一种加热控制系统、加热控制方法及控制装置与流程

1.本发明涉及电热开水器技术领域，具体涉及一种加热控制系统、加热控制方法及控制装置。


背景技术：

2.各企业、商场、学校和公寓等人员密集的场所基本均安装有电开水器，为人们提供饮用水服务。目前的加热水箱的工作方式为，通过水箱上限水位传感器控制开水器的加热水量，使水箱内水位达到固定水位点；通过机械温控器或温度传感器来检测水温度，进而控制发热芯的通电、断电。只要水箱水位低于固定水位点，开水器就开始补水；只要水温低于设定温度，开水器就开始加热。如此开水器一直持续工作，每天24小时从不间断。然而在现有的加热水箱中，往往使用继电器或触点开关来实现关断与导通，寿命有限影响产品安全性，且传统铝铜散热片的产品体积大，不能很好的满足用户的使用需求，


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种加热控制系统、加热控制方法及控制装置，采用晶闸管替代传统的继电器或触点开关来实现通断，且采用水冷散热器对晶闸管进行散热，同时采用温度开关时刻监控晶闸管的温度，用以解决现有加热水箱加热控制器体积大且开关寿命低的问题。
4.一种加热控制装置，包括：
5.供电组件以及控制组件；
6.所述供电组件包括晶闸管；
7.所述晶闸管的两个输出端分别用于连接发热芯和电源线，所述晶闸管的控制端连接至控制回路；
8.所述控制组件包括温度开关，所述温度开关一端接用于连接控制信号，一端连接晶闸管的控制端；
9.所述晶闸管、温度开关分别布设在中空的水冷散热器外侧，所述水冷散热器用于通过内部流动的水流对所述晶闸管进行散热；
10.所述温度开关用于根据晶闸管温度的高低进入导通状态或关断状态，以使所述控制信号在导通状态下控制所述供电回路进行供电。
11.进一步地，还包括三通，所述水冷散热器具有输入端、输出端，所述三通的a端与水冷散热器的输出端连通，所述三通的b端用于与水箱的进水管路连通，所述三通的c端为排空端，所述三通的c端设置循环电磁阀，所述循环电磁阀根据温度开关的状态打开或关闭，所述水冷散热器的输入端用于连接给水箱供水的水源。
12.进一步地，还包括开关电路模块，所述开关电路模块电性连接循环电磁阀。
13.进一步地，所述开关电路模块由控制信号与温度开关联动控制，当温度开关处于断开状态，控制信号为高电平时，循环电磁阀打开。
14.进一步地，所述开关电路模块包括三极管q2及开关单元，所述三极管q2、控制信号联动控制开关单元的通断，所述三极管q2的集电极连接开关单元，所述三极管q2的发射极接地线，所述三极管q2的基极连接至温度开关与晶闸管之间。
15.进一步地，所述开关单元包括控制信号、电阻r1、电阻r2组成的分压电路，还包括mos管q1，所述mos管q1的g级、三极管q2的集电极均连接在电阻r1、电阻r2之间。
16.进一步地，所述mos管q1的d级通过继电器的线圈连接控制信号，所述线圈两端反向并联有二极管，所述mos管q1的s级连接到地。
17.进一步地，所述电源线为三相电源线，每相电源线分别通过晶闸管连接至发热芯，所述温度开关的一端分别连接至三个晶闸管的控制端，温度开关的另一端接入控制信号。
18.进一步地，所述晶闸管贴装在水冷散热器外壁，所述温度开关两个，分别安装在水冷散热器外壁上两相邻晶闸管之间的位置。
19.一种加热控制系统，包括：
20.供电回路以及控制回路；
21.所述供电回路包括发热芯、晶闸管和电源线；
22.所述晶闸管的两个输出端分别连接所述发热芯和所述电源线，所述晶闸管的控制端连接至控制回路；
23.所述控制回路包括控制器及温度开关，所述控制器通过温度开关连接晶闸管的控制端；
24.所述晶闸管、温度开关分别布设在中空的水冷散热器外侧，所述水冷散热器用于通过内部流动的水流对所述晶闸管进行散热；
25.所述水冷散热器的输入端连接给水箱供水的水源，所述水冷散热器的输出端通过三通连通水箱的进水管路，所述三通的其余一端连接有循环电磁阀，所述循环电磁阀根据温度开关的导通状态或关断状态，被控地关闭或打开；
26.所述温度开关用于根据晶闸管温度的高低进入导通状态或关断状态，以使所述控制回路中的控制信号在导通状态下控制所述供电回路进行供电。
27.一种加热控制方法，具体包括以下步骤：
28.检测控制回路的通断；
29.当检测到控制回路的温度开关处于断开状态时，则生成第一控制信号，控制循环电磁阀打开，以使水流经过水冷散热器后至少部分由循环管排出，从而实现散热。
30.进一步地，还包括：
31.当检测到控制回路的温度开关处于导通状态时，检测进水电磁阀的工作状态；
32.若进水电磁阀处于开启状态，则生成第二控制信号，控制所述循环电磁阀关闭。
33.其中进水电磁阀为水箱加热自带的电磁阀，用于根据加热状态控制水箱的进水，图1中未视出。
34.本发明具有的有益效果：
35.1、摒弃传统铝铜散热片改进为水冷散热器，减小产品体积，有效增加应用空间利用率。
36.2、增加温度开关，时时检测晶闸管温度变化，有效控制设备在安全温有效的运行。
37.3、水冷散热器通过吸收晶闸管散发热能，有效实现水路能源回收功能，水冷散热
器通过吸收晶闸管散发热量，使进入热水箱的水源通过水冷散热器吸收的热量对其进行预加热，实现能源回收利用。
附图说明
38.图1为本发明的整体结构示意图；
39.图2为本发明的加热控制系统结构示意图；
40.图3为本发明的循环电磁阀控制回路结构示意图一；
41.图4为本发明的循环电磁阀控制回路结构示意图二；
42.图5为本发明的控制器控制循环电磁阀电路结构示意图；
43.图6为本发明的温度开关与控制信号联动控制示意图；
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
46.同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
47.另外，为了清楚和简洁起见，可能省略了对公知的结构、功能和配置的描述。本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本文描述的示例进行各种改变和修改。
48.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
49.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
50.实施例1
51.一种加热控制装置，包括：
52.供电组件以及控制组件；
53.所述供电组件包括晶闸管；
54.所述晶闸管的两个输出端分别用于连接发热芯和电源线，所述晶闸管的控制端连接至控制回路；
55.所述控制组件包括温度开关，所述温度开关一端接用于连接控制信号，一端连接晶闸管的控制端；
56.所述晶闸管、温度开关分别布设在中空的水冷散热器外侧，所述水冷散热器用于通过内部流动的水流对所述晶闸管进行散热；
57.所述温度开关用于根据晶闸管温度的高低进入导通状态或关断状态，以使所述控
制信号在导通状态下控制所述供电回路进行供电。
58.需要说明的是，在现有技术中，将晶闸管用于三相电的关断为常规手段，因为晶闸管在电路中散热量大，为了电路的安全性，引入水流冷却方式，提高散热效率，然而水冷散热器中的水流需要常流态，而水箱入水管路的水流则处于间隙性流通或关断状态，因此将晶闸管用于水箱加热器的关断中，需要解决两者之间对水流状态不同的适配问题，因此，本技术加入了温度开关与循环电磁阀，通过温度开关检测晶闸管的温度，实现：1、供电回路的供电与停止；2、循环电磁阀的打开与关闭，从而保护供电回路安全性的同时，通过循环电磁阀的打开与关闭，控制水冷散热器内部水流的流通与截止，从而实现对晶闸管温度的控制。
59.在本技术中，水箱烧水的控制逻辑为现有技术，在此不再赘述，本技术仅仅解决晶闸管温度控制与水箱进水状态的适配问题。
60.本产品温度开关、晶闸管、水冷散热器通过高导热硅胶片紧密贴合，增加热传导效率，保证水冷散热器充分散热，让设备在常温下安全运行；通过水流冷却，代替常规的大体积铝、铜散热片，缩小体积，更方便于空间布局安装。
61.晶闸管通过水流冷却方式(液态水比热容4.2
×
10^3j/(kg*℃)，相较于常规铝、铜散热，更有效更稳定。相邻晶闸管之间装备温度开关，时时监控温度变化，超温时自动断开设备，让设备进入停机冷却状态，待温度恢复安全范围再重新启动工作，确保设备安全运行。
62.当温度开关检测到温度≥80℃，会自动断开开关信号，停止工作，检测到温度＜60℃开始正常工作，以保证设备安全运行。
63.采用晶闸管控制电路，代替常规触点电路，降低启动噪音，增加可使用寿命；过零触发有效解决灭弧问题。
64.有利于能源回收，水冷散热器通过吸收晶闸管散发热量，使进入热水箱的水源通过水冷散热器吸收的热量对其进行预加热，实现能源回收利用。
65.实施例2
66.在实施例1的基础上，所述电源线为三相电源线，每相电源线分别通过晶闸管连接至发热芯，所述温度开关的一端分别连接至三个晶闸管的控制端，温度开关的另一端接入控制信号。
67.具体地，所述晶闸管贴装在水冷散热器外壁，所述温度开关两个，分别安装在水冷散热器外壁上两相邻晶闸管之间的位置。
68.具体地，所述进水管上设置有三通，所述进水管上还设置有进水电磁阀，所述进水排水阀布设在三通与水箱之间，所述三通还与循环管连通，所述循环管上设置有循环电磁阀。
69.所述水冷散热器为柱状散热管，所述柱状散热管的两端与所述进水管螺纹连接。
70.晶闸管、温度开关通过高导热硅胶片贴装在水冷散热器外壁上；
71.优选的，晶闸管、温度开关沿水流方向间隔布设在水冷散热器外壁上
72.需要说明的是，所述晶闸管导通时，所述电源线向所述发热芯提供交流电，使所述发热芯通电并发热；
73.所述晶闸管关断时，所述电源线停止向所述发热芯提供交流电，使所述发热芯断电并停止发热。
74.具体地，还包括三通，所述水冷散热器具有输入端、输出端，所述三通的a端与水冷散热器的输出端连通，所述三通的b端用于与水箱的进水管路连通，所述三通的c端为排空端，所述三通的c端设置循环电磁阀，所述循环电磁阀根据温度开关的状态打开或关闭，所述水冷散热器的输入端用于连接给水箱供水的水源。
75.具体地，还包括开关电路模块，所述开关电路模块电性连接循环电磁阀。
76.具体地，所述开关电路模块由控制信号与温度开关联动控制，当温度开关处于断开状态，控制信号为高电平时，循环电磁阀打开。
77.具体地，所述开关电路模块包括三极管q2及开关单元，所述三极管q2、控制信号联动控制开关单元的通断，所述三极管q2的集电极连接开关单元，所述三极管q2的发射极接地线，所述三极管q2的基极连接至温度开关与晶闸管之间。
78.具体地，所述开关单元包括控制信号、电阻r1、电阻r2组成的分压电路，还包括mos管q1，所述mos管q1的g级、三极管q2的集电极均连接在电阻r1、电阻r2之间。
79.具体地，所述mos管q1的d级通过继电器的线圈连接控制信号，所述线圈两端反向并联有二极管，所述mos管q1的s级连接到地。
80.需要说明的是，本技术通过温度开关与控制信号联动控制循环电磁阀的工作状态，所述三极管q2的基极与晶闸管并联连接在温度开关的一端。当温度开关处于断开状态时，控制信号为12v，循环电磁阀处于打开状态，如图6所述，当温度开关处于断开状态时，三极管q2关断，mos管q1在12v控制信号的作用下导通，从而实现循环电磁阀电路的导通，当温度开关处于导通状态时，所述三极管q2导通，mos管q1的vgs电压约等于零，此时mos管q1截止，从而实现循环电磁阀电路的关断。
81.在一种实施例中，作为一种拓展的方案，所述三极管q2的基极与控制器连接。需要说明的是，三极管q2的基极所需要的控制信号可以为控制器引脚输出，也将三极管q2的基极与晶闸管并联连接在温度开关的一端，通过温度开关的关断控制三极管q2的截止与导通，从而通过三极管q2的截止与导通驱动mos管q1的截止与导通，从而实现循环电磁阀的关断与导通。
82.控制器需要控制循环电磁阀，以及大功率的加热控制电路，本技术通过驱动继电器，驱动其他大功率负载。
83.根据控制原理，只有控制器判断温度开关断开时循环电磁阀才会打开，根据这个逻辑，继电器的触点形式应该选择常开，只要在需要时吸合供电，即上述连接端子为继电器的线圈两端。
84.要对循环电磁阀的导通和关闭两种动作进行控制，则对应的驱动继电器也应该只有吸合和断开两种状态，从而可知，用来驱动继电器的三极管也只有导通和截止两种结果，由此推断，控制器对循环电磁阀的控制电路中，晶体三极管起到一个“开关”的作用。
85.在只需要将循环电磁阀的两个电压输入线的其中一个接在继电器的常开触点上便可以控制其工作，只要继电器能够在正常吸合，那么电源就会加在循环电磁阀的输入端，从而驱动循环电磁阀的导通，并开始过水用于水冷散热器进行散热。
86.通过水箱内的水位电极及高精度温度传感器获得信号，经过控制器精准控温控水计算，控制发热芯及循环电磁阀的工作。
87.优选的，晶闸管采用双向可控硅。
88.优选的，在温度开关与每一个晶闸管之间分别设置电耦合器。
89.在加热控制电路中，大功率三相电在控制系统中会产生强烈的电磁干扰，所以需要通过光电隔离来减少对单片机的干扰，此外，加热动作发生频繁，所以需要可控性能较好的控制开关来实现三相电的接通与断开。
90.控制器通过对相应的水位信号进行判断，然后发送加热控制信号(这个加热控制信号包括停止加热信号和开启加热信号，这个加热控制信号可以控制光耦的导通与截止，而光耦的导通与截止对双向可控硅有直接影响，如果光耦导通，则双向可控硅导通，反之，同理。
91.在现有技术中往往选用8051单片机作为控制器，通过单片机对温度信号采集，控制继电器通与断，间而控制电热管加热与否来控制温度；液位信号通过检测处理，控制电磁阀的开与关进而控制液位；另一方面，单片机以检测到漏电信号，会立刻控制断路器断开主电路的供电，从而起到保护作用。开水器的工作原理：当水位信号被采集后，需要根据所采集的信号类型对水位信号进行转换，转换成可以直接输入单片机的电平信号，此电平信号作为单片机的输入量，会驱动单片机内部程序的运行，从而对补水和加热操作进行控制。补水和加热动作的进行，会影响到水箱中水位的变化，所以需要不断检测水箱中冷水和热水的水位，将此信号的变化及时反馈给单片机内已经设计好的程序，通过程序继续去影响补水和加热控制。
92.加热芯是在通有380v三相电后才进入工作状态，也即是加热状态，对380v三相交流电的通断控制才是整个加热控制设计的核心。在日常生活生产中，对交流电通断的控制方法很多，如采用继电器、大功率三极管、单向可控硅csr、双向可控硅triac等。随着电子控制技术的发展，双向可控硅成为比较理想的交流电控制开关，现如今对大功率大电流的控制，常选用双向可控硅来实现。双向可控硅(triac)是一种半导体功率元件，也就是平时所知的双向晶闸管。双向可控硅与单向可控硅的区别在于：单向可控硅一旦导通，无法通过外部信号使其截止，而双向可控硅无论正向或者反向电压皆可导通，是双向元件，并有自己的关断特性，没有反向耐压问题困扰，控制电路简单，因此常常用于交流控制电路中。双向可控硅通常与一些大功率用电器件接通(如380v加热管)，是强电网络与大功率电器之间的控制枢纽，而对其触发的却往往是微小的门极信号。但是对强电的控制中往往伴随着强烈的电磁干扰，因此，对双向可控硅的触发电路的抗干扰提出了很多要求。尤其在单片机控制系统中，由于单片机自身的抗干扰能力有限，通常都要使用光电隔离器将单片机控制系统与强电网络进行电气隔离。此外，为了减小驱动功率以及双向可控硅在触发是产生的电磁干扰，在交流控制电路中，双向可控硅的触发都采用过零触发。双向可控硅的三端分别是t1、t2和g，不论t1、t2端的电压是正是负，只要有足够的闸极电压，则两端子间呈导通状态；反之，撤销闸极电压，在交流电的过零点，可控硅会因为加了反压而截止。
93.实施例3
94.一种加热控制方法，具体包括以下步骤：
95.检测控制回路的通断；
96.当检测到控制回路的温度开关处于断开状态时，则生成第一控制信号，控制循环电磁阀打开，以使水流经过水冷散热器后至少部分由循环管排出，从而实现散热。
97.具体的，还包括：
98.当检测到控制回路的温度开关处于导通状态时，检测进水电磁阀的工作状态；
99.若进水电磁阀处于开启状态，则生成第二控制信号，控制所述循环电磁阀关闭。
100.实施例4
101.供电回路以及控制回路；
102.所述供电回路包括发热芯、晶闸管和电源线；
103.所述晶闸管的两个输出端分别连接所述发热芯和所述电源线，所述晶闸管的控制端连接至控制回路；
104.所述控制回路包括控制器及温度开关，所述控制器通过温度开关连接晶闸管的控制端；
105.所述晶闸管、温度开关分别布设在中空的水冷散热器外侧，所述水冷散热器用于通过内部流动的水流对所述晶闸管进行散热；
106.所述水冷散热器的输入端连接给水箱供水的水源，所述水冷散热器的输出端通过三通连通水箱的进水管路，所述三通的其余一端连接有循环电磁阀，所述循环电磁阀根据温度开关的导通状态或关断状态，被控地关闭或打开；
107.所述温度开关用于根据晶闸管温度的高低进入导通状态或关断状态，以使所述控制回路中的控制信号在导通状态下控制所述供电回路进行供电。
108.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。