專利名稱：一種交流加熱器控制裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加熱器控制領(lǐng)域，尤其涉及一種工業(yè)用交流加熱器控制裝置與控制方法。
背景技術(shù)：
在各種生產(chǎn)過(guò)程中，幾乎所有產(chǎn)品都需要經(jīng)過(guò)加熱。在成型之前，涂裝需要干燥，粘合劑需要活化，塑料需要加熱。有效地利用能量可以使得加熱過(guò)程更高效，且加熱時(shí)間更短,所需空間更小,從而降低了整體生產(chǎn)成本。為了使加熱過(guò)程變得更高效、供能更精確，對(duì)加熱器功率的控制就變得尤為重要。傳統(tǒng)的加熱器控制方法主要有以下兩種。第一種為間歇加熱，控制周期一般為幾秒甚至幾十秒，無(wú)法實(shí)現(xiàn)加熱功率的快速調(diào)節(jié)，穩(wěn)定性欠佳。第二種為通過(guò)IGBT晶閘管等器件對(duì)負(fù)載供電電壓實(shí)現(xiàn)快速斬波，該方法可以實(shí)現(xiàn)加熱器功率的精確連續(xù)調(diào)節(jié)，但增加的成本較高，且由于控制開(kāi)關(guān)需要長(zhǎng)期在高電壓下連續(xù)切換，故開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)損耗非常大，產(chǎn)品無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間可靠地工作。交流固態(tài)繼電器采用了過(guò)零觸發(fā)技術(shù)，只在交流信號(hào)過(guò)零(正弦波過(guò)零點(diǎn))時(shí)才切換導(dǎo)通或關(guān)斷的狀態(tài)，該類繼電器可稱為過(guò)零型交流固態(tài)繼電器。將交流固態(tài)繼電器應(yīng)用于加熱器控制領(lǐng)域，可以很好地發(fā)揮其過(guò)零觸發(fā)的特性，防止高次諧波的干擾，減少電流波形的突然中斷，從而減少了開(kāi)關(guān)瞬態(tài)效應(yīng)，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。然而，正是由于固態(tài)繼電器的這一特性，使得控制負(fù)載供電電壓的通斷周期必須為市電周期半數(shù)的整數(shù)倍，即為10毫秒的整數(shù)倍。假設(shè)需要實(shí)現(xiàn)負(fù)載功率20%的調(diào)節(jié)，最短的通斷周期也需要50毫秒，即負(fù)載供電電壓通10毫秒，斷40毫秒。在圖像呈現(xiàn)領(lǐng)域，當(dāng)圖像以高于24幀/秒的速度切換時(shí)，人眼將感覺(jué)不到閃爍，即可以實(shí)現(xiàn)圖像的連續(xù)播放。換言之，人眼的視覺(jué)維持時(shí)間的極限應(yīng)為40毫秒左右。由于加熱器的輻射必然包含一定成分的可見(jiàn)光，通斷周期大于50毫秒時(shí)，人眼將直接感知到加熱能量控制的周期波動(dòng)及不穩(wěn)定性。此外，通斷周期過(guò)長(zhǎng)，也不利于功率在時(shí)間上的均勻分布以及快速調(diào)節(jié)，無(wú)法在傳統(tǒng)的間歇式加熱方法中體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。從而，希望能夠提供一種加熱器控制方法，既能實(shí)現(xiàn)功率的快速調(diào)節(jié)，避免可見(jiàn)的功率控制波動(dòng)，提高功率控制的穩(wěn)定性；又能節(jié)約成本，減少損耗，盡可能提高系統(tǒng)長(zhǎng)期工作的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種交流加熱器控制裝置與方法，實(shí)現(xiàn)交流加熱器多檔加熱功率的靈活切換，將加熱器的控制功率控制值40毫秒以內(nèi)，通過(guò)過(guò)零固態(tài)繼電器減少了開(kāi)關(guān)的瞬態(tài)效應(yīng)，極大提高了系統(tǒng)的可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種交流加熱器控制裝置，包括:
市電過(guò)零檢測(cè)電路:用于檢測(cè)市電過(guò)零點(diǎn)并在過(guò)零點(diǎn)處產(chǎn)生高電壓，形成過(guò)零脈沖序列，作為中央處理單元的中斷輸入信號(hào)；中央處理單元:用于接收加熱器的設(shè)定功率，根據(jù)設(shè)定功率計(jì)算所需的交流電壓的電壓通斷比，在接收到過(guò)零脈沖序列產(chǎn)生的中斷輸入信號(hào)后，經(jīng)過(guò)延時(shí)輸出與加熱器供電電壓同步的電壓通斷信號(hào)；所述延時(shí)是指越過(guò)當(dāng)前過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻；控制電路:用于接收電壓通斷信號(hào)，并將電壓通斷信號(hào)轉(zhuǎn)化為過(guò)零型固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)控制過(guò)零型固態(tài)繼電器的導(dǎo)通與關(guān)斷來(lái)控制加熱器供電電壓的通斷；其中，市電過(guò)零檢測(cè)電路與中央處理單元連接，中央處理單元與控制電路連接，控制電路與加熱器連接，加熱器與市電過(guò)零檢測(cè)電路連接。進(jìn)一步，如上所述的一種交流加熱器控制裝置，所述市電過(guò)零檢測(cè)電路包括:交流信號(hào)限流電路:用于保護(hù)光耦檢測(cè)電路和邏輯門電路的安全以及降低電路功耗；光耦檢測(cè)電路:用于市電過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)，并在過(guò)零點(diǎn)處輸出高電壓；邏輯門電路:用于接收光耦檢測(cè)電路的輸出信號(hào)，并在過(guò)零點(diǎn)輸出過(guò)零脈沖序列；其中，交流信號(hào)限流電路與光耦檢測(cè)電路連接，光耦檢測(cè)電路與邏輯門電路連接。進(jìn)一步，如上所述的一種交流加熱器控制裝置，所述光耦檢測(cè)電路包括:正半周期光耦檢測(cè)電路:用于市電正半周期過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)，并在過(guò)零點(diǎn)輸出高電壓；負(fù)半周期光耦檢測(cè)電路:用于市電負(fù)半周期過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)，并在過(guò)零點(diǎn)輸出高電壓；其中，所述正半周期光耦檢測(cè)電路與負(fù)半周期光耦檢測(cè)電路并聯(lián)。進(jìn)一步，如上所述的一種交流加熱器控制裝置，所述邏輯門電路為與非門電路。進(jìn)一步，如上所述的一種交流加熱器控制裝置，所述中央處理單元包括核心處理單元，以及與核心處理單元連接的外圍電路，其中:核心處理單元:用于接收過(guò)零脈沖序列后，經(jīng)過(guò)延時(shí)輸出與加熱器供電電壓同步的電壓通斷信號(hào)；外圍電路:用于維持核心的正常運(yùn)行，包括核心控制單元運(yùn)行所需的電源信號(hào)、夕卜部晶振信號(hào)和硬件復(fù)位信號(hào)。再進(jìn)一步，如上所述的一種交流加熱器控制裝置，所述控制電路包括:光耦隔離電路:用于中央處理單元與過(guò)零型固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電路的隔離；繼電器驅(qū)動(dòng)電路:用于驅(qū)動(dòng)過(guò)零型固態(tài)繼電器的正常工作；過(guò)零型固態(tài)繼電器:用于控制加熱器的通斷；光耦隔離電路與繼電器驅(qū)動(dòng)電路連接，繼電器驅(qū)動(dòng)電路與過(guò)零型固態(tài)繼電器連接。更進(jìn)一步，如上所述的一種交流加熱器控制裝置，所述市電過(guò)零檢測(cè)電路通過(guò)邏輯門電路與中央處理單元連接，中央處理單元通過(guò)核心處理單元與控制電路連接，控制電路通過(guò)過(guò)零型固態(tài)繼電器與加熱器連接。一種交流加熱器控制方法，包括以下步驟:
(I)檢測(cè)市電的過(guò)零點(diǎn)并在過(guò)零點(diǎn)處產(chǎn)生高電壓，形成過(guò)零脈沖序列；(2)中央處理單元接收過(guò)零脈沖序列，并根據(jù)加熱器所需的供電電壓的電壓通斷t匕，輸出與加熱器供電電壓同步的電壓通斷信號(hào)；(3)控制電路接收電壓通斷信號(hào)，并將接收到的電壓通斷信號(hào)轉(zhuǎn)化為過(guò)零固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)控制過(guò)零固態(tài)繼電器的導(dǎo)通與關(guān)斷來(lái)控制加熱器的通斷。進(jìn)一步，所述的一種交流加熱器控制方法，步驟(2)中，所述電壓通斷比是根據(jù)加熱器的設(shè)定功率計(jì)算的。再進(jìn)一步，所述的一種交流加熱器控制方法，步驟(2)中，中央處理單元在在越過(guò)當(dāng)前過(guò)零時(shí)刻后，根據(jù)加熱器供電電壓的通斷情況輸出與加熱器供電電壓同步的電壓通斷信號(hào)。更進(jìn)一步，所述的一種交流加熱器控制方法，過(guò)零固態(tài)繼電器在下一過(guò)零時(shí)刻進(jìn)行繼電器的導(dǎo)通與關(guān)斷的切換，來(lái)控制加熱器的通斷。本發(fā)明的效果在于:本法所述的裝置及方法，由于引入了過(guò)零檢測(cè)功能，使得控制系統(tǒng)能避免市電頻率波動(dòng)從而導(dǎo)致加熱器功率無(wú)法精確控制的問(wèn)題，完全實(shí)現(xiàn)過(guò)零型繼電器的同步控制。較之傳統(tǒng)的間歇式加熱控制方法，加熱器輸出功率切換迅速，波動(dòng)小，且電路簡(jiǎn)單、成本低，穩(wěn)定性高，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。此外，本發(fā)明所述的方法將加熱器的加熱功率控制在40毫秒以內(nèi)，完全避免了人眼可能感覺(jué)到的加熱能量波動(dòng)，尤其適合包含一定量可見(jiàn)光的紅外輻射器/紅外燈管控制。


圖1為本發(fā)明一種交流加熱器控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為具體實(shí)施方式
中提供的一種交流加熱器控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為具體實(shí)施方式
中提供的一種交流加熱器控制裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明一種交流加熱器控制方法的流程示意圖；圖5為具體實(shí)施方式
中提供的光耦檢測(cè)電路的電路原理示意圖；圖6為具體實(shí)施方式
中提供的與非門的功能示意圖；圖7為具體實(shí)施方式
中提供的MCU外圍復(fù)位電路原理示意圖；圖8為具體實(shí)施方式
中提供的光耦隔離電路的電路原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說(shuō)明書附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明旨在提供一種交流加熱器控制裝置與方法，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流加熱器功率的精密控制。圖1、圖2和圖3分別示出了本發(fā)明一種交流加熱器控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖以及各部分的電路結(jié)構(gòu)示意圖，由圖中可以看出，該裝置主要包括市電過(guò)零檢測(cè)電路11，與市電過(guò)零檢測(cè)電路連接的中央處理單元12，以及與中央處理單元12連接的控制電路12，其中:市電過(guò)零檢測(cè)電路11:用于檢測(cè)市電過(guò)零點(diǎn)并在過(guò)零點(diǎn)處產(chǎn)生高電壓，形成過(guò)零脈沖序列，作為中央處理單元的中斷輸入信號(hào)；中央處理單元12:用于接收加熱器的設(shè)定功率，根據(jù)設(shè)定功率計(jì)算所需的交流電壓的電壓通斷比，在接收到過(guò)零脈沖序列產(chǎn)生的中斷輸入信號(hào)后，經(jīng)過(guò)延時(shí)輸出與加熱器供電電壓同步的電壓通斷信號(hào)；所述延時(shí)是指越過(guò)當(dāng)前過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻；控制電路13:用于接收電壓通斷信號(hào)，并將電壓通斷信號(hào)轉(zhuǎn)化為過(guò)零型固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)控制過(guò)零型固態(tài)繼電器的導(dǎo)通與關(guān)斷來(lái)控制加熱器供電電壓的通斷。由圖2和圖3可知，市電過(guò)零檢測(cè)電路11包括交流信號(hào)限流電路201，用于保證后級(jí)電路(光耦檢測(cè)電路202與邏輯門電路203)的安全以及降低電路功耗；與交流信號(hào)限流電路201連接的光耦檢測(cè)電路202，光耦檢測(cè)電路202包括正半周期光耦檢測(cè)電路和負(fù)半周期光耦檢測(cè)電路，二者并聯(lián)起來(lái)用于雙向過(guò)零檢測(cè)；以及與光耦檢測(cè)電路連接的邏輯門電路203，用于接收兩路光耦檢測(cè)電路的輸出信號(hào)，并輸出最終的過(guò)零脈沖序列，本具體實(shí)施方式
中所選的邏輯門電路為與非門電路。中央處理單元12包括用于計(jì)算交流加熱器所需交流電壓的通斷比，確定下一過(guò)零檢測(cè)周期中加熱器電壓的通斷情況。在接收到過(guò)零脈沖序列產(chǎn)生的外部中斷信號(hào)后，經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后，發(fā)送出下一過(guò)零檢測(cè)周期加熱器電壓的通斷控制信號(hào)。該處理單元包括了用于功率控制的核心處理單元204，該單元根據(jù)交流加熱器所需的交流電壓，結(jié)合接收到的過(guò)零脈沖序列，發(fā)送出與加熱器電壓同步的電壓通斷信號(hào)；本具體實(shí)施方式
中的核心處理單元204主要器件采用的是MCU芯片；中央處理單元12除了核心處理單元204，還包括了提供核心處理單元(MCU芯片)正常運(yùn)行所需的外圍電路205，包括正常運(yùn)行所需的電源信號(hào)、外部晶振信號(hào)和硬件復(fù)位信號(hào)等?？刂齐娐?3用于將接收到的電壓通斷信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)而控制繼電器的導(dǎo)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)加熱器電壓的通斷，該電路包括光耦隔離電路206，用于隔離中央處理單元12與繼電器驅(qū)動(dòng)芯片；與光耦隔離電路206連接的繼電器驅(qū)動(dòng)電路207，用于驅(qū)動(dòng)繼電器的正常工作；以及與繼電器驅(qū)動(dòng)電路207連接的過(guò)零型固態(tài)繼電器208，用于控制加熱器電壓的通斷。所以，對(duì)于本發(fā)明所述的交流加熱器控制裝置，市電過(guò)零檢測(cè)電路11通過(guò)邏輯門電路203與中央處理單元12連接，中央處理單元12通過(guò)核心處理單元204與控制電路13連接，控制電路13最后通過(guò)過(guò)零型固態(tài)繼電器與負(fù)載加熱器連接。在該裝置工作的過(guò)程時(shí)，市電過(guò)零檢測(cè)電路11檢測(cè)到繼電器即將過(guò)零時(shí)，經(jīng)邏輯門電路203將產(chǎn)生脈沖上升沿，作為外部中斷信號(hào)輸出至中央處理單元12，核心處理單元204接收到過(guò)零脈沖上升沿，外部產(chǎn)生中斷，經(jīng)過(guò)延時(shí)越過(guò)當(dāng)前過(guò)零時(shí)刻，延時(shí)后輸出與加熱器供電電壓同步的通斷信號(hào)到控制電路13，由控制電路將加熱器電壓通斷信號(hào)轉(zhuǎn)換成繼電器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，最后通過(guò)控制過(guò)零型固態(tài)繼電器208的通斷，進(jìn)而控制加熱器電壓的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器通斷的控制。此外，本發(fā)明還提供了基于上述控制裝置的一種交流加熱器的控制方法，其流程圖如圖4所示，由圖中可以看出，該方法主要包括以下幾個(gè)步驟:步驟SlOl:檢測(cè)過(guò)零點(diǎn)形成過(guò)零脈沖序列；檢測(cè)市電的過(guò)零點(diǎn)并在過(guò)零點(diǎn)處產(chǎn)生高電壓，形成過(guò)零脈沖序列。市電過(guò)零檢測(cè)電路11檢測(cè)到交流電壓即將過(guò)零，經(jīng)過(guò)邏輯門電路的與非門將產(chǎn)生脈沖上升沿，形成過(guò)零脈沖序列，該過(guò)零脈沖序列將作為外部中斷信號(hào)輸出到中央處理單元12。通過(guò)引入該過(guò)零檢測(cè)功能，使得加熱器控制裝置能夠避免市電頻率波動(dòng)而導(dǎo)致的加熱器功率無(wú)法精準(zhǔn)控制的問(wèn)題，完全實(shí)現(xiàn)過(guò)零繼電器與加熱器的同步控制。
步驟S102:根據(jù)加熱器所需的供電電壓的電壓通斷比，產(chǎn)生與供電電壓同步的電壓通斷信號(hào)；中央處理單元12步驟SlOl形成的接收過(guò)零脈沖序列，并根據(jù)加熱器所需的供電電壓的電壓通斷比，輸出與加熱器供電電壓同步的電壓通斷信號(hào)。加熱器所需的電壓通斷比是根據(jù)加熱器的設(shè)定功率計(jì)算的，例如25%額定功率輸出時(shí)供電電壓通斷比為1: 3，50%額定功率輸出時(shí)供電電壓通斷比為1:1。在該步驟中，MCU接收到過(guò)零脈沖上升沿，夕卜部中斷產(chǎn)生，并進(jìn)入延時(shí)程序，延時(shí)的目的是越過(guò)當(dāng)前過(guò)零時(shí)刻，避免繼電器的未知?jiǎng)幼?，演示后，將與加熱器供電電壓同步的電壓通斷信號(hào)輸出到控制電路13.
步驟S103:將電壓通斷信號(hào)轉(zhuǎn)化為繼電器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制繼電器的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)加熱器的通斷?？刂齐娐?3接收中央處理單元12輸出的電壓通斷信號(hào)，并將接收到的電壓通斷信號(hào)轉(zhuǎn)化為過(guò)零固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)控制過(guò)零固態(tài)繼電器的導(dǎo)通與關(guān)斷來(lái)控制加熱器的通斷，由于過(guò)零固態(tài)繼電器的特性，繼電器將在下一個(gè)過(guò)零時(shí)刻到來(lái)時(shí)進(jìn)行切換，進(jìn)而控制加熱器電壓的通斷。之后，中央處理單元將繼續(xù)根據(jù)加熱器所需的功率，計(jì)算下一個(gè)過(guò)零周期的電壓通斷比，確定下一個(gè)過(guò)零點(diǎn)到來(lái)時(shí)，所需的加熱器電壓的控制信號(hào)，之后再重復(fù)上述步驟101 103，以實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器功率的精確控制。下面結(jié)合具體的附圖中給出的電路原理圖，給出本發(fā)明實(shí)施例更詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例對(duì)以本發(fā)明中的市電過(guò)零周期檢測(cè)電路11，本具體實(shí)施例提供的交流信號(hào)限流電路201為直插式電阻，該電阻的阻值范圍可在20ΚΩ 100ΚΩ之間選擇，所選電阻的功耗應(yīng)大于0.5W。本發(fā)明實(shí)施例提供的光耦檢測(cè)電路202的電路原理示意圖如圖5所示，包括正半周期光耦檢測(cè)電路和負(fù)半周期光耦檢測(cè)電路，在正弦波的正半周期，當(dāng)加熱器電壓幅值接近O值時(shí)，正半周期光耦檢測(cè)電路的光耦Ul將截止，并輸出高電平；在正弦波的負(fù)半周期，當(dāng)加熱器電壓幅值接近O值時(shí)，負(fù)半周期光耦檢測(cè)電路的光耦U2將截止，并輸出高電平。采用該類型的光耦檢測(cè)電路，在省略了全波整流電路的條件下，也可檢測(cè)出交流電壓的所有過(guò)零點(diǎn)，而且正反光耦之間可以起到互相保護(hù)的作用，防止交流電壓變向的時(shí)候反向擊穿光耦。本實(shí)施例中所提供的光耦選擇型號(hào)為PS2801-1的單路光耦。本實(shí)施例中提供的邏輯門電路203的與非門型號(hào)為74LVC1G00，其真值表如圖6所示，兩路光耦的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)與非門以后，將輸出只在過(guò)零點(diǎn)附近為高電平的過(guò)零脈沖序列。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，對(duì)于光耦型號(hào)以及與非門型號(hào)的選擇不是唯一的，還可以選擇其它任何合適的光耦以及與非門。對(duì)于中央處理單元12，本具體實(shí)施例中的核心處理單元204中的MCU芯片選擇型號(hào)為AT89C51ED2的51系列單片機(jī)，可接收外部中斷，具有2個(gè)內(nèi)部定時(shí)器，將與非門的輸出連至MCU芯片的外部中斷管腳，當(dāng)過(guò)零脈沖信號(hào)到達(dá)時(shí)，將產(chǎn)生外部中斷，經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)處理后，將由MCU芯片發(fā)送與加熱器電壓同步的電壓通斷信號(hào)。本實(shí)施例中提供的MCU外圍電路205包括5V的直流電壓、18.432MHz外部晶振以及外部復(fù)位電路，MCU外圍復(fù)位電路原理示意圖如圖7所示。對(duì)于控制電路13，本實(shí)施例中提供的光耦隔離電路206的電路原理圖如圖8所示，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，電路中電阻的阻值選擇不是唯一的，在滿足光耦參數(shù)以及光耦驅(qū)動(dòng)能力的條件下，任何阻值都是可行的。本發(fā)明實(shí)施例選擇的繼電器通用型號(hào)為SSR-25DA的過(guò)零型交流固態(tài)繼電器，該繼電器的輸入電壓范圍為3 32VDC，加熱器電壓范圍為24 440VAC，最大加熱器電流為25A?？紤]到設(shè)計(jì)的邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系以及驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，在控制信號(hào)和繼電器之間加入集成電路驅(qū)動(dòng)器ULN2803。在ULN2803輸入端為高電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出口輸出低電平，繼電器觸點(diǎn)吸合，加熱器電壓通；當(dāng)ULN2803輸入端為低電平時(shí)，繼電器觸點(diǎn)斷開(kāi)，加熱器電壓斷。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，還可以選擇其它任何型號(hào)的過(guò)零型交流固態(tài)繼電器。從圖1所示的框圖可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的交流加熱器裝置，可以實(shí)現(xiàn)各種加熱器的從零功率至滿額定功率之間的共五檔功率輸出。其中，零功率輸出時(shí)供電電壓常斷；25%額定功率輸出時(shí)供電電壓通斷比為1: 3，控制周期40毫秒；50%額定功率輸出時(shí)供電電壓通斷比為1: 1，控制周期20毫秒；75%額定功率輸出時(shí)供電電壓通斷比為3: 1，控制周期40毫秒；滿功率輸出時(shí)供電電壓常通。從電路結(jié)構(gòu)可以看出，整個(gè)控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本低廉。此外，需要說(shuō)明的是，雖然以具體的實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在不脫離本發(fā)明的思想的情況下，還可以選擇其它任何合適的實(shí)現(xiàn)方式。例如，雖然給出了實(shí)施例中所采用的芯片的具體型號(hào)的示例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，給出的示例僅僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。例如，除了可以采用實(shí)施例所給出的具體的光耦芯片、繼電器等元件以外，其它任何合適的其它型號(hào)的光耦芯片、繼電器等元件也是可行的。更進(jìn)一步地說(shuō)，實(shí)施例中的各個(gè)組件可由分立元件實(shí)現(xiàn)，也可以由集成元件實(shí)現(xiàn)，并且可以在集成電路中實(shí)現(xiàn)。同樣，本具體實(shí)施例中各種電路原理示意圖(圖5 圖8)中，電路中電阻的阻值選擇不是唯一的，在滿足各器件參數(shù)及驅(qū)動(dòng)的條件下，其它阻值也是可行的。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)引入雙向光耦過(guò)零檢測(cè)電路、邏輯門電路、MCU微控制器、繼電器及其驅(qū)動(dòng)電路組成的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)加熱器功率的精確快速控制，消除了電網(wǎng)頻率波動(dòng)帶來(lái)的功率控制不準(zhǔn)確的情況，而且整個(gè)電路調(diào)試方便，成本低廉。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種交流加熱器控制裝置，包括: 市電過(guò)零檢測(cè)電路:用于檢測(cè)市電過(guò)零點(diǎn)并在過(guò)零點(diǎn)處產(chǎn)生高電壓，形成過(guò)零脈沖序列，作為中央處理單元的中斷輸入信號(hào)； 中央處理單元:用于接收加熱器的設(shè)定功率，根據(jù)設(shè)定功率計(jì)算所需的交流電壓的電壓通斷比，在接收到過(guò)零脈沖序列產(chǎn)生的中斷輸入信號(hào)后，經(jīng)過(guò)延時(shí)輸出與加熱器供電電壓同步的電壓通斷信號(hào)；所述延時(shí)是指越過(guò)當(dāng)前過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻； 控制電路 :用于接收電壓通斷信號(hào)，并將電壓通斷信號(hào)轉(zhuǎn)化為過(guò)零型固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)控制過(guò)零型固態(tài)繼電器的導(dǎo)通與關(guān)斷來(lái)控制加熱器供電電壓的通斷； 其中，市電過(guò)零檢測(cè)電路與中央處理單元連接，中央處理單元與控制電路連接，控制電路與加熱器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種交流加熱器控制裝置，其特征在于:所述市電過(guò)零檢測(cè)電路包括: 交流信號(hào)限流電路:用于保護(hù)光耦檢測(cè)電路和邏輯門電路的安全以及降低電路功耗； 光耦檢測(cè)電路:用于市電過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)，并在過(guò)零點(diǎn)處輸出高電壓； 邏輯門電路:用于接收光耦檢測(cè)電路的輸出信號(hào)，并在過(guò)零點(diǎn)輸出過(guò)零脈沖序列； 其中，交流信號(hào)限流電路與光耦檢測(cè)電路連接，光耦檢測(cè)電路與邏輯門電路連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種交流加熱器控制裝置，其特征在于:所述光耦檢測(cè)電路包括: 正半周期光耦檢測(cè)電路:用于市電正半周期過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)，并在過(guò)零點(diǎn)輸出高電壓； 負(fù)半周期光耦檢測(cè)電路:用于市電負(fù)半周期過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)，并在過(guò)零點(diǎn)輸出高電壓； 其中，所述正半周期光耦檢測(cè)電路與負(fù)半周期光耦檢測(cè)電路并聯(lián)。
4.如權(quán)利要求2所述的一種交流加熱器控制裝置，其特征在于:所述邏輯門電路為與非門電路。
5.如權(quán)利要求1所述的一種交流加熱器控制裝置，其特征在于:所述中央處理單元包括核心處理單元，以及與核心處理單元連接的外圍電路，其中， 核心處理單元:用于接收過(guò)零脈沖序列后，經(jīng)過(guò)延時(shí)輸出與加熱器供電電壓同步的電壓通斷信號(hào)； 外圍電路:用于維持核心的正常運(yùn)行，包括核心控制單元運(yùn)行所需的電源信號(hào)、外部晶振信號(hào)和硬件復(fù)位信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種交流加熱器控制裝置，其特征在于:所述控制電路包括: 光耦隔離電路:用于中央處理單元與過(guò)零型固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電路的隔離； 繼電器驅(qū)動(dòng)電路:用于驅(qū)動(dòng)過(guò)零型固態(tài)繼電器的正常工作； 過(guò)零型固態(tài)繼電器:用于控制加熱器的通斷； 光耦隔離電路與繼電器驅(qū)動(dòng)電路連接，繼電器驅(qū)動(dòng)電路與過(guò)零型固態(tài)繼電器連接。
7.如權(quán)利要求2或5或6所述的所述的一種交流加熱器控制裝置，其特征在于:所述市電過(guò)零檢測(cè)電路通過(guò)邏輯門電路與中央處理單元連接，中央處理單元通過(guò)核心處理單元與控制電路連接，控制電路通過(guò)過(guò)零型固態(tài)繼電器與加熱器連接。
8.一種交流加熱器控制方法，包括以下步驟: (I)檢測(cè)市電的過(guò)零點(diǎn)并在過(guò)零點(diǎn)處產(chǎn)生高電壓，形成過(guò)零脈沖序列；(2)中央處理單元接收過(guò)零脈沖序列，并根據(jù)加熱器所需的供電電壓的電壓通斷比，輸出與加熱器供電電壓同步的電壓通斷信號(hào)； (3)控制電路接收電壓通斷信號(hào)，并將接收到的電壓通斷信號(hào)轉(zhuǎn)化為過(guò)零固態(tài)繼電器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)控制過(guò)零固態(tài)繼電器的導(dǎo)通與關(guān)斷來(lái)控制加熱器的通斷。
9.如權(quán)利要求8所述的一種交流加熱器控制方法，其特征在于:步驟(2)中，所述電壓通斷比是根據(jù)加熱器的設(shè)定功率計(jì)算的。
10.如權(quán)利要求8或9所述的一種交流加熱器控制方法，其特征在于:步驟(2)中，中央處理單元在在越過(guò)當(dāng)前過(guò)零時(shí)刻后，根據(jù)加熱器供電電壓的通斷情況輸出與加熱器供電電壓同步的電壓通斷信號(hào)，過(guò)零固態(tài)繼電器在下一過(guò)零時(shí)刻進(jìn)行繼電器的導(dǎo)通與關(guān)斷的切換，來(lái)控制加 熱器的通斷。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種交流加熱器控制裝置及方法，涉及加熱器控制領(lǐng)域。首先，由市電過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)市電過(guò)零點(diǎn)，并且在過(guò)零點(diǎn)處產(chǎn)生高電壓，形成過(guò)零脈沖序列作為中央處理單元的中斷輸入；然后中央處理單元確定下一過(guò)零脈沖到達(dá)后的半波周期中加熱器電壓的通斷情況，在外部中斷產(chǎn)生后，經(jīng)過(guò)延時(shí)后輸出控制加熱器電壓的通斷信號(hào)；最后控制電路將該通斷信號(hào)轉(zhuǎn)換為繼電器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)固態(tài)繼電器控制加熱器電壓的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流加熱器功率的控制。本發(fā)明所述的裝置及方法，將加熱功率控制周期控制在40毫秒以內(nèi)，通過(guò)過(guò)零型固態(tài)繼電器的使用以及市電過(guò)零檢測(cè)電路的引入，減少了開(kāi)關(guān)瞬態(tài)效應(yīng)，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號(hào)G05D23/30GK103186150SQ20111045666
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者王帥, 李真花, 劉小威 申請(qǐng)人:北大方正集團(tuán)有限公司, 北京北大方正電子有限公司