CN113375186B - 一种离子火焰检测电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种离子火焰检测电路及方法，包括单片机、DC‑DC单元、正向直流模拟开关、负向直流模拟开关、正直流取样单元、负直流取样单元、光耦电路U1、检测电路及CPU，CPU产生PWM脉宽调制信号，DC‑DC单元通过正向直流模拟开关和负向直流模拟开关改变PWM脉宽的电压和电流输出；单片机通过电阻分压测量火焰等效电阻间接测量离子电流。本发明通过采用直流信号离子电能消除寄生电容的分流作用，尤其是炉头的寄生电容对灵敏度的影响。

Description

一种离子火焰检测电路及方法
技术领域
本发明涉及燃气灶点火电路技术领域，尤其涉及一种离子火焰检测电路及方法。
背景技术
燃气灶具采用火焰离子检测进行熄火保护，电极与火焰接触的面积与火焰检测的灵敏度相关。相关研究表明，正极与火焰的接触面积越大，火焰检测的灵敏度越高；而当接触面积达到一定值后，火焰检测的灵敏度则不再增加。与之类似，负极与火焰灵敏度的接触面积越大，火焰检测的灵敏度越高，当接触面积达到一定值后，火焰检测的灵敏度不再增加。同时，当负极面积远大于正极的面积时，灵敏度更高，即负极对高灵敏度的的影响更多。
现有的灶具离子火焰检测，多以炉头为负极，接触面积非常大。由于工艺技术的原因，炉头多采用可装卸结构，并且炉头的材料也多样化，导至在使用一段时间后，产生炉头接地不良的问题。由此产生了双电极火焰感应，但由于负极接触面积减小，火焰检测灵敏度降低，特别时灶具负荷的调节范围比较宽，当小火焰时，火焰的接触面积更小，从而导至火焰检测灵敏度更低。因此，针对现有产生火焰检测不可靠的问题，从结构上解决因工艺技术的原因，非常困难，亟待有新的解决方案。
发明内容
为克服现有技术的缺点，本发明目的在于提供一种离子火焰检测电路及方法，可提高离子电流检测灵敏度，从而解决离子火焰检测灵敏度问题。
本发明通过以下技术措施实现的，包括单片机、DC-DC单元、正向直流模拟开关、负向直流模拟开关、正直流取样单元、负直流取样单元、光耦电路U1、检测电路及CPU，CPU产生PWM脉宽调制信号，DC-DC单元通过正向直流模拟开关和负向直流模拟开关改变 PWM脉宽的电压和电流输出；单片机通过电阻分压测量火焰等效电阻间接测量离子电流。
作为一种优选方式的，所述DC-DC单元包括正DC-DC单元和负DC-DC单元，断开所述光耦电路U1，接通正向负载产生正向激励开关电源，所述正DC-DC单元通过正向激励开关电源方式产生负电压形成负向直流模拟开关；开启所述光耦电路U1，接通负向负载产生反向激励开关电源，所述负DC-DC单元通过反向激励开关电源方式产生正电压形成正向直流模拟开关。
作为一种优选方式的，所述正向直流模拟开关包括三极管Q1、变压器T1、二极管D1及电容C1，断开所述光耦电路U1，所述三极管Q1、变压器T1、二极管D1及电容C1构成反向激励开关电源；所述变压器T1对二极管D1和电容C1产生直流点火电压进行增压。
作为一种优选方式的，所述反向直流模拟开关包括三极管Q1、变压器T1，二极管D2、光耦电路U1及电容C2构成变压器正激开关电源，导通所述光耦电路U1，二极管D2、光耦电路U1及电容C2整流滤波产生负直流电压。
作为一种优选方式的，还包括A/D转换单元，所述正直流取样单元通过A/D转换单元采集；引入正电压分压产生正比例电压对所述负直流取样单元进行采集。
一种基于本发明前述实施例中任一项所述的离子火焰检测电路的方法，具体步骤包括：S1、CPU产生PWM脉冲，DC-DC升压，产生正直流电压；S2、断开光耦电路U1，所述DC-DC采用反激变压器方式升压开关电源；S3、测量电阻R1、R2和R3的分压阻值，并计算电流；S4、电源电路同时输出正直流电压、负直流电压；S5、分时导通光耦电路U1，并使正直流电压和负直流电压处于稳压状态；S6、根据直流电压条件判断火焰状态。
作为一种优选方式的，所述步骤S4具体为：开关电源产生正直流电压V+，当火焰电阻为无穷大时， A/D转换单元检测电压V测=V+，取R1=R2= R3，则开关电源产生的V测计算公式为： V+ * (R2+R)/( R1+ R2+ R)；
当火焰离子正电流等效电阻为R时，R的范围为0- R3，则V测的测值范围为1/2 V+至2/3 V+。
作为一种优选方式的，所述步骤S6具体为：若V+小于设定阈值，则电路处于无火焰状态，此时，V+等于V测；
反之，当V测小于V+时，则判定有火焰。
作为一种优选方式的，所述步骤S5具体为：使开关电源分时处于正向激励开关电源和反向激励开关电源工作模式，电容C1和电容C2进行储能，则产生正直流V+和负直流V-，当无火焰时，火焰等效电阻为无穷大，若R1=R2=R3，则电流I的计算公式为：
I= ((V+)-( V-))/( R1+R2+R3)，
而检测火焰计算公式为：
V测= V+- R1*I。
作为一种优选方式的，在火焰离子的两个电极接触火焰，在电极的两端加上直流电压，若V+等于V-，当有火焰时，则火焰两端电压值为负V测。
本发明提供的一种离子火焰检测电路及方法，火焰离子电流通过两个电极接触火焰，在电极的两端加上直流电压，离子电流具有单向导电性，正负DC-DC单元采用反激开关电源方式产生正电压，并对点火中压进行增压，该电压点火时作为点火高压的输入电压，然后通过改变PWM的脉宽输出不同的电压消除寄生电容的分流影响，提高检测的灵敏度，且能够也有效地降低电路成本。
附图说明
图1为本发明的一种火焰离子检测电路实例原理图；
图2为本发明的一种火焰离子检测电路检测流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。
一种离子火焰检测电路，参考图1至图2，包括单片机、DC-DC单元、正向直流模拟开关、负向直流模拟开关、正直流取样单元、负直流取样单元、光耦电路U1、检测电路及CPU，CPU产生PWM脉宽调制信号，DC-DC单元通过正向直流模拟开关和负向直流模拟开关改变PWM脉宽的电压和电流输出；单片机通过电阻分压测量火焰等效电阻间接测量离子电流。正负DC-DC单元采用反激开关电源方式产生正电压，该电压点火时为点火高压的输入电压，通过高压变压器产生点火高压放电电压。其次，通过改变PWM的脉宽输出不同的电压，该电压同时用作离子火焰检测直流正电源，相应的减小PWM的脉宽，能够降低直流电压。
在一实施例中，参考图1，所述DC-DC单元包括正DC-DC单元和负DC-DC单元，断开所述光耦电路U1，接通正向负载产生正向激励开关电源，所述正DC-DC单元通过正向激励开关电源方式产生负电压形成负向直流模拟开关；开启所述光耦电路U1，接通负向负载产生反向激励开关电源，所述负DC-DC单元通过反向激励开关电源方式产生正电压形成正向直流模拟开关。采用分时接通光耦电路U1的方式，使开关电源分时处于正向激励和反向激励的工作模式；
当接通正导通负载，该正负DC-DC单元产生正向激励方式产生负电压，该电压为离子火焰检测负直流电源，而负直流高压采用光偶驱动，使单片机不需要负压即可控制负压的导通，能够有效的降低成本；
当负压光耦关断时，正负DC-DC单元处于反向激励变压器升压开关电源模式，变压器右侧对点火中压进行增压，并通过正向二极管D1输出升压的直流电压，作为高压下的点火中压或火焰检测直流正电源。此外，点火中压和火焰检测电源电压不同，通过PWM脉宽调制限制输出电压，使其处于稳压、恒压状态。
所述正向直流模拟开关包括三极管Q1、变压器T1、二极管D1及电容C1，断开所述光耦电路U1，所述三极管Q1、变压器T1、二极管D1及电容C1构成反向激励开关电源；所述变压器T1对二极管D1和电容C1产生直流点火电压进行增压。二极管D1及电容C1整流滤波，产生直流电压，通过变压器T1产生高压放电以点燃燃气。
所述反向直流模拟开关包括三极管Q1、变压器T1，二极管D2、光耦电路U1及电容C2构成变压器正激开关电源，导通所述光耦电路U1，二极管D2、光耦电路U1及电容C2整流滤波产生负直流电压。
还包括A/D转换单元，所述正直流取样单元通过A/D转换单元采集；引入正电压分压产生正比例电压对所述负直流取样单元进行采集。单片机通过电阻分压的方式测量火焰等效电阻，间接测量离子电流，测量电阻较大，A/D转换单元输入阻抗要求较高，本实施例中通过单片机进行模数转换或通过阻抗转换电路采集火焰离子检测电流；电阻分压通过A/D转换单元采集，通过引入正电压分压产生正比例电压采集负电压。
一种离子火焰检测电路的方法，具体步骤包括：S1、CPU产生PWM脉冲，DC-DC升压，产生正直流电压；S2、断开光耦电路U1，所述DC-DC采用反激变压器方式升压开关电源；S3、测量电阻R1、R2和R3的分压阻值，并计算电流；S4、电源电路同时输出正直流电压、负直流电压；S5、分时导通光耦电路U1，并使正直流电压和负直流电压处于稳压状态；S6、根据直流电压条件判断火焰状态。步骤S2中，关闭光耦电路U1后，调整PWM的宽度，使输出的电压为稳定的恒压，计算电阻分压后的电流，并保存测量结果；分时导通光耦电路U1后，分别测量电阻分压，并保存测量结果；步骤6中，在正直流条件下，判断离子电流是否大于阈值，若是，则判定无火焰；在负直流条件下，漏电流是否小于阈值，若是，则判定无火焰。
所述步骤S4具体为：开关电源产生正直流电压V+，当火焰电阻为无穷大时， A/D转换单元检测电压V测=V+，取R1=R2= R3，则开关电源产生的V测计算公式为： V+ * (R2+R)/( R1+R2+ R)；当火焰离子正电流等效电阻为R时，R的范围为0- R3，则V测的测值范围为1/2 V+至2/3 V+。
所述步骤S6具体为：若V+小于设定阈值，则电路处于无火焰状态，此时，V+等于V测；反之，当V测小于V+时，则判定有火焰。
所述步骤S5具体为：使开关电源分时处于正向激励开关电源和反向激励开关电源工作模式，电容C1和电容C2进行储能，则产生正直流V+和负直流V-，当无火焰时，火焰等效电阻为无穷大，若R1=R2=R3，则电流I的计算公式为：I= ((V+)-( V-))/( R1+R2+R3)，而检测火焰计算公式为：V测= V+- R1*I。在一实施例中，如V+为50V时，其处于无火焰状态，则检测火焰为50V；有火焰时为25V至33V，当检测电压小于V+则认为有火焰；使开关电源分时处于正激和反激工作模式，由于电容C1和电容C2的储能作用，则产生V+直流电压和V-直流电压，当无火焰时，火焰等效电阻R为无穷大。
在火焰离子的两个电极接触火焰，在电极的两端加上直流电压，若V+等于V-，当有火焰时，则火焰两端电压值为负V测。在一实施例中，若V+为50V，V-为-50V，则有V测=16.7V，加在模拟火焰两端电压为负16.7V；当有火焰时，加在模拟火焰两端为负电压，因离子电流为反向电流，即电流较小；
此时，若漏电流为2R1，火焰电流接地，则有V测 = 18.7V，当漏电流越大，则V测越大，因此根据负直流电压方式，可以判断是否产生漏电，防止因漏电而产生的火焰误判，即漏电误判为火焰。
以上是对本发明一种离子火焰检测电路及方法进行的阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种离子火焰检测电路的方法，其特征在于，应用于离子火焰检测电路，所述离子火焰检测电路包括单片机、DC-DC单元、正向直流模拟开关、负向直流模拟开关、正直流取样单元、负直流取样单元、光耦电路U1、检测电路及CPU，CPU产生PWM脉宽调制信号，DC-DC单元通过正向直流模拟开关和负向直流模拟开关改变 PWM脉宽的电压和电流输出；单片机通过电阻分压测量火焰等效电阻间接测量离子电流；
所述DC-DC单元包括正DC-DC单元和负DC-DC单元，断开所述光耦电路U1，接通正向负载产生正向激励开关电源，所述正DC-DC单元通过正向激励开关电源方式产生负电压形成负向直流模拟开关；开启所述光耦电路U1，接通负向负载产生反向激励开关电源，所述负DC-DC单元通过反向激励开关电源方式产生正电压形成正向直流模拟开关；
所述正向直流模拟开关包括三极管Q1、变压器T1、二极管D1及电容C1，断开所述光耦电路U1，所述三极管Q1、变压器T1、二极管D1及电容C1构成反向激励开关电源；所述变压器T1对二极管D1和电容C1产生直流点火电压进行增压；
所述负向直流模拟开关包括三极管Q1、变压器T1，二极管D2、光耦电路U1及电容C2构成变压器正激开关电源，导通所述光耦电路U1，二极管D2、光耦电路U1及电容C2整流滤波产生负直流电压；
所述离子火焰检测电路还包括A/D转换单元，所述正直流取样单元通过A/D转换单元采集；引入正电压分压产生正比例电压对所述负直流取样单元进行采集；
所述离子火焰检测电路的方法具体步骤包括：S1、CPU产生PWM脉冲，DC-DC升压，产生正直流电压；S2、断开光耦电路U1，所述DC-DC采用反激变压器方式升压开关电源；S3、测量电阻R1、R2和R3的分压阻值，并计算电流；S4、电源电路同时输出正直流电压、负直流电压；S5、分时导通光耦电路U1，并使正直流电压和负直流电压处于稳压状态；S6、根据直流电压条件判断火焰状态；
所述S4具体为：开关电源产生正直流电压V+，当火焰电阻为无穷大时， A/D转换单元检测电压V测=V+，取R1=R2= R3，则开关电源产生的V测计算公式为： V+ * (R2+R)/( R1+ R2+R)；
当火焰离子正电流等效电阻为R时，R的范围为0- R3，则V测的测值范围为1/2 V+至2/3V+；
所述S6具体为：
若V+小于设定阈值，则电路处于无火焰状态，此时，V+等于V测；
反之，当V测小于V+时，则判定有火焰；
所述S5具体为：使开关电源分时处于正向激励开关电源和反向激励开关电源工作模式，电容C1和电容C2进行储能，则产生正直流V+和负直流V-，当无火焰时，火焰等效电阻为无穷大，若R1=R2=R3，则电流I的计算公式为：I= ((V+)-( V-))/( R1+R2+R3)，
而检测火焰计算公式为：V测= V+- R1*I。
2.根据权利要求1所述的离子火焰检测电路的方法，其特征在于，在火焰离子的两个电极接触火焰，在电极的两端加上直流电压，若V+等于V-，当有火焰时，则火焰两端电压值为负V测。
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