CN1162723A - 加热装置的控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种加热装置的控制装置，包括：与电源相连的负载、通过反转向负载断续通电的开关部分、控制开关部分的反转并使反转状态保持一定时间的反转保持部分、与反转保持部分相连并设置反转保持部分工作电压的电压设置部分、通过电源充电并向反转保持部分放电的充电部分。当充电部分的电压高于电压设置部分的电压时，反转保持部分启动，开关部分反转；当充电部分电压低于一定值时，反转保持部分停止工作，开关部分反转。

Description

加热装置的控制装置
本发明涉及一种加热装置的控制电路，更具体地，涉及适合于例如蒸饭锅、微波炉等烹调器的火力调节的控制电路。
以前，在用电阻型热源、微波、电磁感应等方式加热的加热烹调器中，作为控制火力的装置是例如利用恒定的周期来进行断续通电、可以降低对被加热的平均火力，这是大家熟知的。例如，知道在多谐振荡电路中使用于加热的负载电阻连续通电20秒、之后停止通电20秒、通过重复进行这样的操作就可以把平均输出降到50％。
图14表示的是一般的多谐振荡电路(《电子通信手册》(社)，电子通信学会编)，它的负载的通/非通电的周期主要由两个电容器C1和C2、两个电阻器R1和R2以及两个晶体管Q1和Q2确定。通/非通电周期的时间常数决定于C1×R1和C1×R2。作为其他确定给负荷通电的脉冲周期的方法，知道有利用电压比较器IC和CR时间常数的方法、利用定时器IC和CR时间常数的方法以及适用微机的方法等。
在这种现有装置中多数场合下利用IC和微机，但利用它们成本较高，而且一些国家由于法规的限制很难得到这些产品，因此希望即使避免采用这些装置也可实现向负载的断续通电控制。另外，图14的电路要求两个电容器，一般说来，电容器不仅价格昂贵，而且每个元件的性能容易产生高达±20％的差别，因此，必须通过减少电容器的使用来提高精度。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种加热装置的控制电路，它不需要采用IC和微机来实现向负载的断续通电，而且为实现向负载的断续通电，仅使用了一个电容器、可提高精度。
因此，在与本发明的第一方面有关的发明中，一种包括与电源连接的负载和设在电源和负载之间、通过反转向负载断续提供电流的开关部分的加热装置的控制装置，其特征在于：包括控制上述开关部分反转并使反转状态保持一定时间的反转保持部分、与该反转保持部分相连并设置反转保持部分工作电压的电压设置部分、用上述电源充电并向上述反转保持部分放电的充电部分，当上述充电部分的电压高于上述电压设置部分的电压时就反转使上述反转保持部分工作的上述开关部分，当上述充电部分的电压低于一定值时就反转使上述反转保持部分的工作停止的上述开关部分。
与本发明的第二方面有关的发明，其特征在于：设置了在充电部分放电时就阻止电流从电源流向上述充电部分、并通过开关部分的反转解除该阻止作用的充电阻止部分。
与本发明的第三方面有关的发明，其特征在于：在充电部分设置了承担充电部分的充电和放电的可变电阻。
与本发明的第四方面有关的发明，其特征在于：在电压设置部分了可变电阻，可以改变反转保持部分的工作开始电压、可以改变负载的通电/非通电时间。
与本发明的第五方面有关的发明，其特征在于：设置了保持/解除开关部分的通电状态或非通电状态的开关。
与本发明的第六方面有关的发明，把开关与设置加热时间的定时器相连，对当定时器输出加热时间结束时就工作的开关部分进行控制。
下面结合附图说明各实施例，用同一符号所示的结构表示相同或相当的结构。
图1是本发明的实施例1的框图。
图2是本发明的实施例1的电路图。
图3是本发明的实施例1的时序图。
图4是本发明的实施例2的电路图。
图5是本发明的实施例2的时序图。
图6是本发明的实施例3的电路图。
图7是本发明的实施例3的微波炉的正面图。
图8是本发明的实施例3的时序图。
图9是本发明的实施例4的电路图。
图10是本发明的实施例5的时序图。
图11是本发明的实施例6的电路图。
图12是本发明的实施例6的电路图。
图13是本发明的实施例6的微波炉的正面图。
图14是现有控制电路的电路图。
1是工业电源；2是负载；3是开关部分；4是继电器线圈；4a是继电器接触点；5是继电器驱动部分；6是第一电源电路；7是第二电源电路；8是充电部分；9是电压设置部分；10是反转保持部分；11是接点；13是充电阻止部分。
图1是实施例1的电子电路的框图，图2是其电路图，图3是其时序图。在图中，1是工业电源(交流)，作为用于加热的热源的普通负载2与之相连。3是开关部分，设在工业电源1和负载2之间，通过重复反转动作向负载2以断续方式供电。开关部分3包括继电器线圈4、驱动继电器线圈4的继电器驱动部分5和向负载2断续供电的继电器接触点4a，与和工业电源相连的第一电源电路6相连。第一电源电路6包括提供半波直流的二极管D2、限制该电流的电阻Rb和对半波脉动电流进行平滑的电容器Cy，向继电器线圈4提供例如约24V大小的电压。
7是第二电源电路，它与第一电源电路6分开设置，包括接收工业电源1、提供半波直流的二极管D1、限制该电流的电阻Ra和对半波脉动电流进行平滑的电容器C0，提供约15V大小的直流电压。8是与第二电源电路7相连、执行充电和放电的充电部分，包括电阻Rc、Rd和电容器C1。9是与第二电源电路7相连、包括两个等值电阻R1和R2并和下述反转保持部分10相连、用来设置使反转保持部分10工作的电压的电压设置部分。电压设置部分9的电阻R1和R2之间设置一个获取电阻R1和R2的分压的接点11。
在本例中，反转保持部分10包括晶体管Q2和Q3，它通过该反转输出使继电器驱动部分5反转并使该状态保持一段时间。PNP型晶体管Q2的基极与接点11相连，发射极通过电阻Rd与第二电源电路7相连，集电极与NPN型晶体管Q3的基极相连。并且，晶体管Q3的集电极连接在晶体管Q2的基极和接点11之间。继电器驱动部分5包括与NPN型晶体管Q4和其基极相连的电阻R5，R5又与接点11相连，晶体管Q4的集电极与继电器线圈4相连。
参照图2、3对上述构成的加热装置的控制装置的操作进行说明。当工业电源1的电源投入时，驱动继电器线圈4的晶体管Q4通过电阻R1、R5导通，导通继电器接触点4a闭合，向负载2通电。另一方面，电源投入的电源电路7向充电部分8提供例如约15V大小的电压，电容器C1通过电阻Rc开始充电。这时，晶体管Q2的基极电压是电阻R1和R2的分压值，比其发射极电压高，因此Q2不导通。
当充电部分8的电容C1充电足够时，晶体管Q2的发射极电压高于R1和R2的分压值VR2，电容器C1放电，通过电阻Rd向晶体管Q2的发射极-基极流入偏置电流，晶体管Q2导通。由于此时晶体管Q2的集电极与晶体管Q3的基极相连，晶体管Q3也立即导通。然而晶体管Q3导通时，晶体管Q3的集电极-发射极和电阻R2部分短路，从第二电源电路7流向电阻R1-R5的电流在接点11处被阻止，从而晶体管Q4截止，继电器线圈4反转，负载2变为不导通。
同时，由于晶体管Q2的基极和晶体管Q3的集电极相连，所以晶体管Q2保持导通，晶体管Q3也因此保持导通。而且晶体管Q3的集电极导通，结果，电阻R2短路，VR2变为例如0.4V大小(晶体管Q3的导通饱和电压)。
之后，电容C1的电荷开始沿着电阻Rd-晶体管Q2-晶体管Q3的路径放电，但当电容C1的电压低于一定值时，即晶体管Q2的电流小于导通保持电流时，就阻止晶体管Q2导通，因此也阻止晶体管Q3导通，电阻R1电阻-R5-晶体管Q4恢复导通状态。因此，继电器线圈4的接触点4a关闭，负载2通电。
后面重复进行这种操作，以规定的周期向负载2断续通电。另外，在Rc与Rd相等时，因为即使在放电时充电仍继续进行，所以，与Rc＞Rd的情况相比，电容C1的放电时间变长，如图3的时序图所示，继电器接触点4a的非通电时间比通电时间长。因此，例如在分别把电阻Rc、电容C1、电阻Rd设定为50KΩ、20μF、10KΩ时，可以实现这样的通电方式：向负载2流过电流大约20秒，然后继电器接触点4a打开、负载2不通电20秒。
根据本实施例，通过开关部分3的断续切换的操作可以实现负载2的断续通电，即在充电部分8的电压高于电压设置部分9的电压和充电部分8的电压低于某一值时进行操作时，不需要分别担任对负载2的通/非通电的两个电容，仅用一个电容就可以实现。因此，提供了一种不用昂贵的IC和微机等的加热装置的控制装置。而且一般来说，电容价格较贵并且元件性能的个体差异大，但这种装置具有与使用多个电容承担对负载2的通/非通电的装置相比能进一步提高精度的效果。另外，通过设置合适的Rc和Rd值，就能很容易地确定对负载2的合适的通/非通电时间。进而，也容易消减控制对负载2的通/断电的元件的数目。开关部分3中的继电器也可以用可控硅等半导体开关代替。
实施例1中例示了Rc和Rd分别设为50KΩ和10KΩ、使负载2的通电时间和非通电时间相等。在本实施例中却表明，当Rc和Rd等值时，对负载2的通电时间和非通电时间相等。因此，在本实施例中设置了阻止充电部分8充电的充电阻止部分。
图4是本实施例的电路图，图5是本实施例的时序图。以下说明的结构除充电阻止部分外都与图2相同，省略其说明。图中13是包括PNP型晶体管Q1和电阻R6的充电阻止部分。晶体管Q1的发射极与第二电源电路7和电压设置部分9的电阻R1间的接点14相连，集电极与充电部分8的电阻Rc相连，基极通过电阻R6及二极管D4与晶体管Q4的集电极侧相连。Rc和Rd具有相等的阻值，例如分别为50KΩ、电容C1设为220μF。
根据上述结构，电源投入时，晶体管Q4通过电阻R1-R5导通，开关部分3闭合，负载2处于通电状态，而且，晶体管Q1导通，电容器C1通过晶体管Q1-电阻Rc开始充电。充电部分8的电压高于电压设置部分9的设置电压时，晶体管Q4变成不导通，晶体管Q1也变成不导通。当电容C1放电的约20秒后，电荷不能维持晶体管Q2的导通保持电流，晶体管Q2和Q3变成非导通，而晶体管Q4又导通。因此，充电阻止部分13的晶体管Q1再次导通，通过电阻Rc向电容C1提供电流。由于此时使用的电阻Rc和电阻Rd的阻值相等，所以，电容C1的充电时间和放电时间一样，都大约为20秒。
根据本实施例，由于设置了充电阻止部分13，所以能够阻止电容C1在放电时充电，因此如果Rc和Rd值相等，那么，可以使充电时间和放电时间基本相等。因此，在用开关部分3的断续切换实现负载2的断续通电的装置中，当充电部分8的电压比电压设置部分9的电压高而又低于一定值时，可以把负载2的通电时间和非通电时间设置为相等。另外，使用阻值相等的Rc、Rd电阻还有一些优点，例如，即使在装配时Rc、Rd组装有误也不影响装置的运行，装配前电阻器的储存保管能够变得方便等。
在实施例2中包括调节器，使负载2的通电/非通电时间可调，从而实现了加热调节。因为可变电阻VR以外的结构与图4相同，所以省略其说明。图6是本实施例的电路图；图7是包括图6电路的微波炉的正面图，图8是时序图。图6中，VR是承担向充电部分8的电容C1充电和放电的可变电阻，其阻值的变化与下述的火力设置旋钮18的滑动同步。可变电阻VR取代分别为50KΩ电阻Rc和Rd，因此VR的最大电阻值为100KΩ。图7中，16是包括火力刻度盘17和滑动式火力设置旋钮18的控制面板。19是时钟旋钮。
图8中，a、b、c分别表示可变电阻VR与电容C1的连接位置。a处表示放电时间大于充电时间，b处表示充电时间与放电时间大体相等，c处表示放电时时小于充电时间。图8中，a位置的特征用短虚线表示，b位置的特征用实线表示，c位置的特征用长虚线表示。在附图8的下段和上段的继电器接触点处分别表示了a、b、c位置的通电状态。但是，可变电阻VR和C1的连接位置不仅限于a、b、c处，有些种类的可变电阻器VR可提供无级调节。实际应用中可以是多段有级调节，也可以是无级调节。
根据本实施例，通过调节火力设置旋钮18改变联动可变电阻VR与电容C1的连接位置，从而改变了充电部分8的充电时间和放电时间，因此负载2的通电时间和非通电时间可以设定为期望值，可以把火力设置在最大火力的20～100％的范围内。而且，取决于VR的充电部分8的充电/放电的比值，相对于VR的最大阻值基本上是常数。另外，即使电容C1的电容值因个体差别存在离散度，也不会影响充电/放电的比值。因此，该加热装置可以平稳地进行加热装置的火力调节。
在实施例3中，示出了通过改变充电部分8的充电和放电时间来改变负载2的通电时间和非通电时间，从而进行加热装置的火力调节；而在本实施例中，是通过改变实施例1的电压设置部分9作用反转保持部分10的时钟来实现加热装置的火力调节。图9是其电路图，图10是时序图。图9中VR以外的结构与图1相同，省略其说明。
作为电压设置部分8的可变电阻VR插在电阻R1和R2中间，可变电阻VR的中点与晶体管Q2的基极(接点11)相连。另外，晶体管Q4的基极通过电阻R5与晶体管Q2的基极(接点11)相连。图10中，d、e、f分别表示可变电阻VR与接点11的连接位置。d位置的特征用短虚线表示，e位置的特征用实线表示，f位置的特征用长虚线表示。d位置表示作用反转保持部分10的电压设置为高电压的状态，e位置表示中等电压，f位置表示低电压。在图10的下段和上段的继电器接触点通电状态分别表示了d、e、f位置的情况。
也就是说，在d位置，由于可变电阻VR的设置值高，电容C1的充电时间短，放电时间长。在e位置，由于可变电阻VR设置值为中等程度，所以电容C1充电时间较长，放电时间较短。在f位置处，由于可变电阻VR设置值低，所以电容C1的充电时间更长，放电时间更短。由于电容C1充放电的时间常数不变，所以从开始充电到反转的时间由可变电压控制，电压非常高时(与第二电源电路7相同：电阻R1与可变电阻VR的比值很小)，不发生反转，晶体管Q4依旧导通，负载2以100％的通电率自动通电。
根据本实施例，在电压设置部分9中设置了可变电阻VR，使作用反转保持部分10的电压可变，从而改变负载2的通电/非通电时间，可以设置合适的负载2的通电率。而且，为防止充电8的电压超过电压设置部分9的设置电压，把电压设置部分9作用反转保持部分10的电压设置为高值，可以调节火力，实现负载2的100％的通电率。
在实施例4中，利用可变电阻可以实现负载2的100％的通电率。在本实施例中则可以实现负载2的0％的通电率。图11是其电路图，是在图9上增加了一个保持/解除开关部分3的通电状态和非通电状态开关SW1。即，开关SW1接通或断开电阻R5与晶体管Q2的基极(接点11)间的接点20以及晶体管Q3与晶体管Q4的发射极间的接点21。
当开关SW1断开时，执行与图9相同的通电控制，能向负载2进行100％通电；当SW1闭合时，接通接点20和21，驱动继电器线圈4的晶体管Q4的基极电压变为0V，阻止晶体管Q4工作，禁止向负载2通电，并保持该状态不变。因此，可以通过闭合开关SW1实现负载2的0％的通电率。例如，如果把开关SW1与装在微波炉上、用于设置加热时间的定时器连接起来，构成为当加热时间结束时把开关SW2设置为闭合，就可以实现烹饪定时器。
实施例5示出了负载2的通电率可以在0～100％范围内，但在本实施例中则示出了可以用其它方式来实现的装置。图12是其电路图，图13是采用本装置的微波炉的正面图。图12是在图6的电路图中增加了开关SW2和SW3的图，开关SW2保持或解除开关部分3的通电状态，开关SW3保持或解除开关部分3的非通电状态。
开关SW2接通或断开第二电源电路7与电阻R1间的接点22以及接点22与电阻R5之间的接点23。开关SW3接通或断开接点23与电阻R5的接点20和Q4的发射极与晶体管Q3之间的接点21。因此，当开关SW2闭合时，晶体管Q4通过电阻R5维持偏置，使负载2保持通电状态，实现负载2的100％的通电率；当开关SW3闭合时，处于导通状态的晶体管Q4的基极保持在0V变为不导通，负载2保持非通电状态，负载2的通电率为0％。
开关SW2与图13的滑动式火力设置旋钮18联动，当火力设置旋钮18设置为100％的通电率(最大)时，SW2闭合，除此之外电路总是断开的。开关SW3与定时旋钮19连动，可以设定为定时旋钮19在到了加热结束时就闭合开关SW3、除此之外都处于断开状态。
根据本实施例，设置了保持/解除开关部分3的通电状态或非通电状态的开关SW2、SW3，因此可以使开关部分3切换到非通电状态、保持负载的通电率为0％；另外，可以使开关部分3切换到通电状态、保持负载的通电率为100％，具有能够全程调节火力的效果。另外，把开关SW3与设置加热时间的定时器相连，因为控制当定时器输出一个加热时间结束信号就工作的开关部分3，所以加热时间结束时通过联络信号可以使负载的通电率为0％，从而就可以作为烹饪定时器来使用。
有关本发明的第一方面，通过断续切换开关部分，可以实现负载的断续通电，当充电部分的电压高于电压设置部分的电压而又在一定值之下时就切换，因此就不需要分别承担向负载通电/断电的电容等，仅用一个电容就可以实现。因此，提供了一种不使用昂贵的IC和微机等的加热装置的控制装置。而且，电容器价格较贵并且元件性能差异大，因此利用本发明，由于不需要承担向负载通电/断电的多个电容，所以与现有装置相比，具有能够提高精度的效果。
有关本发明的第二方面，充电阻止部分可以防止电容器C1在放电时继续充电，因此具有若充电部分的充电用电阻和放电用电阻的阻值相等就能够控制充电时间和放电时间大致相同的效果。而且，通过使用阻值相等的电阻器，还具有即使装配时电阻器组装有误、也不影响装置的运行以及装配前电阻的储存保管变得方便等效果。
有关本发明的第三方面，在充电部分设置了可变电阻器，因此具有能够把负载的通电时间和非通电时间设置为期望值、能够容易实现加热装置的火力调节等效果。
有关本发明的第四方面，在电压设置部分设置了可变电阻，使作用反转保持部分的电压可变，从而可以改变负载的通电/非通电时间，因此可以设置合适的负载通电率。而且，为防止充电部分的电压超过电压设置部分的电压，把电压设置部分(可变电阻)作用反转保持部分的电压设为高值，因而就可以进行火力调节，实现负载通电率为100％。
有关本发明的第五方面，设置了保持/解除开关部分的通电状态或非通电状态的开关，通过开关部分的非通电状态可保持负载的0％的通电率，通过开关部分的通电状态可保持负载的100％的通电率，具有能够实现全程火力调节的效果。
有关本发明的第六方面，把开关与设置加热时间的定时器相连，当定时器输出加热时间结束时就作用控制开关部分3，因此加热时间结束时，可以通过联络信号使负载的通电率为0％，具有可以作为烹饪定时器使用的效果。

Claims (6)

1.一种包括与电源连接的负载和设在电源和负载之间、通过反转向负载断续提供电流的开关部分的加热装置的控制装置，其特征在于：包括控制上述开关部分的反转并使反转状态保持一定时间的反转保持部分、与该反转保持部分相连并设置反转保持部分工作电压的电压设置部分、用上述电源充电并向上述反转保持部分放电的充电部分，当上述充电部分的电压高于上述电压设置部分的电压时就反转使上述反转保持部分工作的上述开关部分，当上述充电部分的电压低于一定值时就反转使上述反转保持部分的工作停止的上述开关部分。
2.权利要求1所述的加热装置的控制装置，其特征在于：设置了在充电部分放电时就阻止电流从电源流向上述充电部分、并通过开关部分的反转解除该阻止作用的充电阻止部分。
3.权利要求1所述的加热装置的控制装置，其特征在于：在充电部分设置了承担充电部分的充电和放电的可变电阻。
4.权利要求1所述的加热装置的控制装置，其特征在于：在电压设置部分设置了可变电阻，可以改变反转保持部分的工作开始电压、可以改变负载的通电/非通电时间。
5.权利要求1所述的加热装置的控制装置，其特征在于：设置了保持/解除开关部分的通电状态或非通电状态的开关。
6.权利要求5所述的加热装置的控制装置，其特征在于：把开关与设置加热时间的定时器相连，对当定时器输出加热时间结束时就工作的开关部分进行控制。
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