一种加热装置及其加热控制方法与流程

本发明实施例涉及家用电器领域，特别是涉及一种加热装置及其加热控制方法。

背景技术

目前市场上的烤箱大部分是采用固定功率的加热元件，通过调节加热元件的通断时间来控制加热过程。但在某个时间点上加热元件的加热功率只有100％和零功率两种形式，例如，若需在一段时间内保持60％的实际功率，则控制60％的时间为100％全功率，控制40％的时间零功率，并且在该时间段内需在100％全功率和零功率间频繁切换以保证温度持续上升或稳定在某一范围。

由于加热元件的加热功率是固定的，在加热控制过程，加热功率过大会导致加热过灵敏，而加热功率过小又会导致加热迟钝，同时又由于继电器开关频率的局限性，不能通过无限地增加继电器开断的频率来解决加热过灵敏或迟钝的问题，因此，固定的加热功率下容易出现温度控制过程中温度波动超出范围的情况。

技术实现要素：

本发明实施例主要解决的技术问题是提供一种加热装置及其加热控制方法，能够有效地解决加热过灵敏或迟钝的问题，实现温度的平稳、精确控制。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用的一个技术方案是：提供一种加热控制方法，应用于加热装置，所述加热装置包括若干个加热器和若干个控制开关，所述若干个控制开关用于控制所述若干个加热器工作，所述方法包括：

获取设置的目标温度；

根据所述目标温度设置所述加热装置的加热功率、通断时间比和通断频率，控制所述加热装置按所述加热功率、通断时间比和通断频率进行加热；

在所述加热装置加热的过程中，检测与所述加热装置对应的目标点的温度，在所述目标点的温度波动达到稳定后，获取所述目标点的温度波动范围；

当所述目标点的最大温度波动差大于所述目标温度的最大允许误差n1时，调整所述加热装置的加热功率、通断时间比和/或通断频率，直至所述目标点的温度波动范围在所述目标温度的误差范围内。

可选的，所述调整所述加热装置的加热功率、通断时间比和/或者通断频率，包括：

若所述目标点的最高温度大于所述目标温度，减小所述加热装置的通断时间比和/或通断频率，若在减小了所述加热装置的通断时间比和/或通断频率后，所述目标点的最大温度波动差仍大于所述目标温度的最大允许误差n1，减小所述加热装置的加热功率；

若所述目标点的最高温度不大于所述目标温度，增大所述加热装置的通断时间比和/或通断频率，若在增大了所述加热装置的通断时间比和/或通断频率后，所述目标点的最大温度波动差仍大于所述目标温度的最大允许误差n1，增大所述加热装置的加热功率。

可选的，所述调整所述加热装置的加热功率、通断时间比和/或者通断频率，还包括：

若所述目标点的最大温度波动差大于n2(n2＞n1)且最高温度大于所述目标温度，先减小所述加热装置的加热功率；

若所述目标点的最大温度波动差大于n2(n2＞n1)且最高温度不大于所述目标温度，先增大所述加热装置的加热功率。

可选的，所述通断时间比调整的优先级高于所述通断频率调整的优先级。

可选的，所述方法还包括：

预存温度区间与所述加热功率、通断时间比和通断频率的对应关系；

所述根据所述目标温度设置所述加热装置的加热功率、通断时间比和通断频率，包括：

根据所述目标温度确定所述目标温度所在的温度区间，根据所述温度区间和所述对应关系设置所述加热装置的加热功率、通断时间比和通断频率。

可选的，在所述目标点的温度波动范围在所述目标温度的误差范围内之后，所述方法还包括：

存储所述设置的目标温度，与最终的加热功率、通断时间比和通断频率的对应关系。

本发明实施例还提供一种加热装置，包括加热元件、功率调节电路和控制单元，所述功率调节电路分别与所述加热元件和所述控制单元连接，所述加热元件包括若干个加热器，所述功率调节电路包括若干个控制开关，所述若干个控制开关用于控制所述若干个加热器工作，所述若干个控制开关受控于所述控制单元，

所述控制单元包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权上所述的方法。

可选的，所述加热元件包括第一加热器、第二加热器和第三加热器，所述第一加热器和所述第二加热器的一端均接地，所述第三加热器并联连接在第一节点和第二节点之间；

所述功率调节电路包括第一继电器、第二继电器和继电器驱动电路，所述第一继电器与所述第一加热器在所述第一节点上串联连接，所述第二继电器与所述第二加热器在所述第二节点上串联连接，所述第一继电器和所述第二继电器均与所述继电器驱动电路连接，所述继电器驱动电路用于根据所述控制单元的输出信号驱动所述第一继电器和所述第二继电器，以调节所述加热元件的加热功率、通断时间比和/或通断频率。

可选的，所述继电器驱动电路包括驱动芯片unl2003，所述unl2003上还连接有电容c1。

可选的，所述继电器驱动电路包括第一继电器驱动电路和第二继电器驱动电路，其中，所述第一继电器驱动电路包括第一二极管、第一三极管以及第一电阻，所述第二继电器驱动电路包括第二二极管、第二三极管以及第二电阻；

所述第一二极管与所述第一继电器反向并联，所述第一继电器的正极接电源，所述第一继电器的负极接所述第一三极管的集电极，所述第一三极管的发射极与所述第一电阻的一端接地，所述第一三极管的基极接所述第一电阻的另一端以及接所述控制单元的一个i/o端口；

所述第二二极管与所述第二继电器反向并联，所述第二继电器的正极接电源，所述第二继电器的负极接所述第二三极管的集电极，所述第二三极管的发射极与所述第二电阻的一端接地，所述第二三极管的基极接所述第二电阻的另一端以及接所述控制单元的一个i/o端口。

本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例的加热控制方法包括根据目标温度设置加热装置的加热功率、通断时间比和通断频率，控制加热装置按设置的加热功率、通断时间比和通断频率进行加热，在目标点的温度波动达到稳定后，获取目标点的温度波动范围，当目标点的最大温度波动差超出目标温度的最大允许误差时，调整加热装置的加热功率、通断时间比和/或通断频率，直至目标点的温度波动范围在目标温度的误差范围内，能够有效地解决加热过灵敏或迟钝的问题，实现温度的平稳、精确控制。

附图说明

图1是本发明实施例的加热装置的功能结构图；

图2是本发明实施例的加热装置的电气原理图；

图3是本发明另一实施例的加热装置的电气原理图；

图4是本发明实施例的加热控制方法的示意图；

图5是本发明另一实施例的加热控制方法的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种加热控制方法，应用于加热装置，如图1所示，加热装置包括加热元件10、功率调节电路20和控制单元30，功率调节电路20分别与加热元件10和控制单元30连接，控制单元30包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够通过功率调节电路20调节加热元件10的加热功率、通断时间比和/或通断频率。

可选地，加热元件10包括第一加热器、第二加热器和第三加热器，第一加热器和第二加热器的一端均接地，第三加热器并联连接在第一节点和第二节点之间，功率调节电路20包括第一继电器、第二继电器和继电器驱动电路，第一继电器与第一加热器在第一节点上串联连接，第二继电器与第二加热器在第二节点上串联连接，第一继电器和第二继电器均与继电器驱动电路连接，继电器驱动电路用于根据控制单元30的输出信号驱动第一继电器和第二继电器，以调节加热元件10的加热功率、通断时间比和/或通断频率。

请参阅图2，图2为本发明一实施例的加热装置的控制电路图，功率调节电路包括第一继电器ry1、第二继电器ry2和驱动芯片unl2003，在该实施例中，继电器驱动电路的功能由驱动芯片unl2003实现。驱动芯片unl2003的各信号输入端与控制单元mcu的i/o端口一一对应连接，驱动芯片unl2003上还连接有电容c1，其作用是防止电路受到强干扰时出现误动作。

第一继电器ry1的1脚(常闭触点)与第一加热器r1在第一节点上串联连接，第一继电器ry1的2脚(常开触点)接电源l1，第一继电器ry1的3脚接驱动芯片unl2003的一个信号输出端，第一继电器ry1的4脚接低压+12v直流电。

类似地，第二继电器ry2的2脚(常开触点)与第二加热器r2在第二节点上串联连接，第二继电器ry2的1脚(常闭触点)接电源l2，第二继电器ry2的3脚接驱动芯片unl2003的另一个信号输出端，第二继电器ry2的4脚接低压+12v直流电。

当控制单元mcu需控制第一继电器ry1和/或第二继电器ry2时，控制单元mcu相应的i/o端口向驱动芯片unl2003输出控制信号，通过驱动芯片unl2003控制第一继电器ry1和/或第二继电器ry2。示例性地，当控制单元mcu需控制第一继电器ry1吸合时，控制单元mcu相应的i/o端口向驱动芯片unl2003输出高电平信号，以驱动第一继电器ry1吸合；当控制单元mcu需控制第一继电器ry1断开时，控制单元mcu相应的i/o端口向驱动芯片unl2003输出低电平信号，以驱动第一继电器ry1断开。

请参阅图3，图3为本发明另一实施例的加热装置的控制电路图，功率调节电路包括第一继电器ry1、第二继电器ry2、第一继电器驱动电路和第二继电器驱动电路，继电器驱动电路包括第一继电器驱动电路和第二继电器驱动电路，其中，第一继电器驱动电路包括第一二极管d1、第一三极管q1以及第一电阻r4，第二继电器驱动电路包括第二二极管d2、第二三极管q2以及第二电阻r5。

具体地，第一继电器ry1的1脚(常闭触点)与第一加热器r1在第一节点上串联连接，第一继电器ry1的2脚(常开触点)接电源l1，第一继电器ry1的3脚接第一三极管q1的集电极和第一二极管d1的正极，第一继电器ry1的4脚和第一二极管d1的负极接低压+12v直流电，第一三极管q1的发射极与第一电阻r4的一端接地，第一三极管q1的基极接第一电阻r4的另一端以及接控制单元mcu的一个i/o端口。

类似地，第二继电器ry2的2脚(常开触点)与第二加热器r2在第二节点上串联连接，第二继电器ry2的1脚(常闭触点)接电源l2，第二继电器ry2的3脚接第二三极管q2的集电极和第二二极管d2的正极，第二继电器ry2的4脚和第二二极管d2的负极接低压+12v直流电，第二三极管q2的发射极与第二电阻r5的一端接地，第二三极管q2的基极接第二电阻r5的另一端以及接控制单元mcu的另一个i/o端口。

当控制单元mcu需控制第一继电器ry1和/或第二继电器ry2时，控制单元mcu相应的i/o端口输出高电平信号或低电平信号。示例性地，当控制单元mcu需控制第一继电器ry1吸合时，控制单元mcu相应的i/o端口输出高电平信号，控制第一三极管q1饱和导通，以驱动第一继电器ry1吸合；当控制单元mcu需控制第一继电器ry1断开时，控制单元mcu相应的i/o端口输出低电平信号，控制第一三极管q1截止，以驱动第一继电器ry1断开。

在上述实施例的加热装置中，第一加热器r1、第二加热器r2或第三加热器r3可以是加热管，也可以是加热膜或加热丝；第一加热器r1、第二加热器r2和第三加热器r3可以安装于加热装置的同一个加热区域中，可以安装于加热装置的不同加热区域中。

具体实施时，第一继电器ry1的2脚接入的电源l1与第二继电器ry2的1脚接入的电源l2可以相同，也可以不相同，如，采用的电源可以是220v单相交流电，也可以是三相380v交流电。

当加热装置开启，由p＝u²/r可知，其加热功率与电源电压和负载的内阻有关，根据电源l1和电源l2的电压值，可预先设置好第一加热器r1、第二加热器r2和第三加热器r3的阻值，以使第一继电器ry1和第二继电器ry2的工作状态不一样时，加热装置的加热功率不一样。

假设，当第一继电器ry1吸合、第二继电器ry2断开时，加热装置的加热功率为p1；当第一继电器ry1断开、第二继电器ry2吸合时，加热装置的加热功率为p2；当第一继电器ry1吸合、第二继电器ry2吸合时，加热装置的加热功率为p3，则有p1≠p2≠p3。

而加热装置的加热功率固定后，加热装置的实际功率由处于工作状态中的继电器的通断时间比(在一个周期内继电器吸合与断开之比)和通断频率决定。

需要说明的是，本实施例提供的加热元件10包括第一加热器、第二加热器和第三加热器，功率调节电路20包括第一继电器和第二继电器均是示例性地。在其他实施例中，加热元件10可以包括三个以上的加热器，功率调节电路20可以包括多个继电器，控制单元30控制多个继电器的工作状态来调节加热元件10的加热功率和实际功率。

本发明实施例提供的加热控制方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤110：获取设置的目标温度。

步骤120：根据目标温度设置加热装置的加热功率p0、通断时间比t0和通断频率f0，控制加热装置按设置的加热功率p0、通断时间比t0和通断频率f0进行加热。

控制单元预存有温度区间与加热功率、通断时间比和通断频率的对应关系，例如，在实际应用中，加热装置的可加热温度可分为50-100℃、100-150℃、150-200℃、200-250℃、250-300℃五个区间，控制单元中预存有每一个温度区间对应的加热功率、通断时间比和通断频率。

本实施例中，根据目标温度设置加热装置的加热功率p0、通断时间比t0和通断频率f0，包括：根据目标温度确定该目标温度所在的温度区间，根据温度区间和上述对应关系设置加热装置的加热功率p0、通断时间比t0和通断频率f0。

本领域技术人员可以理解，控制加热装置按设置的加热功率p0、通断时间比t0和通断频率f0进行加热，即为，根据加热功率p0控制与该加热功率对应的继电器按设置的通断时间比t0和通断频率f0工作。

步骤130：在加热装置加热的过程中，检测与加热装置对应的目标点的温度，在目标点的温度波动达到稳定后，获取目标点的温度波动范围。

具体实施时，可以有多个目标点，当目标点为多个时，目标点的温度为多个目标点的平均温度。

其中，目标点的温度波动差＝|目标点的实际温度-目标温度|，具体地，在预设时长内，若目标点的温度波动范围小于某一范围，亦即，目标点的温度波动差小于某一数值，视为目标点的温度波动达到稳定。

步骤140：当目标点的最大温度波动差超出目标温度的最大允许误差n1时，调整加热装置的加热功率p0、通断时间比t0和/或通断频率f0，直至目标点的温度波动范围在目标温度的误差范围内。

需要说明的是，当目标温度不一样时，其最大允许误差n1可以不一样。示例性地，目标温度为100℃时，其允许的温度波动为97-103℃，则最大允许误差n1为3℃；目标温度为200℃时，其允许的温度波动为195-205℃，则最大允许误差n1为5℃。

其中，根据目标点的温度波动情况和目标温度的最大允许误差n1，在步骤140中具体包括：

步骤141：若目标点的最高温度大于目标温度，减小加热装置的通断时间比t0和/或通断频率f0，若在减小了加热装置的通断时间比t0和/或通断频率f0后，目标点的最大温度波动差仍大于目标温度的最大允许误差n1，调整加热装置的加热功率为pmin(pmin＜p0)。

若目标点的最大温度波动差大于目标温度的最大允许误差n1且最高温度大于目标温度时，说明加热装置的实际功率过高，可通过减小对应的继电器的通断时间比t0和/或通断频率f0来减小目标点的温度波动。

在一实施例中，通断时间比调整的优先级高于通断频率调整的优先级，先保持继电器的通断频率f0不变，减小其通断时间比t0为t1，若目标点的最大温度波动差仍大于n1，再减小继电器的通断频率为f1。在另一实施例中，也可同时减小继电器的通断时间比t0和通断频率f0来减小加热装置的实际功率，或者只减小继电器的通断时间比t0，或者只减小继电器的通断频率f0。

当在减小了继电器的通断时间比t0和/或通断频率f0后，目标点的最大温度波动差仍大于n1，调整加热装置的加热功率为pmin(pmin＜p0)，通过减小加热装置的加热功率p0来减小加热装置的实际功率，再重复步骤141，直至目标点的最大温度波动差小于或等于n1，使得目标点的温度波动范围在目标温度的误差范围内。

其中，调整加热装置的加热功率为pmin后，与调整后的加热功率对应的继电器的通断时间比和通断频率，可采用原继电器的通断时间比t1和通断频率f1，也可采用预存的与加热功率pmin对应的通断时间比和通断频率，本实施例对此不作限定。

步骤142：若目标点的最高温度不大于目标温度，增大加热装置的通断时间比t0和/或通断频率f0，若在增大了加热装置的通断时间比t0和/或通断频率f0后，目标点的最大温度波动差仍大于目标温度的最大允许误差n1，调整加热装置的加热功率为pmax(pmax＞p0)。

当目标点的最大温度波动差大于目标温度的最大允许误差n1且最高温度不大于目标温度时，说明加热装置的实际功率过低，可通过增大对应的继电器的通断时间比t0和/或通断频率f0来减小目标点的温度波动。

在一实施例中，通断时间比调整的优先级高于通断频率调整的优先级，先保持继电器的通断频率f0不变，增大其时间比t0为t2，若目标点的最大温度波动差仍大于n1，增大继电器的通断频率为f2。在另一实施例中，也可同时增大继电器的时间比t0和频率f0来增大加热装置的实际功率，或者只增大继电器的通断时间比t0，或者只增大继电器的通断频率f0。

当在增大了继电器的通断时间比t0和/或通断频率f0后，目标点的最大温度波动差仍大于n1，调整加热装置的加热功率为pmax(pmax＞p0)，通过增大加热装置的加热功率p0来增大加热装置的实际功率，再重复步骤142，直至目标点的最大温度波动差小于或等于n1，使得目标点的温度波动范围在目标温度的误差范围内。

同样地，调整加热装置的加热功率为pmax后，与调整后的加热功率对应的继电器的通断时间比和通断频率，可采用原继电器的通断时间比t2和通断频率f2，也可采用预存的与加热功率pmax对应的通断时间比和通断频率。

在一优选地实施例中，该方法还包括：

步骤150：存储设置的目标温度，与最终的加热功率、通断时间比和通断频率的对应关系。

在下一次运行时，当控制单元存储有设置的目标温度与加热功率、通断时间比和通断频率的对应关系时，可直接根据上述对应关系设置加热装置的加热功率、通断时间比和通断频率。

本发明还提供另一种加热控制方法，如图5所示，包括以下步骤：

步骤210：获取设置的目标温度。

步骤220：根据目标温度设置加热装置的加热功率p0、通断时间比t0和通断频率f0，控制加热装置按设置的加热功率p0、通断时间比t0和通断频率f0进行加热。

步骤230：在加热装置加热的过程中，检测与加热装置对应的目标点的温度，在目标点的温度波动达到稳定后，获取目标点的温度波动范围。

步骤210-步骤230请参考上述实施例。

步骤240：当目标点的最大温度波动差大于目标温度的最大允许误差n1时，调整加热装置的加热功率p0、通断时间比t0和/或通断频率f0，直至目标点的温度波动范围在目标温度的误差范围内。

其中，根据目标点的温度波动情况和目标温度的最大允许误差n1，在步骤240中具体包括：

步骤241：若目标点的最大温度波动差大于n2(n2＞n1)且最高温度大于加热温度，调整加热装置的加热功率为pmin(pmin＜p0)。

可以理解，若目标点的最大温度波动差大于n2(n2＞n1)且最高温度大于加热温度，可直接判断出当前的加热功率p0过大，导致加热过灵敏，调整加热装置的加热功率为pmin(pmin＜p0)，再重复步骤241，直至目标点的最大温度波动差小于或等于n2。

其中，调整加热装置的加热功率为pmin后，与调整后的加热功率pmin对应的继电器的通断时间比和通断频率，可采用原继电器的通断时间比t0和通断频率f0，也可采用预存的与加热功率pmin对应的通断时间比和通断频率，本实施例对此不作限定。

步骤242：若目标点的最大温度波动差小于或等于n2且大于n1，减小加热装置的通断时间比和/或通断频率，若在减小了加热装置的通断时间比和/或通断频率后，目标点的最大温度波动差仍大于n1，调整加热装置的加热功率为pmin1(pmin1＜pmin)。

若目标点的最大温度波动差大于n1，说明加热装置的实际功率过高，可通过减小对应的继电器的通断时间比和/或通断频率来减小目标点的温度波动。

当在减小了继电器的通断时间比和/或通断频率后，目标点的最大温度波动差仍大于n1，调整加热装置的加热功率为pmin1(pmin1＜pmin)，通过减小加热装置的加热功率pmin来减小加热装置的实际功率，再重复步骤242，直至目标点的最大温度波动差小于或等于n1。

步骤242具体可参考步骤141。

步骤243：若目标点的最大温度波动差大于n2(n2＞n1)且最高温度不大于加热温度，调整加热装置的加热功率为pmax(pmax＞p0)。

可以理解，若目标点的最大温度波动差大于n2(n2＞n1)且最高温度不大于加热温度，可直接判断出当前的加热功率p0过小，导致加热迟钝，调整加热装置的加热功率为pmax(pmax＞p0)，再重复步骤243，直至目标点的最大温度波动差小于或等于n2。

同样地，调整加热装置的加热功率为pmax后，与调整后的加热功率pmax对应的继电器的通断时间比和通断频率，可采用原继电器的通断时间比t0和通断频率f0，也可采用预存的与加热功率pmax对应的通断时间比和通断频率。

步骤244：若目标点的最大温度波动差小于或等于n2且大于n1，增大加热装置的通断时间比和/或通断频率，若在增大了加热装置的通断时间比和/或通断频率后，目标点的最大温度波动差仍大于n1，调整加热装置的加热功率为pmax1(pmax1＞pmax)。

若目标点的最大温度波动差大于n1，说明加热装置的实际功率过低，可通过增大对应的继电器的通断时间比和/或通断频率来减小目标点的温度波动。

当在增大了继电器的通断时间比和/或通断频率后，目标点的最大温度波动差仍大于n1，调整加热装置的加热功率为pmax1(pmax1＞pmax)，通过增大加热装置的加热功率pmax来减增大加热装置的实际功率，再重复步骤243，直至目标点的最大温度波动差小于或等于n1。

步骤244具体可参考步骤142。

本发明实施例的加热控制方法包括根据目标温度设置加热装置的加热功率p0、通断时间比t0和通断频率f0，控制加热装置按设置的加热功率p0、通断时间比t0和通断频率f0进行加热，在目标点的温度波动达到稳定后，获取目标点的温度波动范围，当目标点的最大温度波动差大于目标温度的最大允许误差n1时，调整加热装置的加热功率p0、通断时间比t0和/或通断频率f0，直至目标点的温度波动范围在目标温度的误差范围内，能够有效地解决加热过灵敏或迟钝的问题，实现温度的平稳、精确控制。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。