CN209731583U - 用于发热元件的控制模块和水壶 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例提供了一种用于发热元件的控制模块和水壶。用于发热元件的控制模块包括：电压采样电路，被配置为通过对发热元件供电的电源的电压值进行采样来生成采样电压值；过零采样电路，被配置为通过对电源的过零时刻进行检测，来生成与每个过零时刻相对应的过零脉冲；控制单元，被配置为基于采样电压值和过零脉冲来确定在每个周期内的触发脉冲的数目，并且在每个周期内生成数目的触发脉冲；以及驱动电路，被配置为基于控制单元生成的触发脉冲生成用于控制发热元件与电源导通或断开的驱动信号。

Description

用于发热元件的控制模块和水壶

技术领域

本公开的实施例涉及发热电器领域，更具体地，涉及一种用于发热元件的控制模块和水壶。

背景技术

热水壶在日常生活中被广泛用来获得热水。热水壶通常通过发热元件来对水壶主体中的水进行电加热。然而，不同国家的市电电压和频率有可能是不同的，即使同一国家的不同地区的市电电压和频率也有可能是不同的。当现有的热水壶为了满足能够在不同市电电压和频率下使用的需求时，往往需要在电源输入端附加电源转换器，这大大降低了用户操作的便利性以及设备运行的安全性。

实用新型内容

为了解决现有热水壶不能自动适应供电电源以及加热功率不稳定的技术问题，本公开的实施例提供了一种用于发热元件的控制模块和水壶。

本公开的第一方面提供了一种用于发热元件的控制模块。该控制模块包括：电压采样电路，被配置为通过对发热元件供电的电源的电压值进行采样来生成采样电压值；过零采样电路，被配置为通过对电源的过零时刻进行检测，来生成与每个过零时刻相对应的过零脉冲；控制单元，被配置为基于采样电压值和过零脉冲来确定在每个周期内的触发脉冲的数目，并且在每个周期内生成数目的触发脉冲；以及驱动电路，被配置为基于控制单元生成的触发脉冲生成用于控制发热元件与电源导通或断开的驱动信号。

根据本公开的实施例，控制单元可以根据当前接入的电源电压和频率来控制发热元件的加热功率，使得发热元件无需附加其他电源转换器就可以适应不同的电源电压和频率，并且使得发热元件在不同的电源电压和频率下都可以保持恒定的加热功率。

在一些实施例中，还包括可控硅，被配置为基于驱动信号来控制发热元件与电源的导通或断开。以这样的方式，可以控制发热元件的加热功率保持恒定。

在一些实施例中，可控硅是双向可控硅。以这样的方式，可以控制发热元件的加热功率保持恒定。

在一些实施例中，控制单元是微控制单元。以这样的方式，可以以较低的成本来控制发热元件的加热功率保持恒定。

在一些实施例中，控制单元被配置为基于过零脉冲确定电源的频率，并且基于采样电压值和频率来确定在每个周期内的触发脉冲的数目。以这样的方式，可以通过较为简单的方式来确定当前接入的电源电压和频率，并基于该电源电压和频率来控制发热元件的加热功率，而无需附加其他电源转换器。

本公开的第二方面提供了一种水壶。该水壶包括第一方面的用于发热元件的控制模块。

根据本公开的实施例，水壶可以根据当前接入的电源电压和频率来控制发热元件的加热功率，使得水壶无需附加其他电源转换器就可以适应不同的电源电压和频率，并且使得发热元件在不同的电源电压和频率下都可以保持恒定的加热功率。

通过以下参照附图对示例性实施例的说明，本公开的进一步特征将变得显而易见。

应当理解，实用新型内容部分并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，亦非旨在用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

通过参照附图的以下详细描述，本公开实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本公开的多个实施例进行说明，其中：

图1示出了现有的用于发热元件的控制模块的信号波形图；

图2示出了根据本公开的实施例的用于发热元件的控制模块的示意性框图；

图3示出了根据本公开的实施例的用于发热元件的控制模块的信号波形图；以及

图4示出了根据本公开的实施例的水壶座的结构图。

具体实施方式

现在将参照附图中所示的各种示例性实施例对本公开的构思进行说明。应当理解，这些实施例的描述仅仅为了使得本领域的技术人员能够更好地理解并进一步实现本公开，而并不旨在以任何方式限制本公开的范围。应当注意的是，在可行情况下可以在图中使用类似或相同的附图标记，并且类似或相同的附图标记可以表示类似或相同的元素。本领域的技术人员将理解，从下面的描述中，本文中所说明的结构和/或方法的替代实施例可以被采用而不脱离所描述的本公开的原理和构思。

在本公开的语境中，术语“包括”及其各种变体可以被理解为开放式术语，其意味着“包括但不限于”；术语“基于”可以被理解为“至少部分地基于”；术语“一个实施例”可以被理解为“至少一个实施例”；术语“另一实施例”可以被理解为“至少一个其它实施例”。其他可能出现但在此处未提及的术语，除非明确说明，否则不应以与本公开的实施例所基于的构思相悖的方式做出解释或限定。

如上所述，一些水壶包括发热元件，发热元件通过接入市电对水壶主体中的水进行电加热。然而，这样的发热元件通常在工作过程中会对交流电网造成较大干扰。这主要是由于可控硅在每个周期中对交流电源进行斩波而造成的。

图1示出了现有的水壶的用于发热元件的控制模块的信号波形图。在图1(a)中，α是双向可控硅的导通角。图1(b)示出了触发双向可控硅导通的触发波形。由于可控硅在每个周期中对交流电源进行斩波，导致对交流电网造成较大干扰，并且难以在不同的电源下将输出功率保持恒定，同时还需要额外增加功率因数校正(PFC)抑制电路和电磁兼容性(EMC)/电磁干扰(EMI)电路，使得电路板和认证的成本增加。

根据本公开的示例性实施例，提供了一种用于全电压恒功率水壶的发热元件的控制模块。下面将结合图2至图4详细说明根据本公开的示例性实施例的水壶和用于发热元件的控制模块。

图2示出了根据本公开的实施例的用于发热元件的控制模块的示意性框图，图3示出了根据本公开的实施例的用于发热元件的控制模块的信号波形图。如图2所示，控制模块包括电压采样电路1、过零采样电路2、控制单元3和驱动电路4。

电压采样电路1通过对供电电源(例如，供电电源是市电)的电压值进行采样来生成采样电压值，控制单元3接收电压采样电路1生成的采样电压值。本公开对供电电源的电压值不进行限制，例如电压值可以是220V，也可以是110V等。

如图3(a)和图3(b)所示，每当电源电压过零时，过零采样电路2通过对电源的过零时刻进行检测，来生成与每个过零时刻相对应的过零脉冲，控制单元3接收过零采样电路2生成的过零脉冲。

在一些实施例中，为了使过零采样电路2免受交流电源的干扰，还可以在电源与发热元件之间加入限流和/或滤波元件(例如限流电阻和/或滤波电容和/或反向截位二极管等)，以使过零信号电压限制合适的电压范围，例如，在0至5V之间，这使得过零脉冲不容易被外部信号干扰而引起功率不稳定的问题。

应当理解，为了使过零脉冲保持稳定从而使负载得到正确的交流波形，并且使发热元件输出恒定的功率，可以选取适当参数的限流电阻、滤波电容或反向截位二极管，本公开在此不受限制。

如图3(d)所示，控制单元3基于电压采样电路1生成的采样电压值和过零采样电路2生成的过零脉冲，来确定使发热元件的功率保持恒定的、在每个周期内需要的触发脉冲的数目。在一些示例中，控制单元3可以是任何适当的控制单元，例如控制单元3是微控制单元(MCU)。

在一些实施例中，控制单元3可以基于当前电源的电压和频率来确定在每个周期内的触发脉冲的数目，例如控制单元3基于过零采样电路2生成的过零脉冲来确定电源的频率，并且基于电压采样电路1生成的采样电压值和所确定的电源的频率，来确定在每个周期内的触发脉冲的数目。

在一些实施例中，控制单元3可以具有周期为T_C的内部控制信号，在每个周期T_C中，当内部控制信号为高电平时，控制单元3生成触发脉冲，当内部控制信号为低电平时，控制单元3不生成触发脉冲。如图3(c)所示，高电平的持续时间为t₁，低电平的持续时间为t₂，并且T_C＝t₁+t₂。应当理解，尽管这里示出了低电平的持续时间为t₂，内部控制信号在整个周期T_C中也可以不存在低电平，即t₂可以等于0。控制单元3可以基于电压采样电路1生成的采样电压值和过零采样电路2生成的过零脉冲，来确定内部控制信号处于高电平的持续时间t₁，从而确定与该高电平对应的触发脉冲的数目。在图3(d)所示的示例中，与高电平对应的触发脉冲的数目为6。

驱动电路4基于控制单元3生成的触发脉冲来生成用于控制发热元件与电源导通或断开的驱动信号。驱动电路4可以将该驱动信号提供给发热元件和电源之间的开关部件来控制发热元件与电源的导通或断开。在一些示例中，可以采用适当的开关部件，例如开关部件可以是可控硅。在一些示例中，为了便于对交流电压进行控制，可以采用适当形式的可控硅来控制发热元件与电源的导通或断开，例如可控硅可以是双向可控硅。备选地，开关部件也可以是两只单向可控硅反向并联而成。

由于开关部件在每个周期内导通的次数和频率是控制模块根据当前供电的电源电压和频率确定的，所以当发热元件接受不同的电源时，开关部件在相同周期内导通的次数和频率可以是不同的。因此，针对不同的电源电压和频率，发热元件都能够维持在目标功率操作，从而实现全电压恒功率操作。

本公开的实施例还提供了一种全电压恒功率水壶。该水壶包括如上所述的用于发热元件的控制模块。该水壶可以适应不同的电源电压和频率，并且在发热元件额定功率确定的情况下，利用可控硅的触发导通来实现在不同电压下的加热功率保持恒定。

水壶可以包括水壶座和水壶本体两部分。图4示出了根据本公开的实施例的水壶座的结构图。水壶座包括水壶座上盖5、水壶加热座子6、水壶控制板7和水壶座底壳8。

在一些实施例中，水壶控制板7可以包括如上所示的用于水壶发热元件的控制模块。在一些实施例中，水壶控制板7可以为各种适当的控制板，作为示例，水壶控制板7可以是MCU控制板。在一些实施例中，水壶控制板7还可以包括开关电源。在一些实施例中，水壶本体可以集成温度熔断器，使得当水壶本体中的水温达到沸点时，温度熔断器将电源与水壶断开连接。

虽然已通过示例详细展示了本公开的一些具体实施例，但是本领域技术人员应当理解，上述示例仅意图是示例性的而非限制本公开的范围。本领域技术人员应该理解，上述实施例可以被修改而不脱离本公开的范围和实质。本公开的范围是通过所附的权利要求限定的。

在说明书和下面的权利要求中，除非上下文另外需要，术语“包括”和“包含”被理解为包含所说明的成分或成分组，但不排除任何其他成分或成分组。

本说明书中的对任何现有技术的引用不是也不应当被视为承认为暗示这些现有技术构成公知常识。

应当理解，所附权利要求仅是临时权利要求，并且是可能权利要求的示例，并且并不旨在将权利要求的范围限制于基于本申请的任何将来的专利申请。可能在日后在示例的权利要求中增加或删除成分，以进一步限定或重新限定本公开。

Claims (6)

1.一种用于发热元件的控制模块，其特征在于，包括：

电压采样电路，被配置为通过对所述发热元件供电的电源的电压值进行采样来生成采样电压值；

过零采样电路，被配置为通过对所述电源的过零时刻进行检测，来生成与每个所述过零时刻相对应的过零脉冲；

控制单元，被配置为基于所述采样电压值和所述过零脉冲来确定在每个周期内的触发脉冲的数目，并且在每个周期内生成所述数目的触发脉冲；以及

驱动电路，被配置为基于所述控制单元生成的触发脉冲，生成用于控制所述发热元件与所述电源导通或断开的驱动信号。

2.根据权利要求1所述的用于发热元件的控制模块，其特征在于，还包括可控硅，被配置为基于所述驱动信号来控制所述发热元件与所述电源的导通或断开。

3.根据权利要求2所述的用于发热元件的控制模块，其特征在于，所述可控硅是双向可控硅。

4.根据权利要求1所述的用于发热元件的控制模块，其特征在于，所述控制单元是微控制单元。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于发热元件的控制模块，其特征在于，所述控制单元被配置为基于所述过零脉冲确定所述电源的频率，并且基于所述采样电压值和所述频率来确定在所述每个周期内的所述触发脉冲的所述数目。

6.一种水壶，其特征在于，包括根据权利要求1至5中任一项所述的用于发热元件的控制模块。