一种温控产品的继电器电路以及控制方法与流程

1.本发明涉及一种温控产品，尤其涉及一种安装在温控产品上，精准控温需求的继电器电路以及控制方法。


背景技术：

2.随着科技的发展，技术的进步，温控产品日新月异，也对精准控温需求的产品提出了更高的要求，而温控产品是我国家用电器工业参与全球化的重要领域。因应电子技术的迅速发展及其在家用电器上的广泛应用,家用电器电子化的程度越来越高,同时对家用电器的安全性也要求越来越高。温控产品诸如空气炸锅、烤箱、煎烤机近年发展迅猛，给客户带来了极大的便利。产品发展的同时，对控温精准度要求也越来越高。传统控制中基本使用继电器和可控硅两种方式，可控硅控温受限于emi成本高。
3.现有技术采用的继电器控制方案分为主要两种方式：
4.方式一：继电器随机控制：检测到温度到达设定温度点关闭继电器加热，检测到温度未达到设定温度点，继电器开启加热。更高级点控制，改为温度到达设定温度点关闭继电器加热，检测到温度未达到设定温度点，继电器开启加热(但是开启的加热为间歇加热)。无论是间歇还是一直加热，存在如下问题：
5.a、继电器间歇周期受限于继电器寿命(10w次)，在工作过程中不能无限减少加热周期，进入影响产品的控制温幅，使得产品温度波动大
6.b、继电器通断瞬间有可能在市电波峰或波谷处，产品的寿命一致性难以保障。
7.方式二：继电器过零控制：此方法在方案一的基础上增加过零检测，通过过零检测电路，进而保障继电器在零点附近通断，以改善继电器控制周期和寿命问题。但同样存在如下问题：
8.a、个体继电器接通和释放时间不一致，只能在概率层面实现，近过零点通断，实际产品还是有很多不在过零点，甚至在最高点吸合现象；
9.b、继电器的驱动电压，影响继电器的接通和释放时间，不同个体线路板，提供电压有差异(例如：5v会在4.75
‑
5.25v左右，12v会在11
‑
13v左右)，导致继电器不能在过零点通断；
10.c、继电器的寿命初始和最终阶段，接通和释放时间不一致，初始参数可以符合过零吸合，但是寿命后，不能保障过零点吸合；
11.d、不同结构的继电器，接通和释放时间差异极大，造成程序通用性下降，每种继电器需要单独调试。
12.因此，现有技术的的继电器控温还有提升的地方。


技术实现要素：

13.针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种稳定性好、高可靠性、符合精准控温需求的继电器电路以及控制方案，以解决现有技术的技术问题。
14.为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：
15.一种温控产品的继电器电路，所述电路包括一过零检测电路，所述过零检测电路包括一第二三极管，所述第二三极管的基极连接一保护模块后连接所述发热器和继电器之间的市电电网，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极的一电路连接第三电阻后连接控制器的供压口，所述第二三极管的集电极的另外一电路连接控制器的zero口。
16.依照本技术较佳实施例所述的温控产品的继电器电路，所述过零检测电路还包括一第二电容和一第二二极管，所述第二电容的一脚连接所述第二三极管的集电极和所述zero口之间的电路，所述第二电容的另外一脚连接所述第二三极管的发射极的接地电路；所述第二二极管的正极连接所述第二三极管的发射极的接地电路，所述第二二极管的负极连接所述第二三极管的基极和所述保护模块之间的电路。
17.依照本技术较佳实施例所述的温控产品的继电器电路，所述保护模块为串联的一第四电阻和一第五电阻。
18.依照本技术较佳实施例所述的温控产品的继电器电路，所述电路还包括一驱动电路，所述驱动电路包括一第一三极管，所述第一三极管的基极连接第一电阻后连接控制器的i/o口；所述第一三极管的发射极接地；所述第一三极管的集电极的一电路连接第一二极管的正极，所述第一二极管的负极连接控制器的继电器脚，所述第一三极管的集电极的另外一电路连接继电器的开关的一端，所述继电器的开关的另外一端连接所述第一二极管的负极和继电器脚之间的电路。
19.依照本技术较佳实施例所述的温控产品的继电器电路，所述驱动电路还包括第二电阻和第一电容，所述第二电阻的一脚连接所述第一三极管的基极和第一电阻之间的电路，所述第二电阻的另外一脚连接所述第一三极管的发射极的接地电路；所述第一电容的一脚连接所述第一三极管的基极和第一电阻之间的电路，所述第一电容的另外一脚连接所述第一三极管的发射极的接地电路。
20.一种温控产品的继电器控制方法，所述温控产品包括上述所述的温控产品的继电器电路，所述控制方法包括以下步骤：
21.步骤c、进行继电器吸合和释放时间校准,包括以下步骤：
22.c1、吸合继电器，并延时等待时间tx；
23.c2、等待过零脉冲信号为高电平1；
24.c3、等待过零脉冲信号为下降沿，断开继电器，并开始记录zero口检测到电平变为高电平的时间ta1，在过零脉冲信号变为下降沿的同时，记录时间tz；
25.c4、当tz满足条件k后，吸合继电器，并开始记录zero口检测到电平变为低的时间tb1；
26.c5、等待ty时间后，断开继电器；
27.c6、重复n次步骤c1到c5，得到n个tan和tbn，tan和tbn分别求均值，得到继电器释放时间ta和继电器吸合时间tb；
28.c7、将ta和tb存储。
29.依照本技术较佳实施例所述的温控产品的继电器控制方法，所述控制方法还包括以下步骤：
30.步骤a、上电进行程序初始化；
31.步骤b、程序选择功能，启动工作，如经过掉电再上电，执行步骤c，如不是，执行步骤d；
32.步骤d、从存储单元中读出继电器释放时间ta数据和继电器吸合时间tb数据，；
33.步骤e、继电器加热控制周期设置为trl；
34.步骤f、继电器周期性加热控制的开通时间trlon；
35.步骤g、继电器周期性加热控制的关断时间trloff；
36.步骤h、吸合继电器，比较继电器加热开通时间是否达到trlon，如未达到保持加热；
37.步骤i、达到加热周期，等待过零脉冲信号为高电平1；
38.步骤j、待过零脉冲信号为下降沿，开始记录延时断开时间td，当td≥(20ms
‑
ta)断开继电器；
39.步骤k、在待过零脉冲信号为下降沿时候，同时另接通计时器tf＝0，同时开始累加tf；
40.步骤l、当tf≥trloff
‑
20ms时开始记录延时吸合时间tg，当tg≥(20ms
‑
tb)吸合继电器；
41.步骤m、重复步骤h到步骤l，进行循环控温。
42.本技术的技术方案对现有继电器电路以及控温进行改进，设计一款高可靠性、符合精准控温需求的继电器电路以及控制方案，在上述方式二的基础上，发展出改良型控制方案，增加继电器检测的过零电路，对继电器有单独的判定接通和释放时间，本技术的控制方法，只需一个过零检测电路，即可实现电网过零检测和继电器吸合和释放时间判定，而且自带继电器吸合和释放时间的校准，消除了继电器个体差异、结构差异对过零点吸合和释放的误差。
43.由于采用了以上的技术特征，使得本发明相比于现有技术，具有如下的优点和积极效果：
44.第一、本技术以一个过零电路实现电网过零检测和继电器接通和释放时间校准；
45.第二、本技术实现继电器过零通断，提升继电器寿命3
‑
5倍、可缩小继电器控制周期，进而改善控温精度，减少温度晃动；
46.第三、本技术实现继电器的单独校准，去除了继电器个体差异、驱动电压差异、寿命差异以及结构差异，控制方法具有普适性，高可靠性；
47.第四、本技术过零控制方案，成本不增加。
48.当然，实施本发明内容的任何一个具体实施例，并不一定同时具有以上全部的技术效果。
附图说明
49.图1为本技术电路连接方块示意图；
50.图2为本技术过零检测电路和驱动电路示意图；
51.图3为本技术继电器吸合和释放时间校准示意图；
52.图4为本技术控制流程示意图。
具体实施方式
53.以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件等。
54.请参阅图1和图2本技术电路连接方块示意图以及过零检测电路和驱动电路示意图；本技术的温控产品继电器控制系统包括继电器1、继电器驱动电路2、过零检测电路3、发热器4以及控制器5；所述继电器1用于实现所述发热器4通断，所述继电器1串联接入市电电网的零线(acn)，用于控制发热器4的通断，在所述继电器1开关导通时所述发热器4接通市电电网的电源，在所述继电器1开关断开时所述发热器4切断市电电网的电源；所述发热器4用于产品加热，例如空气炸锅中，所述发热器4对放置在中的鸡翅进行加热。
55.图2中，所述过零检测电路3连接所述继电器1和所述发热器4之间的市电电网，实现一个电路两种作用：过零点检测和继电器1吸合和释放时间的校准，过零检测电路3与继电器1形成串联关系，继电器1的吸合和通断影响过零检测电路3过零信号的输出，在继电器1吸合后，又构成一个完整的过零检测电路3。
56.另外，所述驱动电路2用于驱动所述继电器1的通断，如图2所示，所述控制器5从的i/o口23发出导通的指令则所述驱动电路2驱动所述继电器1的开关导通，反之，所述控制器5从的i/o口23发出断开的指令则所述驱动电路2驱动所述继电器1的开关断开，达到控制加热周期均匀加热的目的；此外，所述过零检测电路3用于市电电网的过零点检测，同时也用于继电器1的吸合和释放时间的检测。
57.请参考图2本技术温控产品的继电器电路，其中包括用于驱动所述继电器1通断的所述驱动电路2以及用于市电电网的过零点检测，同时也用于继电器1的吸合和释放时间检测的所述过零检测电路3，所述过零检测电路3电性连接控制器5和所述继电器1，所述过零检测电路3包括一第二三极管31，所述第二三极管31的基极连接一保护模块后连接所述发热器4和继电器1之间的市电电网，所述第二三极管31的发射极接地，所述第二三极管31的集电极的一电路连接第三电阻32后连接控制器5的供压口33，所述第二三极管31的集电极的另外一电路连接控制器5的zero口34，如图2所示，所述第二三极管31导通的时候，zero口34接地获得0v电平，当所述第二三极管31断开的时候，zero口34获得5v电平，利用继电器1断开后，过零信号将长期保持为高电平1信号原理，在继电器1事先吸合的情况下，等待到下降沿(电平为0)，开始断开继电器1，得到继电器1释放时间数据，同时使用多次均值，以得到更精准数据；本技术实施例中所述第二三极管31采用s8050三极管，所述第三电阻32采用10k电阻，但是不能用来限制本技术。
58.另外，所述过零检测电路3还包括一第二电容35和一第二二极管36，所述第二电容35的一脚连接所述第二三极管31的集电极和所述zero口34之间的电路，所述第二电容35的另外一脚连接所述第二三极管31的发射极的接地电路，所述第二电容35用于滤除电路中杂波信号，避免所述zero口34受到杂波信号影响，产生误操作，本技术实施例中所述第二电容35采用陶瓷222电容，但是不能用来限制本技术；所述第二二极管36的正极连接所述第二三极管31的发射极的接地电路，所述第二二极管36的负极连接所述第二三极管31的基极和所
述保护模块之间的电路，所述第二二极管36限制了所述保护模块的电流方向，本技术实施例中，所述第二二极管36采用二极管1n4148，但是不能用来限制本技术。
59.此外，图2中，所述保护模块为串联的一第四电阻37和一第五电阻38，串联的第四电阻37和第五电阻38除耗散功率以外，一个电阻能够承受的电压是有一定限制的例如150v，在220v市电电压下用两支电阻串联能够承受单支电阻不能承受的电压，本技术实施例中所述第四电阻37和第五电阻38都采用330k电阻，但是不能用来限制本技术；所述第四电阻37和第五电阻38从发热器4和继电器1中间连线处接入，当继电器1吸合等于第四电阻37和第五电阻38与零线(acn)相连，市电电网电压从零线、到第五电阻38到第四电阻37再经过第二三极管31到接地，当市电电网在负半波时候，第二三极管31导通，zero口34获得0v电平，当市电电网电压在正半波时候，第二三极管31截止，zero口34获得5v电平，这个5v电平是控制器5的供压口33过来的，以此zero口34获得过零的脉冲方波。
60.如图2所示，所述驱动电路2包括一第一三极管21；本技术实施例中所述第一三极管21采用s8050三极管，但是不能用来限制本技术，所述第一三极管21的基极连接第一电阻22后连接控制器5的i/o口23，所述i/o口23的作用在于接收控制器5的指令后发出信号；所述第一三极管21的发射极接地；所述第一三极管21的集电极的一电路连接第一二极管24的正极，所述第一二极管24的负极连接控制器5的继电器脚25，第一二极管24与继电器1线包并联，用于钳位电压，确保断开瞬间形成续流方向所述第一三极管21不被击穿，本技术实施例中，所述第一二极管24采用二极管1n4148，所述第一电阻22采用2k电阻，但是不能用来限制本技术；所述第一三极管21的集电极的另外一电路连接继电器1的开关的一端，所述继电器1的开关的另外一端连接所述第一二极管24的负极和继电器脚25之间的电路，也就是，所述第一三极管21与继电器1线包串联后接地，用于控制继电器1通断。
61.图2中，所述驱动电路2还包括第二电阻26和第一电容27，所述第二电阻26的一脚连接所述第一三极管21的基极和第一电阻22之间的电路，所述第二电阻26的另外一脚连接所述第一三极管21的发射极的接地电路；所述第一电阻22和第二电阻26构成分压电路，用于控制三极管；所述第一电容27的一脚连接所述第一三极管21的基极和第一电阻22之间的电路，所述第一电容27的另外一脚连接所述第一三极管21的发射极的接地电路，所述第一电容27用于滤除电网中杂波信号，本技术实施例中所述第一电容27采用陶瓷104电容，所述第二电阻26采用4.7k电阻，但是不能用来限制本技术。
62.如上所述，本技术电路简单，成本不增加，仅通过电路的重组和检测方法的创新，达成过零检测和吸合和释放时间的校准合并，消除了继电器1寿命造成过零点吸合和释放的误差；继电器1寿命提升，对继电器1的控制周期可缩短，最终控制效果为：产品的温度波动变小，控温更精准。
63.以下说明本技术温控产品的控制方法，所述温控产品包括如上所述的温控产品的继电器电路，所述控制方法包括以下步骤：步骤103、进行继电器吸合和释放时间校准,这个步骤可以实现继电器1的单独校准，去除了继电器1个体差异、驱动电压差异、寿命差异以及结构差异，促使每个继电器1都得到自身的最佳设定，实现继电器1过零通断，而且这个步骤具有普适性，高可靠性。
64.所述步骤103进行继电器吸合和释放时间校准包括以下几个步骤：
65.步骤1031、吸合继电器，并延时等待时间tx；
66.控制器5通过i/o口23发出导通的信息，使得继电器1吸合导通；延时等待时间是由控制器5控制，控制器5可以是微电脑、单晶片、微控制器等等，tx时间范围可以是10ms
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200s,最佳时间控制在200ms；
67.步骤1032、等待过零脉冲信号为高电平1；
68.继电器1吸合导通市电电网连接后，所述过零检测电路3运行，等到控制器5的zero口34获得5v电平；也就是前面说的，当市电电网电压在正半波时候，第二三极管31截止，zero口34获得5v电平，这个5v电平是控制器5的供压口33过来的；
69.步骤1033、等待过零脉冲信号为下降沿，断开继电器1，并开始记录zero口34检测到电平变为高电平的时间ta1，在过零脉冲信号变为下降沿的同时，记录时间tz；
70.过零脉冲信号为下降沿时，第二三极管31导通，zero口34获得0v电平，此时控制器5发出指令断开继电器1到电路起反应的时间ta就是继电器1的释放时间，其中，ta记录分格需满足≤2.5ms，最佳控制在125us，另外，tz记录分格需满足≤10ms，最佳控制在125us；利用继电器1吸合后，将存在0电平信号，事先吸合一次，以获得基准一个时间tz，利用tz时间累加推算出，以后周期的过零点，进而事先在无过零脉冲的状态下，获得过零，同时使用多次均值，以得到更精准数据；
71.步骤1034、当tz满足条件k后，吸合继电器，并开始记录zero口
72.检测到电平变为低的时间tb1；
73.其中，条件k为：时间控制在20ms
‑
200s，最佳时间在200ms，同时条件k必须是10ms的倍数关系，我国交流电频率为50赫兹时间为20ms，供电电压相同时，两个过零点的时间间隔也是固定的都是10ms，设定位10ms的倍数关系以保证tz满足时候，继电器1吸合是过零点，吸合后可以获得0电平信号，从控制器5发出指令吸合继电器1到电路起反应的时间tb就是继电器1的吸合时间；另外，tb记录分格需满足≤2.5ms，最佳控制在125us；ta、tb最佳统计时间为125us，本时间单片机可满足工作要求，同时过零误差不至于太大；tz时间最佳统计时间为200ms，本时间可快速完成校准，但又不至于让继电器1跳动过于频繁；
74.步骤1035、等待ty时间后，断开继电器；
75.这个等待ty时间的指令是控制器5下的，ty时间控制10ms
‑
200s,最佳时间控制在200ms；
76.步骤1036、重复n次步骤1031到1035，得到n个tan和tbn，tan和tbn分别求均值，得到继电器释放时间ta和继电器吸合时间tb；
77.n的次数范围控制在1
‑
20次，最佳范围控制在4次，多次的采样可以得到更准确且适合的时间值；
78.步骤1037、将ta和tb存储；
79.将ta和tb存储在单片机存储单元，单片机存储单元可以是e2prom或ram或xram，储存的数值在进行加热物体时，可以作为继电器1在过零点通、断的依据。
80.上面介绍了继电器1吸合和释放时间的校准步骤,这个步骤可以实现继电器1的单独校准，以下说明温控产品使用时的控制方法的步骤：步骤包括
81.步骤101、上电进行程序初始化；
82.也就是使用者按下了开关按键，准备使用温控产品，例如空气炸锅；
83.步骤102、程序选择功能，启动工作，如经过掉电再上电，执行步骤103，如不是，执
行步骤104；
84.使用者按下了功能按键，例如空气炸锅进行炸鸡翅，控制器5检查是否是掉电后再上电，如果是，则必须对继电器1执行步骤103计算继电器1的释放时间ta和吸合时间tb校准，如果不是掉电后再上电则继续下一步工作；
85.步骤104、从存储单元中读出继电器释放时间ta数据和继电器吸合时间tb数据；
86.在此步骤中读出来的继电器释放时间ta数据和继电器吸合时间tb数据都是针对这个继电器1的最佳通、断时间，可以最大化的保护这个继电器1，而不是一个概约的数据；毕竟交流电在过零点时完成通、断，将大大减小通、断操作对电网、负载、及继电器1本身的冲击，实现无电弧分、断，能有效保障供电侧和用电侧的安全、稳定，延长温控产品的使用寿命；
87.步骤105、继电器加热控制周期设置为trl；
88.例如空气炸锅炸鸡翅设置20分钟，可以是使用者设置，也可以是控制器5中预存数据；本技术实施例中的时间数据仅用来说明本技术，不能用来限制本技术；
89.步骤106、继电器周期性加热控制的开通时间trlon；
90.例如空气炸锅炸鸡翅，每次加热时间设置30s；
91.步骤107、继电器周期性加热控制的关断时间trloff；
92.例如空气炸锅炸鸡翅，加热中每次断开时间设置5s；
93.步骤108、吸合继电器，比较继电器加热开通时间是否达到trlon，如未达到保持加热；
94.设定完成后，温控产品(例如空气炸锅)开始工作，控制器5比对周期性加热控制的开通时间trlon是否达到设定值例如30s；
95.步骤109、达到加热周期，等待过零脉冲信号为高电平1；
96.控制器5比对周期性加热控制的开通时间trlon达到设定值例如30s时，准备断开继电器1，等待过零脉冲信号为高电平1也就是控制器5的zero口34获得5v电平；
97.步骤110、待过零脉冲信号为下降沿，开始记录延时断开时间td，当td≥(20ms
‑
ta)断开继电器；
98.当控制器5的zero口34获得0v电平时，控制器5开始记录延时断开时间td，例如释放时间ta是2ms，那么在td是18ms(20ms
‑
2ms)时断开继电器1,则可以在过零点时断开；继电器1将进行周期控制，在吸合时候，能获得过零脉冲信号，在断开瞬间td会先等于0，这就等于将累计误差消除；本技术利用已经校准的释放时间ta，延时释放，来实现过零点的释放；
99.步骤111、在待过零脉冲信号为下降沿时候，同时另接通计时器tf＝0，同时开始累加tf；
100.当控制器5的zero口34获得0v电平时，在供电电压相同时，两个过零点的时间间隔也是固定的，因此累加tf可以确认过零点的时间；
101.步骤112、当tf≥trloff
‑
20ms时开始记录延时吸合时间tg，当tg≥(20ms
‑
tb)吸合继电器；
102.也就是在trloff(例如本实施例的1分钟)的前20ms时，开始准备吸合继电器1，例如吸合时间tb是5ms，那么在tg是15ms(20ms
‑
5ms)时吸合继电器1,则可以在过零点时吸合；雷同校准原理，利用前次吸合时候，来累加推算出，在无过零信号时候，本次吸合的过零点，
利用已经校准的吸合时间tb，延时吸合，来实现过零点的吸合；
103.步骤113、重复步骤108到步骤112，进行循环控温；
104.循环控温进行加热直到加热控制周期trl，例如本实施例的20分钟，温控产品(例如空气炸锅)停止加热工作,也就是在进行步骤113前先判断trl是否已经满足，还没满足的话，就进行循环控温。
105.本技术的设计思想是，我国交流电频率为50赫兹时间为20毫秒，供电电压相同时，单体继电器1的吸合、释放时间是固定的，两个过零点的时间间隔也是固定的；假如继电器1的吸合时间为2ms，那么在过零点延时18ms，就可以到得第三个过零点继电器准确的接通点。如果继电器1的吸合时间为10ms，过零后马上给继电器1吸合电流，这样在使用前，针对使用的温控产品中的继电器1进行释放时间和吸合时间的校准，毕竟交流电在过零点时完成通、断，将大大减小通、断操作对电网、负载、及继电器1本身的冲击，实现无电弧分、断，能有效保障供电侧和用电侧的安全、稳定，延长温控产品的使用寿命。
106.综上所述，由于采用了以上的技术特征，使得本发明相比于现有技术，具有如下的优点和积极效果：
107.第一、本技术以一个过零电路实现电网过零检测和继电器接通和释放时间校准；
108.第二、本技术实现继电器过零通断，提升继电器寿命3
‑
5倍、可缩小继电器控制周期，进而改善控温精度，减少温度晃动；
109.第三、本技术实现继电器的单独校准，去除了继电器个体差异、驱动电压差异、寿命差异以及结构差异，控制方法具有普适性，高可靠性；
110.第四、本技术对过零控制方案，成本不增加。
111.发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。以上公开的仅仅是本发明的较佳实施例，但并非用来限制其本身，任何熟习本领域的技术人员在不违背本发明精神内涵的情况下，所做的均等变化和更动，均应落在本发明的保护范围内。