CN114640245A

CN114640245A - 热功率驱动电路、驱动组件和电子设备

Info

Publication number: CN114640245A
Application number: CN202210548327.7A
Authority: CN
Inventors: 沈再雄; 戴兴科
Original assignee: Shenzhen Weiyuan Semiconductor Co ltd
Current assignee: Shenzhen Weiyuan Semiconductor Co ltd
Priority date: 2022-05-20
Filing date: 2022-05-20
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2042-05-20
Also published as: CN114640245B

Abstract

本发明提出一种热功率驱动电路、驱动组件和电子设备，其中，热功率驱动电路包括第一电阻检测电路、第二电阻检测电路和PWM输出电路，通过改变参考电阻的阻值，PWM输出电路根据第一PWM信号的占空比的计算公式确定占空比大小，并输出对应大小占空比的第一PWM信号至功率开关，驱动功率开关输出不同的加热功率至电阻加热元件，实现不同的加热效果，热功率驱动电路无需配置容量或者体积较大的存储模块，降低了热功率驱动电路的成本，简化了热功率驱动电路的整体结构。

Description

热功率驱动电路、驱动组件和电子设备

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，尤其涉及一种热功率驱动电路、驱动组件和电子设备。

背景技术

电阻加热元件，例如电热丝、PCT电阻等，是一种连通电后使其发热从而达到某种目的的元件，广泛应用于医疗、化工、陶瓷、电子等行业中。

现有的电阻加热元件的驱动方法通常采用恒功率对电阻加热元件进行驱动加热，例如对电阻加热元件的电阻进行检测，根据检测到的电阻加热元件的电阻，根据设定算法确定输出到电阻加热元件的功率，之后以该功率驱动电阻加热元件发热。

上述电阻加热元件驱动方法仅能实现恒功率输出，如需不同功率输出时，则需要改写算法，对应于不同算法程序，增加了信号存储负担，驱动电路或者驱动芯片需配置容量或者体积较大的存储模块，导致驱动电路或者驱动芯片的成本增加、整体结构或者制造工艺复杂化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热功率驱动电路，旨在解决传统的电阻加热元件驱动方法因需输出不同功率导致成本增加、结构复杂化的问题。

本发明实施例的第一方面提出了一种热功率驱动电路，包括功率开关和PWM驱动电路；

所述功率开关的输入端用于连接直流供电模块，所述功率开关的输出端用于连接电阻加热元件，且受控于所述PWM驱动电路进行相应功率转换输出；

所述PWM驱动电路包括：

与所述功率开关的输出端连接，且用于检测所述电阻加热元件的阻值的第一电阻检测电路；

用于检测参考电阻的第二电阻检测电路，所述参考电阻可调；

分别与所述功率开关的受控端、所述第一电阻检测电路和所述第二电阻检测电路连接的PWM输出电路，所述PWM输出电路，用于根据接收到的加热控制信号触发加热工作，所述加热工作为：根据所述电阻加热元件的阻值和所述参考电阻的阻值计算输出第一PWM信号至所述功率开关；

其中，所述第一PWM信号的占空比值的计算公式为：

；

其中，D1为所述第一PWM信号的占空比值，A为正数，

为所述参考电阻的阻值，

为所述电阻加热元件的阻值，

为所述功率开关的输出电压。

在一个实施例中，所述PWM驱动电路还包括：

与所述PWM输出电路连接的电压检测电路，所述电压检测电路用于检测所述功率开关的输出电压，并输出电压检测信号至所述PWM输出电路，所述PWM输出电路，还用于根据接收到的预热控制信号触发预热工作，所述预热工作为：根据所述电压检测信号和预设均方根电压计算输出第二PWM信号至所述功率开关；

其中，所述第二PWM信号的占空比值的计算公式为：

；

其中，D2为所述第二PWM信号的占空比值，

为预设均方根电压。

在一个实施例中，所述PWM输出电路包括：

与所述功率开关的受控端连接的PWM生成电路，所述PWM生成电路受PWM生成信号输出对应占空比的PWM信号至所述功率开关；

分别与所述第一电阻检测电路、第二电阻检测电路、所述电压检测电路和所述PWM生成电路连接的控制器；

所述控制器，受接收到的所述加热控制信号或者所述预热控制信号确定所述第一PWM信号或者所述第二PWM信号的占空比，并输出对应所述PWM生成信号。

在一个实施例中，所述功率开关和所述PWM驱动电路集成设置于驱动芯片内。

在一个实施例中，所述驱动芯片至少包括：

电源输入端口，所述电源输入端口与所述功率开关的输入端共接并用于连接直流供电模块；

电源输出端口，所述功率开关的输出端、所述第一电阻检测电路的信号输入端和所述电源输出端口共接，并用于连接所述电阻加热元件；

至少一个参考信号端口，至少一个所述参考信号端口与所述第二电阻检测电路共接，并用于连接所述参考电阻；

使能端口，所述PWM输出电路通过所述使能端口接收所述加热控制信号或者所述预热控制信号。

本发明实施例的第二方面提出了驱动组件，包括直流供电模块、可调电阻模块和如上所述的热功率驱动电路；

所述热功率驱动电路分别与所述直流供电模块、可调电阻模块和电阻加热元件连接；

所述可调电阻模块用于输出可调的参考电阻。

在一个实施例中，所述可调电阻模块包括：

多个电阻和与多个所述电阻对应连接的至少一个切换开关，多个所述电阻和/或至少一个所述切换开关对应与所述第二电阻检测电路连接；

至少一个所述切换开关，受触发动作或者触发信号对应通断，并将多个所述电阻对应切换输出为所述参考电阻。

在一个实施例中，所述直流供电模块包括电池。

在一个实施例中，所述驱动组件还包括：

模式选择模块，所述模式选择模块用于与所述热功率驱动电路连接，所述模式选择模块受触发动作或者触发信号切换输出开关机控制信号、预热控制信号和加热控制信号中的一者控制信号至所述热功率驱动电路；

所述热功率驱动电路，受对应控制信号切换至开关机状态、预热状态和加热状态中对应的一者工作状态。

本发明实施例的第三方面提出了一种电子设备，包括电阻加热元件和如上所述的驱动组件，所述电阻加热元件与所述驱动组件对应连接。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的热功率驱动电路通过配置第一电阻检测电路、第二电阻检测电路和PWM输出电路实现不同功率调节，通过改变参考电阻的阻值，PWM输出电路根据第一PWM信号的占空比的计算公式确定占空比大小，并输出对应大小占空比的第一PWM信号至功率开关，驱动功率开关输出不同的加热功率至电阻加热元件，实现不同的加热效果，热功率驱动电路无需配置容量或者体积较大的存储模块，降低了热功率驱动电路的成本，简化了热功率驱动电路的整体结构。

附图说明

图1为本发明实施例提供的热功率驱动电路的第一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的热功率驱动电路的第二种结构示意图；

图3为本发明实施例提供的热功率驱动电路的第三种结构示意图；

图4为本发明实施例提供的热功率驱动电路的第四种结构示意图；

图5为本发明实施例提供的驱动组件的第一种结构示意图；

图6为图5所示的驱动组件中可调电阻模块的第一种电路示意图；

图7为图5所示的驱动组件中可调电阻模块的第二种电路示意图；

图8为本发明实施例提供的驱动组件的第二种结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明实施例的第一方面提出了一种热功率驱动电路100。

如图1所示，图1为本发明实施例提供的热功率驱动电路100的第一种结构示意图，本实施例中，功率开关10和PWM驱动电路20；

功率开关10的输入端用于连接直流供电模块200，功率开关10的输出端用于连接电阻加热元件300，且受控于PWM驱动电路20进行相应功率转换输出，电阻加热元件300根据电子设备的结构和功能对应设置不同结构，例如电阻丝、电阻块等结构，PWM驱动电路20输出对应大小的占空比的PWM信号至功率开关10，功率开关10以对应频率通断，从而输出对应于PWM信号的加热功率至电阻加热元件300，实现恒功率输出。

其中，加热功率的计算公式为：

；

其中，D1为加热功率对应第一PWM信号的占空比值，

为电阻加热元件300的阻值，

为功率开关10的输出电压。

其中，热功率驱动电路100连接的直流供电模块200用于提供直流电源，直流供电模块200可为电池、DC/DC转换电路等结构，根据不同适用场景可对应选择，具体结构不限。

其中，为了实现不同加热功率的调节输出，与功率开关10和电阻加热元件300连接的PWM驱动电路20包括：

与功率开关10的输出端连接，且用于检测电阻加热元件300的阻值的第一电阻检测电路21；

用于检测参考电阻的第二电阻检测电路22，参考电阻可调；

分别与功率开关10的受控端、第一电阻检测电路21和第二电阻检测电路22连接的PWM输出电路23，PWM输出电路23，用于根据接收到的加热控制信号触发加热工作，加热工作为：根据电阻加热元件300的阻值和参考电阻的阻值计算输出第一PWM信号至功率开关10。

其中，第一PWM信号的占空比值的计算公式为：

；

其中，A为正数，

为参考电阻的阻值，

为电阻加热元件300的阻值，

为功率开关10的输出电压。

本实施例中，第一电阻检测电路21与电阻加热元件300的一端、功率开关10的输出端以及PWM输出电路23的信号端连接，电阻加热元件300的另一端接地，第一电阻检测电路21实现对电阻加热元件300的阻值的检测，第一电阻检测电路21可通过伏特计安培计法、谐振法、欧姆表法、直流电桥法等方法及对应检测电路结构检测电阻加热元件300阻值，具体检测方法和结构不限，第一电阻检测电路21将检测到的电阻加热元件300的阻值数据发送至PWM输出电路23。

在需要调节输出功率时，可调的参考电阻与第二电阻检测电路22通过信号线或者对应端口连接，其中，其中，可调的参考电阻由对应的可调电阻模块400根据触发动作或者触发信号输出，第二电阻检测电路22检测参考电阻的阻值数据，并发送至PWM输出电路23，第二电阻检测电路22可通过伏特计安培计法、谐振法、欧姆表法、直流电桥法等方法及对应检测电路结构检测可调电阻模块400的参考电阻的阻值，具体检测方法和结构不限。

当PWM输出电路23接收到加热控制信号时，PWM输出电路23触发加热工作，同时，接收电阻加热元件300的阻值数据和参考电阻的阻值数据，并根据两个阻值数据计算第一PWM信号的占空比，输出对应于参考电阻的阻值而与电阻加热元件300阻值无关的加热功率，实现功率可调。

具体地，根据加热功率的计算公式以及第一PWM信号的占空比值的计算公式可得：

；

根据公式可知，加热功率与参考电阻的阻值相关，而与输出电压和电阻加热元件300的阻值无关，因此，热功率驱动电路100接入不同阻值的电阻加热元件300时不影响加热功率，同时，根据需求调节参考电阻的阻值可改变电阻加热元件300的加热功率，实现功率可调以及不同的加热效果，热功率驱动电路100无需配置容量或者体积较大的存储模块，降低了热功率驱动电路100的成本，简化了热功率驱动电路100的整体结构。

其中，参考电阻的阻值调节与加热工作可同步进行或者按照先后进行，例如在加热工作之前，先行调节参考电阻的阻值，待触发切换至加热工作时，直接检测已调节的参考电阻的阻值，并计算输出对应的占空比的第一PWM信号，进而驱动功率开关10输出对应于参考电阻阻值的加热功率。

或者，在触发切换至加热工作后，根据当前加热效果，实时调节参考电阻，进而调节加热功率，具体调节和工作顺序不限。

同时，在确定了参考电阻的阻值和加热功率后，PWM输出电路23根据当前输出电压进行恒功率输出控制，减少功率开关10的导通电阻的影响，提高输出精度。

其中，功率开关10可为对应结构的开关管，可选地，功率开关10包括MOS管，MOS管的输入端、输出端和受控端对应于功率开关10的输入端、输出端和受控端。

PWM输出电路23可采用对应控制器232、信号发生电路等结构，根据接收到的阻值以及控制信号对应触发输出PWM信号至功率开关10，具体结构不限。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的热功率驱动电路100通过配置第一电阻检测电路21、第二电阻检测电路22和PWM输出电路23实现不同功率调节，通过改变参考电阻的阻值，PWM输出电路23根据第一PWM信号的占空比的计算公式确定占空比大小，并输出对应大小占空比的第一PWM信号至功率开关10，驱动功率开关10输出不同的加热功率至电阻加热元件300，实现不同的加热效果，热功率驱动电路100无需配置容量或者体积较大的存储模块，降低了热功率驱动电路100的成本，简化了热功率驱动电路100的整体结构。

为了提高电阻加热元件300的工作多样性和加热效率，如图2所示，在一个实施例中，PWM驱动电路20还包括：

与PWM输出电路23连接的电压检测电路24，电压检测电路24用于对功率开关10的输出电压进行检测，并输出电压检测信号至PWM输出电路23，PWM输出电路23，还用于根据接收到的预热控制信号触发预热工作，预热工作为：根据电压检测信号和预设均方根电压计算输出第二PWM信号至功率开关10；

其中，第二PWM信号的占空比值的计算公式为：

；

其中，D2为第二PWM信号的占空比值，

为预设均方根电压。

本实施例中，为了提高电阻加热元件300的加热效率，在加热电阻加热元件300之前还可进行预热工作，从而缩短加热至预设温度和预设加热功率的时间。

当PWM输出电路23接收到预热控制信号时，触发切换至预热工作，其中，已知均方根电压与预热功率的计算公式为：

；

其中，根据预热功率的计算公式可知，预热功率与预设均方根电压和电阻加热元件300的阻值相关，本实施例中，预设均方根电压为定值，因此，改变电阻加热元件300的电阻，即可完成预热功率的可调输出。

其中，PWM输出电路23根据第二PWM信号的占空比值的计算公式，通过采样输出的高电平电压，计算第二PWM信号的占空比值，并输出第二PWM信号至功率开关10，使得均方根电压达到定值的预设均方根电压。

在改变电阻加热元件300的阻值时，根据加热功率的计算公式可知，不影响加热功率，即在预热工作过程中，调节选择不同阻值的电阻加热元件300，可实现不同预热功率的输出，同时，预热工作的阻值调节，不影响加热功率的输出，切换至加热功率时，调节参考电阻的阻值，实现不同加热功率的输出，以及预热和加热两种工作状态的切换，互不影响。

PWM输出电路23内设两种PWM信号的计算机制，当接收到预热控制信号时，切换至预热工作，并根据第二PWM信号的计算公式计算第二PWM信号的占空比，以及根据电阻加热元件300的电阻调节预热功率。

以及当接收到加热功率时，切换至加热工作，并根据第一PWM信号的计算公式计算第一PWM信号的占空比，以及根据参考电阻的阻值调节加热功率。

其中，电压检测电路24可采用互感器、电阻分压电路等结构，具体结构不限。

在一个实施例中，如图3所示，PWM输出电路23包括：

与功率开关10的受控端连接的PWM生成电路231，PWM生成电路231受PWM生成信号输出对应占空比的PWM信号至功率开关10；

分别与第一电阻检测电路21、第二电阻检测电路22、电压检测电路24和PWM生成电路231连接的控制器232；

控制器232，受接收到的加热控制信号或者预热控制信号确定第一PWM信号或者第二PWM信号的占空比，并输出对应PWM生成信号。

本实施例中，控制器232内设两种PWM信号的计算机制，当接收到预热控制信号时，切换至预热工作，并根据第二PWM信号的计算公式计算第二PWM信号的占空比，并输出对应大小的PWM生成信号至PWM生成电路231。

以及当接收到加热功率时，切换至加热工作，并根据第一PWM信号的计算公式计算第一PWM信号的占空比，并输出对应大小的PWM生成信号至PWM生成电路231。

PWM生成电路231实现信号源作用，根据接收到的PWM生成信号输出对应占空比的PWM信号至功率开关10。

其中，根据PWM信号的生成方式，PWM生成信号可为对应大小的电压信号，PWM生成电路231将电压信号与对应三角波进行比较，从而输出对应于电压信号的PWM信号至功率开关10，实现不同工作模式下的功率调节输出以及恒功率输出。

进一步地，为了简化线路结构，如图4所示，在一个实施例中，功率开关10和PWM驱动电路20集成设置于驱动芯片110内，驱动芯片110上设置对应端口用于分别连接直流供电模块200、电阻加热元件300、参考电阻等，并根据接收到的预热控制信号或者加热控制信号输出不同大小的预热功率或者加热功率至电阻加热元件300。

对应于外接模块，在一个实施例中，驱动芯片110至少包括：

电源输入端口IN，电源输入端口IN与功率开关10的输入端连接并用于连接直流供电模块200；

电源输出端口OUT，功率开关10的输出端、第一电阻检测电路21的信号输入端和电源输出端口OUT共接，并用于连接电阻加热元件300；

至少一个参考信号端口SET，至少一个参考信号端口SET与第二电阻检测电路22连接，并用于连接参考电阻；

使能端口Ctr，PWM输出电路23通过使能端口Ctr接收加热控制信号或者预热控制信号。

本实施例中，根据可调电阻模块400的结构，对应设置参考信号端口SET，可设置一个或者多个，当为一个时，可调电阻模块400根据触发动作或者触发信号输出不同阻值的参考电阻至该参考信号端口SET，当为多个时，每一个参考信号端口SET可连接一个可调电阻模块400，或者连接可调电阻模块400的多个输出端，一个或者多个可调电阻模块400根据触发动作或者触发信号输出不同阻值的参考电阻至其中一个参考信号端口SET，参考信号端口SET的具体个数不限。

使能端口Ctr直接与PWM输出电路23连接，并接收对应的预热控制信号或者加热控制信号，并传递至PWM输出电路23，以使PWM输出电路23处理计算出对应大小的PWM信号。

本发明还提出一种驱动组件1，如图5所示，该驱动组件1包括直流供电模块200、可调电阻模块400和热功率驱动电路100，该热丝驱动电路的具体结构参照上述实施例，由于本驱动组件1采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，热功率驱动电路100分别与直流供电模块200、可调电阻模块400和电阻加热元件300连接，可调电阻模块400用于输出可调的参考电阻。

本实施例中，热功率驱动电路100通过配置直流供电模块200、可调电阻模块400和热功率驱动电路100实现加热或者预热的不同功率调节，通过改变可调电阻模块400的参考电阻的阻值，热功率驱动电路100输出不同的加热功率至电阻加热元件300，实现不同的加热效果，热功率驱动电路100无需配置容量或者体积较大的存储模块，降低了热功率驱动电路100的成本，简化了热功率驱动电路100的整体结构。

进一步地，热功率驱动电路100内设两种PWM信号的计算机制，当接收到预热控制信号时，切换至预热工作，并根据第二PWM信号的计算公式计算第二PWM信号的占空比，以及根据电阻加热元件300的电阻调节预热功率。

以及当接收到加热功率时，切换至加热工作，并根据第一PWM信号的计算公式计算第一PWM信号的占空比，以及根据参考电阻的阻值调节加热功率，实现电阻加热元件300的多种工作状态切换控制。

其中，直流供电模块200可为电池、DC/DC转换电路等结构，根据不同适用场景可对应选择，具体结构不限，可选地，为了简化驱动组件1的结构，直流供电模块200包括电池，电池可为干电池或者充电电池，根据驱动需求对应选择。

可调电阻模块400可选择不同电阻组合，例如电阻阵列、多条电阻支路等，同时，对应设置不同电阻的阻值，从而输出不同阻值的参考电阻。

在一个实施例中，可调电阻模块400包括：

多个电阻和与多个电阻对应连接的至少一个切换开关，多个电阻和/或至少一个切换开关对应与第二电阻检测电路22连接；

至少一个切换开关，受触发动作或者触发信号对应通断，并将多个电阻对应切换输出为可调阻值的参考电阻至热功率驱动电路100。

电阻的数量和切换开关的数量以及连接关系可根据需求对应设置，例如如图6所示，包括多个支路电阻和一个切换开关K1，切换开关分别与支路电阻连接，各支路电阻的阻值不等，切换开关根据触发动作或者触发信号对应切换至不同支路电阻，从而接入不同阻值大小的参考电阻至热功率驱动电路100。

或者如图7所示，包括多条电阻输出支路，每一条电阻输出支路包括一电阻和一切换开关，每一电阻的阻值不等，对应切换开关导通或者关断后，对应电阻接入热功率驱动电路100。

如图8所示，为了实现对热功率驱动电路100的开关机、预热和加热的不同工作模式选择，在一个实施例中，驱动组件1还包括：

模式选择模块500，模式选择模块500用于与热功率驱动电路100连接，模式选择模块500受触发动作或者触发信号切换输出开关机控制信号、预热控制信号和加热控制信号中的一者控制信号至热功率驱动电路100；

所述热功率驱动电路100，受对应控制信号切换至开关机状态、预热状态和加热状态中对应的一者工作状态，实现多模式切换选择。

其中，模式选择模块500可为按键开关、遥控器等结构，通过按键开关的不同触发时长、触发次数输出不同的控制信号，或者通过操作遥控器输出不同的控制信号，模式选择模块500的具体结构不限。

本发明还提出一种电子设备，该电子设备包括电阻加热元件300和驱动组件1，该驱动组件1的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，电阻加热元件300与驱动组件1对应连接。

本实施例中，驱动组件1为电阻加热元件300提供电流、电压，实现恒功率驱动以及预热、加热功率的调节输出，电子设备可为各类发热器等结构，例如热水器、取暖器、烤箱等结构，具体使用场景不限。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。