CN112068616A - 加热控制电路及加热装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及一种加热控制电路及加热装置。本申请实施例的加热控制电路在间歇加热模式时，通过检测交流电源的过零点，并根据继电器触点的吸合时间，设置第一补偿时间，使得继电器的触点在交流电源的过零点时吸合，继电器不会产生打火现象，实现了继电器无打火接通，克服了继电器触点的氧化问题，解决了继电器因触点氧化而出现的黏连现象，可以延长继电器寿命，与现有技术相比，提高了加热装置的控温精度，还降低了使用可控硅的成本。

Description

加热控制电路及加热装置

技术领域

本申请实施例涉及加热装置的技术领域，特别是涉及一种加热控制电路及加热装置。

背景技术

电热水壶的控制方式通常包括蒸汽开关式和电子式，其中，电子式控制方式通过热敏电阻检测电热水壶内的水温，通过控制芯片控制加热体的通电或断电来实现加热控制。为短时间将水加热到需要的温度，电热水壶通常使用较大功率的加热体，以实现快速加热。

由于温度采集和处理的滞后性，加热控制电路断开后加热体的余温会继续对水进行加热，导致控温精度较差，为解决这一问题，如图1所示，在现有技术的一个例子中，由于继电器吸合时会产生打火现象，不能频繁吸合，采用了继电器+可控硅加热方案，继电器在当前水温与设定温度之间的差值大于设定阈值时接通，实现全功率加热，而在当前水温与设定温度之间的差值小于设定阈值时，则通过可控硅在交流电源过零点时瞬时接通，实现降功率加热，但增加可控硅会导致加热控制电路的成本大幅增加。

发明内容

本申请实施例提供了一种加热控制电路及加热装置，实现了继电器无打火接通，克服了继电器触点的氧化问题，解决了继电器因触点氧化而出现的黏连现象，可以延长继电器寿命，与现有技术相比，提高了加热装置的控温精度，还降低了使用可控硅的成本。

第一方面，本申请实施例提供了一种加热控制电路，包括：火线连接端、零线连接端、继电器控制电路、加热体、过零检测电路和MCU；

所述继电器控制电路包括输入端和继电器，所述继电器的一对触点串接于所述加热体的第一端与所述火线连接端之间，所述继电器控制电路用于根据输入端接收到的接通指令信号，接通所述一对触点；

所述加热体的第二端与所述零线连接端连接；

所述过零检测电路的输入端与所述零线连接端连接；

所述MCU包括第一输入端和第一输出端，所述第一输入端与所述过零检测电路的输出端连接，用于接收过零信号；所述第一输出端与所述继电器控制电路的输入端连接，用于输出接通指令信号；

在间歇加热模式时，所述MCU在内部交替生成加热信号和停止加热信号，当检测到生成加热信号时，所述MCU在接收到下一个过零信号后，延迟第一补偿时间，输出所述接通指令信号。

可选的，在间歇加热模式时，当检测到生成停止加热信号时，所述MCU在接收到下一个过零信号后，延迟第二补偿时间，停止输出所述继电器的接通指令信号。

可选的，所述MCU还包括第二输入端，所述加热控制电路还包括继电器接通检测电路；

所述继电器接通检测电路的输入端与所述加热体的第一端连接，所述继电器接通检测电路的输出端与所述MCU的第二输入端连接，所述继电器接通检测电路用于检测继电器的一对触点是否接通，并输出接通状态信号至所述第二输入端；

在当前的间歇加热模式中，当第一次检测到生成加热信号时，所述MCU在接收到下一个过零信号后，输出所述输出继电器的接通指令信号，并检测是否接收到所述继电器的接通状态信号；所述MCU根据输出接通指令信号和接收到接通状态信号之间的时间差获得所述继电器的吸合时间，将所述吸合时间对所述过零信号的周期进行第一求余运算，并根据所述过零信号的周期与第一求余运算结果的差值，获得所述第一补偿时间。

可选的，在当前的间歇加热模式中，当第一次检测到生成停止加热信号时，所述MCU在接收到下一个过零信号后，停止输出所述输出继电器的接通指令信号，并检测是否停止接收到所述继电器的接通状态信号；所述MCU根据停止输出接通指令信号和停止接收到接通状态信号之间的时间差获得所述继电器的释放时间，将所述释放时间对所述过零信号的周期进行第二求余运算，并根据所述过零信号的周期与第二求余运算结果的差值，获得所述第二补偿时间。

可选的，还包括非隔离式开关电源，所述非隔离式开关电源的直流电源输出端与所述火线连接端共线；

所述MCU用于通过检测所述第二输入端是否接收到直流电源信号，确定是否接收到所述继电器的接通状态信号。

可选的，所述继电器接通检测电路包括第一电阻，所述第一电阻的一端与所述继电器接通检测电路的输入端连接，所述第一电阻的另一端与所述继电器接通检测电路的输出端连接。

可选的，所述过零检测电路包括第一三极管，所述第一三极管的基极与所述过零检测电路的输入端连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与直流电源和所述过零检测电路的输出端连接。

可选的，所述继电器控制电路还包括第二三极管，所述第二三极管的基极与所述继电器控制电路的输入端连接，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极与所述继电器线圈的一端连接，所述继电器线圈的另一端与直流电源连接。

可选的，所述第一补偿时间为预先设置的时间阈值。

第二方面，本申请实施例提供了一种加热装置，包括如本申请实施例第一方面所述的加热控制电路。

在本申请实施例的加热控制电路中，加热控制电路工作包括全功率加热模式和降功率的间歇加热模式，在间歇加热模式时，通过检测交流电源的过零点，并根据继电器触点的吸合时间，设置第一补偿时间，使得继电器的触点在交流电源的过零点时吸合，继电器不会产生打火现象，实现了继电器无打火接通，克服了继电器触点的氧化问题，解决了继电器因触点氧化而出现的黏连现象，可以延长继电器寿命，与现有技术相比，提高了加热装置的控温精度，还降低了使用可控硅的成本。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，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。

附图说明

图1为现有技术一个例子中加热控制电路的结构示意图；

图2为在一个示例性的实施例中提供的一种加热控制电路的结构示意图；

图3为在一个示例性的实施例中提供的没有第一补偿时间时继电器的触点吸合时间示意图；

图4为在一个示例性的实施例中提供的设置第一补偿时间时继电器的触点吸合时间示意图；

图5为在一个示例性的实施例中提供的一种加热控制电路的结构示意图；

图6为在一个示例性的实施例中提供的获取继电器吸合时间的示意图；

图7为在一个示例性的实施例中提供的一种加热控制电路的结构示意图；

图8为在一个示例性的实施例中提供的一种加热装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

为了解决由于温度采集和处理的滞后性，加热控制电路断开后加热体的余温会继续对水进行加热，导致的控温精度差的问题，在检测到当前水温与设定温度之间的差值大于设定阈值时，采用全功率加热模式，在检测到当前水温与设定温度之间的差值小于设定阈值时，采用降功率的间隙加热模式，在降功率的间隙加热模式中，加热体间歇性通电，实现降功率加热。

在传统的加热控制电路中，是通过继电器来控制加热体是否通电，由于继电器吸合时会产生打火现象，不能频繁吸合，如图1所示，在一个例子中，采用了继电器+可控硅加热方案，继电器在当前水温与设定温度之间的差值大于设定阈值时接通，实现全功率加热，而在当前水温与设定温度之间的差值小于设定阈值时，则通过可控硅在交流电源过零点时瞬时接通，实现降功率加热，但增加可控硅会导致加热控制电路的成本大幅增加。

针对上述技术问题，本申请实施例提供了一种加热控制电路，本申请实施例的加热控制电路可以应用于热水壶，用于对水进行加热，在其他例子中，本申请实施例的加热控制电路也可以应用于其他的加热装置，例如烤箱、酒柜、微波炉、电磁炉等。

如图2所示，在一个实施例中，所述加热控制电路包括火线连接端ACL1、零线连接端ACN1、继电器控制电路1、加热体2、过零检测电路3、MCU和开关电源6，其中，所述火线连接端ACL1用于与交流电源的火线连接，所述零线连接端ACN1用于与交流电源的零线连接，所述开关电源6用于将交流电源转换为直流电源。

所述继电器控制电路1包括输入端11和继电器REL1，所述继电器REL1的一对触点A1和A2串接于所述加热体2的第一端21与所述火线连接端ACL1之间，所述继电器控制电路1用于根据输入端接收到的接通指令信号，接通所述一对触点A1和A2，在一个例子中，所述A1和A2为所述继电器REL1的一对常开触点。

所述加热体2的第二端22与所述零线连接端ACN1连接，所述加热体2用于在接通电源后产生热量对被加热物体例如水进行加热，在一个实施例中，所述加热体2为发热盘或发热丝。

所述过零检测电路3用于检测交流电源的过零点，所述过零检测电路3的输入端31与所述零线连接端ACN1连接。

所述MCU可以是FPGA芯片或者由若干晶体管构成的集成电路，所述MCU包括第一输入端IN1和第一输出端OUT1，所述第一输入端IN1与所述过零检测电路3的输出端32连接，用于接收所述过零检测电路3检测到的过零信号；所述第一输出端OUT1与所述继电器控制电路1的输入端连接，用于输出接通指令信号给所述继电器控制电路1，以使所述继电器控制电路1接通所述一对触点A1和A2。

由于继电器吸合时会产生打火现象，不能频繁吸合，因此，在本申请实施例中，通过检测交流电源的过零点，使继电器的触点在交流电源的过零点时吸合，以避免产生打火现象。但由于继电器吸合时通常经过线圈通电、产生磁场、活动臂被吸动以及触点接通等步骤，上述步骤所产生的吸合时间使得触点接通时，往往已经错开了交流电源的过零点，造成即使在过零点驱动继电器，但继电器触点在接通时仍然会由于在非交流电源的过零点接通导致产生打火现象。

针对这一问题，在本申请实施例中，设置有用于补偿所述吸合时间的第一补偿时间t1，在间歇加热模式时，所述MCU在内部交替生成加热信号和停止加热信号，所述加热信号用于使MCU输出接通指令信号使得继电器的触点A1和A2接通，所述停止加热信号用于使MCU停止输出接通指令信号，使得继电器的触点A1和A2断开，在一实施例中，所述加热信号和所述停止加热信号为控制继电器使能标志位的不同状态，所述加热信号和停止加热信号的持续时间可以是固定的，例如加热信号和停止加热信号每次的持续时间为3ms，在其他例子中，所述加热信号和所述停止加热信号的时间比例也可以是根据所测得的水温进行动态调整，水温越高，则加热信号与停止加热信号之间的比值越小，整个电路的也就功率越小。

当检测到生成加热信号时，所述MCU在接收到下一个过零信号后，延迟第一补偿时间t1，输出所述接通指令信号。

如图3和图4所示，以所述继电器REL1的吸合时间为7ms为例对本申请实施例的加热控制电路的工作原理进行详细说明，在图3中，当在T0时刻检测到加热信号生成，所述MCU在T1时刻接收到下一个过零点信号，并在接收到该过零点信号时，直接向继电器控制电路输出接通指令，在经过吸合时间7ms后，继电器REL1的触点A1和A2吸合，如图可知，触点A1和A2并非在交流电源的过零点吸合。

在图4中，当在T0时刻检测到加热信号生成，所述MCU在T1时刻接收到下一个过零点信号，并在接收到该过零点信号后，延迟3ms，在T2时刻向继电器控制电路输出接通指令，在经过吸合时间7ms后的T3时刻，继电器REL1的触点A1和A2吸合，如图可知，触点A1和A2并在交流电源的过零点吸合。

在图4的例子中，第一补偿时间为3ms，其为过零信号周期(当交流电压的频率为50HZ时，过零信号的周期为10ms)与吸合时间的差值，在一些例子中，当吸合时间大于10ms时，则可以先将吸合时间对过零信号的周期进行求余运算，再根据过零信号的周期减去求余结果，得到第一补偿时间t1。

在本申请实施例中，所述第一补偿时间t1可以是依据继电器REL1的标称吸合时间，所预先设置的时间阈值。

在本申请实施例的加热控制电路中，加热控制电路工作包括全功率加热模式和降功率的间歇加热模式，在间歇加热模式时，通过检测交流电源的过零点，并根据继电器触点的吸合时间，设置第一补偿时间，使得继电器的触点在交流电源的过零点时吸合，继电器不会产生打火现象，实现继电器无打火接通，克服了继电器触点的氧化问题，解决了继电器因触点氧化而出现的黏连现象，可以延长继电器寿命，与现有技术相比，提高了加热装置的控温精度，还降低了使用可控硅的成本。

与上述的吸合时间相对应，继电器的触点还具有一定的释放时间，通常释放时间小于吸合时间。

为了消除继电器在触点释放时所产生的打火现象，在一个实施例中，所述MCU还设置有用于补偿所述释放时间的第二补偿时间t2。

在间歇加热模式时，当检测到生成停止加热信号时，所述MCU在接收到下一个过零信号后，延迟第二补偿时间，停止输出所述继电器的接通指令信号。

与上述的第一补偿时间t1相对应，当释放时间小于10ms时，第二补偿时间t2为过零信号周期与释放时间的差值，在一些例子中，当释放时间大于10ms时，则可以先将释放时间对过零信号的周期进行求余运算，再根据过零信号的周期减去求余结果，得到第二补偿时间t2。例如当释放时间为5ms时，所述第二补偿时间也为5ms。

在本申请实施例中，所述第二补偿时间t2可以是依据继电器REL1的标称释放时间，所预先设置的时间阈值。

由于继电器标称的吸合时间和释放时间不够精确，且随着继电器的使用，吸合时间和释放时间也可能会产生变化，因此，在一个实施例中，本申请的加热控制电路通过设置继电器接通检测电路，来实时获取当前继电器的吸合时间和释放时间。

如图5所示，在一个例子中，所述MCU还包括第二输入端IN2，所述加热控制电路还包括继电器接通检测电路5。

所述继电器接通检测电路5的输入端51与所述加热体2的第一端21连接，所述继电器接通检测电路5的输出端52与所述MCU的第二输入端IN2连接，所述继电器接通检测电路5用于检测继电器REL1的一对触点A1和A2是否接通，并输出接通状态信号至所述第二输入端IN2。在具体的电路实现中，所述继电器接通检测电路5可以是用于检测所述加热体2的第一端是否接通交流电源的相关检测电路，在检测到交流电源时，输出继电器的接通指令信号。

如图6所示，在当前的间歇加热模式中，当在T0时刻第一次检测到生成加热信号时，所述MCU在T1时刻接收到下一个过零信号后，输出所述输出继电器的接通指令信号，并检测是否接收到所述继电器的接通状态信号，继而在T2时刻接收到所述继电器的接通状态信号；所述MCU根据T1时刻和T2时刻之间的时间差获得所述继电器的吸合时间7ms，将所述吸合时间7ms对所述过零信号的周期10ms进行第一求余运算，并根据所述过零信号的周期10ms与第一求余运算结果7ms的差值，获得所述第一补偿时间3ms，从而在当前的间歇加热模式中，在下一次检测到生成加热信号时，可以如前述实施例中的方式，所述MCU在接收到下一个过零信号后，延迟第一补偿时间3ms，输出所述接通指令信号。

同理，在当前的间歇加热模式中，当第一次检测到生成停止加热信号时，所述MCU在接收到下一个过零信号后，停止输出所述输出继电器的接通指令信号，并检测是否停止接收到所述继电器的接通状态信号；所述MCU根据停止输出接通指令信号和停止接收到接通状态信号之间的时间差获得所述继电器的释放时间，将所述释放时间对所述过零信号的周期进行第二求余运算，并根据所述过零信号的周期与第二求余运算结果的差值，获得所述第二补偿时间。

如图7所示，在一个例子中，本申请实施例中的开关电源6为非隔离式开关电源，所述非隔离式开关电源的直流电源输出端与所述火线连接端共线。在一个例子中，所述非隔离式开关电源6的拓扑结构可以是BUCK、BOOST或BUCK-BOOST，在图7中以BUCK-BOOST为例进行说明，所述直流电源的电压可以是5V。

所述继电器接通检测电路5用于将所述加热体2的第一端的直流电源信号发送给所述MCU的第二输入端IN2，所述MCU用于通过检测是否接收到直流电源信号，确定是否接收到所述继电器的接通状态信号。

在具体的例子中，如图7所示，所述继电器接通检测电路5包括第一电阻R16，所述第一电阻R16的一端与所述继电器接通检测电路5的输入端连接，所述第一电阻R16的另一端与所述继电器接通检测电路5的输出端连接。

在一个实施例中，如图7所示，所述过零检测电路3包括第一三极管Q1，第一三极管Q1为NPN型三极管，所述第一三极管Q1的基极B与所述过零检测电路的输入端31连接，所述第一三极管的发射极E接地，所述第一三极管的集电极C与直流电源和所述过零检测电路3的输出端32连接。

在一个实施例中，如图7所示，所述继电器控制电路2还包括第二三极管Q2，第二三极管Q2为NPN型三极管，所述第二三极管Q2的基极B与所述继电器控制电路2的输入端21连接，所述第二三极管Q2的发射极E接地，所述第二三极管Q2的集电极C与所述继电器REL1线圈的一端连接，所述继电器REL1线圈的另一端与直流电源连接。

本申请实施例还提供一种加热装置，如图8所示，所述加热装置80包括上述任一实施例中所述的加热控制电路81。在一个实施例中，所述加热装置80可以是热水壶、烤箱或酒柜、微波炉、电磁炉等。应当理解的是，本申请实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请实施例的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述实施例仅表达了本申请实施例的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请实施例构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请实施例的保护范围。

Claims (10)

1.一种加热控制电路，其特征在于，包括：

火线连接端、零线连接端、继电器控制电路、加热体、过零检测电路和MCU；

所述继电器控制电路包括输入端和继电器，所述继电器的一对触点串接于所述加热体的第一端与所述火线连接端之间，所述继电器控制电路用于根据输入端接收到的接通指令信号，接通所述一对触点；

所述加热体的第二端与所述零线连接端连接；

所述过零检测电路的输入端与所述零线连接端连接；

所述MCU包括第一输入端和第一输出端，所述第一输入端与所述过零检测电路的输出端连接，用于接收过零信号；所述第一输出端与所述继电器控制电路的输入端连接，用于输出接通指令信号；

在间歇加热模式时，所述MCU在内部交替生成加热信号和停止加热信号，当检测到生成加热信号时，所述MCU在接收到下一个过零信号后，延迟第一补偿时间，输出所述接通指令信号。

2.根据权利要求1所述的加热控制电路，其特征在于：

在间歇加热模式时，当检测到生成停止加热信号时，所述MCU在接收到下一个过零信号后，延迟第二补偿时间，停止输出所述继电器的接通指令信号。

3.根据权利要求2所述的加热控制电路，其特征在于：

所述MCU还包括第二输入端，所述加热控制电路还包括继电器接通检测电路；

所述继电器接通检测电路的输入端与所述加热体的第一端连接，所述继电器接通检测电路的输出端与所述MCU的第二输入端连接，所述继电器接通检测电路用于检测继电器的一对触点是否接通，并输出接通状态信号至所述第二输入端；

在当前的间歇加热模式中，当第一次检测到生成加热信号时，所述MCU在接收到下一个过零信号后，输出所述输出继电器的接通指令信号，并检测是否接收到所述继电器的接通状态信号；所述MCU根据输出接通指令信号和接收到接通状态信号之间的时间差获得所述继电器的吸合时间，将所述吸合时间对所述过零信号的周期进行第一求余运算，并根据所述过零信号的周期与第一求余运算结果的差值，获得所述第一补偿时间。

4.根据权利要求3所述的加热控制电路，其特征在于：

在当前的间歇加热模式中，当第一次检测到生成停止加热信号时，所述MCU在接收到下一个过零信号后，停止输出所述输出继电器的接通指令信号，并检测是否停止接收到所述继电器的接通状态信号；所述MCU根据停止输出接通指令信号和停止接收到接通状态信号之间的时间差获得所述继电器的释放时间，将所述释放时间对所述过零信号的周期进行第二求余运算，并根据所述过零信号的周期与第二求余运算结果的差值，获得所述第二补偿时间。

5.根据权利要求3或4所述的加热控制电路，其特征在于：

还包括非隔离式开关电源，所述非隔离式开关电源的直流电源输出端与所述火线连接端共线；

所述MCU用于通过检测所述第二输入端是否接收到直流电源信号，确定是否接收到所述继电器的接通状态信号。

6.根据权利要求5所述的加热控制电路，其特征在于：

所述继电器接通检测电路包括第一电阻，所述第一电阻的一端与所述继电器接通检测电路的输入端连接，所述第一电阻的另一端与所述继电器接通检测电路的输出端连接。

7.根据权利要求1所述的加热控制电路，其特征在于：

所述过零检测电路包括第一三极管，所述第一三极管的基极与所述过零检测电路的输入端连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极与直流电源和所述过零检测电路的输出端连接。

8.根据权利要求1所述的加热控制电路，其特征在于：

所述继电器控制电路还包括第二三极管，所述第二三极管的基极与所述继电器控制电路的输入端连接，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极与所述继电器线圈的一端连接，所述继电器线圈的另一端与直流电源连接。

9.根据权利要求1所述的加热控制电路，其特征在于：

所述第一补偿时间为预先设置的时间阈值。

10.一种加热装置，其特征在于：

包括如权利要求1至9任一项所述的加热控制电路。

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