CN112399651A - 一种加热电器的电磁铁驱动控制电路及加热电器 - Google Patents

Abstract

一种加热电器的电磁铁驱动控制电路，包括电磁铁驱动模块、电磁铁开关模块、电磁铁供电模块、控制芯片供电模块和控制芯片U2，电磁铁驱动模块分别与控制芯片U2、电磁铁开关模块连接，电磁铁供电模块分别与电磁铁开关模块、控制芯片供电模块连接，电磁铁开关模块连接市电。本发明的电磁铁驱动控制电路能够保持电磁铁闭合，同时缩短电磁铁开通时间，使得电磁铁线圈的输入电源电压波动小，而且此电路延长了输入至三极管的驱动脉冲的上升沿时间，降低了三极管的开启速度，使得电磁铁线圈在通过高频脉冲的情况下不发出噪声，同时不会超过EMC传导测试的限值，降低驱动控制电路对电网的传导干扰。

Description

一种加热电器的电磁铁驱动控制电路及加热电器

技术领域

本发明涉及电磁铁驱动控制技术领域，特别涉及一种加热电器的电磁铁驱动控制电路及加热电器。

背景技术

现有的加热电器中，很多都是采用电磁铁来实现电源导通，例如多士炉，多士炉(Toaster)，又称为烤面包机、面包烘烤器或吐司机，它是一种专门用于将切成片状面包重新烘烤的电热炊具。参见图5，现有的多士炉包括壳体2，壳体2内设有用于加热面包的加热腔体1，壳体2内还设有操控机构，操控机构包括手柄4(手柄4的操作端位于壳体2外)，手柄4的下方依次设有弹簧3、磁吸片5和开关启动块7，手柄4的一端与弹簧3的第一端连接；弹簧3的第二端(第二端与第一端相对)与磁吸片5连接，磁吸片5与开关启动块7的第一端连接，磁吸片5下方设有电磁铁6，磁吸片5与电磁铁6间隔设置。开关启动块7向下移动时，能够挤压弹片9，使得弹片9与连接电源电路10的触点8接通。

多士炉的工作过程为：按下手柄4后，弹簧3压缩且带动磁吸片5向下移动，使得磁吸片5跟电磁铁6紧贴在一起；同时磁吸片5带动开关启动块7向下移动，进而开关启动块7挤压弹片9，使得弹片9与触点8相接触，从而使多士炉的电源电路10瞬间导通，通过电源电路10向加热控制板提供电压，使得加热控制板工作，进而电磁铁6两端导通，产生吸力，吸住上面的磁吸片5，让手柄4不会弹回去。

现有多士炉的电磁铁控制电源采用低成本的阻容降压得到，他的电压受外部输入市电的电压波动影响比较大，在市电电压比较低时，如果连续开通电磁铁6的线圈会导致线圈两端电压偏低，导致电磁铁6的吸合力小于多士炉手柄4的回弹力时，电磁铁6会断开，且手柄4会回弹，进而使多士炉不工作；此外，驱动电磁铁线圈时，若驱动频率过低(如低于20K)，电磁铁线圈会有高频噪声，造成电磁噪声污染，若驱动频率过高(高于20K)，即频繁的驱动开关切换，会引发EMC的传导测试超限值。

因此，有必要做进一步改进。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种可实现对电磁铁的保持力不变、可使电磁铁线圈的输入电源电压波动小、可降低驱动控制电路对电网的传导干扰、实用性强的加热电器的电磁铁驱动控制电路及加热电器，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种加热电器的电磁铁驱动控制电路，其特征在于：包括电磁铁驱动模块、电磁铁开关模块、电磁铁供电模块、控制芯片供电模块和控制芯片U2，所述电磁铁驱动模块分别与控制芯片U2、电磁铁开关模块连接，所述电磁铁供电模块分别与电磁铁开关模块、控制芯片供电模块连接，电磁铁开关模块连接市电；控制芯片U2通电后，控制芯片U2的DCT端产生高频脉冲驱动信号，高频脉冲驱动信号作用在电磁铁驱动模块上，电磁铁驱动模块驱动电磁铁开关模块，以使电磁铁开关模块通电并产生磁吸力。

所述电磁铁驱动模块包括三极管Q1和一个以上的电阻，所述的电阻为2个以上时相互并联连接，电磁铁开关模块包括电磁铁K1，控制芯片U2的DCT端通过对应的所述的电阻连接三极管Q1的基极，电磁铁K1的一端与电源的VDC端连接、另一端与三极管Q1的集电极连接。

所述电阻设置2个，包括电阻值不同的电阻R1和电阻R2，控制芯片U2的DCT1端和电阻R1的一端连接，控制芯片U2的DCT2端和电阻R2的一端连接，电阻R1的另一端和电阻R2的另一端均接入三极管Q1的基极；控制芯片U2通电后，控制芯片U2的各DCT端先后输出高电平、随后均输出低电平，反复周期性作用三极管Q1的基极。

所述电阻设置1个，包括电阻R1，控制芯片U2的DCT1端和电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端接入三极管Q1的基极，控制芯片U2的内部设有上拉电阻，电阻R1的阻值小于上拉电阻的阻值；控制芯片U2通电后，单个的DCT端依次设置为输入状态和输出状态、并输出高电平，随后输出低电平，反复周期性作用三极管Q1的基极。

所述电磁铁驱动模块还包括按键KEY，按键KEY的一端接入三极管Q1的基极，按键KEY的另一端接地。

所述电磁铁K1的第一输入触点连接市电ACN，电磁铁K1的第二输入触点连接市电ACL，电磁铁开关模块和电磁铁供电模块之间连接有发热丝RH1，电磁铁K1的第二输出触点与发热丝RH1的一端连接。

所述电磁铁供电模块包括电阻R3、二极管D1和电容C1，发热丝RH1的中间抽头连接电阻R3的一端或二极管D1的输入端，电阻R3与二极管D1相互连接。

所述控制芯片供电模块包括稳压模块U1和电容C2，电阻R3的另一端或二极管D1的输出端与稳压模块U1的输入端连接，电容C1连接在电阻R3的另一端或二极管D1的输出端与稳压模块U1的输入端之间，稳压模块U1的输出端、电容C2的正极均接入电源的VCC端。

还包括定时电路模块，定时电路模块包括滑动电阻器R5，滑动电阻器R5的中间抽头连接控制芯片U2的AD端，滑动电阻器R5的一端接入电源的VCC端。

还包括指示灯模块，指示灯模块包括电阻R4和发光二极管LED1，电阻R4的一端接入电源的VCC端、另一端与发光二极管LED1的正极连接，发光二极管LED1的负极连接控制芯片U2的LED端。

按此目的设计的一种加热电器，其特征在于：包括所述的加热电器的电磁铁驱动控制电路。

本发明的加热电器的电磁铁驱动控制电路通过高频方波，让电磁铁线圈放电时间减少，使得电磁铁线圈驱动电源电压不会被持续的放电，避免在市电电压比较低时，电磁铁的线圈两端电压偏低，从而既能实现对加热电器电磁铁的保持力不变，又能实现电磁铁线圈输入电源电压波动小；而且此电路延长了输入至三极管的驱动脉冲的上升沿时间，即优化了驱动脉冲的上升斜率，降低三极管的开启速度，使得电磁铁线圈在通过高频脉冲时不发出噪声，同时不会超过EMC传导测试的限值，降低驱动控制电路对电网的传导干扰。

附图说明

图1为本发明第一实施例中电磁铁驱动控制的电路图。

图2为本发明第一实施例中电磁铁驱动控制电路的原理图。

图3为本发明第二实施例中电磁铁驱动控制的电路图。

图4为本发明第二实施例中电磁铁驱动控制电路的原理图。

图5为现有的多士炉的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

第一实施例

参见图1-图2，本加热电器的电磁铁驱动控制电路，以多士炉为例，包括电磁铁驱动模块A，电磁铁开关模块B，定时电路模块E、指示灯模块F、电磁铁供电模块C、控制芯片供电模块D和控制芯片U2，控制芯片U2分别连接电磁铁驱动模块A、定时电路模块E和指示灯模块F，电磁铁驱动模块A连接电磁铁开关模块B，电磁铁开关模块B用于控制市电的通断，电磁铁供电模块C连接在市电与控制芯片供电模块D之间，电磁铁供电模块C用于向电磁铁开关模块B提供电能，控制芯片供电模块D用于向控制芯片U2提供电能；通过对电磁铁驱动模块A提供高频的脉冲驱动信号，即对电磁铁K1的驱动使用高频的脉冲驱动信号，让电磁铁线圈放电时间减少，使得电磁铁线圈的驱动电源电压不会被持续的放电。

电磁铁驱动模块A包括电阻R1、电阻R2(电阻R1和电阻R2的阻值不相同)、三极管Q1和按键KEY(按键KEY可用来控制电路系统的中断，当按键KEY闭合时，电路系统导通工作，当按键KEY断开时，电路系统不工作)，电磁铁开关模块B包括电磁铁K1，定时电路模块E包括滑动电阻器R5，指示灯模块F包括发光二极管LED1和电阻R4，电磁铁供电模块C包括电阻R3、整流二极管D1和电解电容C1，控制芯片供电模块D包括稳压模块U1和电解电容C2。

控制芯片U2(可以是单片机)的第一控制信号输出端口DCT1(第一信号输出端口DCT1用于输出驱动控制信号)和电阻R1的一端连接，控制芯片U2的第二控制信号输出端口DCT2(第二控制信号输出端口DCT2用于输出驱动控制信号)和电阻R2的一端连接，电阻R1的另一端、电阻R2的另一端和按键KEY的第一端均接入三极管Q1的基极(B极)，按键KEY的第二端接地，电磁铁K1线圈的一端与电源的VDC端连接、另一端与三极管Q1的集电极(C极)连接，三极管Q1的发射极(E极)接地。

市电的ACN(零线)与电磁铁K1的第一输入触点连接，电磁铁K1的第一输出触点接地，市电的ACL(火线)和电磁铁K1的第二输入触点连接，电磁铁K1的第二输出触点与发热丝RH1的一端连接，发热丝RH1的另一端接地，发热丝RH1的中间抽头(中间抽头可用来调节发热丝RH1的发热功率)与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与整流二极管D1的输入端连接(电阻R3和整流二极管D1的顺序可以交换位置)，整流二极管D1的输出端与稳压模块U1的输入端连接，电解电容C1的正极连接在整流二极管D1的输出端与稳压模块U1的输入端(Vin)之间，电解电容C1的负极接地，稳压模块U1的输出端(Vout)、电解电容C2的正极均接入电源的VCC端，电解电容C2的负极接地，电阻R4的一端接入电源的VCC端、另一端与发光二极管LED1的正极连接，发光二极管LED1的负极连接在控制芯片U2的LED端口上，滑动电阻器R5的一端接入电源的VCC端、另一端接地，滑动电阻器R5的中间抽头接入控制芯片U2的AD端。

稳压模块U1可以是线性稳压模块(例如78L05或者LM1117-3.3)，也可以是其他形式的稳压电路(例如，可能是串联一个电阻后，后端接一个稳压二极管组成的稳压电路)，电源VDC可以但不限于是12V或24V，电源VCC可以但不限于是5V或3.3V。

参见图2，控制芯片U2通电后，控制信号的输出端口DCT1和DCT2上产生高低交替脉宽相同的高频方波DCT，频率根据实际的需要进行选择合适的参数，以确保电磁铁线圈不被释放，一般采用20KHz或以上的频率，避免电磁铁线圈发出高频噪音，高频方波DCT作用在三极管Q1的基极，让电磁铁K1的线圈通过高频的电流，线圈通电产生磁力，使电磁铁K1保持磁吸状态，需要断开时，控制芯片U2上输出持续一段时间的低电平，电磁铁K1的线圈无电流通过而释放磁吸片5，电磁铁K1的触点断开与市电的连接。通过高频方波，让电磁铁线圈放电时间减少，使得电磁铁线圈驱动电源电压(VDC)不会被持续的放电，避免在市电电压比较低时，电磁铁的线圈两端电压偏低，从而既能实现对多士炉电磁铁的保持力不变，又能实现电磁铁线圈输入电源电压波动小。

参见图1，假设电阻R1的电阻值大于电阻R2的电阻值，控制芯片U2通电后，第一控制信号输出端口DCT1上输出高电平，等待第一预设时间(第一预设时间是根据控制芯片U2的内部时钟和输出能力响应来限制的，不同的芯片输出延迟不一样)后，第二控制信号输出端口DCT2输出高电平，当第二控制信号输出端口DCT2的高电平输出时间(高电平输出时间根据输出的控制频率而确定，一般控制频率采用20KHz或以上的频率，避免电磁铁线圈发出高频噪音)到达后，第一控制信号输出端口DCT1和第二控制信号输出端口DCT2均变为低电平，反复周期性的作用在三极管Q1的基极，即先让驱动能力弱(电阻R1的一路)的驱动(即驱动电流小的驱动控制信号)，再让驱动能力强(电阻R2的一路)的驱动(即驱动电流大的驱动控制信号)，让电磁铁线圈通电，线圈通电产生磁力并维持住电磁铁K1的磁吸片5的吸合功能；这样可延长输入至三极管Q1的驱动脉冲的上升沿时间，即优化了驱动脉冲的上升斜率，降低三极管Q1的开启速度，使得电磁铁线圈在通过高频脉冲时不发出噪声，同时不会超过EMC传导测试的限值，降低多士炉驱动控制电路对电网的传导干扰。

参见图2，先让第一控制信号输出端口DCT1输出高电平，等待第一预设时间(即图2中的第1节点)，再让第二控制信号输出端口DCT2输出高电平，在第二控制信号输出端口DCT2输出高电平后，第一控制信号输出端口DCT1的输出可以提前去掉(由于第二控制信号输出端口DCT2的输出的驱动能力强，第一控制信号输出端口DCT1的驱动能力弱，即在第一控制信号输出端口DCT1和第二控制信号输出端口DCT2均输出高电平时，第二控制信号输出端口DCT2输出的驱动控制信号将覆盖第一控制信号输出端口DCT1输出的驱动控制信号，因此第一控制信号输出端口DCT1的输出可提前去掉)或者等待第二控制信号输出端口DCT2同时输出为低电平(即在图2中的第8节点时，第一控制信号输出端口DCT1和第二控制信号输出端口DCT2同时输出低电平)。

多士炉的工作原理：

参见图1、图2和图5，多士炉通过可滑动的手柄4来启动工作，通过人手滑动手柄4带动磁吸片5和电磁铁K1闭合，同时让电磁铁K1的触点闭合，控制芯片U2驱动三极管Q1让电磁铁K1通电，进而控制电磁铁K1的线圈通电产生电磁力，在电磁力的作用下，电磁铁K1持续保持与磁吸片5的吸合状态，使多士炉发热器可以通电加热；通过调整滑动电阻器R5，并通过滑动电阻器R5的分压，可以实现调整或确认多士炉加热的工作时间，当工作时间到达时，控制芯片U2停止驱动三极管Q1，让电磁铁K1的线圈切断电源，电磁铁K1的衔铁在弹簧3作用下恢复断开状态，磁吸片5复位而使触点8开路，使整个电路系统切断与市电的连通。使用2路或者多路不同(本实施例为电流大小不同的2路)的驱动控制信号分别驱动电磁铁线圈(各路的驱动控制信号的电压相同)时，基于驱动能力从弱至强的顺序，先让驱动能力弱的驱动(即驱动电流小的驱动控制信号，图1、图2中对应于DCT1、R1)，再让驱动能力强(即驱动电流大的驱动控制信号，图1、图2中对应于DCT2、R2)的驱动，让电磁铁线圈通电，驱动控制信号作用在三极管Q1(开关管)的驱动电流大小存在至少2种或者多种，在一个周期内，先采用驱动电流小的驱动控制信号驱动三极管Q1，然后采用驱动电流大的驱动信号驱动三极管Q1，最后各路的驱动电流均为0，这样周期性的反复，从而优化了输入至三极管Q1的驱动脉冲(具体地，延长了驱动脉冲的上升沿时间)，即优化了驱动脉冲的上升斜率(上升斜率根据控制芯片U2的内部时钟和输出能力响应来确定，不同的芯片输出延迟不一样)，降低三极管Q1的开启速度，三极管Q1使得电磁铁线圈在通过高频脉冲时不发出噪声，同时不会超过EMC传导测试的限值，降低多士炉驱动控制电路对电网的传导干扰。

第二实施例

参见图3-图4，本加热电器的电磁铁驱动控制电路，以多士炉为例，其不同于第一实施例之处在于：

电磁铁驱动模块A包括电阻R1、三极管Q1和按键KEY，控制芯片U2的第一控制信号输出端口DCT1和电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端和按键KEY的第一端均接入三极管Q1的基极(B极)，按键KEY的第二端接地，控制芯片U2(单片机)的内部设有上拉电阻，电阻R1的阻值小于上拉电阻的阻值。

在一个周期内，在电磁铁K1为闭合状态时，先把控制芯片U2的第一控制信号输出端口DCT1设置为输入状态或者开漏输出状态(开漏是指没有输出高电平的能力，输出高电平需要上拉电阻实现；即具有输出低电平的能力)，开启上拉电阻(使得相应的驱动电流较小，即驱动能力较弱)，且第一控制信号输出端口DCT1设置为1(设置为1的目的是让控制芯片U2的第一控制信号输出端口DCT1输出高电平)，等待第一预设时间后，把控制芯片U2的第一控制信号输出端口DCT1设置为输出状态(在输出状态下，上拉电阻断开，切换至电阻R1导通，使得相应的驱动电流较大，即驱动能力较强)，并且第一控制信号输出端口DCT1设置为1，维持一段时间(即高电平输出时间，在图4中的第8节点)后，把控制芯片U2的第一控制信号输出端口DCT1设置为0(设置为0的目的是让控制芯片U2的第一控制信号输出端口DCT1输出低电平)，周期性反复的重复操作，维持电磁铁K1吸合。

参见图4，控制芯片U2内部的上拉电阻相当于第一实施例的电阻R2，从外部控制看可认为只有一个驱动控制信号(即不需要电阻R2)；控制芯片U2为具备斜率控制的输出芯片，能够控制输出高电平时，电压上升的斜率，即延长输入至三极管Q1的驱动脉冲的上升沿时间，同样达到三极管Q1开启缓慢的目的，改善对EMC传导的影响(即避免三极管Q1频繁的开关导致EMC传导的问题)。

参见图4，控制芯片U2通电后，控制信号的输出端口DCT1上产生高低交替脉宽相同的高频梯形波(梯形波的一端或两端为斜边)DCT，频率根据实际的需要进行选择合适的参数，以确保电磁铁线圈不被释放，一般采用20KHz或以上的频率，避免电磁铁线圈发出高频噪音，高频梯形波DCT作用在三极管Q1的基极，让电磁铁K1的线圈通过高频的电流，线圈通电产生磁力，使电磁铁K1保持磁吸状态，需要断开时，控制芯片U2上输出持续一段时间的低电平，电磁铁K1的线圈无电流通过而释放磁吸片5，电磁铁K1的触点断开与市电的连接。通过高频梯形波，让电磁铁线圈放电时间减少，使得电磁铁线圈驱动电源电压(VDC)不会被持续的放电，避免在市电电压比较低时，电磁铁的线圈两端电压偏低，从而既能实现对多士炉电磁铁的保持力不变，又能实现电磁铁线圈输入电源电压波动小。

其他未述部分同第一实施例，这里不再分析说明。

上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种加热电器的电磁铁驱动控制电路，其特征在于：包括电磁铁驱动模块(A)、电磁铁开关模块(B)、电磁铁供电模块(C)、控制芯片供电模块(D)和控制芯片U2，所述电磁铁驱动模块(A)分别与控制芯片U2、电磁铁开关模块(B)连接，所述电磁铁供电模块(C)分别与电磁铁开关模块(B)、控制芯片供电模块(D)连接，电磁铁开关模块(B)连接市电；控制芯片U2通电后，控制芯片U2的DCT端产生高频脉冲驱动信号，高频脉冲驱动信号作用在电磁铁驱动模块(A)上，电磁铁驱动模块(A)驱动电磁铁开关模块(B)，以使电磁铁开关模块(B)通电并产生磁吸力。

2.根据权利要求1所述加热电器的电磁铁驱动控制电路，其特征在于：所述电磁铁驱动模块(A)包括三极管Q1和一个以上的电阻，所述的电阻为2个以上时相互并联连接，电磁铁开关模块(B)包括电磁铁K1，控制芯片U2的DCT端通过对应的所述的电阻连接三极管Q1的基极，电磁铁K1的一端与电源的VDC端连接、另一端与三极管Q1的集电极连接。

3.根据权利要求2所述加热电器的电磁铁驱动控制电路，其特征在于：所述电阻设置2个，包括电阻值不同的电阻R1和电阻R2，控制芯片U2的DCT1端和电阻R1的一端连接，控制芯片U2的DCT2端和电阻R2的一端连接，电阻R1的另一端和电阻R2的另一端均接入三极管Q1的基极；控制芯片U2通电后，控制芯片U2的各DCT端先后输出高电平、随后均输出低电平，反复周期性作用三极管Q1的基极。

4.根据权利要求2所述加热电器的电磁铁驱动控制电路，其特征在于：所述电阻设置1个，包括电阻R1，控制芯片U2的DCT1端和电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端接入三极管Q1的基极，控制芯片U2的内部设有上拉电阻，电阻R1的阻值小于上拉电阻的阻值；控制芯片U2通电后，单个的DCT端依次设置为输入状态和输出状态、并输出高电平，随后输出低电平，反复周期性作用三极管Q1的基极。

5.根据权利要求4所述加热电器的电磁铁驱动控制电路，其特征在于：所述电磁铁驱动模块(A)还包括按键KEY，按键KEY的一端接入三极管Q1的基极，按键KEY的另一端接地。

6.根据权利要求5所述加热电器的电磁铁驱动控制电路，其特征在于：所述电磁铁K1的第一输入触点连接市电ACN，电磁铁K1的第二输入触点连接市电ACL，电磁铁开关模块(B)和电磁铁供电模块(C)之间连接有发热丝RH1，电磁铁K1的第二输出触点与发热丝RH1的一端连接。

7.根据权利要求6所述加热电器的电磁铁驱动控制电路，其特征在于：所述电磁铁供电模块(C)包括电阻R3、二极管D1和电容C1，发热丝RH1的中间抽头连接电阻R3的一端或二极管D1的输入端，电阻R3与二极管D1相互连接。

8.根据权利要求7所述加热电器的电磁铁驱动控制电路，其特征在于：所述控制芯片供电模块(D)包括稳压模块U1和电容C2，电阻R3的另一端或二极管D1的输出端与稳压模块U1的输入端连接，电容C1连接在电阻R3的另一端或二极管D1的输出端与稳压模块U1的输入端之间，稳压模块U1的输出端、电容C2的正极均接入电源的VCC端。

9.根据权利要求8所述加热电器的电磁铁驱动控制电路，其特征在于：还包括指示灯模块(F)，指示灯模块(F)包括电阻R4和发光二极管LED1，电阻R4的一端接入电源的VCC端、另一端与发光二极管LED1的正极连接，发光二极管LED1的负极连接控制芯片U2的LED端。

10.一种加热电器，其特征在于：包括如权利要求9所述的加热电器的电磁铁驱动控制电路。

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