CN114838506A - 一种防冻及防干烧装置、热水器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防冻及防干烧装置、热水器及其控制方法，防冻及防干烧装置包括发热体、电源切换控制电路、信号检测电路和与电源切换控制电路、信号检测电路连接的控制处理单元；电源切换控制电路与发热体连接，根据控制处理单元输出的控制信号向发热体提供不同电压等级的供电电压，信号检测电路与所述发热体连接，在低压供电电压供电周期内检测所述发热体两端的电压信号，以供控制处理单元计算发热体的当前温度，并根据发热体的当前温度调整市电供电电压的加热参数。本发明采用发热体对热水器进行加热，并通过测量发热体的温度，实现热水器的防冻开启温度和防冻限温温度灵活设定，避免了防冻限温温度过高造成的能源浪费问题。

Description

一种防冻及防干烧装置、热水器及其控制方法

技术领域

本发明属于电路设计技术领域，尤其涉及一种防冻及防干烧装置、热水器及其控制方法。

背景技术

热水器防干烧及防冻功能是热水器常用的功能，目前热水器防冻采用陶瓷加热体给热水器固定易冻区域进行加热。防冻保护具体原理是限温器检测到环境温度低于设定开启加热温度，限温器闭合接通陶瓷体电源，陶瓷体开始加热；当限温器检测到温度达到设定限制温度。限温器断开陶瓷体加热器电源，陶瓷体停止加热。热水器防干烧具体原理是在热水器水箱的正面和背面分别布局几个热熔断器，热熔断器接通热水器的相关加热部件的电源，当热水器出现部分地方过热时，热熔断器切断热水器加热部件的电源，使热水器停止加热避免热水器温度过高出现损坏热水器或产生起火等安全隐患。

因为限温器工作原理限制设定开启温度和设定限制温度存在较大的温差(通常开启温度范围在2-5℃，设定限制温度范围在15℃)。也就是说为了达到防冻的目的陶瓷体需要加热到15℃才能断电，存在不节能的问题。防干烧保护采用的是热熔断丝，当过热情况发生热熔断丝熔断后不可恢复，需要进行维修才能使热水器重新工作，为用户带来了极大的不便。

发明内容

为解决背景技术中提及的技术问题，本发明提供的一种防冻及防干烧装置、热水器及其控制方法，避免现有热水器防冻功能的开启温度和限制温度存在较大的温差造成的能源浪费问题。

为实现上述目的，本发明的一种防冻及防干烧装置、热水器及其控制方法的具体技术方案如下：

本发明的一个方面，提供了一种防冻及防干烧装置，包括发热体、电源切换控制电路、信号检测电路和与电源切换控制电路、信号检测电路连接的控制处理单元；

所述电源切换控制电路与所述发热体连接，用于根据控制处理单元输出的控制信号向发热体提供不同电压等级的供电电压，供电电压包括用于对发热体进行加热的市电供电电压和用于提供发热体测试电压的低压供电电压；

所述信号检测电路与所述发热体连接，用于在低压供电电压供电周期内检测所述发热体一端或两端的电压信号，并将所述电压信号反馈回所述控制处理单元，以供所述控制处理单元根据所述电压信号计算所述发热体的当前温度，并根据发热体的当前温度调整市电供电电压的加热参数。

进一步的，所述电源切换控制电路包括第一开关元件、第二开关元件、第一对外接口端子和第二对外接口端子，所述第一开关元件和第二开关元件均包括第一开关和第二开关，所述第一对外接口端子的外接端子与市电供电电源连接，所述第二对外接口端子的外接端子与发热体连接；

所述第一开关元件的第一开关、第二开关元件的第一开关、第一对外接口端子和第二对外接口端子串联于同一回路，当所述第一开关元件的第一开关和第二开关元件的第一开关均闭合时形成市电供电回路；

所述第一开关元件的第二开关、第二开关元件的第二开关、第二对外接口端子串联后一端接地，一端连接至低压供电电源，当所述第一开关元件的第二开关和第二开关元件的第二开关均闭合时形成低压供电回路。

进一步的，所述电源切换控制电路包括第三开关元件、第四开关元件、第三对外接口端子以及第四对外接口端子，所述第三对外接口端子的外接端口与市电供电电源连接，所述第四对外接口端子的外接端口与发热体连接；

所述第三开关元件的开关端口、第三对外接口端子和第四对外接口端子串联于同一回路，当所述第三开关元件的开关端口闭合时，所述发热体与高压供电电源串联形成市电供电回路；

所述第四开关元件的开关端口、第三对外接口端子和第四对外接口端子、分压电路串联于同一回路，当所述第四开关元件的开关端口闭合时，所述发热体由经过分压电路分压后的电压供电形成低压供电回路。

进一步的，所述电源切换控制电路还包括与每个开关元件对应的开关控制电路，每个所述开关控制电路均包括一个信号接收端子，所述信号接收端子用于接收控制处理单元的控制信号，并根据所述控制处理单元的控制信号改变开关元件的开关状态。

进一步的，所述第一开关元件为第一继电器，所述第二开关元件为第二继电器，所述第一继电器、第二继电器的第一端口和第五端口构成第一开关，第一端口和第四端口构成第二开关，控制端口与对应的开关控制电路连接；

所述第一继电器的第一端口与第二对外接口端子的一个内接端口相连，所述第二对外接口端子的另一内接端口与所述第二继电器的第一端口相连，所述第二继电器的第五端口与所述第一对外接口端子的一个内接端口相连，所述第一对外接口端子的另一内接端口与所述第一继电器的第五端口相连，当所述第一继电器和第二继电器均为第一端口与第五端口闭合时形成市电供电回路，当所述第一继电器和第二继电器的均为第一端口与第四端口闭合时形成低压供电回路。

进一步的，所述开关控制电路包括三极管，所述三极管的基极与信号接收端子连接，三极管的发射极接地，三极管的集电极与继电器的控制端口的一端连接，所述继电器的控制端口的另一端连接于低压供电电源；当所述信号接收端子接收到高电平信号时，三极管导通，继电器的控制端口得电，第一开关闭合，当信号接收端子接收到低电平信号时，三极管关断，继电器的控制端口断电，第二开关闭合。

进一步的，所述信号检测电路包括第一信号检测端子和第十电阻，所述第一信号检测端子连接于所述第一继电器的第四端口，所述第十电阻的一端连接于所述第一继电器的第四端口，所述第十电阻的另一端接地，当所述发热体处于低压供电回路时，获取第一信号检测端子的电压信号。

进一步的，所述第三开关元件为第一晶闸管，所述第四开关元件为第二晶闸管，

所述第一晶闸管的第一端口与第四对外接口端子的一个内接端口连接，第四对外接口端子的另一内接端口与第三对外接口端子的一个内接端口连接，第三对外接口端子的另一内接端口与所述第一晶闸管的第二端口连接，当所述第一晶闸管单独闭合时，发热体与高压供电电源串联形成市电供电回路；

所述第二晶闸管的第二端口经分压电路与第一晶闸管的第二端口连接，所述第二晶闸管的第一端口与第一晶闸管的第一端口连接，当第二晶闸管单独闭合时，发热体由经过分压后的电压供电形成低压供电回路。

进一步的，所述开关控制电路包括隔离光耦；

所述隔离光耦的第一端口连接于信号接收端子，所述隔离光耦的第二端口接地，所述隔离光耦的第四端口连接于所述晶闸管的控制端，隔离光耦的第六端口连接于闸管的第二端口，当所述信号接收端子接收到高电平信号时，控制晶闸管的开关端口闭合。

进一步的，所述信号检测电路包括第二信号检测端子、第三信号检测端子和第十一电阻，

所述第二信号检测端子与所述第四对外接口端子的一个内接端口连接，并经第十一电阻接地，所述第三信号检测端子与所述第四对外接口端子的另一内接端口连接，当所述发热体处于低压供电回路时，获取第二信号检测端子和第三信号检测端子的电压信号。

进一步的，还包括电压转换模块，用于将市电供电电源转换成低压供电电源。

本发明的另一方面，还提供了一种热水器，包括上述的防冻及防干烧装置。

本发明的另一方面，还提供了一种利用上述一种防冻及防干烧的装置的防冻及防干烧的控制方法，所述方法包括：

当热水器不工作时获取发热体的温度；

判断所述发热体的温度是否低于预设的防冻开启温度；

当发热体的温度低于防冻开启温度时，以预设占空比X：Y对发热体进行加热，直至发热体温度升高到预设的防冻限温温度，其中X为发热体一个加热周期中市电供电的供电时长，Y为发热体一个加热周期中的市电断电时长；

在所述发热体的加热周期的Y的持续时长内，控制所述发热体连接于低压供电电压，并获取发热体两端的电压信号；

根据所述电压信号计算所述发热体的当前温度；

根据发热体的当前温度调整市电供电电压的加热参数。

进一步的，所述根据发热体的当前温度调整市电供电电压的加热参数包括：

计算所述发热体的当前温度与防冻限温温度的温度差值；

根据所述温度差值，采用PID控制算法调整市电供电电压的加热占空比。

进一步的，所述方法还包括：

当热水器加热工作时，获取所述发热体的温度；

当所述发热体的温度高于预设的干烧温度时，切断所述热水器的发热执行部件。

进一步的，获取发热体的温度包括：

获取所述发热体一端或两端的电压信号；

根据所述电压信号计算发热体的电阻值，并根据所述电阻值确定所述发热体的温度。

本发明提供的一种防冻及防干烧装置、热水器及其控制方法，防冻及防干烧装置发热体、电源切换控制电路、信号检测电路和与电源切换控制电路、信号检测电路连接的控制处理单元；所述电源切换控制电路与所述发热体连接，用于根据控制处理单元输出的控制信号向发热体提供不同电压等级的供电电压，供电电压包括用于对发热体进行加热的市电供电电压和用于提供发热体测试电压的低压供电电压；所述信号检测电路与所述发热体连接，用于在低压供电电压供电周期内检测所述发热体一端或两端的电压信号，并将所述电压信号反馈回所述控制处理单元，以供所述控制处理单元根据所述电压信号计算所述发热体的当前温度，并根据发热体的当前温度调整市电供电电压的加热参数。采用发热体对热水器进行加热，并根据发热体的电阻与温度的对应关系曲线推算出发热体的温度，实现热水器的防冻开启温度和防冻限温温度均可以灵活设定，避免了采用陶瓷体加热防冻保温温度过高造成的能源浪费问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种防冻及防干烧装置的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种电源切换控制电路的电路原理图；

图3为本发明实施例提供的一种发热体电阻与温度的对应关系曲线；

图4为本发明又一实施例提供的一种电源切换控制电路的电路原理图；

图5为本发明实施例提供的一种防冻及防干烧控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1示意性示出了本发明实施例提供的一种防冻及防干烧装置的结构框图，由图1可知本发明提供的一种防冻及防干烧装置包括发热体、电源切换控制电路、信号检测电路和与电源切换控制电路、信号检测电路连接的控制处理单元；所述电源切换控制电路与所述发热体连接，用于根据控制处理单元输出的控制信号向发热体提供不同电压等级的供电电压，供电电压包括用于对发热体进行加热的市电供电电压和用于提供发热体测试电压的低压供电电压；所述信号检测电路与所述发热体连接，用于在低压供电电压供电周期内检测所述发热体一端或两端的电压信号，并将所述电压信号反馈回所述控制处理单元，以供所述控制处理单元根据所述电压信号计算所述发热体的当前温度，并根据发热体的当前温度调整市电供电电压的加热参数。

进一步的，本发明实施例提供的一种防冻及防干烧装置还包括附图中未示出的电压转换模块和人机交互模块，电压转换模块将市电供电电源转换成低压电源，用于向控制处理单元、电源切换控制电路以及发热体提供低压电源。

进一步的，人机交互模块用于显示热水器当前的状态，并接收用户的指令信息。其中指令信息包括但不限于用户通过人机交互界面设定的防冻开启温度、防冻限温温度、防干烧温度等，需要说明的是防冻开启温度、防冻限温温度、防干烧温度信息可以通过用户设定也可以为系统预存的。此外，本发明实施例的热水器包括燃气热水器、太阳能热水器等。

在本发明实施例提供的一种防冻及防干烧装置中，当发热体温度低于预设的防冻开启温度时，控制处理单元向电源切换控制电路发出控制信号，以控制发热体以预设占空比X：Y进行加热，直至发热体温度升高到预设的防冻限温温度，其中X为发热体一个加热周期中市电供电的供电时长，Y为发热体一个加热周期中的市电断电时长；在一个发热周期的X的持续时长中发热体处于市电供电回路；在一个发热周期的Y的持续时长中发热体处于低压供电回路。

需要说明的是，在一个发热周期的Y的持续时长中，电源切换控制电路还需要在一个发热周期的Y的持续时长中的信号检测阶段控制发热体接入低压供电回路，以供信号检测电路获取发热体两端或一端的电压信号，并最终推算出发热体的温度。通常一个加热控制周期的持续时长为几十秒到一分钟作用，信号检测电路的测温时间只需要几十毫秒，因而在一个发热周期的Y的持续时长中便能满足信号检测的需求。

进一步的，由于低压电源的电压等级很低，发热体连接于低压供电回路时，也可视为不发热。此外，在热水器无需进行防冻加热时，也需要周期性的获取发热体的温度，以确定热水器的当前温度，具体的，可以通过周期性的控制发热体接入低压供电回路，以获取信号检测电路的检测信号，来最终计算出发热体的当前温度。

本发明的一个实施例提供的一种电源切换控制电路包括第一开关元件、第二开关元件、第一对外接口端子和第二对外接口端子，所述第一开关元件和第二开关元件均包括第一开关和第二开关，所述第一对外接口端子的外接端子与市电供电电源连接，所述第二对外接口端子的外接端子与发热体连接；所述第一开关元件的第一开关、第二开关元件的第一开关、第一对外接口端子和第二对外接口端子串联于同一回路，当所述第一开关元件的第一开关和第二开关元件的第一开关均闭合时形成市电供电回路；所述第一开关元件的第二开关、第二开关元件的第二开关、第二对外接口端子串联后一端接地，一端连接至低压供电电源，当所述第一开关元件的第二开关和第二开关元件的第二开关均闭合时形成低压供电回路。

需要说明的是，本发明实施例还包括控制第一开关元件的第一开关闭合，控制第二开关元件的第二开关闭合，以实现发热体彻底断电，进入等待状态，或者在发热体的加热周期中进入市电断电供电状态。

本发明的另一实施例提供的一种电源切换控制电路包括第三开关元件、第四开关元件、第三对外接口端子以及第四对外接口端子，所述第三对外接口端子的外接端口与市电供电电源连接，所述第四对外接口端子的外接端口与发热体连接；所述第三开关元件的开关端口、第三对外接口端子和第四对外接口端子串联于同一回路，当所述第三开关元件的开关端口闭合时，所述发热体与高压供电电源串联形成市电供电回路；所述第四开关元件的开关端口、第三对外接口端子和第四对外接口端子、分压电路串联于同一回路，当所述第四开关元件的开关端口闭合时，所述发热体由经过分压电路分压后的电压供电形成低压供电回路。

需要说明的是，本发明实施例还包括控制第三开关元件和第四开关元件均断开，以实现发热体彻底断电，进入等待状态，或者在发热体的加热周期中进入市电断电供电状态。

进一步的，上述两个实施例中的电源切换控制电路还包括与每个开关元件对应的开关控制电路，每个所述开关控制电路均包括一个信号接收端子，所述信号接收端子用于接收控制处理单元的控制信号，并根据所述控制处理单元的控制信号改变开关元件的开关状态。

图2为本发明实施例提供的一种电源切换控制电路的电路原理图，由图2可知，本发明实施例提供的一种电源切换控制电路的开关元件为继电器，所述第二开关元件为第二继电器K2，所述第一继电器K1、第二继电器K2的第一端口和第五端口构成第一开关，第一端口和第四端口构成第二开关，控制端口与对应的开关控制电路连接；

所述第一继电器K1的第一端口与第二对外接口端子J2的一个内接端口相连，所述第二对外接口端子J2的另一内接端口与所述第二继电器K2的第一端口相连，所述第二继电器K2的第五端口与所述第一对外接口端子的一个内接端口相连，所述第一对外接口端子的另一内接端口与所述第一继电器K1的第五端口相连，当所述第一继电器K1和第二继电器K2均为第一端口与第五端口闭合即第一开关闭合时形成市电供电回路，当所述第一继电器K1和第二继电器K2的均为第一端口与第四端口闭合即第二开关闭合时形成低压供电回路。当第一继电器K1的第一开关闭合、第二继电器的第二开关闭合时，发热体进入市电断电状态。

进一步的，本发明实施例的开关控制电路包括三极管，所述三极管的基极与信号接收端子连接，三极管的发射极接地，三极管的集电极与继电器的控制端口的一端连接，所述继电器的控制端口的另一端连接于低压供电电源；当所述信号接收端子接收到高电平信号时，三极管导通，继电器的控制端口得电，第一端口与第五端口闭合，即第一开关闭合，当信号接收端子接收到低电平信号时，三极管关断，继电器的控制端口断电，第一端口与第四端口闭合，即第二开关闭合。需要说明的是为了提高控制的可靠性，本发明实施例的三极管的各个端口还可以串接电阻，继电器的控制端口两端还可接入限流二极管。

具体的，第一继电器K1的开关控制电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一三极管Q1和第一二极管D1。第一电阻R1的一端与第一信号接收端子连接，第一电阻R1的另一端与第一三极管Q1的基极连接，第二电阻R2与第一三极管Q1的基极连接另一端接地，第三电阻R3的一端与第一三极管Q1的发射极连接另一端接地，第一三极管Q1的集电极与第一继电器K1的第二端口连接，第一继电器K1的第三端口通过第四电阻R4连接于低压电源，第一继电器K1的第二端口与第三端口的内部连接有第一继电器的控制端口，第一二极管D1的阳极与第一继电器K1的第三端口连接，第一二极管D1的阴极与第一继电器K1的第二端口相连，其中，当第一信号接收端子接收到高电平信号时，第一三极管Q1导通，第一继电器K1的控制端口得电，使其第一开关闭合，当第一信号接收端子接收到低电平信号时，第一三极管Q1关断，第一继电器K1的控制端口断电，使其第二开关闭合。

进一步的，第二继电器K2的开关控制电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第二三极管Q2以及第二二极管D2。第五电阻R5的一端与第二信号接收端子连接，第五电阻R5的另一端与第二三极管Q2的基极连接，第六电阻R6与第二三极管Q2的基极连接另一端接地，第七电阻R7的一端与第二三极管Q2的发射极连接另一端接地第二三极管Q2的集电极与第二继电器K2的第二端口连接，第二继电器K2的第三端口通过第八电阻R8连接于低压电源，第二继电器K2的第二端口与第三端口的内部连接有第一继电器的控制端口，第二二极管D2的阳极与第二继电器K2的第三端口连接，第二二极管D2的阴极与第二继电器K2的第二端口相连，其中，当第二信号接收端子接收到高电平信号时，第二三极管Q2导通，第二继电器K2的控制端口得电，使其第一开关闭合，当第二信号接收端子接收到低电平信号时，第二三极管Q2关断，第二继电器K2的控制端口断电，使其第二开关闭合。

进一步的，本发明实施例的本发明实施例提供的一种电源切换控制电路的信号检测电路包括第一信号检测端子和第十电阻R10，第一信号检测端子连接于第一继电器K1的第四端口，所述第十电阻R10的一端连接于所述第一继电器K1的第四端口，所述第十电阻R10的另一端接地，当所述发热体处于低压供电回路时，获取第一信号检测端子的电压信号。即当第一继电器K1和第二继电器k2的控制端口均断时，继电器的第二开关闭合，将信号检测电路与发热体连接并连接至低压电源，通过检测第十电阻R10的分压值，计算发热体的阻值，并根据预设的R-T关系曲线查找发热体当前温度。

这里设低压电源的电压值为U₀，此时发热体电路中的阻值包括第九电阻R9、第十电阻R10和发热体，设发热体的阻值为Rt。第一信号检测端子检测到第十电阻R10的分压U₁₀，发热体的阻值Rt的计算公式为，Rt＝U₀ R10/U₁₀-R9-R10。进一步的通过发热体的电阻-温度关系曲线，便可以推算出发热体的温度。

需要说明的是，发热体通常采用金属材料制成，几乎所有金属材料的电阻率与温度做线性变化：ρ_t＝ρ₀(1+at)，ρ_t、ρ₀分别为温度t和温度为0时的电阻率，a是电阻率的温度系数。电阻R＝ρ*l/s，其中ρ是电阻率，l是导体长度，S是导体截面积。本发明是通过检测发热体本身的电阻来反馈发热体的温度，整体电阻的大小与材料的温度呈对应关系，发热体本身是材料特性固定，发热体的长度，和面积固定。因此温度与电阻呈对应关系。其中，发热体的R-T关系曲线如图3所示。

图4为本发明又一实施例提供的一种电源切换控制电路的电路原理图，由图4可知，本发明实施例提供的一种电源切换控制电路的开关元件为晶闸管，所述第三开关元件为第一晶闸管SC1，所述第四开关元件为第二晶闸管SC2，所述第一晶闸管SC1的第一端口与第四对外接口端子J4的一个内接端口连接，第四对外接口端子J4的另一内接端口与第三对外接口端子J3的一个内接端口连接，第三对外接口端子J3的另一内接端口与所述第一晶闸管SC1的第二端口连接，当所述第一晶闸管SC1单独闭合时，发热体与高压供电电源串联形成市电供电回路；所述第二晶闸管SC2的第二端口经分压电路与第一晶闸管SC1的第二端口连接，所述第二晶闸管SC2的第一端口与第一晶闸管SC1的第一端口连接，当第二晶闸管SC2单独闭合时，发热体由经过分压后的电压供电形成低压供电回路。其中所述分压电路可以为高阻值电阻，如图4所示的地十二电阻。此外当第一晶闸管SC1和第二晶闸管SC2均断开时，发热体进入市电断电状态。

进一步的，本发明实施例提供的开关控制电路包括隔离光耦；所述隔离光耦的第一端口连接于信号接收端子，所述隔离光耦的第二端口接地，所述隔离光耦的第四端口连接于所述晶闸管的控制端，隔离光耦的第六端口连接于闸管的第二端口，当所述信号接收端子接收到高电平信号时，控制晶闸管的开关端口闭合。需要说明的是为了提高控制电路的可靠性在隔离光耦的输入端与输出端均可接入保护电阻。

具体的，第一晶闸管SC1的开关控制电路包括第十三电阻R13、第十四电阻R14和第一隔离光耦U1；第一隔离光耦U1的第一端口经第十三电阻R13连接于第三信号接收端子，第一隔离光耦U1的第二端口接地，第一隔离光耦U1的第四端口经第十四电阻R14连接于第一晶闸管SC1的控制端，第一隔离光耦U1的第六端口连接于第一晶闸管SC1的第二端口，当第三信号接收端子接收到高电平信号时，控制第一晶闸管SC1的开关端口闭合，发热体与高压供电电源串联形成市电供电回路；

进一步的，第二晶闸管SC2的开关控制电路包括第十五电阻R15、第十六电阻R16和第二隔离光耦U2；第二隔离光耦U2的第一端口经第十五电阻R15连接于第四信号接收端子，第二隔离光耦U2的第二端口接地，第二隔离光耦U2的第四端口经第十六电阻R16连接于第二晶闸管SC2的控制端，第二隔离光耦U2的第六端口连接于第二晶闸管SC2的第二端口，当第四信号接收端子接收到高电平信号时，控制第二晶闸管SC2的开关端口闭合，发热体两端为低压电平发热体不发热用于检测发热体电路的输出信号。

可以理解的是，本发明实施例中的信号接收端子也可以连接于隔离光耦的第二端口，隔离光口的第一端口连接至低压供电电源，此时信号接收端子接收到低压信号时，由隔离光耦控制的晶闸管处于导通状态。

进一步的，本发明又一实施例提供的信号检测电路包括第二信号检测端子、第三信号检测端子和第十一电阻R11，所述第二信号检测端子与所述第四对外接口端子的一个内接端口连接，并经第十一电阻R11接地，所述第三信号检测端子与所述第四对外接口端子的另一内接端口连接，当所述发热体处于低压供电回路时，获取第二信号检测端子和第三信号检测端子的电压信号。需要说明的是本发明实施例的第十一电阻R11可以连接于第三接口端子与第四接口端子之间，并经由第三接口端子和第十一电阻R11接地，也可以其一端连接于第四对外接口端子的一个内接端口，另一端直接接地，对此本发明不做限定。

当所述第二晶闸管SC2闭合时，通过检测第十一电阻R11的分压值，和第十一电阻R11和发热体的共同分压值计算出发热体的阻值，并根据预设的R-T关系曲线查找发热体当前温度。这里设高压电源的电压值为U_h，第十一电阻R11的分压值为U₁₁，第十一电阻R11和发热体的共同分压值为U₁₁₀，发热体的阻值Rt的计算公式为，Rt＝(U₁₁₀ R11-U₁₁ R11)/U₁₁。

需要说明的是，当发热体的低压供电电压的电压值可知时可以只侧发热体一端的电压值，并通过接地电阻的分压值确定流经发热体的电流，最终计算出发热体的阻值。当发热体的低压供电电压不可知或不稳定时，可以通过测量发热体两端的电压值，并通过接地电阻的分压值确定流经发热体的电流，最终计算发热体的阻值。

本发明实施例还提供了一种热水器，包括上述的一种防冻及防干烧的装置。

本发明实施例还提供了一种利用上述防冻及防干烧控制装置的防冻及防干烧的控制方法，如图5所述，图5示意性的示出了本发明实施例的一种防冻及防干烧的控制方法流程图，当热水器不工作时所述方法包括：

S11、当热水器不工作时获取发热体的温度；

在本发明实施例中，获取发热体的温度具体包括获取所述发热体一端或两端的电压信号；根据所述电压信号计算发热体的电阻值，并根据所述电阻值确定所述发热体的温度。如何根据电压信号最终计算出发热体的温度已在装置权利要求中详细介绍，在此不再赘述。

S12、判断所述发热体的温度是否低于预设的防冻开启温度；

S13、当发热体的温度低于防冻开启温度时，以预设占空比X：Y对发热体进行加热，直至发热体温度升高到预设的防冻限温温度，其中X为发热体一个加热周期中市电供电的供电时长，Y为发热体一个加热周期中的市电断电时长；

S14、在所述发热体的加热周期的Y的持续时长内，控制所述发热体连接于低压供电电压，并获取发热体两端的电压信号；

S15、根据所述电压信号计算所述发热体的当前温度；

S16、根据发热体的当前温度调整市电供电电压的加热参数。

在本发明实施例中，所述根据发热体的当前温度调整市电供电电压的加热参数包括当所述发热体的当前温度达到防冻限温温度时，控制发热体断电。

在本发明实施例中，所述方法还包括所述根据发热体的当前温度调整市电供电电压的加热参数包括：计算所述发热体的当前温度与防冻限温温度的温度差值；根据所述温度差值，采用PID控制算法调整市电供电电压的加热占空比。即当发热体的当前温度与防冻限温温度的差值较大时，提高发热体的加热占空比，控制发热体以高功率进行加热，当发热体的当前温度与防冻限温温度的差值较小时，降低发热体的加热占空比，控制发热体以较低功率进行加热。

进一步的，本发明实施例提供的一种防冻及防干烧的控制方法还包括当热水器加热工作时，获取所述发热体的温度；当所述发热体的温度高于预设的干烧温度时，切断所述热水器的发热执行部件。

本发明提供的一种防冻及防干烧装置、热水器及其控制方法，防冻及防干烧装置发热体、电源切换控制电路、信号检测电路和与电源切换控制电路、信号检测电路连接的控制处理单元；所述电源切换控制电路与所述发热体连接，用于根据控制处理单元输出的控制信号向发热体提供不同电压等级的供电电压，供电电压包括用于对发热体进行加热的市电供电电压和用于提供发热体测试电压的低压供电电压；所述信号检测电路与所述发热体连接，用于在低压供电电压供电周期内检测所述发热体一端或两端的电压信号，并将所述电压信号反馈回所述控制处理单元，以供所述控制处理单元根据所述电压信号计算所述发热体的当前温度，并根据发热体的当前温度调整市电供电电压的加热参数。采用发热体对热水器进行加热，并根据发热体的电阻与温度的对应关系曲线推算出发热体的温度，实现热水器的防冻开启温度和防冻限温温度均可以灵活设定，避免了采用陶瓷体加热防冻保温温度过高造成的能源浪费问题。

另外，本发明提供的一种防冻及防干烧装置、热水器及其控制方法，在热水器工作时，通过判断发热体的温度是否高于预设的干烧温度来对热水器执行防干烧控制，避免了采用热熔断丝进行防干烧控制时，需要进行维修才能重新工作，为用户带来不便的问题。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

最后应说明的是：以上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。

Claims (16)

1.一种防冻及防干烧装置，其特征在于，包括发热体、电源切换控制电路、信号检测电路和与电源切换控制电路、信号检测电路连接的控制处理单元；

所述电源切换控制电路与所述发热体连接，用于根据控制处理单元输出的控制信号向发热体提供不同电压等级的供电电压，供电电压包括用于对发热体进行加热的市电供电电压和用于提供发热体测试电压的低压供电电压；

所述信号检测电路与所述发热体连接，用于在低压供电电压供电周期内检测所述发热体一端或两端的电压信号，并将所述电压信号反馈回所述控制处理单元，以供所述控制处理单元根据所述电压信号计算所述发热体的当前温度，并根据发热体的当前温度调整市电供电电压的加热参数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电源切换控制电路包括第一开关元件、第二开关元件、第一对外接口端子和第二对外接口端子，所述第一开关元件和第二开关元件均包括第一开关和第二开关，所述第一对外接口端子的外接端子与市电供电电源连接，所述第二对外接口端子的外接端子与发热体连接；

所述第一开关元件的第一开关、第二开关元件的第一开关、第一对外接口端子和第二对外接口端子串联于同一回路，当所述第一开关元件的第一开关和第二开关元件的第一开关均闭合时形成市电供电回路；

所述第一开关元件的第二开关、第二开关元件的第二开关、第二对外接口端子串联后一端接地，一端连接至低压供电电源，当所述第一开关元件的第二开关和第二开关元件的第二开关均闭合时形成低压供电回路。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电源切换控制电路包括第三开关元件、第四开关元件、第三对外接口端子以及第四对外接口端子，所述第三对外接口端子的外接端口与市电供电电源连接，所述第四对外接口端子的外接端口与发热体连接；

所述第三开关元件的开关端口、第三对外接口端子和第四对外接口端子串联于同一回路，当所述第三开关元件的开关端口闭合时，所述发热体与高压供电电源串联形成市电供电回路；

所述第四开关元件的开关端口、第三对外接口端子和第四对外接口端子、分压电路串联于同一回路，当所述第四开关元件的开关端口闭合时，所述发热体由经过分压电路分压后的电压供电形成低压供电回路。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述电源切换控制电路还包括与每个开关元件对应的开关控制电路，每个所述开关控制电路均包括一个信号接收端子，所述信号接收端子用于接收控制处理单元的控制信号，并根据所述控制处理单元的控制信号改变开关元件的开关状态。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一开关元件为第一继电器，所述第二开关元件为第二继电器，所述第一继电器、第二继电器的第一端口和第五端口构成第一开关，第一端口和第四端口构成第二开关，控制端口与对应的开关控制电路连接；

所述第一继电器的第一端口与第二对外接口端子的一个内接端口相连，所述第二对外接口端子的另一内接端口与所述第二继电器的第一端口相连，所述第二继电器的第五端口与所述第一对外接口端子的一个内接端口相连，所述第一对外接口端子的另一内接端口与所述第一继电器的第五端口相连，当所述第一继电器和第二继电器均为第一端口与第五端口闭合时形成市电供电回路，当所述第一继电器和第二继电器的均为第一端口与第四端口闭合时形成低压供电回路。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述开关控制电路包括三极管，所述三极管的基极与信号接收端子连接，三极管的发射极接地，三极管的集电极与继电器的控制端口的一端连接，所述继电器的控制端口的另一端连接于低压供电电源；当所述信号接收端子接收到高电平信号时，三极管导通，继电器的控制端口得电，第一开关闭合，当信号接收端子接收到低电平信号时，三极管关断，继电器的控制端口断电，第二开关闭合。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信号检测电路包括第一信号检测端子和第十电阻，所述第一信号检测端子连接于所述第一继电器的第四端口，所述第十电阻的一端连接于所述第一继电器的第四端口，所述第十电阻的另一端接地，当所述发热体处于低压供电回路时，获取第一信号检测端子的电压信号。

8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第三开关元件为第一晶闸管，所述第四开关元件为第二晶闸管，

所述第一晶闸管的第一端口与第四对外接口端子的一个内接端口连接，第四对外接口端子的另一内接端口与第三对外接口端子的一个内接端口连接，第三对外接口端子的另一内接端口与所述第一晶闸管的第二端口连接，当所述第一晶闸管单独闭合时，发热体与高压供电电源串联形成市电供电回路；

所述第二晶闸管的第二端口经分压电路与第一晶闸管的第二端口连接，所述第二晶闸管的第一端口与第一晶闸管的第一端口连接，当第二晶闸管单独闭合时，发热体由经过分压后的电压供电形成低压供电回路。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述开关控制电路包括隔离光耦；

所述隔离光耦的第一端口连接于信号接收端子，所述隔离光耦的第二端口接地，所述隔离光耦的第四端口连接于所述晶闸管的控制端，隔离光耦的第六端口连接于闸管的第二端口，当所述信号接收端子接收到高电平信号时，控制晶闸管的开关端口闭合。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信号检测电路包括第二信号检测端子、第三信号检测端子和第十一电阻，

所述第二信号检测端子与所述第四对外接口端子的一个内接端口连接，并经第十一电阻接地，所述第三信号检测端子与所述第四对外接口端子的另一内接端口连接，当所述发热体处于低压供电回路时，获取第二信号检测端子和第三信号检测端子的电压信号。

11.根据权利要求1-10任一项所述的装置，其特征在于，还包括电压转换模块，用于将市电供电电源转换成低压供电电源。

12.一种热水器，其特征在于，包括如权利要求1-11所述的防冻及防干烧装置。

13.一种防冻及防干烧的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

当热水器不工作时获取发热体的温度；

判断所述发热体的温度是否低于预设的防冻开启温度；

当发热体的温度低于防冻开启温度时，以预设占空比X：Y对发热体进行加热，直至发热体温度升高到预设的防冻限温温度，其中X为发热体一个加热周期中市电供电的供电时长，Y为发热体一个加热周期中的市电断电时长；

在所述发热体的加热周期的Y的持续时长内，控制所述发热体连接于低压供电电压，并获取发热体两端的电压信号；

根据所述电压信号计算所述发热体的当前温度；

根据发热体的当前温度调整市电供电电压的加热参数。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述根据发热体的当前温度调整市电供电电压的加热参数包括：

计算所述发热体的当前温度与防冻限温温度的温度差值；

根据所述温度差值，采用PID控制算法调整市电供电电压的加热占空比。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当热水器加热工作时，获取所述发热体的温度；

当所述发热体的温度高于预设的干烧温度时，切断所述热水器的发热执行部件。

16.根据权利要求13或15所述的方法，其特征在于，获取发热体的温度包括：

获取所述发热体一端或两端的电压信号；

根据所述电压信号计算发热体的电阻值，并根据所述电阻值确定所述发热体的温度。

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