一种家电设备及其控制方法
【专利摘要】本发明涉及家电领域，公开了一种家电设备及其控制方法，该家电设备包括控制模块、达林顿管或达林顿管阵列、快速切换开关以及负载，其中：所述控制模块，用于输出控制所述快速切换开关通断的控制信号；所述达林顿管或达林顿管阵列，用于放大所述控制信号，并将所放大的控制信号提供给所述快速切换开关以便由该所放大的控制信号来控制所述快速切换开关的通断；以及所述快速切换开关，用于在所放大控制信号的控制下进行通断，以便控制交流电源对所述负载的供电。本发明能够使被控参数维持在期望的水平上，还能够减小家电设备中的器件数目，不涉及大电感电容等元件，并能够减小控制电路板的尺寸。
【专利说明】
_种家电设备及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及家电领域，具体地，涉及一种家电设备及其控制方法。
【背景技术】
[0002]目前，大多数的加热类烹饪设备，如纯蒸炉、烤箱等，基本上都是采用机械触点式继电器对其内部的功率器件(如发热管、风扇电机等)进行通断控制。机械触点式继电器的状态一般只有两种，要么触点闭合，回路导通;要么触点断开，回路断开。采用机械触点式继电器进行控制的最大缺点是，被控制参数(如温度)的实际波动非常大，如图1所示。以烹饪设备为例，在最差的情况下，实际的最大温飘有可能比目标设定温度高出将近80°C，这种过高的温飘会导致如下两个问题:(I)太高的腔体温度(比如高于250°C)会使得食物水分快速蒸发，而且在该过程中甚至会快速地产生大量无益的致癌物质；(2)即使是平衡后，由于温度的波动，导致实际的平均温度可能早就偏离了用户设定的理想温度，这种偏离大时可能会接近20°C，导致烹饪效果完全达不到用户的理想要求。另外，机械触点式继电器的使用寿命一般为1万次，即使是好一点的，也就20?30万次，这样的使用寿命，本身就难以支撑产品精细化控制的需求。
[0003]当然，也有采用双向可控硅这种快速切换器件来进行家电控制的情况，比如用于照明调光以及风扇调速等。图2示出了在采用双向可控硅的情况下，采用集成电路控制芯片控制双向可控硅的示例性电路结构，该电路结构使用了3个双向可控硅来分别控制交流风机的风速(注意:交流风机的全功率风速主要与电源频率有关，而与电流大小无关)，其实际上是通过周期的时钟方波信号对3个双向可控硅回路(由于连接电感L的不同端，所以这些回路的充电周期长短不一样)进行充放电，从而产生快速切换的控制信号，以让风机以不同的转速稳定运行。该电路结构的缺点是采用的器件数目多，涉及到电容电感等大元件，控制电路板难以做小等。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种家电设备，该家电设备不仅能够克服使用机械触点式继电器时被控制参数的实际波动非常大的问题，而且能够克服现有采用双向可控硅的家电设备采用的器件数目多、涉及到电容电感等大元件、控制电路板难以做小的问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供一种家电设备，该家电设备包括控制模块、达林顿管或达林顿管阵列、快速切换开关以及负载，其中:所述控制模块，用于输出控制所述快速切换开关通断的控制信号;所述达林顿管或达林顿管阵列，用于放大所述控制信号，并将所放大的控制信号提供给所述快速切换开关以便由该所放大的控制信号来控制所述快速切换开关的通断；以及所述快速切换开关，用于在所放大控制信号的控制下进行通断，以便控制交流电源对所述负载的供电。
[0006]本发明还提供一种家电设备的控制方法，该控制方法包括:由所述家电设备的控制模块输出控制所述家电设备的快速切换开关通断的控制信号；由所述家电设备的达林顿管或达林顿管阵列放大所述控制信号，并将所放大的控制信号提供给所述快速切换开关；以及所述快速切换开关在所放大控制信号的控制下进行通断，以便控制交流电源对所述家电设备的负载的供电
[0007]通过上述技术方案，由于根据本发明的家电设备及其控制方法是通过达林顿管或达林顿管阵列来放大控制模块输出的控制信号，然后由所放大的控制信号来控制快速切换开关的通断，因此根据本发明的家电设备所采用的器件数目相比于现有技术而言能够减少很多，而且在根据本发明的家电设备中可以不涉及大电容、大电感等元件，从而能够实现控制电路板的小型化。另外，由于快速切换开关是通过电子沟道而非机械接触来产生连接，因此其能够快速地通断(例如，能够每I秒至少通断I次甚至多次)，这不仅使得根据本发明的家电设备及其控制方法能够使受控参数(例如，温度、风量等)的实际波动非常小，也即能实现更精细化的控制，而且由于快速切换开关的使用寿命比机械触点式继电器的使用寿命要长数10倍，因此使得根据本发明的家电设备的使用寿命更长。
[0008]本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0009]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0010]图1是采用机械触点式继电器的现有家电设备的温漂示意图；
[0011]图2是采用快速切换开关的现有家电设备的参数控制电路的示意图；
[0012]图3是根据本发明一种实施方式的家电设备的示意框图；
[0013]图4是根据本发明一种实施方式的家电设备的另一示意框图；
[0014]图5a和5b分别是以第一象限触发方式导通的双向可控硅的电路示意图及其瞬态导通特征曲线示意图；
[0015]图6a和6b分别是以第二象限触发方式导通的双向可控硅的电路示意图及其瞬态导通特征曲线示意图；
[0016]图7a和7b分别是以第三象限触发方式导通的双向可控硅的电路示意图及其瞬态导通特征曲线示意图；
[0017]图8是以第四象限触发方式导通的双向可控硅的电路示意图；
[0018]图9是根据本发明一种实施方式的家电设备的示意电路图；
[0019]图10示出了根据本发明的家电设备和现有家电设备对受控参数的控制效果图；以及
[0020]图11是根据本发明一种实施方式的家电设备的控制方法的流程图示意图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0022]本发明提供一种家电设备，如图3所示，该家电设备可以包括控制模块1、达林顿管或达林顿管阵列2、快速切换开关3以及负载4，其中:所述控制模块I，用于输出控制所述快速切换开关3通断的控制信号;所述达林顿管或达林顿管阵列2，用于放大所述控制信号，并将所放大的控制信号提供给所述快速切换开关3以便由该所放大的控制信号来控制所述快速切换开关3的通断；以及所述快速切换开关3，用于在所放大控制信号的控制下进行通断，以便控制交流电源(未示出)对所述负载4的供电。
[0023]其中，所述快速切换开关3可以为双向可控硅或固态继电器。所述固态继电器可以是由可控硅制作而成，也可以是由光耦和光敏晶体管组合而成。
[0024]另外，由于根据本发明的家电设备采用了简单且成本低廉的达林顿管或达林顿管阵列，因此既能实现控制模块I与快速切换开关3之间的隔离，避免快速切换开关3出现击穿时导致控制模块I损坏，又能降低产品成本和维修成本。
[0025]在根据本发明的家电设备的一个优选实施方式中，所述控制模块I可以是单片机、FPGA等集成电路控制芯片。由于单片机、FPGA等集成电路控制芯片的控制精度更高，因此，根据本发明的家电设备能够提尚可靠性，能够有效提尚用户体验度、提尚广品克争力。
[0026]在根据本发明的家电设备的又一优选实施方式中，如图4所示，该家电设备还可以包括过零检测模块5，用于检测所述交流电源的过零点，并将检测到的过零点信息传送给所述控制模块I。所述控制模块I则还可以用于基于所述过零点信息来输出所述控制信号，以使所述快速切换开关3在适当的象限中导通。
[0027]过零检测模块5是为符合国家EMC标准而必须设置的，其目的是为了在检测到交流电源的过零点后，才能启动诸如可控硅的快速切换开关3工作，以避免诸如可控硅的快速切换开关3在电压高相位时导通而导致难以预期的损坏。
[0028]以下以快速切换开关3为双向可控硅为例，来描述一下可控硅的工作象限。
[0029]图5a和5b分别是以第一象限触发方式导通的双向可控硅的电路示意图及其瞬态导通特征曲线示意图。在第一象限触发方式中，双向可控硅的工作电压为节点T2正、节点Tl负，触发电压为节点G正、节点Tl负，导通电流的方向为从节点T2流向节点Tl。也即，在第一象限触发方式中，触发端G的触发电平是高电平，不与触发端G位于同一侧的负载端T2正处于高电平。
[0030]图6a和6b分别是以第二象限触发方式导通的双向可控硅的电路示意图及其瞬态导通特征曲线示意图。在第二象限触发方式中，双向可控硅的工作电压为节点T2正、节点Tl负，触发电压为节点G负、节点Tl正，导通电流的方向为从节点T2流向节点Tl。也即，在第二象限触发方式中，触发端G的触发电平是低电平，不与触发端G位于同一侧的负载端T2正处于高电平。
[0031]图7a和7b分别是以第三象限触发方式导通的双向可控硅的电路示意图及其瞬态导通特征曲线示意图。在第三象限触发方式中，双向可控硅的工作电压为节点Tl正、节点T2负，触发电压为节点G正、节点Tl负，导通电流的方向为从节点Tl流向节点T2。也即，在第三象限触发方式中，触发端G的触发电平是高电平，不与触发端G位于同一侧的负载端T2正处于低电平。
[0032]图8是以第四象限触发方式导通的双向可控硅的电路示意图。在第四象限触发方式中，双向可控硅的工作电压为节点Tl正、节点T2负，触发电压为节点G负、节点Tl正，导通电流的方向为从节点Tl流向节点T2。也即，在第四象限触发方式中，触发端G的触发电平是低电平，不与触发端G位于同一侧的负载端T2正处于低电平。
[0033]由于不同的双向可控硅，其内部结构也会不同，因此不同的双向可控硅能够可靠工作所处的象限也会不同，如果随意通断双向可控硅，会使得双向可控硅工作在容易出现故障的象限中，导致根据本发明的家电设备的可靠性降低。因此，在本发明中，通过使所述控制模块I基于所述过零点信息来输出所述控制信号以使所述快速切换开关3在适当的象限中导通，能够使快速切换开关3工作在可靠性高的象限中，这不仅提高了快速切换开关3的寿命和可靠性，而且通过使快速切换开关3工作在过零触发工作方式下，能够使电磁兼容问题得到优化。
[0034]另外，依据快速切换开关3(例如，双向可控硅)内部结构的不同，过零检测模块5可以检测交流电源的上行过零点和下行过零点中的一者或两者。
[0035]在根据本发明的家电设备的又一优选实施方式中，所述负载4为能产生连续量的器件。例如，在根据本发明的家电设备是烹饪设备时，所述负载4可以是发热管。当发热管通电时，本身产生的热量导致周围环境温度上升，而当发热管断电时，在烹饪设备的相对密闭的烹饪腔体中，周围的热量不容易流失，同时，发热管本身也存储有一定的热量，明显地，即使关闭了发热管，烹饪设备(如烤箱)的烹饪腔体内的温度也不会迅速下降，而是要经历一段较长的时间才会明显下降。因此，只要控制模块I控制快速切换开关3的通断频率足够快，便可以让烹饪腔体的温度维持在想要的水平上而不会出现明显的波动。再例如，所述负载4可以是烹饪设备的用于加速烹饪腔体内热空气循环的热风风扇电机。也即，当风扇通电，扇叶转动而按设计规格产生了相应的风量，此时给风机断电，交流风机的扇叶由于自身的惯性而不会立即停止，故周围的风速也不会立即出现停止流动的现象，那么，当控制模块I控制快速切换开关3快速通断时，同样可以实现风量的精细化控制。
[0036]在根据本发明的家电设备的又一优选实施方式中，如图4所示，该家电设备还可以包括连接在所述达林顿管或达林顿管阵列2与所述快速切换开关3之间的限流模块4。限流模块3对流过所述达林顿管或达林顿管阵列2的电流进行限流，以避免烧坏达林顿管或达林顿管阵列2，但同时也要保证快速切换开关3能够获得足够的导通电流。例如，所述限流模块6可以为限流电阻。当然，其他的限流电路也是可行的。
[0037]在根据本发明的家电设备的又一优选实施方式中，根据本发明的家电设备的电路不意图可以如图9所不。其中，02a是上述的控制模块I，02b是板上直流供电电源VCC，02c是温度传感器，02d是温度传感器接口，02e是达林顿管或达林顿管阵列，02f是上述的负载4，02g是上述的过零检测模块5，02h是交流电源火线(L极)连接口，02i是交流电源零线(N极)连接口，03是家电设备的发热管快速切换开关，04是家电设备的热风风扇快速切换开关。
[0038]图10示出了根据本发明的家电设备和现有家电设备对受控参数的控制效果图。可见，根据本发明的家电设备能够使受控参数更平稳，例如使温度、风量等更平稳地维持在期望水平上。因此，若根据本发明的家电设备是烹饪设备，则能够实现更佳的烹饪效果，如果根据本发明的家电设备是风扇，则能够实现更平稳的空气流动。
[0039]另外，根据本发明的家电设备适用于电热类烹饪设备，例如电烤箱、电蒸箱等，还适用于诸如吸尘器等的家电设备。但是，根据本发明的家电设备并不适用于负载4为大电感负载、且工作频率为中频以上家电设备，如电磁炉、微波炉等，此类家电设备由于频率过高，使得快速切换开关3相当于被短路，会直接被烧坏。
[0040]本发明还提供一种家电设备的控制方法，如图11所示，该控制方法包括以下步骤:[0041 ] S1、由所述家电设备的控制模块输出控制所述家电设备的快速切换开关通断的控制信号；
[0042]S2、由所述家电设备的达林顿管或达林顿管阵列放大所述控制信号，并将所放大的控制信号提供给所述快速切换开关；以及
[0043]S3、所述快速切换开关在所放大控制信号的控制下进行通断，以便控制交流电源对所述家电设备的负载的供电。
[0044]在根据本发明的家电设备的控制方法的一个优选实施方式中，该控制方法还可以包括:由所述家电设备的过零检测模块检测所述交流电源的过零点，并将检测到的过零点信息传送给所述控制模块；以及由所述控制模块基于所述过零点信息来输出所述控制信号，以使所述快速切换开关在适当的象限中导通。以上已经结合根据本发明的家电设备描述了快速切换开关的工作象限，此处不再赘述。由于不同的快速切换开关(例如，双向可控硅)，其内部结构也会不同，因此不同的快速切换开关能够可靠工作所处的象限也会不同，如果随意通断快速切换开关，会使得快速切换开关工作在容易出现故障的象限中，导致根据本发明的控制方法的可靠性降低。因此，通过该步骤，能够使快速切换开关工作在可靠性高的象限中，不仅提高了快速切换开关的寿命和可靠性，而且通过使快速切换开关工作在过零触发工作方式下，能够使电磁兼容问题得到优化。
[0045]在根据本发明的家电设备的控制方法的又一优选实施方式中，该控制方法还可以包括:由所述家电设备的连接在所述达林顿管或达林顿管阵列与所述快速切换开关之间的限流模块来对流过所述达林顿管或达林顿管阵列的电流进行限流。这样，既能够避免烧坏达林顿管或达林顿管阵列，同时也能够保证快速切换开关获得足够的导通电流。
[0046]以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0047]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0048]此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【主权项】
1.一种家电设备，该家电设备包括控制模块、达林顿管或达林顿管阵列、快速切换开关以及负载，其中: 所述控制模块，用于输出控制所述快速切换开关通断的控制信号； 所述达林顿管或达林顿管阵列，用于放大所述控制信号，并将所放大的控制信号提供给所述快速切换开关以便由该所放大的控制信号来控制所述快速切换开关的通断；以及所述快速切换开关，用于在所放大控制信号的控制下进行通断，以便控制交流电源对所述负载的供电。2.根据权利要求1所述的家电设备，其中，所述控制模块是单片机。3.根据权利要求1所述的家电设备，其中，该家电设备还包括过零检测模块，用于检测所述交流电源的过零点，并将检测到的过零点信息传送给所述控制模块； 所述控制模块还用于基于所述过零点信息来输出所述控制信号，以使所述快速切换开关在适当的象限中导通。4.根据权利要求1所述的家电设备，其中，所述快速切换开关为双向可控硅或固态继电器。5.根据权利要求1所述的家电设备，其中，所述负载为能产生连续量的器件。6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的家电设备，该家电设备还包括连接在所述达林顿管或达林顿管阵列与所述快速切换开关之间的限流模块。7.根据权利要求6所述的家电设备，其中，所述限流模块为限流电阻。8.一种家电设备的控制方法，该控制方法包括: 由所述家电设备的控制模块输出控制所述家电设备的快速切换开关通断的控制信号；由所述家电设备的达林顿管或达林顿管阵列放大所述控制信号，并将所放大的控制信号提供给所述快速切换开关；以及 所述快速切换开关在所放大控制信号的控制下进行通断，以便控制交流电源对所述家电设备的负载的供电。9.根据权利要求8所述的控制方法，该控制方法还包括: 由所述家电设备的过零检测模块检测所述交流电源的过零点，并将检测到的过零点信息传送给所述控制模块;以及 由所述控制模块基于所述过零点信息来输出所述控制信号，以使所述快速切换开关在适当的象限中导通。10.根据权利要求8或9所述的家电设备，该控制方法还包括: 由所述家电设备的连接在所述达林顿管或达林顿管阵列与所述快速切换开关之间的限流模块来对流过所述达林顿管或达林顿管阵列的电流进行限流。
【文档编号】G05B19/04GK105911889SQ201610225953
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】区毅成, 周少国, 栾春, 刘连程, 彭涛, 孙宁, 唐春玉, 刘敏
【申请人】广东美的厨房电器制造有限公司, 美的集团股份有限公司