开关功率器件的控制方法、装置和用电器功率控制系统与流程

本发明涉及大功率电子器件去噪技术领域，具体而言，涉及一种开关功率器件的控制方法、装置和用电器功率控制系统。

背景技术：

目前，市面上的电陶炉、电茶炉、电热水壶，大多使用大功率晶闸管(可控硅)代替传统的继电器去控制用电器，其优点是：无触点、无火花、耐用、输出功率可调控等等。

现有的调控晶闸管输出功率的方法，当晶闸管处于非满功率的任何一个功率模式时，由于导通角的原因，在正负半波中出现非线性的开关电流，因而出现100赫兹的电流噪音，这个噪音再经过二次谐波，变成了300赫兹的噪音，声音的大小达到55分贝，严重影响品茶气氛。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的大功率晶闸管的电流噪音较大的问题，本发明提供了一种开关功率器件的控制方法、装置和用电器功率控制系统，能够使开关功率器件的开关动作均处于零电位、零电流的位置，从而减小或去除电流噪音。

第一方面，本发明实施例提供了一种开关功率器件的控制方法，包括：

接收交流电采样电路输入的交流电同步信号；

生成与所述交流电同步信号对应的同步触发脉冲；

对所述同步触发脉冲进行校准，以使所述同步触发脉冲与交流电同步；

按照用电器的预定功率选取经校准的同步触发脉冲中的部分脉冲，作为开关脉冲；

将所述开关脉冲输出至开关功率器件，以使所述开关功率器件按照所述开关脉冲控制所述用电器的用电功率。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述同步触发脉冲的频率为所述交流电同步信号频率的两倍。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，对所述同步触发脉冲进行校准，包括：

按照预设的时间参数对同步触发脉冲进行移位操作，使同步触发脉冲的上升沿与交流电的零电平位置重合。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述按照用电器的预定功率选取经校准的同步触发脉冲中的部分脉冲，作为开关脉冲，包括：

对经校准的同步触发脉冲进行计数；

根据所述预定功率计算单位时间内需选取的脉冲数；

按照所述脉冲数在单位时间内选取经校准的同步触发脉冲中的部分脉冲，作为开关脉冲。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：

确定所述用电器的预定功率。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，确定所述用电器的预定功率，包括：

根据控制按钮输入的功率档位确定所述用电器的预定功率。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，确定所述用电器的预定功率，还包括：

接收设置于用电器上的温度传感器检测的温度值，将所述温度值与预设的温度阈值进行比较；

若所述温度值高于所述温度阈值的上限时，下调所述用电器的预定功率；

若所述温度值低于所述温度阈值的下限时，上调所述用电器的预定功率。

第二方面，本发明实施例还提供了一种开关功率器件的控制装置，包括：

同步触发脉冲生成模块，用于接收交流电采样电路输入的交流电同步信号，生成与所述交流电同步信号对应的同步触发脉冲；

同步触发脉冲校准模块，用于对所述同步触发脉冲进行校准，以使所述同步触发脉冲与交流电同步；

开关脉冲生成模块，用于按照用电器的预定功率选取经校准的同步触发脉冲中的部分脉冲，作为开关脉冲；

开关脉冲输出模块，用于将所述开关脉冲输出至开关功率器件，以使所述开关功率器件按照所述开关脉冲控制所述用电器的用电功率。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述开关脉冲生成模块，包括：

脉冲计数单元，用于对经校准的同步触发脉冲进行计数；

预定功率确定单元，用于确定所述用电器的预定功率；

脉冲选取单元，用于根据所述预定功率计算单位时间内需选取的脉冲数；按照所述脉冲数在单位时间内选取经校准的同步触发脉冲中的部分脉冲，作为开关脉冲。

第三方面，本发明实施例还提供了一种用电器功率控制系统，包括：处理器、交流电采样电路和用于控制用电器的用电功率的开关功率器件；所述交流电采样电路、开关功率器件均与所述处理器连接；

所述处理器用于：

接收交流电采样电路输入的交流电同步信号；

生成与所述交流电同步信号对应的同步触发脉冲；

对所述同步触发脉冲进行校准，以使所述同步触发脉冲与交流电同步；

按照用电器的预定功率选取经校准的同步触发脉冲中的部分脉冲，作为开关脉冲；

将所述开关脉冲输出至开关功率器件，以使所述开关功率器件按照所述开关脉冲控制所述用电器的用电功率。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的开关功率器件的控制方法、装置和用电器功率控制系统，通过生成与交流电同步的同步触发脉冲，并对同步触发脉冲进行校准，再按照用电器的预定功率选取经校准的同步触发脉冲中的部分脉冲，作为开关脉冲的方式，以使开关功率器件按照开关脉冲控制用电器的用电功率。这种控制开关功率器件调节用电器的用电功率的方法，使触发脉冲的起初时间处于交流电零电平的位置，这样，导通电流就不会出现突变现象，从而减小或去除了因导通角引起的电流噪音。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为相关技术的开关功率器件的工作原理图；

图2为本发明一实施例所提供的开关功率器件的控制方法的流程图；

图3为本发明一实施例所提供的开关功率器件的控制原理图；

图4为本发明一实施例所提供的开关功率器件的控制装置的结构框图；

图5为本发明一实施例所提供的用电器功率控制系统的结构框图；

图6～图10为本发明一具体实施例中，具有不同档位设置的用电器在各个功率时，开关功率器件的导通状态图。

图标：10-处理器；20-开关功率器件；30-交流电采样电路；40-控制按钮；50-用电器；51-温度传感器；41-同步触发脉冲生成模块；42-同步触发脉冲校准模块；43-开关脉冲生成模块；44-开关脉冲输出模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

近年来，无论在工业自动控制领域或家用电器领域，用电功率可调的电器应用相当广泛，如家用电器中的调光灯、调速风扇、电饭煲、电茶炉等，这些电器中普遍都使用了开关功率调节器，也可称为交流开关功率调节器，其中最常用的一种是可控硅。

可控硅是硅可控整流元件的简称，亦称为晶闸管，具有体积小、结构相对简单、功能强等特点。目前，利用可控硅调节用电器的用电功率普遍使用如图1所示的方法，单片机接收到交流电的同步信号取样脉冲后，产生同步触发脉冲，再根据需要输出的功率大小，产生脉冲移位控制电平信号，同步触发脉冲合并脉冲移位控制电平信号产生延时的触发脉冲，输出灵活移位的触发脉冲，这个灵活的触发脉冲可使可控硅的导通角发生改变，使可控硅进行通\断工作，以达到控制功率的目的，属称斩波。斩波现象使得本来呈线性的正弦波电流变成瞬间从零变成几安培的突变电流，频率100赫兹，这个频率100赫兹的突变电流就会产生电流声甚至谐波声音。

为了减小和去除可控硅工作时产生的电流噪音，本发明实施例提供了一种开关功率器件的控制方法、装置和用电器功率控制系统，以下首先对本发明的开关功率器件的控制方法进行详细介绍。

实施例一

该实施例提供了一种开关功率器件的控制方法，该开关功率器件指的是零点交流开关功率器件，例如：可控硅。如图2和图3所示，该方法包括以下步骤。

步骤S201，接收交流电采样电路输入的交流电同步信号；

交流电采样电路用于对交流电进行采样，检测交流电的过零时刻。交流电采样电路输出与交流电同步的交流电同步信号至处理器。

步骤S202，生成与交流电同步信号对应的同步触发脉冲；

处理器接收到交流电同步信号后，生成一个理论上与交流电同步信号同步的同步触发脉冲。

步骤S203，对同步触发脉冲进行校准，以使同步触发脉冲与交流电同步；

该同步触发脉冲在理论上是与交流电同步的，而实际上，在交流电采样电路生成和传输交流电同步信号的过程中，会产生一定的时间差，致使处理器生成的同步触发脉冲与交流电之间存在微小的时间差。因此，需要对同步触发脉冲进行校准，以使同步触发脉冲与交流电同步，即同步触发脉冲的上升沿与交流电的过零点重合。

步骤S204，按照用电器的预定功率选取经校准的同步触发脉冲中的部分脉冲，作为开关脉冲；

为了保证通过开关功率器件调节用电器的用电功率的功能的实现，与现有的采用使同步触发脉冲延时，控制可控硅的导通角的方法不同，本发明实施例采用选取部分同步触发脉冲进行输出的方式，达到调节用电器的用电功率的目的。

步骤S205，将开关脉冲输出至开关功率器件，以使开关功率器件按照开关脉冲控制用电器的用电功率。

在实际应用时，上述步骤S203和步骤S204的顺序可以交换。

其中，步骤S203中，对同步触发脉冲进行校准，可以采用如下方法：按照预设的时间参数对同步触发脉冲进行移位操作，使同步触发脉冲的上升沿与交流电的零电平位置重合。

上述预设的时间参数可以根据经验进行设定，也可以现场进行测试，检测处理器经上述步骤生成的同步触发脉冲的上升沿与交流电过零点之间的时间差，将该时间差设定为同步触发脉冲需提前或错后的时间参数。

步骤S204中，按照用电器的预定功率选取经校准的同步触发脉冲中的部分脉冲，具体包括：对经校准的同步触发脉冲进行计数；根据预定功率计算单位时间内需选取的脉冲数；按照脉冲数在单位时间内选取经校准的同步触发脉冲中的部分脉冲，作为开关脉冲。该处的选取部分脉冲应该理解为包括全部脉冲均被选取的情形，详见下述实施例。

在一具体实施例中，同步触发脉冲的频率为交流电同步信号频率的两倍。如交流电频率是50Hz，其中包括50个正半波和50个负半波，合计是100个半波。为使电路全通，开关功率器件要做100次/秒的开关动作，固需要100次/秒的同步触发脉冲，此时，用电器50的功率最大。这种情况下，处理器接收到的交流电采样电路输入的交流电同步信号的频率是50Hz，处理器生成的同步触发脉冲为100Hz，每一个触发脉冲对应交流电的一个半波。

例如，如图6所示的最大功率为1000W的用电器，该用电器共有4个可调的功率档位。这4个档位可以对应4个控制按钮，通过控制按钮进行调节，也可以只设置小火、大火2个控制按钮，其中的功率档位通过处理器自动调节实现。当预定功率为1000W时，100Hz的同步触发脉冲中的每一个触发脉冲都被选取，交流电的上半波和下半波全通。当预定功率为750W时，每四个触发脉冲为一个单位周期(或称单位时间)，经计算，每个单位周期内需选取三个触发脉冲，舍去一个触发脉冲。按照该计算结果选取同步触发脉冲的部分脉冲输出后，效果是交流电的下半波全通，上半波通一个波，断一个波。当然也可以是，交流电的上半波全通，下半波通一个波，断一个波。其它各预定功率所对应的计算方法相同，在此不再赘述。

图7至图10分别示出了最大功率为1000W的用电器，设置6个功率档位、8个功率档位、10个功率档位和12个功率档位时，不同功率档位对应的开关功率器件的导通状态。以图8为例，该用电器共有8个可调的功率档位。这8个档位可以对应8个控制按钮，通过控制按钮进行调节，也可以只设置小火、中火、大火3个控制按钮，其中的功率档位通过处理器自动调节实现。当预定功率为875W时，每八个触发脉冲为一个单位周期(或称单位时间)，经计算，每个单位周期内需选取七个触发脉冲，舍去一个触发脉冲。按照该计算结果选取同步触发脉冲的部分脉冲输出后，效果是交流电的下半波全通，上半波每通三个波，则断一个波。当然也可以是，交流电的上半波全通，下半波每通三个波，则断一个波。其它各预定功率所对应的计算方法相同。其它几个图中功率档位的设置原理和开关功率器件的导通控制方法与图6和图8例举的方法相同，在此不再赘述。

该实施例提供的开关功率器件的控制方法，每个触发脉冲的起始时间与交流电的零电平位置重合，这样能使开关功率器件的每一个导通的瞬间，都处于零电位即零电流的位置，因而不会出现突变现象，也就去除了电流噪声。

实施例二

该实施例也提供了一种开关功率器件的控制方法。该方法在上述实施例一的基础上，增加了确定用电器的预定功率的步骤。

该步骤包括，根据控制按钮输入的功率档位确定用电器的预定功率。如上例中所述，用电器设置有不同的功率档位，可以采用控制按钮选择各个功率档位。处理器接收到控制按钮输入的功率档位信息，确定用电器的当前预定功率。

在另一实施例中，该方法还包括：接收设置于用电器上的温度传感器检测的温度值，将温度值与预设的温度阈值进行比较；若温度值高于温度阈值的上限时，下调所述用电器的预定功率；若温度值低于所述温度阈值的下限时，上调用电器的预定功率。这样，处理器能够对用电器的各个档位预设的最高温度点自动做出及时的反应，当温度超过时，迅速地自动以降低内部预设的档位去降低功率以保证炉面玻璃和发热盘的安全。而当温度不够时，会自动提升内部档位增加发热量，达到自动降温和自动调节功率的目的。需要说明的是，处理器能够提升的最高功率受控制按钮的当前功率档位所限制，假如控制按钮的命令是大火档，处理器提升的最高功率是1000W；控制按钮的命令是中火档，处理器提升的最高功率是500W。

实施例三

该实施例提供了一种开关功率器件的控制装置。图4示出了该实施例所提供的开关功率器件的控制装置的结构框图。如图4所示，该装置包括：

同步触发脉冲生成模块41，用于接收交流电采样电路输入的交流电同步信号，生成与交流电同步信号对应的同步触发脉冲；

同步触发脉冲校准模块42，用于对同步触发脉冲进行校准，以使同步触发脉冲与交流电同步；

开关脉冲生成模块43，用于按照用电器的预定功率选取经校准的同步触发脉冲中的部分脉冲，作为开关脉冲；

开关脉冲输出模块44，用于将开关脉冲输出至开关功率器件，以使开关功率器件按照开关脉冲控制用电器的用电功率。

其中，开关脉冲生成模块43，包括：脉冲计数单元，用于对经校准的同步触发脉冲进行计数；预定功率确定单元，用于确定用电器的预定功率；脉冲选取单元，用于根据预定功率计算单位时间内需选取的脉冲数；按照脉冲数在单位时间内选取经校准的同步触发脉冲中的部分脉冲，作为开关脉冲。

实施例四

该实施例提供了一种用电器功率控制系统。图5示出了该系统的结构框图，如图5所示，该系统包括：处理器10、交流电采样电路30、调节功率档位的控制按钮40、设置于用电器上的温度传感器51和用于控制用电器的用电功率的开关功率器件20。交流电采样电路30、开关功率器件20和温度传感器51均与处理器10连接。

处理器10用于：接收交流电采样电路30输入的交流电同步信号；生成与交流电同步信号对应的同步触发脉冲；对同步触发脉冲进行校准，以使同步触发脉冲与交流电同步；按照用电器的预定功率选取经校准的同步触发脉冲中的部分脉冲，作为开关脉冲；将开关脉冲输出至开关功率器件20，以使开关功率器件20按照开关脉冲控制用电器的用电功率。

处理器10还用于：根据控制按钮40输入的功率档位确定用电器的预定功率；以及接收设置于用电器上的温度传感器51检测的温度值，将温度值与预设的温度阈值进行比较；若温度值高于温度阈值的上限时，下调所述用电器的预定功率；若温度值低于所述温度阈值的下限时，上调用电器的预定功率。

本发明实施例提供的开关功率器件的控制方法、装置和用电器功率控制系统，具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

需要说明的是，在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。