CN111513562B - 功率控制方法及电烧水杯 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种功率控制方法及电烧水杯，涉及电子产品技术领域。电烧水杯具有发热体、功率控制器件和微控制器，方法包括获得所述电烧水杯工作状态的电网电压，实时获得所述功率控制器件的当前温度；根据获得的电网电压和当前温度确定所述发热体实时的目标加热功率，并通过所述功率控制器件控制所述发热体根据所述目标加热功率进行加热，以实现对所述发热体的加热功率的动态控制，从而快速可靠的实现加热。

Description

功率控制方法及电烧水杯

技术领域

本公开涉及电子器件技术领域，尤其涉及一种功率控制方法及电烧水杯。

背景技术

随着科技发展和人们生活水平的提高，电烧水杯越来越多的在各种场景中为人们所使用，例如，随着差旅日益频繁，小型便携式电热杯因体积小、多功能，极大满足了人们的出行需求而被大规模使用。为满足差旅出行等市场需求，当前市面上的电烧水杯的体积都需要设计的小巧、轻便，这使得可供使用的电路空间紧凑，功率器件散热空间有限，导致此类产品因散热能力有限而功率受限，因为在有限的散热空间中如果功率设计过大，将导致功率器件过热失效，进而发生安全事故。例如，假设中国电网电压为220V左右，日本、美国等地区电网电压为110V左右，基于220V电网电压进行最大加热功率设计，同一款电烧水杯在中国功率为300W左右，那么在日本、美国等地区，加热功率将大大降低，只有75W左右，加热速度大大降低。

发明内容

有鉴于此，本公开提供一种功率控制方法及电烧水杯。

一种功率控制方法，应用于电烧水杯，所述电烧水杯具有发热体、功率控制器件和微控制器，所述方法包括由所述微控制器执行的以下步骤：

获得所述电烧水杯工作状态的电网电压；

实时获得所述功率控制器件的当前温度；

根据获得的电网电压和当前温度确定所述发热体实时的目标加热功率，并通过所述功率控制器件控制所述发热体根据所述目标加热功率进行加热，以实现对所述发热体的加热功率的动态控制。

在一种实现方式中，所述发热体包括发热电阻，所述发热电阻的阻值为固定值，所述根据获得的电网电压和当前温度确定所述发热体实时的目标加热功率的步骤，包括：

根据所述固定值和获得的电网电压计算所述发热体的最大加热功率；

根据预存的所述电网电压下各温度与所述最大加热功率所乘系数的对应关系，得到所述电网电压及当前温度下所述发热体实时的目标加热功率，其中，所述系数范围为0至1。

在一种实现方式中，所述电烧水杯支持至少两种电网电压，所述微控制器中预存有每种电网电压下各温度与相应最大加热功率所乘系数的对应关系，其中，所述发热体在不同电网电压下对应的最大加热功率不同。

在一种实现方式中，所述发热体在每种电网电压下对应的最大加热功率Pmax＝(U²/R)，其中，U为当前电网电压，R为发热电阻的阻值，80Ω≥R≥40Ω。

在一种实现方式中，所述微控制器中预存的每种电网电压下各温度与相应最大加热功率所乘系数的对应关系包括：

当温度小于第一阈值时，相应最大加热功率所乘系数为1；

当温度大于第二阈值时，相应最大加热功率所乘系数为0；

当温度处于第一阈值与第二阈值之间，相应最大加热功率所乘系数大于0小于1；

其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。

一种电烧水杯，所述电烧水杯的容量小于或等于500ml，包括电网检测电路、温度传感器、发热体、功率控制器件和微控制器，所述电网检测电路、温度传感器、发热体、功率控制器件和微控制器集成于电路板，集成后整体宽度小于7cm，高度小于2.5cm；

所述电网检测电路用于获得所述电烧水杯工作状态的电网电压并传递至所述微控制器；

所述温度传感器用于实时获得所述功率控制器件的当前温度并传递至所述微控制器；

所述微控制器用于获得所述电网检测电路传递的电网电压和所述温度传感器实时获得的当前温度，根据获得的电网电压和当前温度确定所述发热体实时的目标加热功率，并通过所述功率控制器件控制所述发热体根据所述目标加热功率进行加热，以实现对所述发热体的加热功率的动态控制。

在一种实现方式中，所述发热体包括发热电阻，所述发热电阻的阻值为固定值，所述微控制器用于根据所述固定值和获得的电网电压计算所述发热体的最大加热功率，根据预存的所述电网电压下各温度与所述最大加热功率所乘系数的对应关系，得到所述电网电压及当前温度下所述发热体实时的目标加热功率，其中，所述系数范围为0至1。

在一种实现方式中，所述功率控制器件包括可控硅和过零检测电路，所述可控硅与所述温度传感器相邻。

在一种实现方式中，所述电烧水杯支持至少两种电网电压，所述微控制器中预存有每种电网电压下各温度与相应最大加热功率所乘系数的对应关系，其中，所述发热体在不同电网电压下对应的最大加热功率不同，所述发热体在每种电网电压下对应的最大加热功率Pmax＝(U²/R)，其中，U为当前电网电压，R为发热电阻的阻值，80Ω≥R≥40Ω。

在一种实现方式中，所述微控制器中预存的每种电网电压下各温度与相应最大加热功率所乘系数的对应关系包括：

当温度小于第一阈值时，相应最大加热功率所乘系数为1；

当温度大于第二阈值时，相应最大加热功率所乘系数为0；

当温度处于第一阈值与第二阈值之间，相应最大加热功率所乘系数大于0小于1；

其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。

本公开提供的功率控制方法及电烧水杯，通过获得电烧水杯工作状态的电网电压及实时获得功率控制器件的当前温度，并结合获得的电网电压和当前温度实现对发热体的加热功率的动态确定和控制，从而能够在各种电网电压下快速可靠的实现加热，确保加热速度。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本公开的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本公开提供的一种电烧水杯的电路框图。

图2为本公开提供的一种功率控制方法的流程示意图。

图标：1-发热体；2-功率控制器件；3-微控制器；4-电网检测电路；5-温度传感器。

具体实施方式

下面将结合本公开中附图，对本公开中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本公开的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步限定。

鉴于在很多场景中，人们对于电烧水杯均有便携的要求，为了满足该要求，需要将电烧水杯的体积设计的较为小巧、轻便，在体积较为小巧、轻便的电烧水杯中，用于容置集成有各功能器件的电路板的空间十分紧凑，电路板的散热空间更是十分有限。在有限的散热空间中，为了避免功率器件过热失效，此类便携式电烧水杯的加热功率受到了限制。

目前市场上主流的便携式电烧水杯在每种电网电压下大都采用固定的加热功率进行加热，同一电烧水杯在不同电网电压下对应的固定的加热功率不同(电网电压越大，对应的固定的加热功率越大)。为了避免电烧水杯中的功率器件过热失效，大都采用电烧水杯所支持的最大电网电压所对应的固定的加热功率作为电烧水杯的最大加热功率。最大加热功率有限导致电烧水杯的加热速度较为有限，且电烧水杯在更小的电网电压下对应的固定的加热功率更小，加热速度更慢，而更小的电网电压对应的固定的加热功率远未达到会导致电烧水杯中的功率器件过热失效的功率。例如，假设某一款电烧水杯所支持的最大电网电压为220V，最大电网电压所对应的固定的加热功率为300W(即电烧水杯不会发生热失效的最大加热功率为300W)。鉴于电烧水杯的加热功率与所处电网电压正相关，那么，该款电烧水杯在小于220V的电网电压如110V电网电压下，固定的加热功率小于300W，如为75W，本领域技术人员可知，采用75W的加热功率进行加热，加热速度十分慢，且75W的加热功率远未达到会导致电烧水杯中的功率器件过热失效的功率。由此可知，目前散热空间较为有限的便携式电烧水杯硬件性能存在较大浪费，由于加热速度有待提升影响了用户使用体验，减小了电烧水杯的应用前景。

有鉴于此，本公开提供一种功率控制方法及电烧水杯，摒弃了现有技术中电烧水杯在同一电网电压下采用固定的加热功率进行加热，受散热限制，加热功率和加热速度有限的实现方案，创新性的结合温度实现对电烧水杯的加热功率的动态控制，在确保电烧水杯在有限的散热空间内不会热失效的同时，确保电烧水杯“适应性”的以最佳加热功率进行加热，从而显著提升散热空间有限的便携式电烧水杯的加热速度，进而提升用户使用体验，确保电烧水杯的应用前景。

本公开中小型、便携、散热空间有限的电烧水杯主要指容量不大于500ml，包括容量为450ml、400ml、380ml、350ml、300ml、200ml等，集成有各功能器件的电路板整体宽度小于7cm，包括宽度为6.8cm、6.5cm、6cm、5.6cm、5cm、4cm等，高度小于2.5cm，包括高度为2.4cm、2cm、1.7cm、1.5cm、1cm等的电烧水杯。该种电烧水杯由于容量较小，集成各功能器件的电路板整体体积较小，设计而成的电烧水杯整体体积较小，功率器件散热空间有限，容易因散热不足导致功率器件过热失效，为了确保加热可靠性需对加热功率进行控制。

本公开中的电烧水杯的截面可以为多种形状，如圆形、椭圆形、长方形、正方形、三角形等。电路板的形状可以与电烧水杯的截面形状适配，相应地，电路板的高度可以为集成各功能器件后的最大高度，电路板的宽度可以为电路板的最大长度，如在电路板为圆形时，电路板的宽度可以为直径。

请参阅图1，本公开中，上述电烧水杯集成于电路板的各功能器件包括发热体1、功率控制器件2、微控制器3、电网检测电路4和温度传感器5。

其中，电网检测电路4用于获得电烧水杯工作状态的电网电压并传递至微控制器3。温度传感器5用于实时获得功率控制器件2的当前温度并传递至微控制器3。微控制器3用于获得电网检测电路4传递的电网电压和温度传感器5实时获得的当前温度，根据获得的电网电压和当前温度确定发热体1实时的目标加热功率，并通过功率控制器件2控制发热体1根据目标加热功率进行加热，以实现对发热体1的加热功率的动态控制。

可以理解的是，采用本公开中结合温度对电烧水杯的加热功率进行动态控制的实现方案，相较于现有技术中电烧水杯在同一电网电压下采用固定的加热功率进行加热的实现方案，能够成倍增大每种电网电压下电烧水杯的最大加热功率。

例如，假设某一款电烧水杯所支持的最大电网电压为220V，现有技术中为了确保电烧水杯在以固定的加热功率加热时不会出现热失效，设定的最大加热功率只能为300W。而采用本公开中的方案，由于会结合温度对电烧水杯的加热功率进行动态控制，在220V的电网电压下，最大加热功率可以设定为远大于300W，如可以设定为700W、750W、800W、850W、900W等，基于该设置，在检测出的温度较低时，可以采用远大于300W的最大加热功率进行快速加热，并在温度升高后适应性的降低加热功率，即可在确保电烧水杯以最佳加热功率进行快速加热的同时，避免热失效。

类似的，鉴于采用现有技术中的方案，电烧水杯的固定加热功率与其当前的电网电压正相关，该款电烧水杯的最大加热功率为在电网电压220V时的加热功率，等于300W，相应地，采用现有技术中的方案，电烧水杯在电网电压为110V时的加热功率小于300W，如可能仅有75W，本领域技术人员可知，采用75W的加热功率进行加热，加热速度十分慢。与之相对的，采用本公开中的方案，该款电烧水杯的最大加热功率远大于300W，如可能为800W，相应地，电烧水杯在电网电压为110V时的加热功率亦远大于75W，如可能为200W，本领域技术人员可知，采用200W的加热功率进行加热，加热速度远高于采用75W的加热功率进行加热，电烧水杯的使用体验能够得到显著提升。

本公开中，发热体1可以包括发热电阻，发热电阻的阻值为固定值，微控制器3用于根据固定值和获得的电网电压计算发热体1的最大加热功率。发热体1在每种电网电压下对应的最大加热功率Pmax＝(U²/R)，其中，U为当前电网电压，R为发热电阻的阻值，80Ω≥R≥40Ω，如R可以等于75Ω、70Ω、67Ω、65Ω、60Ω、58Ω、55Ω等。根据该公式可知，本公开中，每种电网电压下对应的最大加热功率与该种电网电压的大小正相关。由于本公开中结合温度对电烧水杯的加热功率进行动态控制，每种电网电压下对应的最大加热功率均远大于现有技术中该种电网电压下的最大加热功率，因而，本公开中发热电阻的阻值小于现有技术中发热电阻的阻值。例如，现有技术中容量为450ml的电加热杯中发热电阻的阻值一般为160Ω左右，而本公开的方案中发热电阻的阻值可以为60Ω左右，远小于现有技术中的电加热杯中发热电阻的阻值。

本公开中，在对发热体1的加热功率进行动态控制的过程中，实时加热功率与温度负相关，微控制器3中可以预存每种电网电压下各温度与该种电网电压下的最大加热功率所乘系数的对应关系，进而得到当前温度下实时的目标加热功率，其中，系数范围为0至1，发热体1在不同电网电压下对应的最大加热功率不同。例如，采用本公开中的方案，若电烧水杯在某一电网电压下，最大加热功率为Pmax，各温度与最大加热功率所乘系数的对应关系可以包括：当温度小于第一阈值时，相应最大加热功率所乘系数为1；当温度大于第二阈值时，相应最大加热功率所乘系数为0；当温度处于第一阈值与第二阈值之间，相应最大加热功率所乘系数大于0小于1；其中，第一阈值小于第二阈值。基于该种系数设置，使得在温度较低(小于第一阈值)时，电烧水杯能够以当前电网电压下的最大加热功率进行加热，最大限度地确保加热速度。在温度较高(大于第二阈值)时，电烧水杯能够停止加热，避免热失效，从而确保电烧水杯使用可靠性。在温度“适中”(处于第一阈值与第二阈值之间)时，电烧水杯能够以小于当前电网电压下的最大加热功率并大于零的加热功率进行“适应性”加热，实现加热速度与工作可靠性之间的平衡。

本公开中，各功能器件可以有多种选择，根据实际需求从市面上已有的器件中进行灵活装配即可。例如，功率控制器件2可以包括可控硅和过零检测电路，相应的，为了提高温度检测的精确性，可控硅与温度传感器5可以位于电路板上的相邻位置处。

请结合参阅图2，本公开还提供了一种适用于上述电烧水杯的功率控制方法，该方法包括由微控制器3执行的以下步骤：

S10，获得电烧水杯工作状态的电网电压；

其中，电烧水杯可以支持至少两种电网电压。示例性的，可以支持全球电压，例如，可以支持100V、110V、220V、240V等。电烧水杯工作状态的电网电压可以通过推算得到，例如，若电烧水杯工作时，通过电网检测电路4计算出的电网电压U大于198V，那么，可以认定当前使用场景在电网电压为220V或240V。若计算出的电网电压U小于120V，那么，可以认定当前使用场景在电网电压为100V或110V。

S20，实时获得功率控制器件2的当前温度；

S30，根据获得的电网电压和当前温度确定发热体1实时的目标加热功率，并通过功率控制器件2控制发热体1根据目标加热功率进行加热，以实现对发热体1的加热功率的动态控制。

其中，发热体1包括发热电阻，发热电阻的阻值为固定值，根据获得的电网电压和当前温度确定发热体1实时的目标加热功率的步骤，包括：根据固定值和获得的电网电压计算发热体1的最大加热功率；根据预存的电网电压下各温度与最大加热功率所乘系数的对应关系，得到电网电压及当前温度下发热体1实时的目标加热功率，其中，系数范围为0至1。

微控制器3中预存有每种电网电压下各温度与相应最大加热功率所乘系数的对应关系，其中，发热体1在不同电网电压下对应的最大加热功率不同。

微控制器3中预存的每种电网电压下各温度与最大加热功率所乘系数的对应关系的数量可以相同也可以不同，对应的，不同电网电压在各温度下的功率变化梯度可以相同也可以不同。示例性的，鉴于电网电压越大，最大加热功率最大，发热会较快，相应地，微控制器3中设置的各温度与最大加热功率所乘系数的对应关系的数量可以最多，以实现更为灵活快速的加热功率变化。

发热体1在每种电网电压下对应的最大加热功率Pmax＝(U²/R)，其中，U为当前电网电压，R为发热电阻的阻值，80Ω≥R≥40Ω。

微控制器3中预存的每种电网电压下各温度与相应最大加热功率所乘系数的对应关系包括：当温度小于第一阈值时，相应最大加热功率所乘系数为1；当温度大于第二阈值时，相应最大加热功率所乘系数为0；当温度处于第一阈值与第二阈值之间，相应最大加热功率所乘系数大于0小于1；其中，第一阈值小于第二阈值。

其中，不同电网电压对应的温度阈值可以相同也可以不同。示例性的，鉴于电网电压越大，最大加热功率越大，功率控制器件2发热越快，设定的温度阈值可以相对较小，电网电压越小，最大加热功率越小，功率控制器件2发热越慢，设定的温度阈值可以相对较大，从而在确保工作可靠性的同时确保加热速度。例如，在电网电压为220V以上时，第一阈值可以设定为85度左右，第二阈值可以设定为110度左右。在温度位于85度与110度之间时，系数可以设置两个以上，如温度大于85度且小于95度时，系数可以为0.75，温度大于95度且小于110度时，系数可以为0.5。又例如，在电网电压为120V以下时，第一阈值可以设定为95度左右，第二阈值可以设定为110度左右。在温度位于95度与110度之间时，系数可以设置两个以下，如温度大于95度且小于110度时，系数可以为0.8。可以理解的是，在停止加热之后，还可以继续检测温度，并在温度小于第三阈值时重新进行加热，第三阈值大于第一阈值且小于第二阈值，例如，上述举例中第二阈值可以为100度。基于上述设计，实现了功率控制器件2的热平衡，避免了过热失效。

需要说明的是，本公开中的各数值并非对绝对数值的限定，各数值可以指有一定浮动的数值，例如，系数值、各电网电压等可能上下浮动，如系数1可能上下浮动0.1，电网电压可能上下浮动若干V。本公开中各举例仅为清楚阐述本公开方案的示例性说明，而非对本公开的限制。

本公开中方法实施例与电烧水杯实施例的实现原理类似，各实施例部分的实现原理可相互参阅，相应内容在各自实施例部分不再重复赘述。

本公开提供的功率控制方法及电烧水杯，能够在各电网电压下快速可靠地实现加热。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种功率控制方法，其特征在于，应用于电烧水杯，所述电烧水杯具有发热体、功率控制器件和微控制器，所述方法包括由所述微控制器执行的以下步骤：

获得所述电烧水杯工作状态的电网电压；

实时获得所述功率控制器件的当前温度；

根据获得的电网电压和当前温度确定所述发热体实时的目标加热功率，并通过所述功率控制器件控制所述发热体根据所述目标加热功率进行加热，以实现对所述发热体的加热功率的动态控制；

其中，所述目标加热功率与当前温度负相关；

所述发热体包括发热电阻，所述发热电阻的阻值为固定值，所述根据获得的电网电压和当前温度确定所述发热体实时的目标加热功率的步骤，包括：

根据所述固定值和获得的电网电压计算所述发热体的最大加热功率；

根据预存的所述电网电压下各温度与所述最大加热功率所乘系数的对应关系，得到所述电网电压及当前温度下所述发热体实时的目标加热功率，其中，所述系数范围为0至1。

2.根据权利要求1所述的功率控制方法，其特征在于，所述电烧水杯支持至少两种电网电压，所述微控制器中预存有每种电网电压下各温度与相应最大加热功率所乘系数的对应关系，其中，所述发热体在不同电网电压下对应的最大加热功率不同。

3.根据权利要求2所述的功率控制方法，其特征在于，所述发热体在每种电网电压下对应的最大加热功率Pmax＝(U²/R)，其中，U为当前电网电压，R为发热电阻的阻值，80Ω≥R≥40Ω。

4.根据权利要求2所述的功率控制方法，其特征在于，所述微控制器中预存的每种电网电压下各温度与相应最大加热功率所乘系数的对应关系包括：

当温度小于第一阈值时，相应最大加热功率所乘系数为1；

当温度大于第二阈值时，相应最大加热功率所乘系数为0；

当温度处于第一阈值与第二阈值之间，相应最大加热功率所乘系数大于0小于1；

其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。

5.一种电烧水杯，其特征在于，所述电烧水杯的容量小于或等于500ml，包括电网检测电路、温度传感器、发热体、功率控制器件和微控制器，所述电网检测电路、温度传感器、发热体、功率控制器件和微控制器集成于电路板，集成后整体宽度小于7cm，高度小于2.5cm；

所述电网检测电路用于获得所述电烧水杯工作状态的电网电压并传递至所述微控制器；

所述温度传感器用于实时获得所述功率控制器件的当前温度并传递至所述微控制器；

所述微控制器用于获得所述电网检测电路传递的电网电压和所述温度传感器实时获得的当前温度，根据获得的电网电压和当前温度确定所述发热体实时的目标加热功率，并通过所述功率控制器件控制所述发热体根据所述目标加热功率进行加热，以实现对所述发热体的加热功率的动态控制；

其中，所述目标加热功率与当前温度负相关；

所述发热体包括发热电阻，所述发热电阻的阻值为固定值，所述微控制器用于根据所述固定值和获得的电网电压计算所述发热体的最大加热功率，根据预存的所述电网电压下各温度与所述最大加热功率所乘系数的对应关系，得到所述电网电压及当前温度下所述发热体实时的目标加热功率，其中，所述系数范围为0至1。

6.根据权利要求5所述的电烧水杯，其特征在于，所述功率控制器件包括可控硅和过零检测电路，所述可控硅与所述温度传感器相邻。

7.根据权利要求5所述的电烧水杯，其特征在于，所述电烧水杯支持至少两种电网电压，所述微控制器中预存有每种电网电压下各温度与相应最大加热功率所乘系数的对应关系，其中，所述发热体在不同电网电压下对应的最大加热功率不同，所述发热体在每种电网电压下对应的最大加热功率Pmax＝(U²/R)，其中，U为当前电网电压，R为发热电阻的阻值，80Ω≥R≥40Ω。

8.根据权利要求7所述的电烧水杯，其特征在于，所述微控制器中预存的每种电网电压下各温度与相应最大加热功率所乘系数的对应关系包括：

当温度小于第一阈值时，相应最大加热功率所乘系数为1；

当温度大于第二阈值时，相应最大加热功率所乘系数为0；

当温度处于第一阈值与第二阈值之间，相应最大加热功率所乘系数大于0小于1；

其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。

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