一种电子阳极装置及热水器的制作方法

本实用新型涉及一种内胆保护装置，具体地说，涉及一种电子阳极控制电路。

背景技术：

目前，市场上的电热水器大多采用金属内胆，为了防止金属内胆被腐蚀，厂家通常采用牺牲阳极的阴极保护法原理，即在热水器中放置镁棒，将镁棒作阳极，金属内胆做阴极，两者形成原电池，镁棒代替被金属内胆发生氧化反应，防止内胆被腐蚀消耗。由于镁棒在水中会发生化学反应，不断地被消耗，因此需要定期更换，运营成本加大；而且各个地区的水质、温度差异较大，镁棒的使用寿命也不同，由于镁棒不更换或更换不及时就会引起水箱漏水等问题。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中采用牺牲阳极的方式保护热水器内胆，需要定期更换阳极，否则将会腐蚀内胆导致内胆漏水的问题，提出了一种电子阳极装置，可以解决上述问题。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用下述技术方案予以实现：

一种电子阳极装置，包括：

控制模块；

电子阳极；

恒压源电路，其输入端与所述控制模块连接，用于接收所述控制模块输出的电压信号，其输出端与所述电子阳极的正极端连接；

电源电路，其输入端与交流电源连接，用于将交流电转换成直流电为所述控制模块和恒压源电路供电。

进一步的，还包括：继电器开关，其常开触点与所述恒压源电路的输出端连接，公共触点与所述电子阳极的正极端连接；储能电路，其使能端与所述控制模块连接，储能电路的电压输出端与所述继电器开关的常闭触点连接。

进一步的，所述储能电路包括电池管理芯片、锂电池和稳压芯片，所述电池管理芯片与所述控制模块连接，所述稳压芯片的输出端与所述继电器开关的常闭触点连接。

进一步的，还包括通信电路，其连接在所述控制模块和总控制器之间，所述通信电路包括光隔离器件，用于将所述控制模块和总控制器进行电隔离。

进一步的，还包括：电流检测电路，其一端与所述控制模块连接，另外一端与所述恒压源电路的输出端连接，用于检测所述电子阳极的输入电流，并反馈至所述控制模块；电压检测电路，其一端与所述控制模块连接，另外一端与所述恒压源电路的输出端连接，用于检测所述电子阳极的输入电压，并反馈至所述控制模块。

进一步的，所述电流检测电路包括采样电阻和差分放大器，所述采样电阻与所述恒压源电路的输出端连接，所述差分放大器的两个输入端分别与所述采样电阻的两端连接，所述差分放大器的输出端与所述控制模块连接。

进一步的，所述电压检测电路包括第二滤波电路和跟随器，所述跟随器的同相输入端与所述恒压源电路的输出端连接，所述跟随器的反相输入端与其输出端连接，所述跟随器的输出端与所述控制模块连接，所述第二滤波电路连接在所述跟随器的同相输入端与所述恒压源电路的输出端之间。

进一步的，所述恒压源电路包括第一滤波电路和运算放大器，所述控制模块与所述运算放大器的同相输入端连接，所述第一滤波电路连接在所述控制模块和所述运算放大器之间。

进一步的，所述电源电路包括第三滤波电路、变压器以及整流电路，所述第三滤波电路与交流电源连接，所述变压器连接在所述第三滤波电路和整流电路之间，所述整流电路整流输出直流电压。

本实用新型同时提出了一种热水器，包括内胆和总控制器，还包括前面任一项所记载的电子阳极装置，所述电子阳极插入至所述内胆的内部，所述电子阳极装置的负极端与所述内胆连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的电子阳极装置，通过设置恒压源电路和电子阳极，当该电源电路正常工作时，电源电路的正极通过电子阳极与水相连，使周围的电势高于内胆；内胆作为阴极，因为与电源的负极相连获得电子，电位变为负值，实现了阴极极化过程，达到阴极保护的目的。电子阳极自身不产生损耗，长期使用无需更换，给使用带来极大的方便以及降低内胆漏水的风险。

结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型所提出的热水器的一种实施例的结构示意图；

图2是图1中电子阳极保护内胆的原理图；

图3是本实用新型所提出的电子阳极保护装置一种实施例的原理方框图；

图4是图3的电路原理图；

图5是本实用新型所提出的电子阳极保护装置的通信电路的一种实施例原理图；

图6是本实用新型所提出的电子阳极保护装置的电源电路的一种实施例原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连'、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接:可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一，市场上的热水器尤其电热水器大多采用金属内胆，在加热过程中金属内胆带电，内胆中的金属离子析出导致腐蚀，为了防止金属内胆被腐蚀，传统的解决方式是采用镁棒牺牲阳极的防腐方式，但镁棒消耗速度快，需要经常更换。本实施例提出了一种热水器，如图1所示，包括内胆10和总控制器11，还包括电子阳极装置，电子阳极装置的电子阳极121插入至内胆10的内部，电子阳极121的负极端与内胆10连接，电子阳极121由恒压源电路122供直流电。如图2所示，本方案的电子阳极装置采用电子阳极的方式保护内胆，通过恒压源电路122为电子阳极121提供电源，即能够为热水器中提供正电极，防止内胆被腐蚀，又不需要牺牲阳极，无需更换，本实施例中的热水器可以是电热水器、带电加热功能的太阳能热水器以及热泵热水器等。

如图3所示，该电子阳极装置包括控制模块、电子阳极、恒压源电路以及电源电路，恒压源电路的输入端与控制模块连接，用于接收控制模块输出的电压信号，其输出端与电子阳极的正极端连接；恒压源电路用于将控制模块输入的电压信号转换为恒定电压，并通过其输出端输出值电子阳极的正极端，电源电路的输入端与交流电源连接，用于将交流电转换成直流电为控制模块和恒压源电路供电。本实施例的电子阳极装置，通过设置恒压源电路和电子阳极，恒压源电路的正极与电子阳极连接，在使用时电子阳极伸入至内胆中，与内胆中的水接触，当该电源电路正常工作时，恒压源电路将控制模块输入的电压转换为恒定直流电压并提供输出给电子阳极，电子阳极在内胆中与水接触，使周围的电势高于内胆，因此内胆作为阴极，因为与电源的负极相连获得电子，电位变为负值，实现了阴极极化过程，达到阴极保护的目的。电子阳极自身不产生损耗，长期使用无需更换，给使用带来极大的方便以及降低内胆漏水的风险。

为了防止电源电路异常掉电导致无法为内胆提供持续的保护，还包括储能电路和继电器开关，如图3、图4所示，继电器开关s11的常开触点与恒压源电路的输出端连接，公共触点与电子阳极的正极端连接；储能电路的使能端与控制模块连接，储能电路的电压输出端与继电器开关的常闭触点连接。储能电路接受控制模块的控制进行充电或者放电，通过将继电器开关s11的常开触点与恒压源电路的输出端连接，当电源电路正常对各模块供电时，继电器开关s11上电，其公共触点与常开触点吸合，因此，由恒压源电路为其供电，当电源电路无法正常对各模块供电时，继电器开关s11掉电，公共触点与常闭触点连接，由储能电路为电子阳极提供直流电，保证电子阳极在任何状况下都能正常获得正电压，以保证时刻对内胆进行保护，储能电路接受控制模块的控制，在电源模块正常时，进行充电并存储，作为备用电源，继电器开关s11进行切换时为电子阳极供电。

作为一个优选的实施例，如图4所示，为本实施例的电子阳极装置的电路原理图，储能电路包括电池管理芯片ic8、锂电池bt1和稳压芯片ic7，电池管理芯片ic8与控制模块mcu连接，稳压芯片ic7的电压输出端vref与继电器开关s11的常闭触点3脚连接。电池管理芯片ic8用于管理锂电池bt1的充电和放电，并能够检测锂电池bt1的电量反馈给控制模块mcu，控制模块mcu通过电池管理芯片ic8的使能端控制电池管理芯片ic8的使能状态。继电器开关s11掉电时，公共触点2脚与常闭触点3脚连接，由稳压芯片ic7为电子阳极p11提供直流电。

本方案通过设置储能电路，当电源电路异常工作时，继电器开关s11自动切换由储能电路继续为电子阳极装置供电，保证了在任何情况下电子阳极都能正常工作，进而能够持续保证热水器内胆的安全，防止被腐蚀消耗。

如图4所示，恒压源电路包括第一滤波电路和运算放大器ic5a，控制模块mcu与运算放大器ic5a的同相输入端3脚连接，第一滤波电路连接在控制模块mcu和运算放大器ic5a之间。控制模块mcu向恒压源电路输出pwm参考电压信号，首先经过第一滤波电路，然后经运算放大器ic5a配合npn三极管n31，通过输出端vout输出放大的且恒定的直流电压，该直流电压可以用于为控制模块、电子阳极等供电。其中，第一滤波电路由电阻r31、电阻r32、以及电容c32组成，第一滤波电路一端连接在控制模块与运算放大器ic5a的同相输入端之间，另外一端与地连接。控制模块mcu输出的pwm参考电压信号通过第一滤波电路，交流信号转换为直流信号，为恒压源电路提供参考电压dac1，电阻r33和电阻r35为取样电路，三极管n31为调整三极管，与运算放大器ic5a、电阻r34和r36及电容c33组成比较放大电路，放大输出直流电压。

控制模块mcu主要包括pwm模块、adc模块及uart等模块。pwm模块主要用于为恒压源电路提供参考电压，并通过pwm1端口输出频率约5khz～50khz，占空比5%～85%连续可调pwm脉宽调制信号。

为了防止电路异常，例如热水器无水干烧处理、恒压源异常等。当热水器处于加热状态，检测电子阳极的电压正常，电流为零，即可判断电子阳极并没有浸泡在水中，热水器处于干烧状态；控制模块mcu将检测结果通过uart模块反馈给热水器的控制板，控制板根据反馈的信息进行相应的处理。恒压源异常体现在：当pwm正常输出时，检测电子阳极的电压、电流数据与设定数据不一致时，即可判断恒压源电路存在异常。当出现上述异常时，控制模块mcu通过设定寄存器重新控制pwm的工作状态；控制模块mcu通过uart模块将相关信息反馈给热水器的控制板；控制模块mcu通过控制继电器将电子阳极切换为锂电池控制电路供电。因此，如图3所示，本实施例中的电子阳极装置还包括电流检测电路和电压检测电路，分别用于检测加载在电子阳极的电流和电压，该电流检测电路一端与控制模块连接，另外一端与恒压源电路的输出端连接，用于检测电子阳极的输入电流，并反馈至控制模块；电压检测电路的一端与控制模块连接，另外一端与恒压源电路的输出端连接，用于检测电子阳极的输入电压，并反馈至控制模块。

如图4所示，电流检测电路包括采样电阻r50和差分放大器ic6a，采样电阻r50与恒压源电路的输出端连接，差分放大器ic6a的两个输入端分别与采样电阻r50的两端连接，差分放大器ic6a的输出端与控制模块连接。采样电阻r50可以将流经的电流信号转换为电压信号；电阻r51、电阻r52、电阻r53以及电阻r54与差分放大器ic6a组成差分运算放大电路，用于放大采样电阻r50上的电压信号；电阻r55和电容c52组成一阶低通滤波电路，对上述的电压信号进行滤波；最后，通过控制模块mcu的adc模块将电流检测电路输出的模拟信号adc1转换为数字信号，并输入至控制模块mcu中处理。

电压检测电路包括第二滤波电路和跟随器，跟随器的同相输入端与恒压源电路的输出端连接，跟随器的反相输入端与其输出端连接，跟随器的输出端与控制模块连接，第二滤波电路连接在跟随器的同相输入端与恒压源电路的输出端之间。第二滤波电路包括电阻r58和电容c55，两者组成一阶低通滤波电路，对电压信号进行滤波，第二滤波电路还包括电容c53和电容c54，主要用于电压信号滤波。电压检测电路还包括电阻r56和电阻r57，主要用于电压反馈，通过电阻串联的方式，将高电压信号等比例缩小为低电压信号；运算放大器ic6b组成跟随器，提高输入阻抗，而降低输出阻抗；最后，通过控制模块mcu的adc模块将电压检测电路反馈的模拟信号adc2转换为数字信号，并输入至控制模块mcu中处理。

电源电路包括第三滤波电路、变压器以及整流电路，第三滤波电路与交流电源连接，变压器连接在第三滤波电路和整流电路之间，整流电路整流输出直流电压。其中，如图6所示，第三滤波电路包括x电容cx1和共模电感l1，x电容cx1主要用于emi滤波、消除火花电路等，确保电子产品满足emc要求。共模电感l1主要用于emi滤波、抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射。变压器t1为工频变压器，主要作用是降压，并且使初、次级线圈隔离，可以起到当内胆中的水带电时，防止通过电源电路传导至其他电路的问题，保护了其他电器件，保证人身安全。整流电路包括整流二极管d1～d4，主要作用是将交流信号转变为直流信号。此外，还包括电解电容e1、e2，以及瓷片电容c2、c3，主要作用为稳压、滤波。u1为电源芯片，主要用于为系统提供+5v电源。此外，x电容cx1的前端还并联有压敏电阻rv1，要作用是电压钳位、吸收多余的电流；当电路中出现雷电过电压或瞬态操作过电压时，压敏电阻rv1呈现优良非线性导电特性，两端电压迅速下降，使设备及元器件免遭过电压的冲击。压敏电阻rv1的前端连接有保险丝fuse1，主要用于过流防护。

为了实现本电子阳极装置的控制模块与热水器的总控制器进行通信，将所检测的电子阳极的电流信号和电压信号反馈给总控制器，由总控制器进行干烧、电压异常等判断，本实施例中的电子阳极装置还包括通信电路，该通信电路连接在控制模块和总控制器之间，通信电路包括光隔离器件，用于将所述控制模块和总控制器进行电隔离。如图5所示，该模块电路主要通过光耦隔离技术与热水器总控制器进行半双工通讯。插座p2通过连接线与热水器总控制器相连，电源+vdd及agnd由热水器控制板提供。该电路主要通过第一光耦ic3和第二光耦ic4将电子阳极的负极端gnd与热水器控制板的agnd进行隔离，其包括数据发送电路和数据接收电路，其中，数据发送电路的原理为：当信号发射端txd为高电平时，pnp三极管p6截止，电阻r72上没有电流流过，即第二光耦ic4的输入端没有电流流过，第二光耦ic4的输出端处于截止状态，插座p2的r/t端口为高电平；当数据发射端txd为低电平时，pnp三极管p6导通，电阻r72上有电流流过，即第二光耦ic4的输入端有电流流过，第二光耦ic4的输出端处于导通状态并与信号地相连，插座p2的r/t端口为低电平。

数据接收电路的原理为：当r/t为高电平时，pnp三极管p5截止，电阻r76上没有电流流过，即第一光耦ic3的输入端没有电流流过，第一光耦ic3的输出端处于截止状态，数据接收端rxd为高电平；当r/t为低电平时，pnp三极管p5导通，电阻r76上有电流流过，即第一光耦ic3的输入端有电流流过，第一光耦ic3的输出端处于导通状态并与信号地相连，数据接收端rxd为低电平。本方案中通过设置第一光耦ic3和第二光耦ic4将电子阳极的负极端gnd与热水器控制板的agnd进行隔离，防止当热水器内胆中的水带电时将电通过共地端传递给控制电路板，起到保护控制器件的作用。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。