CN202183890U - 电磁加热设备的强弱电隔离控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电磁加热设备的强弱电隔离控制系统，涉及控制系统技术领域，解决了现有技术中不够安全、传输速率较慢、误码率高的技术问题。本实用新型电磁加热设备的强弱电隔离控制系统，包括电磁加热线圈、强电功能电路和弱电功能电路，所述弱电功能电路对所述强电功能电路进行控制；其特征在于，所述强电功能电路和弱电功能电路之间通过I2C串行总线进行信号传输，所述I2C串行总线的时钟线上串联有单向信号传输的光耦隔离电路，所述I2C串行总线的数据线上串联有双向信号传输的光耦隔离电路。本实用新型实施例运用于各种强电设备中，尤其是运用于电磁感应加热的设备中，如电磁感应加热电热锅、热水器等。
Description
技术领域
本实用新型涉及控制系统技术领域，尤其涉及电磁加热设备的强弱电隔离控制系统。
背景技术
在需要用到强电的设备设施中，比如使用强电进行加热或者照明的设备，为了能够保证操作者的安全，其控制系统中与操作者最相关部分一般采用弱电控制。尤其是在目前电器越来越普及的情况，保护使用者的安全显得尤为重要。对于现有技术采用电磁进行加热的产品，进行再强电和弱电之间进行隔离尤其较难实现。
一般情况下，强电设备中一般包括两部分电路，其中一部分电路为具有强电部分各种功能的电路，另一部分为具有弱电部分各种功能的电路；现有技术中可以将上述两部分电路分别集成在两个电路板上，然后通过相应的接口连接这两个电路板，以便两者之间能够进行信号传输。
在实现和使用上述电磁加热设备的强弱电隔离控制系统的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：强电和弱电之间没有较好的隔离方式，难以保证使用者的安全，并且强电电路板和弱电电路板之间进行信号传输的速率较慢，影响控制的响应速度，误码率也相对较高，容易出现错误控制。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提供一种安全的电磁加热设备的强弱电隔离控制系统，能够提高传输速率，降低误码率。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种电磁加热设备的强弱电隔离控制系统，包括电磁加热线圈、强电功能电路和弱电功能电路，所述弱电功能电路对所述强电功能电路进行控制，所述强电功能电路和弱电功能电路之间通过I2C串行总线进行信号传输，所述I2C串行总线的时钟线上串联有单向信号传输的光耦隔离电路，所述I2C串行总线的数据线上串联有双向信号传输的光耦隔离电路。
本实用新型中具体方案可以采用
所述双向信号传输的光耦隔离电路包括第一光耦合器和第二光耦合器；
所述第一光耦合器的输入端连接在所述数据线上强电功能电路的一端，输出端连接在所述数据线上弱电功能电路的一端；
所述第二光耦合器的输入端连接在所述数据线上弱电功能电路的一端，输出端连接在所述数据线上强电功能电路的一端。
所述第一光耦合器包括封装在一起的第一发光二极管和第一光敏三极管，且第一发光二极管的负极为输入端，第一光敏三极管的集电极为输出端；所述第二光耦合器包括封装在一起的第二发光二极管和第二光敏三极管，且第二发光二极管的负极为输入端，第二光敏三极管的集电极为输出端；
所述第一发光二极管正极和第二光敏三极管的集电极分别通过上拉电阻连接到电源，所述第一发光二极管正极和第二光敏三极管的集电极之间连接有第三二极管，并且所述第一发光二极管正极连接所述第三二极管的正极；
所述第二发光二极管正极和第一光敏三极管的集电极分别通过上拉电阻连接到隔离电源，所述第二发光二极管正极和第一光敏三极管的集电极之间连接有第四二极管，并且第二发光二极管正极连接所述第四二极管的正极。
所述第一光耦合器的输出端连接第一二极管的负极，并通过所述第一二极管的正极连接到数据线上弱电功能电路的一端；所述第二光耦合器的输出端连接第二二极管的负极，并通过所述第二二极管的正极连接到数据线上强电功能电路的一端。
所述单向信号传输的光耦隔离电路包括第三光耦合器，所述第三光耦合器的输入端连接在所述时钟线上弱电功能电路的一端，输出端连接在所述时钟线上强电功能电路的一端。
所述第三光耦合器包括封装在一起的第三发光二极管和第三光敏三极管，所述输入端为第三发光二极管的负极，并且所述第三发光二极管正极通过上拉电阻连接到隔离电源；所述输出端为第三光敏三极管的集电极，并且所述第三光敏三极管的集电极通过上拉电阻连接到电源，发射极接地。
所述强电功能电路集成在强电功能电路板上，所述弱电功能电路集成在弱电功能电路板上；所述强电功能电路板和弱电功能电路板之间通过功能接口连接，所述I2C串行总线连接在所述强电功能电路板和弱电功能电路板之间的功能接口上。
所述强电功能电路为电磁感应加热锅中的强电功能电路，所述弱电功能电路为电磁感应加热锅中的弱电功能电路。
本实用新型提供的电磁加热设备的强弱电隔离控制系统，由于在强电功能电路和弱电功能电路采用了I2C总线进行信号传输，并且在I2C总线上串联了光耦隔离电路，可以保护用户在操作弱电功能电路时不易受到强电伤害，提高了控制系统的安全性；而采用I2C总线进行信号传输后，相比较现有的信号传输方式而言，本实用新型实施例提供的方案可以提高传输速率、降低误码率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例中电磁加热设备的强弱电隔离控制系统示意图；
图2为本实用新型实施例中一种光耦隔离电路详细线路图。
附图标记：
11 功率采样电路 12 功率控制电路
13 冷却风扇控制电路 21 人机操作电路
22 温度水位检测电路 23 电源电路
30 光耦隔离电路 31 单向信号传输的光耦隔离电路
32 双向信号传输的光耦隔离电路
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供一种电磁加热设备的强弱电隔离控制系统，主要用在各种需要采用弱电进行控制的强电设备中，例如电热水器、电热锅等需要人工控制的电加热器具，故而需要在这些强电设备的强电功能电路和弱电功能电路之间进行隔离，以保护操作者的安全。一般情况下，可以将强电功能电路集成在强电功能电路板上，将弱电功能电路集成在弱电功能电路板上，但并不限于这种集成方式。
下面以电热锅为例进行说明，如图1所示，电热锅的控制系统包括：集成强电功能电路的单片机A、集成弱电功能电路的单片机B，并且单片机A上连接有功率采样电路11、功率控制电路12和冷却风扇控制电路13，在单片机B上连接有人机操作电路21、温度水位检测电路22、电源电路23；本实用新型实施例中单片机A和单片机B之间采用I2C协议进行信号传输，并通过I2C总线进行连接；为了保证用户的使用安全，在单片机A和单片机B之间设置了隔离电路。上述两个单片机之间设有用于单片机之间进行数据通讯的光耦隔离电路30。使用双单片机对弱电的人机操作部分和强电高压的功率控制部分分别控制，两部分之间的各种操作和设定参数的交换，用光耦隔离电路的进行通讯，保证用户安全。
如图2所示，单片机A(强电功能电路)和单片机B(弱电功能电路)之间通过I2C串行总线进行信号传输，并且I2C串行总线的时钟线上串联有单向信号传输的光耦隔离电路31，单片机B上的时钟信号通过该时钟线单向传输到单片机A，所述I2C串行总线的数据线上串联有双向信号传输的光耦隔离电路32，单片机A和单片机B之间可以进行双向的数据传输。
由于在强电功能电路和弱电功能电路采用了I2C总线进行信号传输，并且在I2C总线上串联了光耦隔离电路，可以保护用户在操作弱电功能电路时不易受到强电伤害，提高了控制系统的安全性；而采用I2C总线进行信号传输后，相比较现有的信号传输方式而言，本实用新型实施例提供的方案可以提高信号传输速率、降低误码率。
本实用新型实施例中双向信号传输的光耦隔离电路如图2所示，该光耦隔离电路32包括第一光耦合器U1和第二光耦合器U2，通过两个光耦合器完成双向信号传输，其中第一光耦合器U1的输入端连接在所述数据线上强电功能电路(单片机A)的一端，输出端连接在所述数据线上弱电功能电路(单片机B)的一端，如果有信号从强电功能电路传输到弱电功能电路，则可以通过所述第一光耦合器U1进行信号传输，并且第一光耦合器U1可以起到强电隔离的作用，保护使用者的安全。另外，第二光耦合器U2的输入端连接在所述数据线上弱电功能电路的一端，输出端连接在所述数据线上强电功能电路的一端，如果有信号从弱电功能电路传输到强电功能电路，则可以通过所述第二光耦合器U2进行信号传输。
如图2所示，本实用新型实施例中的第一光耦合器U1包括封装在一起的第一发光二极管和第一光敏三极管且第一发光二极管的负极为输入端，第一光敏三极管的集电极为输出端；第二光耦合器U2包括封装在一起的第二发光二极管和第二光敏三极管，且第二发光二极管的负极为输入端，第二光敏三极管的集电极为输出端。
为了能够点亮上述发光二极管，本实用新型实施例将第一发光二极管正极和第二光敏三极管的集电极分别通过上拉电阻R1和R2连接到电源VDD，只要在第一发光二极管的负极输入低电平，则可以通过该电源为第一发光二极管提供电流，使得其发光，从而实现信号传输。为了保证低电平信号传输到输出端后，不会影响第二光耦合器工作而造成信号混乱，本实施例在第一发光二极管正极和第二光敏三极管的集电极之间连接有第三二极管D3，所述第一发光二极管正极连接所述第三二极管D3的正极，使得第二光耦合器U2的发光二极管不会在此情况下发光。
当然，在点亮第二发光二极管时，采用了上述相对称的结构，如图2所示，将第二发光二极管正极和第一光敏三极管的集电极分别通过上拉电阻R3和R4连接到隔离电源VCC，通过该隔离电源VCC为第一发光二极管提供电流，使得其发光，从而实现信号传输。在第二发光二极管正极和第一光敏三极管的集电极之间连接有第四二极管D4，并且第二发光二极管正极连接所述第四二极管D4的正极，以便信号传输到输出端之后不会影响第一光耦合器工作而造成信号混乱。
由于上述第一光耦合器和第二光耦合器需要连接到同一端子，为了保证信号能够正常输入到光耦合器，本实用新型实施例将第一光耦合器的输出端连接第一二极管D1的负极，并通过所述第一二极管D1的正极连接到数据线上弱电功能电路的一端；同时还将第二光耦合器的输出端连接第二二极管D2的负极，并通过所述第二二极管D2的正极连接到数据线上强电功能电路的一端。
本实用新型实施例中单向信号传输的光耦隔离电路31包括第三光耦合器U3，所述第三光耦合器U3的输入端连接在所述时钟线上弱电功能电路的一端，输出端连接在所述时钟线上强电功能电路的一端。通过第三光耦合器U3实现单向信号传输，并实现强电隔离，保证用户的使用安全。
本实施例中的第三光耦合器U3包括封装在一起的第三发光二极管和第三光敏三极管，所述输入端为第三发光二极管的负极，并且所述第三发光二极管正极通过上拉电阻R5连接到隔离电源VCC；所述输出端为第三光敏三极管的集电极，并且所述第三光敏三极管的集电极通过上拉电阻R6连接到电源VDD，发射极接地。
上述单向信号传输的光耦隔离电路可以使得时钟信号只能从弱电功能电路传输到强电功能电路，在实际运用时，可以将单向信号传输的光耦隔离电路的接线方向变换一下，使得时钟信号只能从强电功能电路传输到弱电功能电路。
本实用新型实施例除了运用于上述电热锅以外，还可以运用于各种强电设备中，尤其是运用于电磁感应加热的设备中，如电磁感应加热电热锅、热水器等，所以，对应的强电功能电路为电磁感应加热锅中的强电功能电路，弱电功能电路为电磁感应加热锅中的弱电功能电路。
上述提供的光耦隔离电路仅仅是一种实现方式，本领域技术人员可以根据光耦合器的原理设计出相应的变形电路。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种电磁加热设备的强弱电隔离控制系统，包括电磁加热线圈、强电功能电路和弱电功能电路，所述弱电功能电路对所述强电功能电路进行控制；其特征在于，所述强电功能电路和弱电功能电路之间通过I2C串行总线进行信号传输，所述I2C串行总线的时钟线上串联有单向信号传输的光耦隔离电路，所述I2C串行总线的数据线上串联有双向信号传输的光耦隔离电路。
2.根据权利要求1所述的电磁加热设备的强弱电隔离控制系统，其特征在于，所述双向信号传输的光耦隔离电路包括第一光耦合器和第二光耦合器；
所述第一光耦合器的输入端连接在所述数据线上强电功能电路的一端，输出端连接在所述数据线上弱电功能电路的一端；
所述第二光耦合器的输入端连接在所述数据线上弱电功能电路的一端，输出端连接在所述数据线上强电功能电路的一端。
3.根据权利要求2所述的电磁加热设备的强弱电隔离控制系统，其特征在于，所述第一光耦合器包括封装在一起的第一发光二极管和第一光敏三极管，且第一发光二极管的负极为输入端，第一光敏三极管的集电极为输出端；所述第二光耦合器包括封装在一起的第二发光二极管和第二光敏三极管，且第二发光二极管的负极为输入端，第二光敏三极管的集电极为输出端；
所述第一发光二极管正极和第二光敏三极管的集电极分别通过上拉电阻连接到电源，所述第一发光二极管正极和第二光敏三极管的集电极之间连接有第三二极管，并且所述第一发光二极管正极连接所述第三二极管的正极；
所述第二发光二极管正极和第一光敏三极管的集电极分别通过上拉电阻连接到隔离电源，所述第二发光二极管正极和第一光敏三极管的集电极之间连接有第四二极管，并且第二发光二极管正极连接所述第四二极管的正极。
4.根据权利要求3所述的电磁加热设备的强弱电隔离控制系统，其特征在于，所述第一光耦合器的输出端连接第一二极管的负极，并通过所述第一二极管的正极连接到数据线上弱电功能电路的一端；所述第二光耦合器的输出端连接第二二极管的负极，并通过所述第二二极管的正极连接到数据线上强电功能电路的一端。
5.根据权利要求1所述的电磁加热设备的强弱电隔离控制系统，其特征在于，所述单向信号传输的光耦隔离电路包括第三光耦合器，所述第三光耦合器的输入端连接在所述时钟线上弱电功能电路的一端，输出端连接在所述时钟线上强电功能电路的一端。
6.根据权利要求5所述的电磁加热设备的强弱电隔离控制系统，其特征在于，所述第三光耦合器包括封装在一起的第三发光二极管和第三光敏三极管，所述输入端为第三发光二极管的负极，并且所述第三发光二极管正极通过上拉电阻连接到隔离电源；所述输出端为第三光敏三极管的集电极，并且所述第三光敏三极管的集电极通过上拉电阻连接到电源，发射极接地。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的电磁加热设备的强弱电隔离控制系统，其特征在于，所述强电功能电路集成在强电功能电路板上，所述弱电功能电路集成在弱电功能电路板上；所述强电功能电路板和弱电功能电路板之间通过功能接口连接，所述I2C串行总线连接在所述强电功能电路板和弱电功能电路板之间的功能接口上。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的电磁加热设备的强弱电隔离控制系统，其特征在于，所述强电功能电路为电磁感应加热锅中的强电功能电路，所述弱电功能电路为电磁感应加热锅中的弱电功能电路。
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