CN213991040U - 静音大功率连续可调电加热装置 - Google Patents

Abstract

一种静音大功率连续可调电加热装置，第一加热部分包括整流桥、第一加热器、绝缘栅双极型晶体管IGBT、第一控制模块和电流检测模块；IGBT的C极、G极和E极分别与第一加热器的一端、第一控制模块的输出控制脚和过流检测模块的一端连接；第一加热器的另一端与该整流桥的正极连接；整流桥的负极与电流检测模块另一端连接；第一控制模块由中央处理器MCU芯片控制；整流桥的两输入端分别与交流电的L、N端连接；第二加热部分包括双向可控硅、第二控制模块和第二加热器；双向可控硅的G极与第二控制模块的输出控制脚连接，T1、T2极分别与交流电的L端和第二加热器的一端连接。它提高了取暖器的制热舒适度、能效、产品寿命及降低能耗。

Description

静音大功率连续可调电加热装置

技术领域

本实用新型涉及电暖器，特别涉及用在电暖器上的静音大功率连续可调电加热装置。

背景技术

目前的电暖器控制主要通过机械通断和电子通断来控制加热器的工作。而，电子通断主要通过继电器或可控硅控制，其中，继电器方式的控制，在开关的时候会产生开关的“啪啪”噪音，另外继电器的寿命一般在10000次左右；而且继电器对电加热只有开或不开两种状态，而不能调温的。另外一种的可控硅控制，是通过双向可控硅来调温，这种调温虽然可以做连续调温并且不会产生噪音，但这种调温的方式会对电网造成一定的影响，从而有可能会对家电造成一定的干扰。

另外，目前市场上的电暖器均采用将不可调功率的电加热管输出功率的，制热时当室内温度或电暖器进风口温度低于一定值时，开启电加热，达到一定值关掉电加热，即电加热的功率不可调。存在的问题有：由于我国地域辽阔，昼夜温差较大；同时由于电加热开启，室内温度（简称为室温）会逐渐升高，在室温最后提升或维持主要依靠电加热投入，但此时由于温度叠加，很容易达到保护和退出电加热条件，此时会频繁开启电加热，从而影响继电器的寿命。如果有这样一款电暖器，在温度高的时侯，电加热投入功率比较低，而在温度低的时侯，电加热投入功率比较高，这样就能满足用户对于室温的稳定、舒适性要求。这正是本申请人的目的所在。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种能提高取暖器制热舒适度、能效、产品寿命及降低能耗的静音大功率连续可调电加热装置。

为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用下述技术方案：

一种静音大功率连续可调电加热装置，包括中央处理器MCU芯片、第一加热部分和第二加热部分，其中：

所述第一加热部分包括整流桥、第一加热器、绝缘栅双极型晶体管IGBT、第一控制模块和电流检测模块；所述IGBT的C极、G极和E极分别与第一加热器的一端、第一控制模块的输出控制脚和过流检测模块的一端连接；所述第一加热器的另一端与该整流桥的正极连接；所述整流桥的负极与电流检测模块另一端连接；所述第一控制模块由中央处理器MCU芯片输出一个16KHz、5V的PWM信号控制；所述整流桥的两输入端分别与交流电的L、N端连接；

所述第二加热部分包括双向可控硅Q6、第二控制模块和第二加热器；所述双向可控硅Q6的G极与第二控制模块的输出控制脚连接，T1、T2极分别与交流电的L端和第二加热器的一端连接；所述第二加热器的另一端与交流电的N端连接；所述第二控制模块由中央处理器MCU芯片输出的信号实现工作。

在对上述静音大功率连续可调电加热装置的改进方案中，所述的第一控制模块包括IGBT驱动专用芯片U12，由电容C30、电容C32组成IGBT驱动专用芯片U12的VDD输出滤波电路，以及由电容C29、电容C33和电阻R41组成的IGBT驱动专用芯片U12的输入滤波电路。

在对上述静音大功率连续可调电加热装置的改进方案中，所述的过流检测模块包括电压比较器U14A、电阻R45、电容C34、电阻R46、电阻R47和电容C35。

在对上述静音大功率连续可调电加热装置的改进方案中，所述的第二控制模块包括电阻R42和可控硅驱动光耦U13。

在对上述静音大功率连续可调电加热装置的改进方案中，所述的中央处理器MCU芯片为STM8S005C6、STM8S003F3、STM32G030C8T6或HC89S003F4。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：1）、由于第一加热部分和第二加热部分是各自独立的，在室内根据所测的温度跟目标温度相差较大时分别由绝缘栅双极型晶体管IGBT和双向可控硅控制以同时让第一加热部分和第二加热部分通电发热使室温快速、稳定达到目标温度值；当温度差较小时，第二加热部分不工作的同时，让第一加热部分的加热输出功率可以百分数形式来调节，从而降低输入功率，减少电加热的功率投入，满足用户对于室温稳定舒适性要求，因此本实用新型的结构更合理，能提高制热舒适度、提高能效、提高产品寿命及降低能耗；2）、由于采用绝缘栅双极型晶体管IGBT和双向可控硅的电子通断来对3KW以内的家用取暖器进行控制，它们分别控制其中一半，其中双向可控硅以开关方式控制第二加热部份的输出功率，而IGBT在0–100%范围内能以1 %分阶调节第一加热部分的输出功率，从而实现静音、连续地调节电加热。

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述：

【附图说明】

图1是本实用新型实施例的第一加热部分的工作原理图；

图2是本实用新型实施例的第二加热部分的工作原理图；

图3是本实用新型实施例的电路图。

【具体实施方式】

本实用新型为一种静音大功率连续可调电加热装置，包括中央处理器MCU芯片8、第一加热部分和第二加热部分，其中：

所述第一加热部分包括整流桥3、第一加热器4、绝缘栅双极型晶体管IGBT、第一控制模块1和电流检测模块5，其中，第一加热器4由绝缘栅双极型晶体管IGBT控制通电与否，而绝缘栅双极型晶体管IGBT由第一控制模块1输出不同占空比的16KHz的PWM信号实现工作，电流检测模块5用于监控、检测IGBT的电流和温度；所述IGBT的C极、G极和E极分别与第一加热器的一端、第一控制模块1的输出控制脚和过流检测模块5的一端连接；所述第一加热器4的另一端与该整流桥3的正极连接；所述整流桥3的负极与电流检测模块5另一端连接；所述第一控制模块1由中央处理器MCU芯片8输出一个16KHz、5V的PWM信号控制；所述整流桥的两输入端分别与交流电的L、N端连接。绝缘栅双极型晶体管IGBT的工作原理为：交流电的L端通过整流桥整流后的正极接到第一加热器的一端，第一加热器的另一端接IGBT的C极，通过第一控制模块输出不同占空比的16KHz的PWM信号到IGBT的G极管，使IGBT打开后，电流通过第一加热器从IGBT的C极到E极后回到整流桥的负极，再流向整流桥的交流N端，以此构成第一加热部分工作的回路。加热输出功率以百分数形式在操作面板上体现，可从0–100%以1 %分阶调节。在IGBT的电路中增加了电流检测模块，从而实时监控IGBT输出的电流和IGBT工作温度。当检测到IGBT电流过大时实时切断IGBT的输出，而当检测到IGBT工作温度过高时马上降低IGBT输出的占空比，从而对IGBT过流和过温的保护。

所述第二加热部分包括双向可控硅Q6、第二控制模块6和第二加热器7；所述双向可控硅Q6的G极与第二控制模块6的输出控制脚连接，T1、T2极分别与交流电的L端和第二加热器7的一端连接；所述第二加热器7的另一端与交流电的N端连接；所述第二控制模块6由中央处理器MCU芯片8输出的信号实现工作；双向可控硅的工作原理为：由于加热输出功率以百分数形式（从0–100%以1 %分阶）调节，当输出功率大于50%时，MCU芯片输出的信号来打开可控硅，而当输出功率低于50%时则关闭可控硅。

本实用新型在工作时：

系统实时检测当前环境温度，并与取暖器设定目标温度进行比较来算出差值，当温度差较大时，系统通过中央处理器MCU芯片输出信号，来同时打开可控硅和IGBT，从而调高输入功率，于是第一、二加热部分的第一、二加热器同时通电发热，使室温快速、稳定达到目标温度值；随着温度差逐渐缩小时，系统降低IGBT的调制波占空比，从而降低输入功率，减少电加热的功率投入；而当温度差为零（即达到目标温度）时，关闭IGBT和可控硅以停止第一、二加热器的通电发热；当在目标温度下浮动时，只打开IGBT后通过占空比来调节第一加热器的通电加热，这样就可以使室内温度保持在设定的状态，从而满足用户对于室温稳定舒适性要求。

从上可以看出，由于第一加热部分和第二加热部分是各自独立的，在室内根据所测的温度跟目标温度相差较大时分别由绝缘栅双极型晶体管IGBT和双向可控硅控制以同时让第一加热部分和第二加热部分通电发热使室温快速、稳定达到目标温度值，此时，第一加热部分的加热输出功率的百分数调节较高，从而调高输入功率；当温度差较小时，第一加热部分的加热输出功率可以百分数形式来调节，从而降低输入功率，减少电加热的功率投入，满足用户对于室温的稳定舒适性要求，因此本实用新型的结构更合理，能提高制热舒适度、提高能效、提高产品寿命（因为不会频繁开启双向可控硅等元器件）及降低能耗。

在本实施例中，如图3所示，第一控制模块1包括IGBT驱动专用芯片U12，由电容C30、电容C32组成IGBT驱动专用芯片U12的VDD输出滤波电路，以及由电容C29、电容C33和电阻R41组成的IGBT驱动专用芯片U12的输入滤波电路，在工作时，由中央处理器MCU芯片输出一个16KHZ的5V的PWM到IGBT驱动专用芯片U12的第3脚上，以使其第7脚输出18V的PWM驱动IGBT的开关频率。IGBT驱动专用芯片的型号可以是HT45B1等。

过流检测模块5包括电压比较器U14A、电阻R45、电容C34、电阻R46、电阻R47和电容C35，其工作原理是：由电阻R46、电阻R47和电容C35提供一个基准电压给到U14 A的负端2脚，由于在IGBT 的E极上串了一个采样电阻R44，它把采样到的电压经过R45和C34输入到U14A的正端3脚，当IGBT的电流超过了额定电流的2倍时，则U14A的1脚输出高电平，中央处理器MCU芯片收到这个信号，关闭IGBT的的PWM输出，从而保护了IGBT不会因过流而损坏。在此，电压比较器U14A型号为LM393。

第二控制模块6由电阻R42和可控硅驱动光耦U13组成，中央处理器MCU芯片给电阻R42输入一个低电平时，5V经过可控硅驱动光耦U13的1脚流向中央处理器的驱动IO口，从而打开U13，通过控制这个IO的高低电平来控制双向可控硅Q6的开关动作。在此，可控硅驱动光耦U13型号为 MOC3021。

中央处理器MCU芯片为STM8S005C6、STM8S003F3、STM32G030C8T6或HC89S003F4等。

第一加热器4、第二加热器7通常为电热丝。

尽管参照上面实施例详细说明了本实用新型，但是通过本公开对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所述的权利要求限定的本实用新型的原理及精神范围的情况下，可对本实用新型做出各种变化或修改。因此，本公开实施例的详细描述仅用来解释，而不是用来限制本实用新型，而是由权利要求的内容限定保护的范围。

Claims (5)

1.一种静音大功率连续可调电加热装置，其特征在于，包括中央处理器MCU芯片、第一加热部分和第二加热部分，其中：

所述第一加热部分包括整流桥、第一加热器、绝缘栅双极型晶体管IGBT、第一控制模块和电流检测模块；所述IGBT的C极、G极和E极分别与第一加热器的一端、第一控制模块的输出控制脚和过流检测模块的一端连接；所述第一加热器的另一端与该整流桥的正极连接；所述整流桥的负极与电流检测模块另一端连接；所述第一控制模块由中央处理器MCU芯片输出一个16KHz、5V的PWM信号控制；所述整流桥的两输入端分别与交流电的L、N端连接；

所述第二加热部分包括双向可控硅Q6、第二控制模块和第二加热器；所述双向可控硅Q6的G极与第二控制模块的输出控制脚连接，T1、T2极分别与交流电的L端和第二加热器的一端连接；所述第二加热器的另一端与交流电的N端连接；所述第二控制模块由中央处理器MCU芯片输出的信号实现工作。

2.根据权利要求1所述的静音大功率连续可调电加热装置，其特征在于，所述的第一控制模块包括IGBT驱动专用芯片U12，由电容C30、电容C32组成IGBT驱动专用芯片U12的VDD输出滤波电路，以及由电容C29、电容C33和电阻R41组成的IGBT驱动专用芯片U12的输入滤波电路。

3.根据权利要求1所述的静音大功率连续可调电加热装置，其特征在于，所述的过流检测模块包括电压比较器U14A、电阻R45、电容C34、电阻R46、电阻R47和电容C35。

4.根据权利要求1所述的静音大功率连续可调电加热装置，其特征在于，所述的第二控制模块包括电阻R42和可控硅驱动光耦U13。

5.根据权利要求1所述的静音大功率连续可调电加热装置，其特征在于，所述的中央处理器MCU芯片为STM8S005C6、STM8S003F3、STM32G030C8T6或HC89S003F4。

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