一种通用型自适应恒功率加热电路及其装置的制作方法

本实用新型涉及一种加热电路及其装置，尤其涉及一种通用型自适应恒功率加热电路及其装置。

背景技术：

随着全球化进程的加快，电子电器产品已步入全球通用的进程。由于电源电路技术逐渐成熟，便携式电子产品如笔记本电脑等已实现国际化。目前，全球室内用电有低压用电和高压用电两种电网标准，通过比较发现，110V 标准电压属于低压型通用电压，220V和230V标准电压属于高压型通用电压。对于传统的加热类电器产品，其工作时直接通过电网对电阻丝供电来进行加热，存在加热原理简单、成本低、加热效率高等优点，但是，全球主流电网不统一对该类电器设备存在较大影响，很难实现国际化。

对于上述问题，目前主要有如下两种解决方案。第一种解决方案是将产品划分到不同的销售地区，以当地电网标准进行产品设计，但是，由于存在器件型号不统一等问题，会给产品设计带来麻烦，同时造成成本的增加，产品库存和销售等问题也变得复杂。第二种解决方案是使用变压器进行电压转换，即将市电电压调整为产品适应的工作电压后，再使用该电器产品，但是，使用配套的变压器，不但会造成电能浪费、成本增加，还让电器的使用变得麻烦。

因此，亟需找到一种新的技术方案解决以上难题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术中的缺陷，提供一种通用型自适应恒功率加热电路，可为各种民用交流电网供电模式提供相对恒定的加热输出功率，采用的元器件大大简化，不影响电器设备的其他功能，生产成本降低，易操作，可根据需要，改变开关器件的个数，以获得恒定的加热输出功率的加热电路，加热电路自带上电保护机制，设计巧妙，使用寿命长。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本实用新型为一种通用型自适应恒定功率加热电路，其特点在于，所述通用型自适应恒定功率加热电路包括辅助电源模块、电网检测模块、控制模块和加热模块，所述辅助电源模块、电网检测模块和加热模块并联地连接于交流电源，所述辅助电源模块还分别连接所述电网检测模块和所述控制模块，所述辅助电源模块用于产生低压直流电源并向所述电网检测模块和所述控制模块供电，同时也可为外部电路供电，所述电网检测模块用于检测外部交流市电获得市电检测结果并将所述市电检测结果输入所述控制模块，所述控制模块还分别与所述电网检测模块、所述加热模块和所述交流电源的一端连接，所述加热模块包括至少两个以上的三线通断开关和至少两个以上的电阻，所述电阻并联或串联连接，所述控制模块与所述三线通断开关的第一端连接，所述三线通断开关的第二端和第三端分别与所述电阻连接，所述控制模块还外接外部控制信号，所述控制模块用于判断所述市电检测结果和外部控制信号并得出控制指令、根据所述控制指令选择控制关闭或断开所述三线通断开关，从而控制所述电阻的电流通断，实现恒定功率加热。

优选地，所述加热模块为第一加热模块、第二加热模块、第三加热模块或第四加热模块，所述第一加热模块、第二加热模块、第三加热模块或第四加热模块均包括第一电阻、第二电阻、第一三线通断开关和第二三线通断开关，所述第一加热模块和第二加热模块还包括第三三线通断开关，所述第一加热模块、第二加热模块、第三加热模块的所述第一电阻和所述第二电阻串联连接，所述第四加热模块的所述第一电阻和所述第二电阻并联连接，其中：

所述第一加热模块中，所述第一电阻的一端并联地连接所述交流电源的另一端和所述第一三线通断开关的所述第二端，所述第一电阻的另一端并联地连接所述第二电阻的一端和所述第二三线通断开关的所述第二端，所述第二电阻的另一端并联地连接所述第一三线通断开关的所述第三端和所述第三三线通断开关的所述第二端，所述第二三线通断开关的所述第三端和所述第三三线通断开关的所述第三端并联地连接所述交流电源的所述一端，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值大小相同；

所述第二加热模块中，所述第一三线通断开关的所述第二端并联地连接所述交流电源的所述另一端和所述第二三线通断开关的所述第二端，所述第一三线通断开关的所述第三端并联地连接所述第一电阻的所述一端和所述第三三线通断开关的所述第二端，所述第一电阻的所述另一端并联地连接所述第二电阻的所述一端和所述第二三线通断开关的所述第三端，所述第二电阻的所述另一端和所述第三三线通断开关的所述第三端并联地连接所述交流电源的所述一端，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值大小相同；

所述第三加热模块中，所述第一电阻的所述一端连接所述交流电源的所述另一端，所述第一电阻的所述另一端并联地连接所述第一三线通断开关的所述第二端和所述第二电阻的所述一端，所述第二电阻的所述另一端并联地连接所述第一三线通断开关的所述第三端和所述第二三线通断开关的所述第二端，所述第二三线通断开关的所述第三端连接所述交流电源的所述一端，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值比为1:3；

所述第三加热模块中，所述第一电阻的所述一端和所述第二电阻的所述一端并联连接所述交流电源的所述另一端，所述第一电阻的所述另一端连接所述第一三线通断开关的所述第二端，所述第二电阻的所述另一端连接所述第二三线通断开关的所述第二端，所述第一三线通断开关的所述第三端和所述第二三线通断开关的所述第三端并联地连接所述交流电源的所述一端，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值比为1:3。

优选地，所述电网检测模块为第一电网检测模块或第二电网检测模块，所述第一电网检测模块和所述第二电网检测模块均包括第三电阻、第四电阻和比较器，所述第一电网检测模块还包括全波整流器和逻辑判断电路，所述第二电网检测模块还包括二极管和电容，其中：

所述第一电网检测模块中，所述全波整流器的一端连接所述交流电源，所述全波整流器的另一端连接所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端并联地连接所述比较器的同相输入端和所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端接地，所述比较器的反相输入端连接参考电压，所述比较器的输出端连接所述逻辑判断电路的输入端，所述逻辑判断电路的输出端连接所述控制模块；

所述第二电网检测模块中，所述二极管的正极连接所述交流电源的所述另一端，所述二极管的负极并联地连接所述第三电阻的一端和所述电容的一端，所述第三电阻的另一端并联地连接所述第四电阻的一端和所述比较器的同相输入端，所述第四电阻的另一端并联地连接所述电容的另一端、所述交流电源的所述一端并接地，所述比较器的输出端连接所述控制模块。

优选地，所述三线通断开关为MOS管、三极管、可控硅器件或绝缘栅双极型晶体管。

一种自适应恒定功率加热电路装置，包括上述任一所述的通用型自适应恒定功率加热电路。

本实用新型的积极进步效果在于：

本实用新型仅采用了简单的控制模块和器件，即仅由辅助电源模块、电网检测模块、控制模块、3个或2个开关器件和加热电阻构成，能够保证不影响电器设备的其它功能的同时，实现了为各种民用交流电网供电模式提供相对恒定的加热输出功率，而且可根据现场需要，通过改变开关器件和加热电阻的个数，就可获得恒定的加热输出功率的加热电路；同时本实用新型实现了对不同输入电网的实时检测，并作出相应变化以调整电路中加热电阻的连接方式，避免电路损坏；本实用新型采用上电时连接电阻最大，加热电路自带上电保护机制，设计巧妙，使用寿命长；采用的元器件大大简化，易操作，电路结构简单，生产成本大大降低，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本实用新型的第一种较优实施例的电路结构示意图。

图2为本实用新型的第二种较优实施例的电路结构示意图。

图3为本实用新型的第三种较优实施例的电路结构示意图。

图4为本实用新型的第四种较优实施例的电路结构示意图。

图5为本实用新型的较优实施例的第一电网检测模块的电路结构示意图。

图6为本实用新型的较优实施例的第一电网检测模块的波形示意图。

图7为本实用新型的较优实施例的第二电网检测模块的电路结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

请参见图1～4，本实用新型为一种通用型自适应恒定功率加热电路，包括辅助电源模块1、电网检测模块2、控制模块3和加热模块，所述辅助电源模块1、电网检测模块2和加热模块并联地连接于交流电源，交流电源可为110VC、220VC和230VC等。所述辅助电源模块1还分别连接所述电网检测模块2和所述控制模块3，所述辅助电源模块1用于产生低压直流电源并向所述电网检测模块2和所述控制模块3供电，所述电网检测模块2用于检测所述辅助电源模块1供应的交流电源获得市电检测结果并将所述市电检测结果输入所述控制模块3，所述控制模块3还分别与所述电网检测模块2、所述加热模块和所述交流电源的一端连接，所述加热模块包括至少两个以上的三线通断开关和至少两个以上的电阻，三线通断开关可为MOS管、三极管(BJT)、可控硅器件(SCR)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。所述电阻并联或串联连接，电阻为加热电阻。当然，本实用新型中的三线通断开关也可更换为其它多路通断开关，如四线通断开关，四线通断开关采用继电器等同样可完成执行通断动作。控制模块3根据电网检测模块2的输出来控制三线通断开关的开关，三线通断开关不同的工作状态决定着加热电阻的连接方式，从而控制电路加热功率相对恒定。所述控制模块3与所述三线通断开关的第一端连接，所述三线通断开关的第二端和第三端分别与所述电阻连接，所述控制模块3还外接外部控制信号，所述控制模块3用于判断所述市电检测结果和外部控制信号并得出控制指令、根据所述控制指令选择控制关闭或断开所述三线通断开关的第一端从而控制所述电阻的电流通断从而实现恒定功率加热。图1中的交流输入电压VAC为110V/220V(/230V)。

优选地，所述加热模块为第一加热模块4、第二加热模块5、第三加热模块6或第四加热模块7，所述第一加热模块4、第二加热模块5、第三加热模块6或第四加热模块7均包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一三线通断开关K1和第二三线通断开关K2，所述第一加热模块4和第二加热模块5 还包括第三三线通断开关K3，所述第一加热模块4、第二加热模块5、第三加热模块6的所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串联连接，所述第四加热模块7的所述第一电阻R1和所述第二电阻R2并联连接，其中：

所述第一加热模块4中，所述第一电阻R1的一端并联地连接所述交流电源的另一端和所述第一三线通断开关K1的所述第二端，所述第一电阻R1 的另一端并联地连接所述第二电阻R2的一端和所述第二三线通断开关K2 的所述第二端，所述第二电阻R2的另一端并联地连接所述第一三线通断开关K1的所述第三端和所述第三三线通断开关K3的所述第二端，所述第二三线通断开关K2的所述第三端和所述第三三线通断开关K3的所述第三端并联地连接所述交流电源的所述一端，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2 的阻值大小相同；

所述第二加热模块5中，所述第一三线通断开关K1的所述第二端并联地连接所述交流电源的所述另一端和所述第二三线通断开关K2的所述第二端，所述第一三线通断开关K1的所述第三端并联地连接所述第一电阻R1 的所述一端和所述第三三线通断开关K3的所述第二端，所述第一电阻R1 的所述另一端并联地连接所述第二电阻R2的所述一端和所述第二三线通断开关K2的所述第三端，所述第二电阻R2的所述另一端和所述第三三线通断开关K3的所述第三端并联地连接所述交流电源的所述一端，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的阻值大小相同；

所述第三加热模块6中，所述第一电阻R1的所述一端连接所述交流电源的所述另一端，所述第一电阻R1的所述另一端并联地连接所述第一三线通断开关K1的所述第二端和所述第二电阻R2的所述一端，所述第二电阻 R2的所述另一端并联地连接所述第一三线通断开关K1的所述第三端和所述第二三线通断开关K2的所述第二端，所述第二三线通断开关K2的所述第三端连接所述交流电源的所述一端，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2 的阻值比为1:3；

所述第三加热模块6中，所述第一电阻R1的所述一端和所述第二电阻 R2的所述一端并联连接所述交流电源的所述另一端，所述第一电阻R1的所述另一端连接所述第一三线通断开关K1的所述第二端，所述第二电阻R2 的所述另一端连接所述第二三线通断开关K2的所述第二端，所述第一三线通断开关K1的所述第三端和所述第二三线通断开关K2的所述第三端并联地连接所述交流电源的所述一端，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的阻值比为1:3。

本实用新型的第一加热模块4和第二加热模块5，均包括三个三线通断开关，分别如图1和图2所示，现对其工作过程描述如下：

交流电源接入后，辅助电源首先产生一个低压直流电压VDD，并给电网检测模块2和控制模块3提供工作电压，保证其正常工作；接着，电网检测模块2在内部产生一个参考电压，并将输入电压VAC进行整流与电平转换，再将得到的电压和参考电压进行对比，最后将比较结果Vs输出给控制模块3。为保证电路安全，控制模块3首先控制第一电阻R1和第二电阻R2 为串联连接，再根据电网检测模块2的输出，输出信号Ctr1、Ctr2、Ctr3来控制第一三线通断开关K1、第二三线通断开关K2和第三三线通断开关K3 的开关；当电路出现故障，控制模块3控制第一三线通断开关K1、第二三线通断开关K2和第三三线通断开关K3处于关闭状态，以保护电路不被损坏。

本实用新型的第三加热模块6和第四加热模块7，分别为如图3和图4 所示，为更加简化的加热模块，加热模块仅需要两个开关即第一三线通断开关K1和第二三线通断开关K2，就可以做到高压供电和低压供电模式下的恒定功率输出。

对图3中的第三加热模块6，其中第一电阻R1与第二电阻R2阻值比为1：3。当电网检测模块2检测到输入电网电压为低压供电电压时，控制模块3输出控制信号ctr1、ctr2，控制开关第一三线通断开关K1和第二三线通断开关K2均闭合，此时电路中只有第一电阻R1参与加热；当电网电测模块检测到输入电网电压为高压供电电压时，控制模块3控制开关第一三线通断开关K1打开，第二三线通断开关K2闭合，此时第一电阻R1、第二电阻 R2均参与加热。同样，为保证电路安全，控制模块3首先控制第一电阻R1 和第二电阻R2为串联连接，再根据电网检测模块2的输出，输出信号Ctr1、 Ctr2来控制开关器件第一三线通断开关K1和第二三线通断开关K2的开关；当电路出现故障，控制第二三线通断开关K2打开，以保护电路不被损坏。

对图4所示的第四加热模块7，其第一电阻R1与第二电阻R2阻值比为1：3。当电网检测模块2检测到输入电网电压为低压供电电压时，控制模块3输出控制信号ctr1、ctr2，控制开关第一三线通断开关K1和第二三线通断开关K2均闭合，此时第一电阻R1和第二电阻R2并联加热；当电网电测模块检测到输入电网电压为高压供电电压时，控制模块3控制开关第一三线通断开关K1打开，第二三线通断开关K2闭合，此时第二电阻R2参与加热。同样，为保证电路安全，控制模块3首先控制仅第二电阻R2加热，再根据电网检测模块2的输出，输出信号Ctr1、Ctr2来控制开关器件第一三线通断开关K1、第二三线通断开关K2的开关；当电路出现故障，控制第一三线通断开关K1、K2打开，以保护电路不被损坏。

所述电网检测模块2可为如图5所示的第一电网检测模块2或如图7所示的第二电网检测模块2，所述第一电网检测模块2和所述第二电网检测模块2均包括第三电阻R3、第四电阻R4和比较器9，所述第一电网检测模块 2还包括全波整流器8和逻辑判断电路10，所述第二电网检测模块2还包括二极管和电容C1，其中：

所述第一电网检测模块2中，所述全波整流器8的一端连接所述交流电源，所述全波整流器8的另一端连接所述第三电阻R3的一端，所述第三电阻R3的另一端并联地连接所述比较器9的同相输入端和所述第四电阻R4 的一端，所述第四电阻R4的另一端接地，所述比较器9的反相输入端连接参考电压，所述比较器9的输出端连接所述逻辑判断电路10的输入端，所述逻辑判断电路10的输出端连接所述控制模块3；

所述第二电网检测模块2中，所述二极管的正极连接所述交流电源的所述另一端，所述二极管的负极并联地连接所述第三电阻R3的一端和所述电容C1的一端，所述第三电阻R3的另一端并联地连接所述第四电阻R4的一端和所述比较器9的同相输入端，所述第四电阻R4的另一端并联地连接所述电容C1的另一端、所述交流电源的所述一端并接地，所述比较器9的输出端连接所述控制模块3。

由于110V为低压型通用标准电压，220V和230V为高压型通用标准电压，分别在设计时，首先设定一个参考电压Vref，如图5～7所示。输入交流电压经过全波整流器8后经第三电阻R3和第四电阻R4分压，再将第四电阻R4上的电压VR4输入比较器9的同相端。由于第四电阻R4上的电压 VR4为线性缩小后的全波整流正弦波，所以比较器9的输出为一定频率的方波。将该方波输入逻辑判断电路10，逻辑判断电路10再根据方波的占空比，来判断输入为低压还是高压，同时还可对输入波形进行数字滤波，将波形中的毛刺滤除。第一电网检测模块2的输入和输出波形示意图如图6所示，其中Vcomp1为低压检测比较结果，Vcomp2为高压检测比较结果。最后，逻辑判断电路10将判断结果VS输入控制模块3。当第一电网检测模块2检测到输入电压VAC属于低压供电电压时，控制模块3控制第一三线通断开关 K1和第二三线通断开关K2开启，K3关闭，此时第一电阻R1和第二电阻R2处于并联状态；当电网检测模块2检测到输入电网电压VAC属于高压供电电压时，控制模块3控制K3开启，第一三线通断开关K1、第二三线通断开关K2关闭，此时第一电阻R1和第二电阻R2为串联状态，由于第一电阻 R1和第二电阻R2的比值为1:1，因此其串联和并联时的总阻值比为4:1，根据输出功率计算公式P＝U²/R，可求得两种电网供电模式下，加热电路的功率输出一致。

电网检测模块2还可为图7电路所示的第二电网检测模块2，其输入端为峰值检波电路，将检波得到的输入电压峰值经第三电阻R3和第四电阻R4 分压后，再将第四电阻R4上的电压VR4输入比较器9的同相端，与Vref 进行比较。当VR4小于Vref时，Vs输出低电平，说明输入电网电压VAC 为低压供电电压；当VR4大于Vref时，Vs输出高电平，说明输入电网电压 VAC为高压供电电压。由于电器能够承受的电网波动范围为±15％，因此 Vref应高于低压供电电压的最高电网波动电压，低于高压供电电压的最低电网波动电压。

采用上述的通用型自适应恒定功率加热电路的装置和设备等，均在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型仅采用了简单的控制模块和器件，即仅由辅助电源模块、电网检测模块、控制模块、3个或2个开关器件和加热电阻构成，能够保证不影响电器设备的其它功能的同时，实现了为各种民用交流电网供电模式提供相对恒定的加热输出功率，而且可根据现场需要，通过改变开关器件和加热电阻的个数，就可获得恒定的加热输出功率的加热电路；同时本实用新型实现了对不同输入电网的实时检测，并作出相应变化以调整电路中加热电阻的连接方式，避免电路损坏；本实用新型采用上电时连接电阻最大，加热电路因此自带上电保护机制，设计巧妙，使用寿命长；采用的元器件大大简化，易操作，电路结构简单，生产成本大大降低，具有广阔的市场前景。

以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。