CN115494894B - 一种电热组件的温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电热组件的温度控制方法，包括检测电热组件的表面温度t，根据电热组件的表面温度t和目标温度Tx获得电热组件的目标电压Vx；根据目标电压Vx和电热组件的额定工作电压Vn计算100个半波数内的导通半波数Non和截止半波数Noff；将细分周期S1～Sb的导通半波数设为a+1个，将细分周期Sb+1～S10中的导通半波数设为a个，其中以及按照设定的导通半波数和截止半波数，以先导通后截止的方式在细分周期S1，S2，……S10内控制电热组件的导通和切断。本发明的优点在于：采用“导通‑切断”重复执行的控制方式，避免谐波干扰的同时避免了可能因超调导致的过热。
Description
技术领域
本发明涉及电热领域，具体而言，涉及一种电热组件的温度控制方法。
背景技术
随着生活水平的提高，用户对电热产品的性能及品质要求越来越高，在电热应用中，电热组件的温度控制方法对发热体的温度性能及其工作寿命至关重要。
现有的电热组件的通常通过控制电子开关的通断实现对发热体的温度控制。这类控制方法主要有两种技术方案：第一种现有技术方案是移相触发调整可控硅电子开关的导通角：移相触发就是改变每周波导通的起始点位置或结束位置，从而调节其输出功率或电压，实际上是通过控制可控硅的导通角大小来控制可控硅的导通量，例如：如图1所示，220V市电的频率是50HZ，周期就是20ms，上下半波各占10ms，所以我们想对交流电进行控制的话，在交流电每次过零点的时候，在0-10ms之间内做个延时，当希望电热组件以50％的功率输出时，在交流每次过零点后延时5ms，5ms后触发可控硅的导通，改变延时时间的长短即可改变电热组件输出功率的大小，从而调整电热组件的温度。这种控制方法的缺点在于：可控硅电子开关通断时，其切换为导通的时刻不是交流市电正弦波的过零时刻，这将导致电网电压的波形发生畸变，以及产生对周围用电设备严重的谐波干扰。
另一种现有技术方案是过零触发调整可控硅的导通周波数，过零触发顾名思义就是过零点时候触发可控硅电子开关导通或切断，交流电因为有正负半周，在正半周到负半周或者由负半周到正半周过程时候都要经过零点，在一定的时间内改变导通周波数来改变可控硅的输出平均功率，实现调节负载功率效果。如图2所示，在一个包含50个周波数(100个半波数)的调整周期内，当希望电热组件以75％的功率输出时，电子开关在前75个半波数内持续导通而在后25个半波数内持续切断，从而实现75％的功率输出。这种类似于PWM信号调节电机输出，在一定时间内导通次数越多平均输出功率也就越大。此方案避免了移相调整方案的谐波干扰，其局限性体现在：由于温度的变化是一个渐变的过程，所以温度传感器检测到的温度相对于发热组件内温度提升的速度会有所延迟。因此，在一个调整周期内，电子开关是先持续导通，然后持续断开，对于热惯性小的发热体，一方面容易导致发热体功率过载而影响其工作寿命，另一方面容易出现温度过冲(超调)影响用户体验。
综上所述，本领域需要提供一种电热组件的温度控制方法，其能够克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明提供了一种电热组件的温度控制方法，其能够解决现有技术存在的问题。本发明的目的通过以下技术方案得以实现。
本发明的一个实施方式提供了一种电热组件的温度控制方法，其包括多个步骤：
步骤1：将具有100个半波数的电热组件的调整周期依次划分为10个细分周期S1，S2，……S10，每个细分周期的半波数为10；
步骤2：检测电热组件的表面温度t，根据电热组件的表面温度t和目标温度Tx获得电热组件的目标电压Vx；
步骤3：根据目标电压Vx和电热组件的额定工作电压Vn计算100个半波数内的导通半波数Non和截止半波数Noff，其中Non+Noff＝100，
步骤4：将细分周期S1～Sb的导通半波数设为a+1个，将细分周期S1～Sb中的截止半波数设为10-(a+1)个，将细分周期Sb+1～S10中的导通半波数设为a个，将细分周期Sb+1～S10中的截止半波数设为10-a个，其中以及
步骤5：按照设定的导通半波数和截止半波数，以先导通后截止的方式在细分周期S1，S2，……S10内控制电热组件的导通和切断，然后再次执行步骤2。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，其中步骤2：检测电热组件的表面温度t，根据电热组件的表面温度t和目标温度Tx获得电热组件的目标电压Vx包括下列步骤：
步骤21：检测电热组件的表面温度t；
步骤22：判断电热组件的表面温度t是否高于保护温度，若“是”，控制电热组件停止加热，然后处理结束；若“否”，执行步骤23；以及
步骤23：根据电热组件的表面温度t和目标温度Tx获得电热组件的目标电压Vx。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，其中步骤22：判断电热组件的表面温度t是否高于保护温度包括下列步骤：
步骤221：判断电热组件的表面温度t是否高于第一保护温度T1，若“是”，执行步骤222；若“否”，执行步骤223；
步骤222：切断温度保护开关，然后处理结束；
步骤223：判断电热组件的表面温度t是否高于第二保护温度T2，若“是”，执行步骤224；若“否”，执行步骤23；以及
步骤224：通过软件停止向电热组件的发热单元供电，然后处理结束。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，其中第一保护温度T1高于第二保护温度T2，第一保护温度T1高于第二保护温度T2均高于电热组件的最高正常工作温度。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，其中电热组件的表面温度t和目标温度Tx与电热组件的目标电压Vx的对应关系通过实现标定获得，目标温度Tx高于电热组件的表面温度t的度数越高，目标电压Vx越接近额定工作电压Vn。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，其中电热组件包括发热单元、温度检测单元、控制器、电子开关、温度保护开关和电源，电源通过电子开关和温度保护开关与发热单元电连接，温度检测单元和控制器分别与电源电连接，温度检测单元和控制器电连接，温度检测单元和温度保护开关设置在温发热单元的表面。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，其中温度检测单元为使用负温度系数热敏电阻的温度传感器。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，其中温度保护开关为常闭温度开关，温度保护开关能够检测温度，温度保护开关在检测到温度超过第一保护温度T1时自动断开。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，其中电子开关为可控硅电子开关。
根据本发明实施方式的电热组件的温度控制方法的优点在于：通过将一个调整周期划分多个细分周期，使电热组件以“导通-切断-导通-切断…”重复执行的方式工作，避免了在一个调整周期内电热组件持续导通的时间过长，同时电子开关的导通和切断均以过零触发的方式进行切换，能够避免了超调导致的过热的同事避免谐波干扰；具有软件和硬件双重保护，在加热组件温度过高时自动切断供电，防止过热造成的损害。
附图说明
通过参照以下附图对本发明非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1示出了一种移相触发调整可控硅电子开关的导通角的发热体控制方法的波形示意图。
图2示出了一种过零触发调整可控硅的导通周波数的发热体控制方法的波形示意图。
图3示出了根据本发明一个实施方式的电热组件的温度控制方法的流程图。
图4示出了当目标温度和环境温度对应的输出功率为77％时，如图3示出了根据本发明一个实施方式的电热组件的温度控制方法的波形示意图。
图5示出了如图3示出了根据本发明一个实施方式的电热组件的示意图。
标号和部件名称：100-发热单元，200-温度检测单元，300-控制器，400电子开关，500-温度保护开关，600-电源。
具体实施方式
下面结合附图和实施例说明本发明的具体实施方式，通过本说明书记载的内容，本领域技术人员可以清楚完整地了解本发明的技术方案、解决的技术问题以及所产生的技术效果。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
需要说明的是，说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等，仅用于配合说明书所记载的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。
所引用的如“第一”、“第二”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本发明所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排它的包含；例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备并不是限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备所固有的其它步骤或单元。本发明所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非仅限定于物理的或者机械的连接，而是还可以包括直接或间接的电气连接。
图3示出了根据本发明一个实施方式的电热组件的温度控制方法的流程图。如图3所示，电热组件的温度控制方法包括多个步骤：
步骤1：将具有100个半波数的电热组件的调整周期依次划分为10个细分周期S1，S2，……S10，每个细分周期的半波数为10；
步骤2：检测电热组件的表面温度t，根据电热组件的表面温度t和目标温度Tx获得电热组件的目标电压Vx；
步骤3：根据目标电压Vx和电热组件的额定工作电压Vn计算100个半波数内的导通半波数Non和截止半波数Noff，其中Non+Noff＝100，
步骤4：将细分周期S1～Sb的导通半波数设为a+1个，将细分周期S1～Sb中的截止半波数设为10-(a+1)个，将细分周期Sb+1～S10中的导通半波数设为a个，将细分周期Sb+1～S10中的截止半波数设为10-a个，其中以及
步骤5：按照设定的导通半波数和截止半波数，以先导通后截止的方式在细分周期S1，S2，……S10内控制电热组件的导通和切断，然后再次执行步骤2。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，其中步骤2：检测电热组件的表面温度t，根据电热组件的表面温度t和目标温度Tx获得电热组件的目标电压Vx包括下列步骤：
步骤21：检测电热组件的表面温度t；
步骤22：判断电热组件的表面温度t是否高于保护温度，若“是”，控制电热组件停止加热，然后处理结束；若“否”，执行步骤23；以及
步骤23：根据电热组件的表面温度t和目标温度Tx获得电热组件的目标电压Vx。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，其中步骤22：判断电热组件的表面温度t是否高于保护温度包括下列步骤：
步骤221：判断电热组件的表面温度t是否高于第一保护温度T1，若“是”，执行步骤222；若“否”，执行步骤223；
步骤222：切断温度保护开关，然后处理结束；
步骤223：判断电热组件的表面温度t是否高于第二保护温度T2，若“是”，执行步骤224；若“否”，执行步骤23；以及
步骤224：通过软件停止向电热组件的发热单元供电，然后处理结束。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，其中第一保护温度T1高于第二保护温度T2，第一保护温度T1高于第二保护温度T2均高于电热组件的最高正常工作温度，例如：第一保护温度T1定义为电热组件最高正常工作温度Tn的102％，第二保护温度T2定义为电热组件最高正常工作温度Tn的110％。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，其中电热组件的表面温度t和目标温度Tx与电热组件的目标电压Vx的对应关系通过实现标定获得，目标温度Tx高于电热组件的表面温度t的度数越高，目标电压Vx越接近额定工作电压Vn。
图4示出了当目标温度和环境温度对应的输出功率为77％时，如图3示出了根据本发明一个实施方式的电热组件的温度控制方法的波形示意图。如图4所示，以100个半波数为一个调整周期Ts＝20ms x 100＝2S，电热组件的额定工作电压Vn＝220v；检测电热组件的表面温度t＝28摄氏度，根据电热组件的表面温度t和目标温度Tx＝40摄氏度查表获得电热组件的目标电压Vx＝170v；计算Ts时间内需要导通的周波数Non与截止的周波数Noff，其中：Noff＝100-Non＝100-77＝23；令即a＝7,b＝7,c＝2,d＝3；将Ts细分成10个小段S1，S2，……,S10,则S1～Sb的7个小段内，需要导通的周波数为a+1＝8，需要截止的周波数为10－8＝2；Sb+1～S10的3个小段，需要导通的周波数为a＝7,需要截止的周波数为10－7＝3；总计在Ts周期内导通的周波数为：b×(a+1)+d×a＝7×8+3×7＝77,截止的周波数为100-77＝33；在Ts周期的各个细分小段Sn(n＝1,2,……,10)内，按照“通－断－通－断－通…”的方式控制加载在电热组件的导通和切断；当前Ts周期控制执行完成后，进入下一个周期，根据再次检测获得的电热组件的表面温度t持续对电热组件进行控制。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，可以理解的是上述实施例中的调整周期、表面温度、目标温度、工作电压和目标电压的数值均为示例性地，在实际应用中上述数值可以根据使用场景和/或设备性能因素等设置为任何能够使电热组件正常工作的数值。
图5示出了如图3示出了根据本发明一个实施方式的电热组件的示意图。如图5所示，电热组件包括发热单元100、温度检测单元200、控制器300、电子开关400、温度保护开关500和电源600，电源600通过电子开关400和温度保护开关500与发热单元100电连接，温度检测单元200和控制器300分别与电源600电连接，温度检测单元200和控制器300电连接，温度检测单元200和温度保护开关500设置在温发热单元100的表面。图5中虚线表示温度检测单元200和温度保护开关500与发热单元100接触并设置在发热单元100外表面。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，其中温度检测单元200为使用负温度系数热敏电阻(NTC，Negative Temperature Coefficient)的温度传感器。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，其中温度保护开关500为常闭温度开关，温度保护开关500能够检测温度且温度保护开关500在正常工作时处于闭合状态，温度保护开关500在检测到温度超过第一保护温度T1时自动断开。
根据本发明的上述一个实施方式提供的电热组件的温度控制方法，其中电子开关400为可控硅电子开关。
根据本发明实施方式的电热组件的温度控制方法的优点在于：通过将一个调整周期划分多个细分周期，使电热组件以“导通-切断-导通-切断…”重复执行的方式工作，避免了在一个调整周期内电热组件持续导通的时间过长，同时电子开关的导通和切断均以过零触发的方式进行切换，能够避免了超调导致的过热的同事避免谐波干扰；具有软件和硬件双重保护，在加热组件温度过高时自动切断供电，防止过热造成的损害。
尽管已参考本发明的特定实施例描述并说明了本发明，但这些描述和说明并不是用于限制本发明。所属领域的技术人员可清楚地理解，可进行各种改变，且可在实施例内替代等效元件而不脱离如由权利要求限定的本发明的保护范围。归因于制造过程中的变量等等，本发明中的技术再现与实际设备之间可能存在区别。可存在未特定说明的本发明的其它实施例。应将说明书和图示视为说明性的，而非限制性的，可根据本发明的目的和精神做出修改，所有这些修改都在权利要求的保护范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，在不脱离本发明的启示的情况下，可重新组合、细分或排列这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并不限制本发明。
Claims (9)
1.一种电热组件的温度控制方法，其特征在于，其包括多个步骤：
步骤1：将具有100个半波数的电热组件的调整周期依次划分为10个细分周期S1，S2，……S10，每个细分周期的半波数为10；
步骤2：检测电热组件的表面温度t，根据电热组件的表面温度t和目标温度Tx获得电热组件的目标电压Vx；
步骤3：根据目标电压Vx和电热组件的额定工作电压Vn计算100个半波数内的导通半波数Non和截止半波数Noff，其中Non+Noff＝100，
步骤4：将细分周期S1～Sb的导通半波数设为a+1个，将细分周期S1～Sb中的截止半波数设为10-(a+1)个，将细分周期Sb+1～S10中的导通半波数设为a个，将细分周期Sb+1～S10中的截止半波数设为10-a个，其中以及
步骤5：按照设定的导通半波数和截止半波数，以先导通后截止的方式在细分周期S1，S2，……S10内控制电热组件的导通和切断，然后再次执行步骤2。
2.根据权利要求1所述的电热组件的温度控制方法，其特征在于，步骤2：检测电热组件的表面温度t，根据电热组件的表面温度t和目标温度Tx获得电热组件的目标电压Vx包括下列步骤：
步骤21：检测电热组件的表面温度t；
步骤22：判断电热组件的表面温度t是否高于保护温度，若“是”，控制电热组件停止加热，然后处理结束；若“否”，执行步骤23；以及
步骤23：根据电热组件的表面温度t和目标温度Tx获得电热组件的目标电压Vx。
3.根据权利要求2所述的电热组件的温度控制方法，其特征在于，步骤22：判断电热组件的表面温度t是否高于保护温度包括下列步骤：
步骤221：判断电热组件的表面温度t是否高于第一保护温度T1，若“是”，执行步骤222；若“否”，执行步骤223；
步骤222：切断温度保护开关，然后处理结束；
步骤223：判断电热组件的表面温度t是否高于第二保护温度T2，若“是”，执行步骤224；若“否”，执行步骤23；以及
步骤224：通过软件停止向电热组件的发热单元供电，然后处理结束。
4.根据权利要求3所述的电热组件的温度控制方法，其特征在于，第一保护温度T1高于第二保护温度T2，第一保护温度T1高于第二保护温度T2均高于电热组件的最高正常工作温度。
5.根据权利要求4所述的电热组件的温度控制方法，其特征在于，电热组件的表面温度t和目标温度Tx与电热组件的目标电压Vx的对应关系通过实现标定获得，目标温度Tx高于电热组件的表面温度t的度数越高，目标电压Vx越接近额定工作电压Vn。
6.根据权利要求1至权利要求5中任一所述的电热组件的温度控制方法，其特征在于，电热组件包括发热单元、温度检测单元、控制器、电子开关、温度保护开关和电源，电源通过电子开关和温度保护开关与发热单元电连接，温度检测单元和控制器分别与电源电连接，温度检测单元和控制器电连接，温度检测单元和温度保护开关设置在温发热单元的表面。
7.根据权利要求6所述的电热组件的温度控制方法，其特征在于，温度检测单元为使用负温度系数热敏电阻的温度传感器。
8.根据权利要求7所述的电热组件的温度控制方法，其特征在于，温度保护开关为常闭温度开关，温度保护开关能够检测温度，温度保护开关在检测到温度超过第一保护温度T1时自动断开。
9.根据权利要求6所述的电热组件的温度控制方法，其特征在于，电子开关为可控硅电子开关。
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