CN115397047A - 一种ptc加热电路及加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种PTC加热电路及加热方法，该电路包括：第一级开关电路的第一端与外部交流电源的L相线连接，第一级开关电路的第二端与第二级开关电路的第一端连接，第一级开关电路的第三端与外部直流电源连接，第一级开关电路的第四端与外部控制器连接，第一级开关电路包括继电器；第二级开关电路的第二端与PTC加热器的第一端连接，第二级开关电路的第三端与外部直流电源连接，第二级开关电路的第四端与外部控制器连接；PTC加热器的第二端与外部交流电源的N相线连接。通过实施本发明避免了继电器直接遭受到陶瓷PTC加热器第一次开启时候的大电流冲击，从而无需考虑加大继电器型号，避免了造成的成本上升。

Description

一种PTC加热电路及加热方法

技术领域

本发明涉及电子器件技术领域，具体涉及一种PTC加热电路及加热方法。

背景技术

PTC加热器是一种采用PTC陶瓷发热元件与铝管组成的器件，目前在暖风机、浴霸等加热电器中应用广泛。PTC加热器的特点是在冷态的时候内阻比较小，刚启动的时候电流很大，从而导致加热电器的启动功率很大。例如，部分装有PTC加热器的电器的标称加热功率是2KW，而当PTC加热器在冷态下启动，该电器的启动功率可能会达到3KW甚至更大。在这种情况下，当使用继电器直接驱动陶瓷PTC加热器时，继电器的容量选型需要达到额定值的两倍，从而导致继电器成本的上升。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中PTC加热电路中继电器成本高的缺陷，从而提供一种PTC加热电路及加热方法。

本发明提出的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种PTC加热电路，包括：第一级开关电路、第二级开关电路及PTC加热器，其中，所述第一级开关电路的第一端与外部交流电源的L相线连接，所述第一级开关电路的第二端与所述第二级开关电路的第一端连接，所述第一级开关电路的第三端与外部直流电源连接，所述第一级开关电路的第四端与外部控制器连接，所述第一级开关电路包括继电器；所述第二级开关电路的第二端与所述PTC加热器的第一端连接，所述第二级开关电路的第三端与外部直流电源连接，所述第二级开关电路的第四端与外部控制器连接；所述PTC加热器的第二端与外部交流电源的N相线连接。

可选地，所述继电器线圈的第一端与外部直流电源连接，所述继电器线圈的第二端与外部控制器连接，所述继电器常开开关的第一端与外部交流电源的L相线连接，所述继电器常开开关的第二端与所述第二级开关电路的第一端连接。

可选地，所述第一级开关电路，还包括：二极管，所述二极管的阴极与所述继电器线圈的第一端连接，所述二极管的阳极与所述继电器线圈的第二端连接。

可选地，所述第二级开关电路，包括：可控硅、可控硅保护电路及可控硅门极驱动电路，其中，所述可控硅的第一端与所述可控硅保护电路的第一端连接，所述可控硅的第二端分别与所述可控硅保护电路的第二端及所述可控硅门极驱动电路的第三端连接，所述可控硅的第三端与所述可控硅门极驱动电路的第四端连接；所述可控硅门极驱动电路的第一端与外部直流电源连接，所述可控硅门极驱动电路的第二端与外部控制器连接。

可选地，所述可控硅保护电路，包括：第一电阻及第一电容，其中，所述第一电容的第一端与所述可控硅的第一端连接，所述第一电容的第二端通过所述第一电阻与所述可控硅的第二端连接。

可选地，所述可控硅门极驱动电路，包括：光电耦合器、第二电阻及第三电阻，其中，所述光电耦合器的第一端与外部直流电源连接，所述光电耦合器的第二端通过所述第三电阻与外部控制器连接，所述光电耦合器的第三端通过所述第二电阻与所述可控硅的第二端连接，所述光电耦合器的第四端与所述可控硅的第三端连接。

可选地，PTC加热电路，还包括控制器，所述控制器还分别与所述光电耦合器的第二端及所述继电器线圈的第二端连接。

第二方面，本发明实施例提供一种PTC加热方法，基于本发明实施例第一方面所述的PTC加热电路，所述PTC加热方法，包括：获取用户需求；当用户需求为开启风暖浴霸时，发送低电平信号驱动第一级开关电路开通，并在第一预设时间后，发送低电平信号驱动第二级开关电路开通；当用户需求为关闭风暖浴霸时，发送高电平信号驱动第二级开关电路关断，并在第二预设时间后，发送高电平信号驱动第一级开关电路关断。

可选地，在执行发送低电平信号驱动第一级开关电路开通步骤之前，还包括：判断PTC加热器是否为冷态启动。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的一种PTC加热电路，包括：第一级开关电路、第二级开关电路及PTC加热器，其中，第一级开关电路的第一端与外部交流电源的L相线连接，第一级开关电路的第二端与第二级开关电路的第一端连接，第一级开关电路的第三端与外部直流电源连接，第一级开关电路的第四端与外部控制器连接，第一级开关电路包括继电器；第二级开关电路的第二端与PTC加热器的第一端连接，第二级开关电路的第三端与外部直流电源连接，第二级开关电路的第四端与外部控制器连接；PTC加热器的第二端与外部交流电源的N相线连接。使用两级开关电路控制PTC加热器工作，让包括继电器的第一级开关电路的开通和关断动作在没有电流回路的环境下，让继电器低负荷开关，避免了继电器直接遭受到陶瓷PTC加热器第一次开启时候的大电流冲击，从而无需考虑加大继电器型号，避免了造成的成本上升。

本发明提供的一种PTC加热方法，包括：获取用户需求；当用户需求为开启风暖浴霸时，发送低电平信号驱动第一级开关电路开通，并在第一预设时间后，发送低电平信号驱动第二级开关电路开通；当用户需求为关闭风暖浴霸时，发送高电平信号驱动第二级开关电路关断，并在第二预设时间后，发送高电平信号驱动第一级开关电路关断。通过控制开关电路动作时序，让包括继电器的第一级开关电路的开通和关断动作在没有电流回路的环境下，让继电器低负荷开关，避免了继电器直接遭受到陶瓷PTC加热器第一次开启时候的大电流冲击，从而无需考虑加大继电器型号，避免了造成的成本上升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明实施例中PTC加热电路的一个具体示例的原理框图；

图2为本发明实施例中一个具体示例PTC加热电路图；

图3为本发明实施例中PTC加热方法的一个具体示例的流程图。

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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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。

由于陶瓷PTC加热器的特性决定，当风暖浴霸第一次开启风暖功能的时候，陶瓷PTC加热器的开启30S时间内，其PTC加热器功率通常会达到额定功率的两倍。当使用继电器直接驱动陶瓷PTC加热器时，继电器的容量选型需要达到额定值的两倍，大大导致继电器成本的上升。为此本发明实施例提供一种PTC加热电路，应用在暖浴霸控制系统，以降低继电器成本。

如图1所示，上述PTC加热电路包括：第一级开关电路、第二级开关电路及PTC加热器，其中，第一级开关电路的第一端与外部交流电源的L相线连接，第一级开关电路的第二端与第二级开关电路的第一端连接，第一级开关电路的第三端与外部直流电源连接，第一级开关电路的第四端与外部控制器连接，第一级开关电路包括继电器；第二级开关电路的第二端与PTC加热器的第一端连接，第二级开关电路的第三端与外部直流电源连接，第二级开关电路的第四端与外部控制器连接；PTC加热器的第二端与外部交流电源的N相线连接。其中，继电器在图1中未示出。

在一具体实施例中，使用两级开关电路控制PTC加热器工作。包括继电器的第一级开关电路安装在前方靠近市电220VAC/50HZ端，第二级开关电路安装在后端靠近PTC加热器端。当用户需要使用浴霸风暖功能时，外部控制器发送控制信号驱动第一级开关电路开通，第一预设时间后，外部控制器发送控制信号驱动第二级开关电路开通。当用户不需要使用浴霸风暖功能时，外部控制器发送控制信号驱动第二级开关电路关断，第二预设时间后，外部控制器发送控制信号驱动第一级开关电路关断。在本发明实施例中，第一预设时间、第二预设时间根据实际情况确定。

通过控制开关电路动作时序，让包括继电器的第一级开关电路的开通和关断动作在没有电流回路的环境下，让继电器低负荷开关，避免了继电器直接遭受到陶瓷PTC加热器第一次开启时候的大电流冲击，大大的延长了继电器的使用寿命。另外，不需要考虑加大继电器型号造成的成本上升。

在一实施例中，如图2所示，RY1为继电器符号。继电器RY1线圈的第一端与外部直流电源连接，继电器RY1线圈的第二端与外部控制器连接，继电器RY1常开开关的第一端与外部交流电源的L相线连接，继电器RY1常开开关的第二端与第二级开关电路的第一端连接。

在一具体实施例中，第一级开关电路，还包括：二极管D1，二极管D1的阴极与继电器RY1线圈的第一端连接，二极管D1的阳极与继电器RY1线圈的第二端连接。

在本发明实施例中，风暖浴霸控制系统使用220VAC/50HZ供电，陶瓷PTC加热器最大可达到3000W。当给陶瓷PTC加热器供电时，陶瓷PTC加热器发热，风暖浴霸产生热源。外部+12V直流电源为继电器RY1线圈回路供电。D1为继电器保护二极管，用于保护继电器RY1。IO1为风暖浴霸控制系统MCU单元的信号代号，通过MCU单元控制IO1的电平信号实现继电器RY1开通和关断。

在一实施例中，第二级开关电路，包括：可控硅Q1、可控硅保护电路及可控硅门极驱动电路，其中，可控硅Q1的第一端与可控硅保护电路的第一端连接，可控硅Q1的第二端分别与可控硅保护电路的第二端及可控硅门极驱动电路的第三端连接，可控硅Q1的第三端与可控硅门极驱动电路的第四端连接；可控硅门极驱动电路的第一端与外部直流电源连接，可控硅门极驱动电路的第二端与外部控制器连接。

在一具体实施例中，如图2所示，可控硅保护电路，包括：第一电阻R1及第一电容CX1，其中，第一电容CX1的第一端与可控硅Q1的第一端连接，第一电容CX1的第二端通过第一电阻R1与可控硅Q1的第二端连接。

可控硅门极驱动电路，包括：光电耦合器U1、第二电阻R2及第三电阻R3，其中，光电耦合器U1的第一端与外部直流电源连接，光电耦合器U1的第二端通过第三电阻R3与外部控制器连接，光电耦合器U1的第三端通过第二电阻R2与可控硅Q1的第二端连接，光电耦合器U1的第四端与可控硅Q1的第三端连接。

在本发明实施例中，外部+5V直流电源为光电耦合器U1供电。IO2为风暖浴霸控制系统MCU单元的信号代号，通过MCU单元控制IO2的电平信号实现可控硅门极驱动电路导通和截止，进而利用可控硅门极驱动电路驱动可控硅Q1开通和关断。当继电器RY1和可控硅Q1同时处于开通状态时候，陶瓷PTC加热器处于工作状态，产生热源。

具体地，当通过MCU单元控制IO1的低电平信号实现继电器RY1开通500ms后，再通过MCU单元控制IO2的低电平信号实现可控硅Q1开通。当通过MCU单元控制IO2的高电平信号实现可控硅Q1关断500ms后，再通过MCU单元控制IO1的高电平信号实现继电器RY1关断。让继电器RY1的开通和关断动作在没有电流回路的环境下，让继电器RY1低负荷开关，避免了继电器RY1直接遭受到陶瓷PTC加热器第一次开启时候的大电流冲击，大大的延长了继电器RY1的使用寿命。另外，不需要考虑加大继电器型号造成的成本上升。通过控制继电器RY1和可控硅Q1开关顺序来实现对继电器RY1的保护，从而实现继电器RY1选型的经济性和寿命的可靠性。

在一实施例中，使用一级继电器RY1和一级可控硅Q1串联的两级开关方案来控制浴霸内陶瓷PTC加热器的控制，继电器RY1安装在前方靠近市电220VAC/50HZ端，可控硅Q1安装在后端靠近陶瓷PTC加热器端，当用户需要使用浴霸风暖功能，风暖浴霸控制系统需要同时动作前后的继电器RY1和可控硅Q1共同来实现陶瓷PTC加热器的工作，避免由于单个开关的硬件失效短路或者单个开关的误动作造成的风暖浴霸控制系统故障出现。

在一实施例中，继电器RY1安装在前方靠近市电220VAC/50HZ端，可控硅Q1安装在后端靠近陶瓷PTC负载端，在用户不使用浴霸风暖功能期间，由于继电器RY1关断的原因，使可控硅Q1一直处于不通电的状态，避免可控硅Q1长期遭受到市电电网冲击，从而加长可控硅Q1的使用寿命，进而使陶瓷PTC加热器的控制方案有更长的使用寿命。

在一实施例中，PTC加热电路，还包括控制器，控制器还分别与光电耦合器的第二端及继电器线圈的第二端连接。

在一具体实施例中，控制器为MCU单元。MCU单元利用输出的IO1的电平信号实现继电器RY1开通和关断。MCU单元利用输出的IO2的电平信号实现可控硅门极驱动电路导通和截止，进而利用可控硅门极驱动电路驱动可控硅Q1开通和关断。

本发明实施例还提供一种PTC加热方法，基于上述PTC加热电路，PTC加热方法，如图3所示，包括如下步骤：

步骤S1：获取用户需求。

在一具体实施例中，用户需求包括开启风暖浴霸以及关闭风暖浴霸。

步骤S2：当用户需求为开启风暖浴霸时，发送低电平信号驱动第一级开关电路开通，并在第一预设时间后，发送低电平信号驱动第二级开关电路开通。

在一具体实施例中，当用户需求为开启风暖浴霸后还需判断PTC加热器是否为冷态启动。若PTC加热器为冷态启动，为避免了继电器直接遭受到陶瓷PTC加热器第一次开启时候的大电流冲击，采用两级开关控制方式启动PTC加热器。

在本发明实施例中，当用户需求为开启风暖浴霸时，通过MCU单元控制IO1的低电平信号实现继电器RY1开通500ms后，再通过MCU单元控制IO2的低电平信号实现可控硅Q1开通。在本发明实施例中，第一预设时间为500ms，仅以此为例，不以此为限。

步骤S3：当用户需求为关闭风暖浴霸时，发送高电平信号驱动第二级开关电路关断，并在第二预设时间后，发送高电平信号驱动第一级开关电路关断。

在一具体实施例中，当用户需求为开启风暖浴霸时，通过MCU单元控制IO2的高电平信号实现可控硅Q1关断500ms后，再通过MCU单元控制IO1的高电平信号实现继电器RY1关断。在本发明实施例中，第二预设时间为500ms，仅以此为例，不以此为限。

让继电器RY1的开通和关断动作在没有电流回路的环境下，让继电器RY1低负荷开关，避免了继电器RY1直接遭受到陶瓷PTC加热器第一次开启时候的大电流冲击，大大的延长了继电器RY1的使用寿命。另外，不需要考虑加大继电器型号造成的成本上升。通过控制继电器RY1和可控硅Q1开关顺序来实现对继电器RY1的保护，从而实现继电器RY1选型的经济性和寿命的可靠性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种PTC加热电路，其特征在于，包括：第一级开关电路、第二级开关电路及PTC加热器，其中，

所述第一级开关电路的第一端与外部交流电源的L相线连接，所述第一级开关电路的第二端与所述第二级开关电路的第一端连接，所述第一级开关电路的第三端与外部直流电源连接，所述第一级开关电路的第四端与外部控制器连接，所述第一级开关电路包括继电器；

所述第二级开关电路的第二端与所述PTC加热器的第一端连接，所述第二级开关电路的第三端与外部直流电源连接，所述第二级开关电路的第四端与外部控制器连接；

所述PTC加热器的第二端与外部交流电源的N相线连接。

2.根据权利要求1所述的PTC加热电路，其特征在于，所述继电器线圈的第一端与外部直流电源连接，所述继电器线圈的第二端与外部控制器连接，所述继电器常开开关的第一端与外部交流电源的L相线连接，所述继电器常开开关的第二端与所述第二级开关电路的第一端连接。

3.根据权利要求2所述的PTC加热电路，其特征在于，所述第一级开关电路，还包括：二极管，所述二极管的阴极与所述继电器线圈的第一端连接，所述二极管的阳极与所述继电器线圈的第二端连接。

4.根据权利要求2所述的PTC加热电路，其特征在于，所述第二级开关电路，包括：可控硅、可控硅保护电路及可控硅门极驱动电路，其中，

所述可控硅的第一端与所述可控硅保护电路的第一端连接，所述可控硅的第二端分别与所述可控硅保护电路的第二端及所述可控硅门极驱动电路的第三端连接，所述可控硅的第三端与所述可控硅门极驱动电路的第四端连接；

所述可控硅门极驱动电路的第一端与外部直流电源连接，所述可控硅门极驱动电路的第二端与外部控制器连接。

5.根据权利要求4所述的PTC加热电路，其特征在于，所述可控硅保护电路，包括：第一电阻及第一电容，其中，

所述第一电容的第一端与所述可控硅的第一端连接，所述第一电容的第二端通过所述第一电阻与所述可控硅的第二端连接。

6.根据权利要求4所述的PTC加热电路，其特征在于，所述可控硅门极驱动电路，包括：光电耦合器、第二电阻及第三电阻，其中，

所述光电耦合器的第一端与外部直流电源连接，所述光电耦合器的第二端通过所述第三电阻与外部控制器连接，所述光电耦合器的第三端通过所述第二电阻与所述可控硅的第二端连接，所述光电耦合器的第四端与所述可控硅的第三端连接。

7.根据权利要求6所述的PTC加热电路，其特征在于，还包括控制器，所述控制器还分别与所述光电耦合器的第二端及所述继电器线圈的第二端连接。

8.一种PTC加热方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的PTC加热电路，所述PTC加热方法，包括：

获取用户需求；

当用户需求为开启风暖浴霸时，发送低电平信号驱动第一级开关电路开通，并在第一预设时间后，发送低电平信号驱动第二级开关电路开通；

当用户需求为关闭风暖浴霸时，发送高电平信号驱动第二级开关电路关断，并在第二预设时间后，发送高电平信号驱动第一级开关电路关断。

9.根据权利要求8所述的PTC加热方法，其特征在于，在执行发送低电平信号驱动第一级开关电路开通步骤之前，还包括：

判断PTC加热器是否为冷态启动。

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