CN208735665U - 一种燃烧设备的热面点火控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃烧设备的热面点火控制系统，其特征在于：包括单片机MCU，所述单片机MCU和开关功率管电路连接，所述开关功率管电路与热面点火器连接，所述单片机MCU通过PID运算方式控制所述开关功率管电路以功率控制和/或电压控制方式进行热面点火器的点火。采用本实用新型的控制系统，能够成功将热面点火方式运用在燃烧设备之中，并且还能提高设备的使用效果。

Description

一种燃烧设备的热面点火控制系统

技术领域：

本实用新型涉及一种燃烧设备的点火控制系统，尤其涉及燃烧设备的热面点火控制系统。

背景技术：

现有目前燃烧设备，如灶具、热水器等设备，其点火方式有多种形式，如小火焰点火、电火花点火（包括压电陶瓷点火、高频电火花点火）及高温热面点火（包括金属发热线圈、高温发热陶瓷）等几大类。其中以电火花点火在燃烧设备上应用最为普遍，而高温热面点火现在则主要应用在汽车工业上，并且仅是作为加热设备使用的。

电火花点火是通过电机放电打出火花释放出一定能量、使可燃混合物点燃的一种点火方式。但是电火花点火方式每打火一次，只能产生一个电火花，点火成功率受到一定的限制，再加上部分用户操作不当，经常导致用户反映点火不灵。

为解决上述问题，现有大多都是采用高压脉冲点火方式，具体为通过集成电路产生高压脉冲，再由高压绝缘导线将电能输送到电极上产生连续的电火花点火源。这种点火方式由于使用连续电火花点火，点火成功率与电火花点火方式相比有了较大的提高。

但是，随着人们生活水平的提高以及智能家居和数字电路的引入，脉冲点火方式不免存在一些弊端：一是脉冲点火时的噪音；二是高压脉冲对周围电路尤其是数字电路的辐射和干扰是不容忽视的，并且这种干扰具有随机性，不是很好控制。

而热面点火方式是依靠点火器自身通电发热达到点火目的，非常静音也不会对其他电器产生干扰。

但是，虽然热面点火方式为一种现有存在的点火方式，但是其基本上只应用在汽车领域，并且，其应用在汽车领域仅仅起到加热的作用。虽然有文献探讨过将热面点火方式应用在燃气灶具上（中国土木工程学会，城市燃气分会，应用专业委员会，2008年年会论文集，《热面点火方式在家用燃气灶具上的应用探索》翁伍云、张磊），但是仅仅停留在应用探讨，并没有给出任何具有实施性方案。

同样，在中国专利CN2608849Y中公开了一种全陶瓷电热体热面点火器，同样也没有公开是如何将热面点火方式应用在燃气灶具中的。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种燃烧设备的热面点火控制系统，通过本实用新型的控制系统，可以成功将热面点火方式应用在燃烧设备领域，尤其是灶具或者热水器等器具，且达到点火稳定可靠，点火速度快的优势。

为了实现上述目的，本实用新型是这样实现的：一种燃烧设备的热面点火控制系统，包括单片机MCU，所述单片机MCU和开关功率管电路连接，所述开关功率管电路与热面点火器连接，所述单片机MCU通过PID运算方式控制所述开关功率管电路以恒功率进行热面点火器的点火。通过以上电路，可以实现将热面点火技术应用在燃烧设备领域，尤其是灶具、热水器等家用电器上。使得燃烧设备的点火系统的点火速度更快、点火更加稳定可靠，并且非常静音也不会对其他电器产生干扰。

为了进一步实现热面点火控制系统，所述单片机MCU具有第一输出端，所述第一输出端与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2发射极为接地极，所述三极管Q2的集电极与一场效应管Q1的栅极连接，所述场效应管Q1的源极与电源VCC连接，所述场效应管的漏极与热面点火器其中一接头连接，所述热面点火器的另一接头为接地极。

在所述场效应管Q1的栅极与源极之间还连接有一稳压二极管D1，所述稳压二极管D1正极与电源VCC正极连接，负极与场效应管Q1源极连接。

在所述场效应管Q1的栅极和源极之间还连接有一电阻R1。

所述热面点火器的接地端与场效应管的漏极之间连接有一电容C1。

在所述单片机MCU与所述三极管Q2的基极之间连接有电阻R3。

在所述三极管Q2的基极与发射级之间连接有电阻R4。

在所述单片机MCU与所述热面点火器之间还分别设置有阻值采样电路和电压采样电路，通过AD采样运算方式获得数据，或者在所述单片机MCU与所述热面点火器之间仅设置有电压采样电路。

所述阻值采样电路包括与单片机MCU的第二输出端依次连接的电阻R5和电阻R7，所述电阻R7通过一二极管D12与所述热面点火器的正极连接，在所述R5和R7之间设置有一电源支路VDD，在所述电源支路VDD上还串联有一电阻R6，在所述R5与单片机MCU之间还设置有一接地支路，所述接地支路上还串联有一电容C2。

所述电压采样电路包括由所述单片机MCU的第三输出端引出的一支路，该支路分成两分支路，其中一分支路与电阻R8连接之后再与热面点火器的正极连接，另一分支路与电阻R9连接之后接地，在所述R9两端并联有一电容C3。

在所述单片机MCU与所述热面点火器之间还分别设置有电流采样电路和电压采样电路，通过AD采样运算方式获得数据。

所述电流采样电路包括由单片机第二输出端引出的另一支路，该支路连接电阻R10之后再连接热面点火器负极，在所述R6与单片机MCU之间设置有一支路，该支路连接电容C4之后接地，在所述电阻R10和所述电容C4之间还连接有毫欧电阻R11。

采用本实用新型的燃烧设备的热面点火控制系统，第一，能够将热面点火方式成功地应用在燃烧设备领域，尤其是应用在灶具或者热水器等领域。减少燃烧设备在点火时对其他电路的影响，并且能够实现静音点火；第二，本实用新型的控制系统能够提高热面点火器的寿命，不超温，恒功率进行点火，并且点火速度快，点火稳定可靠，点火成功率高。

附图说明：

图1为实施例1的电路图

图2为实施例2的原理框图；

图3为实施例2的电路图；

图4为实施例3的原理框图；

图5为实施例3的电路图；

图6为实施例4的原理框图；

图7为实施例4的电路图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，但本实用新型并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本实用新型权利要求所要求保护的范围。

实施例1：如图1所示，一种燃烧设备的热面点火控制系统，包括单片机MCU，所述单片机MCU和开关功率管电路连接，所述开关功率管电路与热面点火器连接，所述单片机MCU通过PID运算方式控制所述开关功率管电路，所述开关功率管电路控制所述热面点火器。

所述单片机MCU具有第一输出端，所述第一输出端与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2发射极为接地极，所述三极管Q2的集电极与一场效应管Q1的栅极连接，所述场效应管Q1的源极与电源VCC连接，所述场效应管的漏极与热面点火器其中一接头连接，所述热面点火器的另一接头为接地极。

在所述场效应管Q1的栅极与源极之间还连接有一稳压二极管D1，所述稳压二极管D1正极与电源VCC正极连接，负极与场效应管Q1源极连接，在所述场效应管Q1的栅极和源极之间还连接有一电阻R1。

另外，所述热面点火器的接地端与场效应管的漏极之间连接有一电容C1。

并且，在所述单片机MCU与所述三极管Q2的基极之间连接有电阻R3，在所述三极管Q2的基极与发射级之间连接有电阻R4。

如图，MCU、R3、R4、Q2、R2控制Q1的导通与关断，当Q1导通时，VCC施加在点火器上，点火器得电工作；当此时MCU输出的是脉宽调制信号（PWM）时，点火器上得到的是方波电压，如果MCU合适的调整占空比，那么施加在点火器上的电压有效值可以得到控制，于是点火器的功率即可控制，通过恒功率控制，使得热面点火器发热点火。

其中，本实施例中的电源电路采用的是AD-DC转换即开关电源技术，宽电压输入（AC95~260V,40Hz~60Hz），额定输出30V/4A的功率；MCU控制单元采用了脉宽调制技术（PWM），高精度AD采样，PID算法。

通过以上电路，可以实现将热面点火技术应用在燃烧设备领域，尤其是家用灶具、热水器等领域，使得燃烧设备的点火系统的点火速度更快、点火更加稳定可靠，并且非常静音也不会对其他电器产生干扰。

实施例2：如图2和图3所示，一种燃烧设备的热面点火控制系统，包括单片机MCU，所述单片机MCU和开关功率管电路连接，所述开关功率管电路与热面点火器连接，所述单片机MCU通过PID运算方式控制所述开关功率管电路，所述开关功率管电路控制所述热面点火器。

所述单片机MCU具有第一输出端，所述第一输出端与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2发射极为接地极，所述三极管Q2的集电极与一场效应管Q1的栅极连接，所述场效应管Q1的源极与电源VCC连接，所述场效应管的漏极与热面点火器其中一接头连接，所述热面点火器的另一接头为接地极。

在所述场效应管Q1的栅极与源极之间还连接有一稳压二极管D1，所述稳压二极管D1正极与电源VCC正极连接，负极与场效应管Q1源极连接，在所述场效应管Q1的栅极和源极之间还连接有一电阻R1。

另外，所述热面点火器的接地端与场效应管的漏极之间连接有一电容C1，在所述单片机MCU与所述三极管Q2的基极之间连接有电阻R3，在所述三极管Q2的基极与发射级之间连接有电阻R4。

并且，在所述单片机MCU与所述热面点火器之间还分别设置有阻值采样电路和电压采样电路，通过AD采样运算方式获得数据。

所述阻值采样电路包括与单片机MCU的第二输出端依次连接的电阻R5和电阻R7，所述电阻R7通过一二极管D12与所述热面点火器的正极连接，在所述R5和R7之间设置有一电源支路VDD，在所述电源支路VDD上还串联有一电阻R6，在所述R5与单片机MCU之间还设置有一接地支路，所述接地支路上还串联有一电容C2。

所述电压采样电路包括由所述单片机MCU的第三输出端引出的一支路，该支路分成两分支路，其中一分支路与电阻R8连接之后再与热面点火器的正极连接，另一分支路与电阻R9连接之后接地，在所述R9两端并联有一电容C3。

其中，本实施例中的电源电路采用的是AD-DC转换即开关电源技术，宽电压输入（AC95~260V,40Hz~60Hz），额定输出30V/4A的功率；MCU控制单元采用了脉宽调制技术（PWM），高精度AD采样，PID算法。

通过以上电路，R8、R9、C3检测点火器上的实时电压U，R5、R6、R7、D12、C2检测点火器的阻值变化R，由P=U*U/R得知，MCU可以根据点火器的阻值的变化，及时调整PWM占空比，改变输出电压U，从而使功率P趋于稳定。

采用本实施例的燃气灶具的热面点火控制系统，第一，能够将热面点火方式成功地应用在燃烧设备领域，尤其是家用灶具、热水器等器具上。减少燃烧设备在点火时对其他电路的影响，并且能够实现静音点火。第二，本实施例的控制系统能够提高热面点火器的寿命，不超温，恒功率进行点火，并且点火速度快，点火稳定可靠，点火成功率高。

实施例3：如图6和7所示，一种燃烧设备的热面点火控制系统，包括单片机MCU，所述单片机MCU和开关功率管电路连接，所述开关功率管电路与热面点火器连接，所述单片机MCU通过PID运算方式控制所述开关功率管电路，所述开关功率管电路控制所述热面点火器。

所述单片机MCU具有第一输出端，所述第一输出端与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2发射极为接地极，所述三极管Q2的集电极与一场效应管Q1的栅极连接，所述场效应管Q1的源极与电源VCC连接，所述场效应管的漏极与热面点火器其中一接头连接，所述热面点火器的另一接头为接地极。

在所述场效应管Q1的栅极与源极之间还连接有一稳压二极管D1，所述稳压二极管D1正极与电源VCC正极连接，负极与场效应管Q1源极连接，在所述场效应管Q1的栅极和源极之间还连接有一电阻R1。

另外，所述热面点火器的接地端与场效应管的漏极之间连接有一电容C1，在所述单片机MCU与所述三极管Q2的基极之间连接有电阻R3，在所述三极管Q2的基极与发射级之间连接有电阻R4。

并且，在所述单片机MCU与所述热面点火器之间还分别设置有电流采样电路和电压采样电路，通过AD采样运算方式获得数据。

所述电流采样电路包括由单片机第二输出端引出的另一支路，该支路连接电阻R10之后再连接热面点火器负极，在所述R6与单片机MCU之间设置有一支路，该支路连接电容C4之后接地，在所述电阻R10和所述电容C4之间还连接有毫欧电阻R11。

所述电压采样电路包括由所述单片机MCU的第三输出端引出的一支路，该支路分成两分支路，其中一分支路与电阻R8连接之后再与热面点火器的正极连接，另一分支路与电阻R9连接之后接地，在所述R9两端并联有一电容C3。

其中，本实施例中的电源电路采用的是AD-DC转换即开关电源技术，宽电压输入（AC95~260V,40Hz~60Hz），额定输出30V/4A的功率；MCU控制单元采用了脉宽调制技术（PWM），高精度AD采样，PID算法。

通过本实施例的电路，R11毫欧电阻、R10、C4检测点火器的通电电流I，R8、R9、C3检测点火器上的实时电压U，由P=U*I得知，MCU可以根据点火器的通电电流的变化，及时调整PWM占空比，改变输出电压U，从而使功率P趋于稳定。

采用本实施例的燃烧设备的热面点火控制系统，第一，能够将热面点火方式成功地应用在燃烧设备领域，尤其是家用灶具、热水器的器具上，减少燃烧设备在点火时对其他电路的影响，并且能够实现静音点火。第二，本实施例的控制系统能够提高热面点火器的寿命，不超温，恒功率进行点火，并且点火速度快，点火稳定可靠，点火成功率高。

实施例4：如图5和6所示，一种燃烧设备的热面点火控制系统，包括单片机MCU，所述单片机MCU和开关功率管电路连接，所述开关功率管电路与热面点火器连接，所述单片机MCU通过PID运算方式控制所述开关功率管电路，所述开关功率管电路控制所述热面点火器。

所述单片机MCU具有第一输出端，所述第一输出端与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2发射极为接地极，所述三极管Q2的集电极与一场效应管Q1的栅极连接，所述场效应管Q1的源极与电源VCC连接，所述场效应管的漏极与热面点火器其中一接头连接，所述热面点火器的另一接头为接地极。

在所述场效应管Q1的栅极与源极之间还连接有一稳压二极管D1，所述稳压二极管D1正极与电源VCC正极连接，负极与场效应管Q1源极连接，在所述场效应管Q1的栅极和源极之间还连接有一电阻R1。

另外，所述热面点火器的正负极之间连接有一电容C1，在所述单片机MCU与所述三极管Q2的基极之间连接有电阻R3，在所述三极管Q2的基极与发射级之间连接有电阻R4。

并且，在所述单片机MCU与所述热面点火器之间还分别设置有电压采样电路，通过AD采样运算方式获得数据。

所述电压采样电路包括由所述单片机MCU的输出端引出的一支路，该支路分成两分支路，其中一分支路与电阻R8连接之后再与热面点火器的正极连接，另一分支路与电阻R9连接之后接地，在所述R9两端并联有一电容C3。

其中，本实施例中的电源电路采用的是AD-DC转换即开关电源技术，宽电压输入（AC95~260V,40Hz~60Hz），额定输出30V/4A的功率；MCU控制单元采用了脉宽调制技术（PWM），高精度AD采样，PID算法。

通过以上电路，R8、R9、C3构成了热面点火器的电压采样电路，采样值送入单片机，R3、R4、Q2、R2、Q1构成热面点火器的电压控制电路，根据不同额定电压的热面点火器，可以通过调整MCU的PWM占空比，得到相应电压，同时通过采用电路实施检测热面点火器的电压是否接近理论控制值。

采用本实施例的燃气灶具的热面点火控制系统，第一，能够将热面点火方式成功地应用在燃烧设备领域，尤其是家用灶具、热水器等器具上，减少燃烧设备在点火时对其他电路的影响，并且能够实现静音点火。第二，本实施例的控制系统能够提高热面点火器的寿命，不超温，恒功率进行点火，并且点火速度快，点火稳定可靠，点火成功率高。

实施例5：将点火过程分为两个阶段，第一阶段为变功率+变电压控制方式。即在保证不超过点火器额定电压的前提下，适当提升电压即改变输出功率的方式使点火器快速升温至某个阶段时，以使得点火器快速升温，随后进入第二阶段，即更改为恒功率控制。

通过本实施例可以提高点火速度。

Claims (16)

1.一种燃烧设备的热面点火控制系统，其特征在于：包括单片机MCU，所述单片机MCU和开关功率管电路连接，所述开关功率管电路与热面点火器连接，所述单片机MCU通过PID运算方式控制所述开关功率管电路以功率控制和/或电压控制方式进行热面点火器的点火。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述单片机MCU具有第一输出端，所述第一输出端与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2发射极为接地极，所述三极管Q2的集电极与一场效应管Q1的栅极连接，所述场效应管Q1的源极与电源VCC连接，所述场效应管的漏极与热面点火器的正极连接，所述热面点火器的负极为接地极，所述热面点火器的负极与场效应管Q1的漏极之间连接有一电容C1。

3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于：在所述场效应管Q1的栅极与源极之间还连接有一稳压二极管D1，所述稳压二极管D1正极与电源VCC正极连接，负极与场效应管Q1源极连接。

4.如权利要求2或3所述的控制系统，其特征在于：在所述场效应管Q1的栅极和源极之间还连接有一电阻R1。

5.如权利要求4所述的控制系统，其特征在于：在所述单片机MCU与所述三极管Q2的基极之间连接有电阻R3，在所述三极管Q2的基极与发射级之间连接有电阻R4。

6.如权利要求1、2、3或5所述的控制系统，其特征在于：在所述单片机MCU与所述热面点火器之间还设置有阻值采样电路和电压采样电路，通过AD采样运算方式获得数据；或者在所述单片机MCU与热面点火器之间仅设置有电压采用电路，通过AD采样运算方式获得数据。

7.如权利要求4所述的控制系统，其特征在于：在所述单片机MCU与所述热面点火器之间还设置有阻值采样电路和电压采样电路，通过AD采样运算方式获得数据；或者在所述单片机MCU与热面点火器之间仅设置有电压采用电路，通过AD采样运算方式获得数据。

8.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于：所述阻值采样电路包括与单片机MCU的第二输出端依次连接的电阻R5和电阻R7，所述电阻R7通过一二极管D12与所述热面点火器的正极连接，在所述R5和R7之间设置有一电源支路VDD，在所述电源支路VDD上还串联有一电阻R6，在所述R5与单片机MCU之间还设置有一接地支路，所述接地支路上还串联有一电容C2。

9.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于：所述阻值采样电路包括与单片机MCU的第二输出端依次连接的电阻R5和电阻R7，所述电阻R7通过一二极管D12与所述热面点火器的正极连接，在所述R5和R7之间设置有一电源支路VDD，在所述电源支路VDD上还串联有一电阻R6，在所述R5与单片机MCU之间还设置有一接地支路，所述接地支路上还串联有一电容C2。

10.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于：所述电压采样电路包括由所述单片机MCU的第三输出端引出的一支路，该支路分成两分支路，其中一分支路与电阻R8连接之后再与热面点火器的正极连接，另一分支路与电阻R9连接之后接地，在所述电阻R9两端并联有一电容C3。

11.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于：所述电压采样电路包括由所述单片机MCU的第三输出端引出的一支路，该支路分成两分支路，其中一分支路与电阻R8连接之后再与热面点火器的正极连接，另一分支路与电阻R9连接之后接地，在所述电阻R9两端并联有一电容C3。

12.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于：所述电压采样电路包括由所述单片机MCU的第三输出端引出的一支路，该支路分成两分支路，其中一分支路与电阻R8连接之后再与热面点火器的正极连接，另一分支路与电阻R9连接之后接地，在所述电阻R9两端并联有一电容C3。

13.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于：所述电压采样电路包括由所述单片机MCU的第三输出端引出的一支路，该支路分成两分支路，其中一分支路与电阻R8连接之后再与热面点火器的正极连接，另一分支路与电阻R9连接之后接地，在所述电阻R9两端并联有一电容C3。

14.如权利要求1、2、3或5所述的控制系统，其特征在于：在所述单片机MCU与所述热面点火器之间还分别设置有电流采样电路和电压采样电路，通过AD采样运算方式获得数据。

15.如权利要求4所述的控制系统，其特征在于：在所述单片机MCU与所述热面点火器之间还分别设置有电流采样电路和电压采样电路，通过AD采样运算方式获得数据。

16.如权利要求8或9所述的控制系统，其特征在于：电流采样电路包括由单片机第二输出端引出的另一支路，该支路连接电阻R10之后再连接热面点火器负极，在所述电阻R6与单片机MCU之间设置有一支路，该支路连接电容C4之后接地，在所述电阻R10和所述电容C4之间还连接有毫欧电阻R11。