功功率输出Pout，所述液晶显示屏用于显示所述调功功率输出Pout、加热设备的输出全功率Ptotal以及功率百分比N％。
优选地，所述调功功率输出Pout通过客户端设定，所述客户端通过无线通信模块与所述处理器进行无线通信。
优选地，所述处理器包括一外部中断处理电路，所述过零信号输出Zero_Cross与所述外部中断处理电路的输入管脚电连接。
优选地，所述开关器件为双向可控硅。
优选地，所述开关器件为固态继电器。
本发明有益效果：
1、基于过零触发的脉冲频率调制的加热调功控制方法，其输出的波形没有被斩一截，也没有发生畸变，因此可以大大减少传导骚扰和功率骚扰。由于控制输出的周波在整个控制过程中很均衡，故而本加热调功控制方法可以大大减少电压波动和闪烁干扰，特别适合应用于加热的功率调节。
2、过零检测电路可以很好的检测电网交流电压的过零信号，由于省去了变压器，其电路简单，成本低，易于实现，过零检测的精确度高。
附图说明
图1是本发明的步骤流程图；
图2是本发明的工作波形示意图；
图3是本发明中过零检测电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图说明并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1以及图2所示，一种脉冲频率调制的加热调功控制方法，应用于加热设备中，包括过零检测电路、开关器件以及处理器，所述过零检测电路以及开关器件分别与所述处理器连接，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、设定调功功率输出Pout，所述处理器根据调功功率输出Pout以及加热设备的输出全功率Ptotal，计算功率百分比N％＝Pout/Ptotal，清零计数Cnt；
步骤2、所述处理器判断是否启动功率调节输出，如果判断结果为否，则结束本次工作，否则进入下一步骤；
步骤3、所述过零检测电路对电网电压的过零触发信号进行检测并将结果反馈给所述处理器，所述处理器判断是否有过零触发信号，若判断结果为否，则重复步骤2至步骤3，否则进入下一步骤；
步骤4、所述处理器执行Cnt＝Cnt+N；
步骤5、所述处理器判断Cnt是否大于或者等于100，若判断结果为否，则重复步骤2至步骤5，否则进入下一步骤；
步骤6、所述处理器执行Cnt＝Cnt-100，并输出一个控制脉冲给所述开关器件以控制所述开关器件的交流电压输出；
步骤7、重复步骤2至步骤6；
其中，所述过零触发信号与所述控制脉冲同步。
设定所述调功功率输出Pout之后，所述处理器根据调功功率输出Pout以及加热设备的输出全功率Ptotal，计算功率百分比N％＝Pout/Ptotal，并清零存储在所述处理器内的计数Cnt后，对是否调整功率输出进行判断。是否调整功率输出这一信息一般由使用者决定，通过按钮或者触摸屏或者手机APP程序等传送到所述处理器。当所述过零检测电路检测到电网电压的过零触发信号并将结果反馈到所述处理器时，所述处理器执行Cnt＝Cnt+N并判断Cnt是否大于或者等于100，若Cnt大于或等于100，则执行Cnt＝Cnt-100,并输出一个控制脉冲给所述开关器件以控制所述开关器件的交流电压输出。由此可以知道，使用本加热调功控制方法来控制交流输出，最小的控制单位是一个半波输出电压。如图2所示，当交流电网为220V/50Hz，设备额定功率为1000W/220V，则设备输出全功率Ptotal为1000W。若设定调功功率输出Pout为300W，则功率百分比N％＝Pout/Ptotal＝300W/1000W＝30％，即N＝30，若设定调功功率Pout为700W，则功率百分比N％＝Pout/Ptotal＝700W/1000W＝70％，即N＝70。基于过零触发的脉冲频率调制的加热调功控制方法，其输出的波形没有被斩一截，也没有发生畸变，因此可以大大减少传导骚扰和功率骚扰。由于控制输出的周波在整个控制过程中很均衡，故而本加热调功控制方法可以大大减少电压波动和闪烁干扰，特别适合应用于加热的功率调节。除此以外，本加热调功控制方法，还可以用于灯光亮度以及电机速度的调节控制当中。
优选地，所述过零检测电路包括火线ACL、零线ACN、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D2、光电耦合器U1、电阻R4、电阻R5、电容C1、三极管Q1、+3.3V直流电源以及过零信号输出Zero_Cross,所述二极管D1的阳极与火线ACL电连接，所述二极管D1的阴极与所述电阻R1、电阻R2以及电阻R3串联后再与所述二极管D2的阴极以及所述光电耦合器U1中的发光二极管的阳极电连接，所述光电耦合器U1中的发光二极管与所述二极管D2的阴极电连接，所述二极管D2的阳极与所述零线ACN电连接，所述光电耦合器U1中的集电极与所述+3.3V直流电源电连接，其发射极与所述三极管Q1的基极电连接，所述电阻R4的一端与所述三极管Q1的基极电连接，所述电阻R4的另一端与所述三极管Q1的发射极电连接，所述电容C1与所述电阻R4并联，所述电阻R5的一端与所述+3.3V直流电源电连接，所述电阻R5的另一端与所述三极管Q1的集电极电连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述过零信号输出Zero_Cross与所述三极管Q1的集电极电连接。
如图3所示，所述电阻R4连接在所述三极管Q1的基极与发射极之间，可以保证在所述光电耦合器U1不导通的时候，所述三极管Q1的基极下拉接地，使三极管Q1可以可靠的处在截止状态，所述电容C1为滤波电容，可以提高所述三极管Q1的抗干扰能力。当电网交流电压处在正半周时，电网交流电压经过纱扇二极管D1以及电阻R1、电阻R2以及电阻R3降压后驱动所述光电耦合器Q1中的发光二极管导通，所述光电耦合器U1中的光敏三极管受到光照后产生另一电流，而当电网交流电压处在负半周时，所述光电耦合器U1中的发光二极管截止，也就是说，电网交流电压处在正半周时，所述光电耦合器U1导通，电网交流电压处在负半周时，所述光电耦合器U1截止。当所述光电耦合器U1导通时，所述三极管Q1导通，所述过零信号输出Zero_Cross为高电平，当所述光电耦合器U1截止时，所述三极管Q1截止，所述过零信号输出Zero_Cross为低电平。所述过零检测电路可以很好的检测电网交流电压的过零信号，由于省去了变压器，其电路简单，成本低，易于实现，过零检测的精确度高。
优选地，所述光电耦合器U1的型号为PC817。
型号为PC817的光电耦合器具有体积小、寿命长无触点、可靠性高以及抗干扰能力强的特点，可以保证信号传递的稳定性，起到隔离以及光电转换的作用。根据实际需要，也可以选着其他型号的光电耦合器，并不限于型号为PC817的光电耦合器。
优选地，所述调功功率输出Pout根据被加热物体的温度参数设定，当被加热物体的温度值小于第一预设温度值时，调所述功功率输出Pout设定为第一调功功率输出；
当被加热物体的温度值大于所述第一预设温度值时，所述调功功率输出Pout设定为第二调功功率输出；
当被加热物体的温度大于或者等于第二预设温度值，所述调功功率输出Pout设定为零；
其中，所述第一预设温度值小于所述所述第二预设温度值。
通过被加热物体的温度参数来设定所述调功功率输出Pout，不仅可以调高本发明的自动化程度以及智能化程度，还可以在保证加热效果的基础上，减少加热时间。例如，将本发明应用于电热水器中，将第一预设温度值设定为90度，第二预设温度值设定为100度，第一调功功率输出设定为所述加热设备的输出全功率Ptotal，第二调功功率输出设定为所述加热设备的输出全功率Ptotal的一半，那么当水温小于90度时，电热水器将以全功率加热，而当水温大于90度时，电热水器将以半功率加热，直至电热水器中的水被加热至沸腾。如此一来，用户通过实现设定所述第一预设温度值、第二预设温度值、第一调功功率以及第二调功功率，可以在保证加热效果的基础上，减少加热时间。
优选地，所述调功功率输出Pout根据时间参数设定，在第一预设时间值内，所述调功功率输出Pout设定为第三调功功率输出；
在第二预设时间值内，所述调功功率输出Pout设定为第四调功功率输出；
在第三预设时间值内，所述调功功率输出Pout设定为第五调功功率输出。
按时间参数来设定所述所述调功功率输出Pout，使用者可以根据自己的实际需要对加热设备的调功功率以及加热时间进行设定，增强了本发明的适用性和方便性。例如，将本发明应用于电热水器中，将所述第一预设时间值设为5分钟，所述第二预设时间值设为10分钟，所述第三预设时间值设为30分钟，所述第三调功功率设为所述加热设备的输出全功率Ptotal，所述第四调功功率设为所述加热设备的输出全功率Ptotal的50％，所述第五调功功率设为所述加热设备的输出全功率Ptotal的20％，那么电热水器将以加热设备的输出全功率Ptotal加热5分钟，然后再以加热设备的输出全功率Ptotal的50％加热10分钟，最后以加热设备的输出全功率Ptotal的20％加热30分钟。当然，所述第一预设时间值、第二预设时间值、第三预设时间值、第三调功功率、第四调功功率以及第五调功功率也可以根据需要设定为其他数值。将本发明应用于加热调功之中，可以使加热设备的操作更加的人性化。
优选地，所述调功功率输出Pout通过输入模块设定，所述输入模块包括旋钮以及液晶显示屏，所述旋钮以及液晶显示屏与所述处理器电连接，所述旋钮用于设定所述调功功率输出Pout，所述液晶显示屏用于显示所述调功功率输出Pout、加热设备的输出全功率Ptotal以及功率百分比N％。
通过旋钮，可以更加方便快捷地设定所述调功功率输出Pout，而通过所述液晶显示屏用于显示所述调功功率输出Pout、加热设备的输出全功率Ptotal以及功率百分比N％，使用者可以方便直观的读取加热设备的工作状态。
优选地，所述调功功率输出Pout通过客户端设定，所述客户端通过无线通信模块与所述处理器进行无线通信。
所述客户端以及加热设备上皆安装有无线通信模块，无线通信模块包括WIFI、蓝牙以及GPS模块。所述客户端上安装有APP程序，使用者通过所述客户端上的APP程序对所述调功功率Pout进行设定，然后所述调功功率输出Pout通过无线通信模块传送给所述处理器。所述客户端包括但不限于手机，其还可以是IPAD以及笔记本。通过所述客户端对所述调功功率输出Pout进行设定，可以更加智能、方便和便捷地对加热设备进行调功控制。
优选地，所述处理器包括一外部中断处理电路，所述过零信号输出Zero_Cross与所述外部中断处理电路的输入管脚电连接。
通过所述外部中断处理电路与所述过零信号输出Zero_Cross连接，可以增强所述处理器内程序的实时性，提高其工作效率。
优选地，所述开关器件为双向可控硅。
双向可控硅具有开关速度快、无触点、体积小以及重量轻的优点，将其用于控制交流电压功率输出，对提高生产效率和降低成本有显著效果。
优选地，所述开关器件为固态继电器。
固态继电器具有良好的防潮防霉防腐蚀性能，在防爆以及防止臭氧污染方面的性能极佳，将其用于控制交流电压功率输出，具有输入功率小，灵敏度高，电磁兼容性好的特点。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脉冲频率调制的加热调功控制方法，应用于加热设备中，包括过零检测电路、开关器件以及处理器，所述过零检测电路以及开关器件分别与所述处理器连接，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、设定调功功率输出Pout，所述处理器根据调功功率输出Pout以及加热设备的输出全功率Ptotal，计算功率百分比N%=Pout/Ptotal，清零计数Cnt；
步骤2、所述处理器判断是否启动功率调节输出，如果判断结果为否，则结束本次工作，否则进入下一步骤；
步骤3、所述过零检测电路对电网电压的过零触发信号进行检测并将结果反馈给所述处理器，所述处理器判断是否有过零触发信号，若判断结果为否，则重复步骤2至步骤3，否则进入下一步骤；
步骤4、所述处理器执行Cnt=Cnt+N；
步骤5、所述处理器判断Cnt是否大于或者等于100，若判断结果为否，则重复步骤2至步骤5，否则进入下一步骤；
步骤6、所述处理器执行Cnt=Cnt-100，并输出一个控制脉冲给所述开关器件以控制所述开关器件的交流电压输出；
步骤7、重复步骤2至步骤6；
其中，所述过零触发信号与所述控制脉冲同步。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲频率调制的加热调功控制方法，其特征在于：所述过零检测电路包括火线ACL、零线ACN、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D2、光电耦合器U1、电阻R4、电阻R5、电容C1、三极管Q1、+3.3V直流电源以及过零信号输出Zero_Cross,所述二极管D1的阳极与火线ACL电连接，所述二极管D1的阴极与所述电阻R1、电阻R2以及电阻R3串联后再与所述二极管D2的阴极以及所述光电耦合器U1中的发光二极管的阳极电连接，所述光电耦合器U1中的发光二极管与所述二极管D2的阴极电连接，所述二极管D2的阳极与所述零线ACN电连接，所述光电耦合器U1中的集电极与所述+3.3V直流电源电连接，其发射极与所述三极管Q1的基极电连接，所述电阻R4的一端与所述三极管Q1的基极电连接，所述电阻R4的另一端与所述三极管Q1的发射极电连接，所述电容C1与所述电阻R4并联，所述电阻R5的一端与所述+3.3V直流电源电连接，所述电阻R5的另一端与所述三极管Q1的集电极电连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述过零信号输出Zero_Cross与所述三极管Q1的集电极电连接。
3.根据权利要求2所述的一种脉冲频率调制的加热调功控制方法，其特征在于：所述光电耦合器U1的型号为PC817。
4.根据权利要求3所述的一种脉冲频率调制的加热调功控制方法，其特征在于：所述调功功率输出Pout根据被加热物体的温度参数设定，当被加热物体的温度值小于第一预设温度值时，所述调功功率输出Pout设定为第一调功功率输出；
当被加热物体的温度值大于所述第一预设温度值时，所述调功功率输出Pout设定为第二调功功率输出；
当被加热物体的温度大于或者等于第二预设温度值，所述调功功率输出Pout设定为零；
其中，所述第一预设温度值小于所述第二预设温度值。
5.根据权利要求3所述的一种脉冲频率调制的加热调功控制方法，其特征在于：所述调功功率输出Pout根据时间参数设定，在第一预设时间值内，所述调功功率输出Pout设定为第三调功功率输出；
在第二预设时间值内，所述调功功率输出Pout设定为第四调功功率输出；
在第三预设时间值内，所述调功功率输出Pout设定为第五调功功率输出。
6.根据权利要求3所述的一种脉冲频率调制的加热调功控制方法，其特征在于：所述调功功率输出Pout通过输入模块设定，所述输入模块包括旋钮以及液晶显示屏，所述旋钮以及液晶显示屏与所述处理器电连接，所述旋钮用于设定所述调功功率输出Pout，所述液晶显示屏用于显示所述调功功率输出Pout、加热设备的输出全功率Ptotal以及功率百分比N%。
7.根据权利要求3所述的一种脉冲频率调制的加热调功控制方法，其特征在于：所述调功功率输出Pout通过客户端设定，所述客户端通过无线通信模块与所述处理器进行无线通信。
8.根据权利要求4所述的一种脉冲频率调制的加热调功控制方法，其特征在于：所述处理器包括一外部中断处理电路，所述过零信号输出Zero_Cross与所述外部中断处理电路的输入管脚电连接。
9.根据权利要求8所述的一种脉冲频率调制的加热调功控制方法，其特征在于：所述开关器件为双向可控硅。
10.根据权利要求9所述的一种脉冲频率调制的加热调功控制方法，其特征在于：所述开关器件为固态继电器。
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