CN211531341U - 加热电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种加热电路，包括：发热元件；变频切相电路，电连接发热元件，还用于电连接市电及控制器，根据控制信号对市电进行变频切相处理，输出工作电源信号至发热元件，控制信号为控制器根据设定的工作参数输出。本实用新型通过变频切相电路获取控制器根据工作参数输出的控制信号，根据控制信号对市电进行变频切相处理，使输出至发热元件的电源信号能够通过切相调节功率，进而调节发热元件的温度，使温度可以恒定在一个很小的范围内，并达到节能的目的。

Description

加热电路

技术领域

本实用新型涉及电热取暖装置领域，特别是涉及一种加热电路。

背景技术

随着生活质量的提升，电热取暖装置的种类也越来越多，例如电地暖、电地毯、电墙板、电床板等等。

目前的电热取暖装置为了避免产生安全问题，一般都有预设的温度阈值，利用温度传感器检测发热温度，当达到温度阈值时，则切断电源停止加热，温度降低后又重新开始加热，使得温度控制波动大，用户难以根据实际需要进行控制。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种加热电路，能够增加电热取暖装置的温度可控性。

一种加热电路，包括：

发热元件；

变频切相电路，电连接发热元件，还用于电连接市电及控制器，根据控制信号对市电进行变频切相处理，输出工作电源信号至发热元件，控制信号为控制器根据设定的工作参数输出。

在其中一个实施例中，加热电路还包括：

隔离电路，输入端电连接变频切相电路，输出端电连接发热元件，用于隔离传输工作电源信号至发热元件。

在其中一个实施例中，变频切相电路包括：

相位检测电路，用于电连接市电，用于检测市电的频率相位信息；

控制电路，电连接相位检测电路，还用于电连接控制器，用于根据控制信号及频率相位信息输出占空比控制信号；

变频电路，电连接控制电路，用于根据占空比控制信号输出加热电源信号。

在其中一个实施例中，变频切相电路还包括：

变频驱动电路，电连接控制电路，根据占空比控制信号驱动变频电路输出加热电源信号。

在其中一个实施例中，变频电路包括：第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管及第四NMOS管；

第一NMOS管的源极电连接第二NMOS管的漏极，漏极用于电连接市电的第一电位端，栅极电连接变频驱动电路的第一输出端；

第二NMOS管的源极用于电连接市电的第二电位端，栅极电连接变频驱动电路的第二输出端；

第三NMOS管的源极电连接第四NMOS管的漏极，漏极电连接第一NMOS管的漏极，栅极电连接变频驱动电路的第三输出端；

第四NMOS管的源极电连接第二NMOS管的源极，栅极电连接变频驱动电路的第四输出端。

在其中一个实施例中，变频电路还包括第一电容；

第一电容的第一端电连接第一NMOS管的漏极，第二端电连接第二NMOS管的漏极。

在其中一个实施例中，变频驱动电路包括第一缓冲门、第二缓冲门、第三缓冲门及第四缓冲门；

第一缓冲门的输入端电连接控制电路的第一输出端；

第二缓冲门的输入端电连接控制电路的第二输出端；

第三缓冲门的输入端电连接控制电路的第三输出端；

第四缓冲门的输入端电连接控制电路的第四输出端。

在其中一个实施例中，隔离电路包括变压器；

变压器原边绕组电连接变频切相电路的输出端，变压器副边绕组电连接发热元件。

在其中一个实施例中，隔离电路还包括整流电路；

整流电路用于串联设置于变压器的副边绕组与发热元件之间。

在其中一个实施例中，变频电路包括半桥电路、推挽电路、正激电路、反激电路中的任意一种。

上述加热电路，通过变频切相电路获取控制器根据工作参数输出的控制信号，根据控制信号对市电进行变频切相处理，使输出至发热元件的电源信号能够通过切相调节功率，进而调节发热元件的温度，使温度可以恒定在一个很小的范围内，并达到节能的目的。

附图说明

图1为一个实施例中，加热电路的结构框图；

图2为另一个实施例中，加热电路的结构框图；

图3为一个实施例中，变频切相电路的结构框图；

图4为一个实施例中，变频切相电路的电路结构示意图；

图5为一个实施例中，具有隔离电路的加热电路结构示意图；

图6为一个实施例中，具有整流电路的加热电路结构示意图；

图7为一个实施例中，加热电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在其中一个实施例中，提供了一种加热电路100，包括：

发热元件110；

变频切相电路120，电连接发热元件110，还用于电连接市电300及控制器200，根据控制信号对市电300进行变频切相处理，输出工作电源信号U2至发热元件110，控制信号为控制器200根据设定的工作参数输出。

发热元件110是在接入工作电源信号U2后发热的电热材料，根据电热取暖装置的不同，可以是不同类型的电热材料，例如碳纤维线、发热丝、电阻、电阻膜、半导体发热元件110、电子发热材料等。

控制器200为电热取暖装置的控制器200，能够检测发热元件110的温度，并根据用户设置的温度或功率以及发热元件110的温度输出控制信号，控制信号可以是电压信号或电流信号。

市电300为工频交流电，若直接接入发热元件110进行加热，功率不可调，只能通过设置温度传感器检测发热元件110的温度，达到预设的温度上限阈值时，控制装置切断电源停止加热，直至温度低于预设加热温度阈值时，又控制电源接入发热元件110进行加热，温度波动范围大，存在反复重新加热的情况，导致消耗的电能过高。利用变频切相电路120对接入市电300的输出信号U1进行变频切相，切相即根据需要将正弦波的前沿或后沿切除，使输出的工作电源信号U2的波形满足工作需要，能够改变电压的有效值，调整发热元件110的发热功率，缩小温度波动范围，实现温度可控，并且减少电能消耗。

上述加热电路100，通过变频切相电路120获取控制器200根据工作参数输出的控制信号，根据控制信号对市电300进行变频切相处理，使输出至发热元件110的电源信号能够通过切相调节功率，进而调节发热元件110的温度，使温度可以恒定在一个很小的范围内，并达到节能的目的。

在其中一个实施例中，加热电路100还包括：

隔离电路130，输入端电连接变频切相电路120，输出端电连接发热元件110，用于隔离传输工作电源信号U2至发热元件110。

由于电热取暖装置存在与用户身体直接接触的可能，若直接将220V的市电300接入发热元件110，存在安全隐患。设置隔离电路130将发热元件110与市电300隔离，能够避免安全隐患。

在其中一个实施例中，变频切相电路120包括：

相位检测电路121，用于电连接市电300，用于检测市电300的频率相位信息；

控制电路122，电连接相位检测电路121，还用于电连接控制器200，用于根据控制信号及频率相位信息输出占空比控制信号；

变频电路123，电连接控制电路122，用于根据占空比控制信号输出加热电源信号。

相位是指电压波形与电流波形过零点的时间差，频率相位信息包括市电300的频率信息和相位信息。在一个实施例中，相位检测电路121可以包括变换式相位表、电动式相位表或数字式相位表，以及频率检测仪，通过相位检测电路121即可直接检测出市电300的频率相位信息。在一个实施例中，相位检测电路121可以包括微型电压互感器，通过相位检测电路121可以检测出市电300的频率相位信息。在其中一个实施例中，相位检测电路121可以包括光耦。

控制电路122根据频率相位信息及控制器200输出的控制信号计算出占空比控制信号，占空比控制信号用于驱动变频电路123输出目标频率、目标相位及切相后的信号。在一个实施例中，控制电路122包括PWM控制器200及可控硅，通过可控硅对市电300进行切相处理得到切相信号，PWM控制器200基于切相信号及控制信号计算出占空比，向变频电路123输出占空比控制信号，驱动变频电路123输出加热电源信号。PWM控制器200的选择并非本实用新型的改进点所在，本领域技术人员可以根据需要自行选择。

在其中一个实施例中，控制电路122可以由一个单片机及其外围电路实现占空比计算及切相。在其中一个实施例中，可以采用N76E003AT20型号的单片机。

变频电路123是对交流电的频率进行变换的电路，一般还可同时控制输出电压。在其中一个实施例中，在其中一个实施例中，变频电路123包括半桥电路、推挽电路、正激电路、反激电路中的任意一种。推挽电路(push-pull)就是两个不同极性晶体管间连接的输出电路。推挽电路采用两个参数相同的功率BJT管或MOSFET管，以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小效率高。推挽输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流。

正激电路拓补结构多种多样，大致可以这样分类：根据驱动管子个数，可分为单管正激，双管正激；根据磁芯复位技术的不同，可分为辅助磁通绕组复位，LCD缓冲网络复位，RCD箝位复位，有源箝位复位；根据拓补结构的形式不同，可分为单个变换器和串、并组合变换器。在各种间接直流变流电路中，正激DC/DC变换器具有电路拓补结构简单，输入输出电气隔离，电压升、降范围宽，易于多路输出等优点，因此被广泛应用于中小功率电源变换场合，尤其在供电电源要求低电压大电流的通讯和计算机系统中，正激电路更能显示其优势。但是在开关关断期间，高频变压器必须磁芯复位，以防变压器铁心饱和，因此必须采用专门的磁复位电路。

反激电路中变压器的一次和二次绕组的极性相反，当开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管截止，变压器储存能量，负载由输出电容提供能量。当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变压器中的能量经由输出二极管向负载供电，同时对电容充电，补充刚刚损失的能量。反激电路可以看作是隔离的Buck/Boost电路。在反激电路中，输出变压器除了实现电隔离和电压匹配之外，还有储存能量的作用，前者是变压器的属性，后者是电感的属性，因此也称其为电感变压器或异步电感。

在其中一个实施例中，变频切相电路120还包括：

变频驱动电路，电连接控制电路122，根据占空比控制信号驱动变频电路123输出加热电源信号。

设置变频驱动电路能够提升控制电路122对变频电路123的驱动能力，在一些实施例中，还可以通过使用驱动变压器来进行电压变换。在一些实施例中，变频驱动电路还可以采用驱动芯片，根据电路设计需要可以选择不同类型或型号的驱动芯片。

在其中一个实施例中，变频电路123包括：第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3及第四NMOS管Q4；

第一NMOS管Q1的源极电连接第二NMOS管Q2的漏极，漏极用于电连接市电300的第一电位端，栅极电连接变频驱动电路的第一输出端；

第二NMOS管Q2的源极用于电连接市电300的第二电位端，栅极电连接变频驱动电路的第二输出端；

第三NMOS管Q3的源极电连接第四NMOS管Q4的漏极，漏极电连接第一NMOS管Q1的漏极，栅极电连接变频驱动电路的第三输出端；

第四NMOS管Q4的源极电连接第二NMOS管的源极，栅极电连接变频驱动电路的第四输出端。

第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3及第四NMOS管Q4构成一个全桥电路，控制电路122向变频驱动电路输出占空比控制信号，变频驱动电路根据占空比控制信号输出驱动信号，当变频驱动电路的第一输出端输出高电平时，第一NMOS管Q1导通；输出低电平时，第一NMOS管Q1截止。当变频驱动电路的第二输出端输出高电平时，第二NMOS管Q2导通，输出低电平时，第二NMOS管Q2截止。当变频驱动电路的第三输出端输出高电平时，第三NMOS管Q3导通，输出低电平时，第三NMOS管Q3截止。当变频驱动电路的第四输出端输出高电平时，第四NMOS管Q4导通，输出低电平时，第四NMOS管Q4截止。

在其中一个实施例中，变频电路123还包括第一电容；

第一电容的第一端电连接第一NMOS管Q1的漏极，第二端电连接第二NMOS管Q2的漏极。

第一电容用于对市电300进行滤波稳压。

在其中一个实施例中，变频驱动电路包括第一缓冲门、第二缓冲门、第三缓冲门及第四缓冲门；

第一缓冲门的输入端电连接控制电路122的第一输出端；

第二缓冲门的输入端电连接控制电路122的第二输出端；

第三缓冲门的输入端电连接控制电路122的第三输出端；

第四缓冲门的输入端电连接控制电路122的第四输出端。

缓冲门是一种具有高输出驱动能力或多输出端的逻辑门，能够提高驱动能力。当控制电路122的第一输出端输出高电平时，第一缓冲门输出高电平，反之，则输出低电平；控制电路122的第二输出端输出高电平时，第二缓冲门输出高电平，反之，则输出低电平；控制电路122的第三输出端输出高电平时，第三缓冲门输出高电平，反之，则输出低电平；控制电路122的第四输出端输出高电平时，第四缓冲门输出高电平，反之，则输出低电平。

在其中一个实施例中，隔离电路130包括变压器T；

变压器T原边绕组电连接变频切相电路120的输出端，变压器T副边绕组电连接发热元件110。

变压器T的隔离是隔离原副边绕线圈各自的电流。隔离变压器T的主要作用是：使一次侧与二次侧的电气完全绝缘，也使该回路隔离。另外，利用其铁芯的高频损耗大的特点，从而抑制高频杂波传入控制回路。用隔离变压器T使二次对地悬浮，只能用在供电范围较小、线路较短的场合。此时，系统的对地电容电流小得不足以对人身造成伤害，达到隔离危险电压的目的。

在其中一个实施例中，通过变频电路123低频的市电300电压转换为高频电压，能够实现隔离电路130变压器T的小型化，缩小加热电路100的体积。

在其中一个实施例中，隔离电路130还包括整流电路；

整流电路用于串联设置于变压器T的副边绕组与发热元件110之间。

在一些小功率、隔离电路130与发热元件110距离不远的情况下，隔离电路130可以直接连接发热元件110，不需要整流电路。在大功率或隔离电路130与发热元件110距离较远的情况下，需要通过整流电路把隔离电路130输出的电压整流后，再输入到发热元件110。这是由于在工程安装时电力线有电感，电流的频率越高电感的感抗越大，整流后可以把高频交流变为低频直流，可大大减小电力线对电流的阻抗。

整流电路(rectifying circuit)是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。整流电路的主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。习惯上称单向脉动性直流电压。

在其中一个实施例中，整流电路500包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4及第二电容C2；

第一二极管D1的阳极电连接变压器T副边绕组的第一端，阴极电连接第二二极管D2的阴极；

第二二极管D2的阳极电连接变压器T副边绕组的第二端，阴极电连接发热元件110的第一端；

第三二极管D3的阳极电连接第四二极管D4的阳极，阴极电连接变压器T副边绕组的第一端；

第四二极管D4的阳极电连接发热元件110的第二端，阴极电连接变压器T副边绕组的第二端；

第二电容C2的第一端电连接第二二极管D2的阴极，第二端电连接第四二极管D4的阳极。

第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4构成一个桥式整流电路，对变压器T输出的信号进行整流，第二电容C2用于为整流后的信号进行滤波后再输出至发热元件110。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种加热电路，其特征在于，包括：

发热元件；

变频切相电路，电连接所述发热元件，还用于电连接市电及控制器，根据控制信号对市电进行变频切相处理，输出工作电源信号至所述发热元件，所述控制信号为所述控制器根据设定的工作参数输出。

2.根据权利要求1所述的加热电路，其特征在于，还包括：

隔离电路，输入端电连接所述变频切相电路，输出端电连接所述发热元件，用于隔离传输工作电源信号至所述发热元件。

3.根据权利要求1所述的加热电路，其特征在于，所述变频切相电路包括：

相位检测电路，用于电连接市电，用于检测市电的频率相位信息；

控制电路，电连接所述相位检测电路，还用于电连接所述控制器，用于根据所述控制信号及所述频率相位信息输出占空比控制信号；

变频电路，电连接所述控制电路，用于根据所述占空比控制信号输出加热电源信号。

4.根据权利要求3所述的加热电路，其特征在于，所述变频切相电路还包括：

变频驱动电路，电连接所述控制电路，根据所述占空比控制信号驱动所述变频电路输出所述加热电源信号。

5.根据权利要求4所述的加热电路，其特征在于，所述变频电路包括：第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管及第四NMOS管；

所述第一NMOS管的源极电连接所述第二NMOS管的漏极，漏极用于电连接市电的第一电位端，栅极电连接所述变频驱动电路的第一输出端；

所述第二NMOS管的源极用于电连接市电的第二电位端，栅极电连接所述变频驱动电路的第二输出端；

所述第三NMOS管的源极电连接所述第四NMOS管的漏极，漏极电连接所述第一NMOS管的漏极，栅极电连接所述变频驱动电路的第三输出端；

所述第四NMOS管的源极电连接所述第二NMOS管的源极，栅极电连接所述变频驱动电路的第四输出端。

6.根据权利要求5所述的加热电路，其特征在于，所述变频电路还包括第一电容；

所述第一电容的第一端电连接所述第一NMOS管的漏极，第二端电连接所述第二NMOS管的漏极。

7.根据权利要求6所述的加热电路，其特征在于，所述变频驱动电路包括第一缓冲门、第二缓冲门、第三缓冲门及第四缓冲门；

所述第一缓冲门的输入端电连接所述控制电路的第一输出端；

所述第二缓冲门的输入端电连接所述控制电路的第二输出端；

所述第三缓冲门的输入端电连接所述控制电路的第三输出端；

所述第四缓冲门的输入端电连接所述控制电路的第四输出端。

8.根据权利要求2所述的加热电路，其特征在于，所述隔离电路包括变压器；

所述变压器原边绕组电连接所述变频切相电路的输出端，所述变压器副边绕组电连接所述发热元件。

9.根据权利要求8所述的加热电路，其特征在于，所述隔离电路还包括整流电路；

所述整流电路用于串联设置于所述变压器的副边绕组与所述发热元件之间。

10.根据权利要求3所述的加热电路，其特征在于，所述变频电路包括半桥电路、推挽电路、正激电路、反激电路中的任意一种。

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