CN111006784B - 一种应用于ptc加热设备的干烧判断方法 - Google Patents

一种应用于ptc加热设备的干烧判断方法 Download PDF

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Abstract

一种应用于PTC加热设备的干烧判断方法，其特征在于：PTC加热设备一端与火线连接，PTC加热设备另一端与电阻器一端连接，电阻器另一端通过可控硅与零线连接；可控硅的控制极与主控芯片相应的控制信号输出端连接，PTC加热设备与电阻器的连接处作为温度信号检测端，温度信号检测端与主控芯片相应的信号输入端连接；主控芯片获取温度信号检测端的电信号，经处理后与预设的阈值进行比较，根据比较结果判断PTC加热设备是否处于干烧状态；主控芯片通过所述控制信号输出端发出信号控制可控硅的通断状态，以控制PTC加热设备是否接通电源。本发明能够准确判断PTC加热设备是否处于干烧状态，并省去专门的温控或测温器件，有利于降低成本。

Description

一种应用于PTC加热设备的干烧判断方法
技术领域
本发明涉及电加热设备技术领域，具体涉及一种应用于PTC加热设备的干烧判断方法。
背景技术
现有的加热设备一般采用专门的温控或测温器件（如热敏电阻、温控器、热电偶，红外测温等），检测被加热物体（如用于容纳食材的容器）的温度，通过判断其温度是否异常升高，进而判断加热设备是否处于干烧状态，据此控制加热设备电源的通断，来防止干烧，避免发生意外事故。由于需要设置专门的温控或测温器件，增加了设备成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于PTC加热设备的干烧判断方法，采用这种方法能够准确判断PTC加热设备是否处于干烧状态，并有利于降低成本。采用的技术方案如下：
一种应用于PTC加热设备的干烧判断方法，其特征在于：
按下述方式将PTC加热设备与电源线及主控芯片连接：PTC加热设备一端与火线连接，PTC加热设备另一端与电阻器一端连接，电阻器另一端通过可控硅与零线连接；可控硅的控制极与主控芯片相应的控制信号输出端连接，PTC加热设备与电阻器的连接处作为温度信号检测端，温度信号检测端与主控芯片相应的信号输入端连接；
主控芯片获取温度信号检测端的电信号，经处理后与预设的阈值进行比较，根据比较结果判断PTC加热设备是否处于干烧状态；
主控芯片通过所述控制信号输出端发出信号控制可控硅的通断状态，以控制PTC加热设备是否接通电源。
一种具体方案中，上述可控硅为双向可控硅，可控硅的第一主电极与电阻器相应端连接，可控硅的第二主电极与零线连接。
PTC加热设备是一种特殊的加热设备，PTC（Positive Temperature Coefficient）指正温度系数很大的半导体材料或元器件，即在加热过程中，温度越高该元器件的电阻会越高，利用这种特性，通过上述电路设计，使主控芯片从温度信号检测端获取的电信号能够反映PTC加热设备的温度，用作判断PTC加热设备是否干烧的依据，从而省去专门的温控或测温器件，达到降低成本的目的。
一种优选方案中，当主控芯片具备模/数转换器时（即主控芯片具备模/数转换功能），判断PTC加热设备是否处于干烧状态的步骤如下：
（1）在交流电波峰的时刻检测温度信号检测端的电压，并通过模/数转换得到电压值；
（2）将步骤（1）获得的电压值与预设的电压阈值进行比较；
若该电压值等于或低于预设的电压阈值，则干烧故障累加器次数加1，并进入步骤（3）；
若该电压值高于预设的电压阈值，则返回至步骤（1）；
（3）判断干烧故障累加器次数是否达到预设次数；
若干烧故障累加器次数达到预设次数，则进入步骤（4）；
若干烧故障累加器次数没有达到预设次数，则返回至步骤（1）；
（4）输出干烧报警信号。
上述电压阈值根据PTC加热设备处于干烧临界温度点时的阻值与电阻器的阻值之比，折算出PTC加热设备处于干烧临界温度点时温度信号检测端的电压值，将该电压值设置为电压阈值。该电压阈值能够反映PTC加热设备处于干烧临界温度点时对应的阻值。当检测到温度信号检测端的电压值过低时，可判断PTC加热设备阻值过高，超出PTC加热设备阻值的阈值。上述干烧故障累加器的预设次数可根据需要设定，当干烧故障累加器次数达到预设次数时，可判断PTC加热设备的温度已经超过干烧临界温度点一定时间，主控芯片可判断PTC加热设备处于干烧状态，进行干烧报警。
进一步，上述步骤（4）输出干烧报警信号时，主控芯片发出控制信号至可控硅，使可控硅截断，切断PTC加热设备的电源。
通常，还可设置报警装置（如蜂鸣器或报警灯），报警装置与主控芯片相应的控制信号输出端连接；在上述步骤（4）输出干烧报警信号时，主控芯片发出控制信号至报警装置，使报警装置发出提示信号（如发声或发光）。发出提示信号，可提示人们及时处理。
另一种优选方案中，当主控芯片不具备模/数转换器时（即主控芯片不具备模/数转换功能），判断PTC加热设备是否处于干烧状态的步骤如下：
（1’）时刻检测温度信号检测端的电压；
（2’）利用定时器进行1秒计时，并判断每1秒能否检测到预定次数的电压翻转；
若不能检测到预定次数的电压翻转，则干烧故障累加器次数加1，并进入步骤（3’）；
若能够检测到预定次数的电压翻转，则返回至步骤（1’）；
（3’）判断干烧故障累加器次数是否达到预设次数；
若干烧故障累加器次数达到预设次数，则进入步骤（4’）；
若干烧故障累加器次数没有达到预设次数，则返回至步骤（1’）；
（4’）输出干烧报警信号。
当正常加热时，能够由温度信号检测端检测到高低翻转的电平信号；而当干烧情况下，PTC加热设备会发热异常，导致其电阻升高，直至目标温度点（由电阻器R1阻值决定），此时不再能检测到高低翻转的电平信号。上述干烧故障累加器的预设次数可根据需要设定，当干烧故障累加器次数达到预设次数时，可判断PTC加热设备已异常发热一定时间，主控芯片可判断PTC加热设备处于干烧状态，进行干烧报警。
上述步骤（2’）中，每秒电压翻转的预定次数根据火线和零线所接入的交流电的频率设定，为交流电的频率的两倍，例如：在交流电频率为50赫兹的情况下，每秒电压翻转的预定次数为100次。
进一步，上述步骤（4’）输出干烧报警信号时，主控芯片发出控制信号至可控硅，使可控硅截断，切断PTC加热设备的电源。
通常，还可设置报警装置（如蜂鸣器或报警灯），报警装置与主控芯片相应的控制信号输出端连接；在上述步骤（4’）输出干烧报警信号时，主控芯片发出控制信号至报警装置，使报警装置发出提示信号（如发声或发光）。发出提示信号，可提示人们及时处理。
本发明通过对加热电路简单改进（增加一个电阻器），使主控芯片从温度信号检测端获取的电信号能够反映PTC加热设备的温度，用作判断PTC加热设备是否干烧的依据，能够准确判断PTC加热设备是否处于干烧状态，并省去专门的温控或测温器件，有利于降低成本。
附图说明
图1是本发明优选实施例1的电路原理图；
图2是本发明优选实施例1的程序流程图；
图3是本发明优选实施例2的程序流程图。
具体实施方式
实施例1
本实施例中，应用于PTC加热设备的干烧判断方法，其特征在于：
参考图1，按下述方式将PTC加热设备与电源线及主控芯片连接：PTC加热设备（PTCheater）一端与火线L连接，PTC加热设备另一端与电阻器R1一端连接，电阻器R1另一端通过可控硅SC与零线N连接；可控硅SC的控制极与主控芯片相应的控制信号输出端连接（图中未画出主控芯片），PTC加热设备与电阻器R1的连接处作为温度信号检测端（Temp Signal），温度信号检测端与主控芯片相应的信号输入端连接；
主控芯片获取温度信号检测端的电信号，经处理后与预设的阈值进行比较，根据比较结果判断PTC加热设备是否处于干烧状态；
主控芯片通过所述控制信号输出端（Control Signal）发出信号控制可控硅SC的通断状态，以控制PTC加热设备是否接通电源。
本实施例中，可控硅SC为双向可控硅，可控硅SC的第一主电极与电阻器R1相应端连接，可控硅SC的第二主电极与零线连接。
参考图2，本实施例中，主控芯片具备模/数转换器（即主控芯片具备模/数转换功能，例如主控芯片可采用合泰（Holtek）生产的芯片HT66F004），判断PTC加热设备是否处于干烧状态的步骤如下：
（1）在交流电波峰的时刻检测温度信号检测端的电压，并通过模/数转换得到电压值；
（2）将步骤（1）获得的电压值与预设的电压阈值进行比较；
若该电压值等于或低于预设的电压阈值，则干烧故障累加器次数加1，并进入步骤（3）；
若该电压值高于预设的电压阈值，则返回至步骤（1）；
（3）判断干烧故障累加器次数是否达到预设次数；
若干烧故障累加器次数达到预设次数，则进入步骤（4）；
若干烧故障累加器次数没有达到预设次数，则返回至步骤（1）；
（4）输出干烧报警信号。
上述电压阈值根据PTC加热设备处于干烧临界温度点时的阻值与电阻器的阻值之比，折算出PTC加热设备处于干烧临界温度点时温度信号检测端的电压值，将该电压值设置为电压阈值。当检测到温度信号检测端的电压值过低时，可判断PTC加热设备阻值过高，超出PTC加热设备阻值的阈值。上述干烧故障累加器的预设次数可根据需要设定，当干烧故障累加器次数达到预设次数时，可判断PTC加热设备的温度已经超过干烧临界温度点一定时间，主控芯片可判断PTC加热设备处于干烧状态，进行干烧报警。
上述步骤（4）输出干烧报警信号时，主控芯片发出控制信号至可控硅，使可控硅截断，切断PTC加热设备的电源。
此外，还可设置报警装置（如蜂鸣器或报警灯），报警装置与主控芯片相应的控制信号输出端连接；在上述步骤（4）输出干烧报警信号时，主控芯片发出控制信号至报警装置，使报警装置发出提示信号（如发声或发光）。
实施例2
本实施例的电路连接与实施例1相同。与实施例不同的是，本实施例中，主控芯片不具备模/数转换器（即主控芯片不具备模/数转换功能，例如主控芯片可采用合泰（Holtek）生产的芯片HT68F003），判断PTC加热设备是否处于干烧状态的步骤如下：
（1’）时刻检测温度信号检测端的电压；
（2’）利用定时器进行1秒计时，并判断每1秒能否检测到预定次数（如100次）的电压翻转；
若不能检测到预定次数的电压翻转，则干烧故障累加器次数加1，并进入步骤（3’）；
若能够检测到预定次数的电压翻转，则返回至步骤（1’）；
（3’）判断干烧故障累加器次数是否达到预设次数；
若干烧故障累加器次数达到预设次数，则进入步骤（4’）；
若干烧故障累加器次数没有达到预设次数，则返回至步骤（1’）；
（4’）输出干烧报警信号。
当正常加热时，能够由温度信号检测端检测到高低翻转的电平信号；而当干烧情况下，PTC加热设备会发热异常，导致其电阻升高，直至目标温度点（由电阻器R1阻值决定），此时不再能检测到高低翻转的电平信号。上述干烧故障累加器的预设次数可根据需要设定，当干烧故障累加器次数达到预设次数时，可判断PTC加热设备已异常发热一定时间，主控芯片可判断PTC加热设备处于干烧状态，进行干烧报警。
本实施例中，电阻器R1的阻值可按下述条件确定：由水开功率（水沸腾时的功率）与干烧功率（干烧时的功率），算出这两种状态下的电流（峰值电流=平均电流×√2）；温度信号检测端测得峰值电压=VDD - （可控硅导通压降 + 峰值电流×R1阻值）（注：该公式适用于主控芯片的电源端VDD与零线N相接情况），那么，干烧测得峰值电压不能低于芯片判断低电平电压，而水开测得峰值电压不得高于芯片判断低电平电压（芯片判断低电平电压具体值请参照对应的芯片datasheet）。通常会有多个阻值满足上述条件，那么这时候一般选择稍有余量的偏低电阻，可以使电阻的发热量更小，让设备稳定性更好。例如：主控芯片判断低电平电压为1.5V，采用220V、50Hz的交流电供电，主控芯片内部的工作电压VDD为5V，在水开功率为100W，水开峰值电流为0.642824A（水开平均电流为0.454545A），干烧功率为50W，干烧峰值电流为0.321412A（干烧平均电流为0.227273A），可控硅导通压降为0.47V的情况下，电阻器R1的阻值可确定为6 Ω，这样，水开时温度信号检测端测得峰值电压为0.673054 V，干烧时温度信号检测端测得峰值电压为2.601527V，满足上述条件。
上述步骤（2’）中，每秒电压翻转的预定次数根据火线和零线所接入的交流电的频率设定，为交流电的频率的两倍，例如：在交流电频率为50赫兹的情况下，每秒电压翻转的预定次数为100次。
上述步骤（4’）输出干烧报警信号时，主控芯片发出控制信号至可控硅，使可控硅截断，切断PTC加热设备的电源。
还可设置报警装置（如蜂鸣器或报警灯），报警装置与主控芯片相应的控制信号输出端连接；在上述步骤（4’）输出干烧报警信号时，主控芯片发出控制信号至报警装置，使报警装置发出提示信号（如发声或发光）。发出提示信号，可提示人们及时处理。

Claims (8)

1.一种应用于PTC加热设备的干烧判断方法，其特征在于：
按下述方式将PTC加热设备与电源线及主控芯片连接：PTC加热设备一端与火线连接，PTC加热设备另一端与电阻器一端连接，电阻器另一端通过可控硅与零线连接；可控硅的控制极与主控芯片相应的控制信号输出端连接，PTC加热设备与电阻器的连接处作为温度信号检测端，温度信号检测端与主控芯片相应的信号输入端连接；
主控芯片获取温度信号检测端的电信号，经处理后与预设的阈值进行比较，根据比较结果判断PTC加热设备是否处于干烧状态；
主控芯片通过所述控制信号输出端发出信号控制可控硅的通断状态，以控制PTC加热设备是否接通电源；
所述主控芯片具备模/数转换器，判断PTC加热设备是否处于干烧状态的步骤如下：
（1）在交流电波峰的时刻检测温度信号检测端的电压，并通过模/数转换得到电压值；
（2）将步骤（1）获得的电压值与预设的电压阈值进行比较；
若该电压值等于或低于预设的电压阈值，则干烧故障累加器次数加1，并进入步骤（3）；
若该电压值高于预设的电压阈值，则返回至步骤（1）；
（3）判断干烧故障累加器次数是否达到预设次数；
若干烧故障累加器次数达到预设次数，则进入步骤（4）；
若干烧故障累加器次数没有达到预设次数，则返回至步骤（1）；
（4）输出干烧报警信号。
2.根据权利要求1所述的应用于PTC加热设备的干烧判断方法，其特征是：所述可控硅为双向可控硅，可控硅的第一主电极与电阻器相应端连接，可控硅的第二主电极与零线连接。
3.根据权利要求1所述的应用于PTC加热设备的干烧判断方法，其特征是：步骤（4）输出干烧报警信号时，主控芯片发出控制信号至可控硅，使可控硅截断，切断PTC加热设备的电源。
4.根据权利要求1所述的应用于PTC加热设备的干烧判断方法，其特征是：还设置有报警装置，报警装置与主控芯片相应的控制信号输出端连接；在步骤（4）输出干烧报警信号时，主控芯片发出控制信号至报警装置，使报警装置发出提示信号。
5.一种应用于PTC加热设备的干烧判断方法，其特征在于：
按下述方式将PTC加热设备与电源线及主控芯片连接：PTC加热设备一端与火线连接，PTC加热设备另一端与电阻器一端连接，电阻器另一端通过可控硅与零线连接；可控硅的控制极与主控芯片相应的控制信号输出端连接，PTC加热设备与电阻器的连接处作为温度信号检测端，温度信号检测端与主控芯片相应的信号输入端连接；
主控芯片获取温度信号检测端的电信号，经处理后与预设的阈值进行比较，根据比较结果判断PTC加热设备是否处于干烧状态；
主控芯片通过所述控制信号输出端发出信号控制可控硅的通断状态，以控制PTC加热设备是否接通电源；
所述主控芯片不具备模/数转换器，判断PTC加热设备是否处于干烧状态的步骤如下：
（1’）时刻检测温度信号检测端的电压；
（2’）利用定时器进行1秒计时，并判断每1秒能否检测到预定次数的电压翻转；
若不能检测到预定次数的电压翻转，则干烧故障累加器次数加1，并进入步骤（3’）；
若能够检测到预定次数的电压翻转，则返回至步骤（1’）；
（3’）判断干烧故障累加器次数是否达到预设次数；
若干烧故障累加器次数达到预设次数，则进入步骤（4’）；
若干烧故障累加器次数没有达到预设次数，则返回至步骤（1’）；
（4’）输出干烧报警信号。
6.根据权利要求5所述的应用于PTC加热设备的干烧判断方法，其特征是：步骤（2’）中，每秒电压翻转的预定次数根据火线和零线所接入的交流电的频率设定，为交流电的频率的两倍。
7.根据权利要求5所述的应用于PTC加热设备的干烧判断方法，其特征是：步骤（4’）输出干烧报警信号时，主控芯片发出控制信号至可控硅，使可控硅截断，切断PTC加热设备的电源。
8.根据权利要求5所述的应用于PTC加热设备的干烧判断方法，其特征是：还设置有报警装置，报警装置与主控芯片相应的控制信号输出端连接；在步骤（4’）输出干烧报警信号时，主控芯片发出控制信号至报警装置，使报警装置发出提示信号。
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