CN213362893U - 一种即热装置及电器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于加热控制技术领域，提供了一种即热装置及电器装置，即热装置包括目标水温提供单元、出水水温检测单元、比较单元、PWM单元以及即热控制单元，目标水温提供单元用于提供目标水温模拟值到所述比较单元；出水水温检测单元用于检测出水水温模拟值并发送到所述比较单元；比较单元用于比较目标水温模拟值和出水水温模拟值的差值，输出比较信号到PWM单元；PWM单元用于根据比较信号输出PWM信号到即热控制单元；即热控制单元用于根据PWM信号加热水温至目标温度。本实用新型通过纯电路来控制加热，实现水温的调温控制，且能够适应宽电压和宽水流量带来的冲击，保持出水水温在较小的范围内波动。

Description

一种即热装置及电器装置

技术领域

本实用新型属于加热控制技术领域，尤其涉及一种即热装置及电器装置。

背景技术

对于一些具有即时加热功能的电器装置一般都包含即热装置，即热装置又称即时加热模块，涵指能够迅速将目标物(例如水)加热至目标温度的器件。例如一些具有冲洗功能的智能马桶就带有即热装置，以通过即热装置对冲洗水进行即时加热。

现有技术当中，目前使用的即热装置采用PID算法来控制加热，然而加热功率为已知量，供电电压(市电)是变化量，导致加热功率也随之变化，低电压时，会经过比较长的时间才能达到目标值，高电压时，会发生过冲现象(例如目标值为38度，却飙到42度)；另外，PID算法中，加热功率为变化量，水流量也是变化量，入水水温也是变化量，PID算法需要根据上述变化量才能准确控制加热，计算过程复杂。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种即热装置，旨在解决现有即热装置因采用PID 算法进行加热控制导致在面对电压和水流量变化时容易出现加热过冲、加热时间过长的技术问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种即热装置，包括目标水温提供单元、出水水温检测单元、比较单元、PWM单元以及即热控制单元，

所述目标水温提供单元连接所述比较单元，用于提供目标水温模拟值到所述比较单元；

所述出水水温检测单元连接所述比较单元，用于检测出水水温模拟值并发送到所述比较单元；

所述比较单元还连接所述PWM单元，用于比较所述目标水温模拟值和所述出水水温模拟值的差值，输出比较信号到所述PWM单元；

所述PWM单元还连接所述即热控制单元，用于根据所述比较信号输出 PWM信号到所述即热控制单元；

所述即热控制单元用于根据所述PWM信号加热水温至目标温度。

更进一步地，所述比较单元包括第一比较器和反馈单元，所述第一比较器的同相输入端连接所述目标水温提供单元，所述第一比较器的反相输入端连接所述出水水温检测单元，所述第一比较器的输出端连接所述PWM单元，所述反馈单元一端连接所述第一比较器的反相输入端，所述反馈单元另一端连接所述第一比较器的输出端。

更进一步地，所述PWM单元包括第二比较器和三角波发生模块，所述第二比较器分别连接所述三角波发生模块和所述比较单元。

更进一步地，所述即热控制单元包括光耦、可控硅和加热丝，所述可控硅分别连接所述光耦和所述加热丝，所述光耦还连接所述PWM单元。

更进一步地，所述出水水温检测单元包括第一热敏电阻和第一分压电阻，所述第一热敏电阻和所述第一分压电阻均连接所述比较单元。

更进一步地，所述即热装置还包括进水超温检测单元，用于检测进水水温模拟值，并根据所述进水水温模拟值输出第一使能信号到所述PWM单元。

更进一步地，所述进水超温检测单元包括第一三极管、第二热敏电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第一限流电阻和第一二极管，所述第一三极管的基极分别连接所述第二热敏电阻一端和所述第二分压电阻一端，所述第一三极管的集电极连接所述第三分压电阻一端，所述第一三极管的发射极连接所述第一限流电阻一端，所述第二热敏电阻另一端连接所述第三分压电阻另一端，所述第二分压电阻分别连接所述第一限流电阻另一端、所述第一二极管的正极和接地端，所述第一二极管的负极连接所述PWM单元。

更进一步地，所述即热装置还包括防干烧检测单元，用于检测所述即热控制单元的异常温度，并输出第二使能信号到所述PWM单元。

更进一步地，所述防干烧检测单元包括第二三极管、第三热敏电阻、第四分压电阻、第五分压电阻、第二限流电阻和第二二极管，所述第二三极管的基极分别连接所述第三热敏电阻一端和所述第四分压电阻一端，所述第二三极管的集电极连接所述第五分压电阻一端，所述第二三极管的发射极连接所述第二限流电阻一端，所述第三热敏电阻另一端连接所述第五分压电阻另一端，所述第四分压电阻分别连接所述第二限流电阻另一端、所述第二二极管的正极和接地端，所述第二二极管的负极连接所述PWM单元。

本实用新型实施例还提出一种电器装置，所述电器装置包括如上述的即热装置。

本实用新型所达到的有益效果：通过纯电路控制，目标水温提供单元提供目标水温模拟值到比较单元，出水水温检测单元检测出水水温模拟值到比较单元，比较单元输出比较信号到PWM单元，PWM单元输出0-100％占空比的PWM 信号到即热控制单元，即热控制单元再根据PWM信号加热水，实现水温的调温控制，由于纯电路控制能够迅速给出响应，相比于PID算法需要经过复杂计算过程才能给出响应的方式，能够适应宽电压和宽水流量带来的冲击，保持出水水温在较小的范围内波动，避免出现加热过冲、加热时间过长等现象。

附图说明

图1是本实用新型实施例一当中的即热装置的结构框图；

图2是本实用新型实施例一当中的即热装置的具体电路图；

图3是本实用新型实施例二当中的即热装置的结构框图；

图4是本实用新型实施例二当中的即热装置的具体电路图。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

现有即热装置采用PID算法来控制加热，无法较好的适应电压和水流量变化，导致出水温度波动大，且整个PID调整的计算过程复杂。因此本实用新型的目的在于，提供一种即热装置及电器装置，以通过纯电路控制加热，实现水温的调温控制，且能够适应宽电压和宽水流量带来的冲击，保持出水水温在较小的范围内波动。

实施例一

请参阅图1，所示为本实用新型实施例一当中的即热装置，包括目标水温提供单元11、出水水温检测单元12、比较单元13、PWM单元14以及即热控制单元15，其中：

目标水温提供单元11连接比较单元13，用于提供目标水温模拟值到比较单元13，其中，所述目标水温为用户设定的出水温度。出水水温检测单元12 连接比较单元13，用于检测出水水温模拟值并发送到比较单元13，其中，所述出水水温为出水水温检测单元12检测的实际出水温度。所述模拟值可为电压值或者电流值。

比较单元13还连接PWM单元14，用于比较目标水温模拟值和出水水温模拟值的差值，即比较实际出水温度和用户设定的出水温度之间的差值，并输出比较信号到PWM单元14。

PWM单元14还连接即热控制单元15，用于根据比较单元13输出的比较信号输出PWM信号(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制信号)到即热控制单元15，即热控制单元15则用于根据PWM单元14输出的PWM信号对水进行加热，以将水温加热至目标水温。

示例而非限定，请参阅图2，所示为本实用新型实施例一当中的即热装置的一种可选的具体电路图，如图2所示，比较单元13包括第一比较器U2B和反馈单元，在本实施例当中，反馈单元具体为反馈电阻R9，第一比较器U2B 的同相输入端(即+输入端)连接目标水温提供单元11，第一比较器U2B的反相输入端(即-输入端)连接出水水温检测单元12，第一比较器U2B的输出端连接PWM单元14，反馈电阻R9一端连接第一比较器U2B的反相输入端，反馈电阻R9另一端连接第一比较器U2B的输出端。

如图2所示，目标水温提供单元11具体为D/A模块U4，目标水温模拟量用8位DAC来实现。出水水温检测单元12包括第一热敏电阻R16和第一分压电阻R3，第一热敏电阻R16的一端和第一分压电阻R3的一端均连接比较单元 13的反相输入端，第一分压电阻R3的另一端连接电源VCC，第一热敏电阻 R16的另一端连接接地端。在具体实施时，可将第一热敏电阻R16设置在即热加热管内、出水管内或出水口处，以感应实际出水温度，并将感应的实际出水温度输出给比较单元13的反相输入端。

如图2所示，PWM单元14包括第二比较器U2A和三角波发生模块，第二比较器U2A分别连接三角波发生模块和比较单元13。具体地，三角波发生模块包括控制芯片U1、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1和第二电阻 R2，控制芯片U1具体为555芯片，控制芯片U1的OUT引脚、第二电阻R2、第一电阻R1和第一电容C1的正极依次串联，第一电容C1的负极接地，控制芯片U1的TRI引脚与THR引脚连接并与第一电阻R1和第一电容C1的连接点连接，并且控制芯片U1的TRI引脚还与第二比较器U2A的反相输入端连接，第二比较器U2A的同相输入端与第一比较器U2B的输出端连接，第二电容C2 的正极与控制芯片U1的CON引脚连接，第二电容C2的负极接地，控制芯片 U1的VCC引脚连接电源VCC。第一电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2用于控制三角波频率，进而调节PWM的频率，C2用于滤除杂波，以使引脚信号更加稳定。

具体地，控制芯片U1的TRI引脚输出三角波信号到第二比较器U2A的反相输入端，例如当控制芯片U1采用5V电源供电时，控制芯片U1的TRI引脚输出1.3-3.6V的三角波信号。若第二比较器U2A的同相输入端的电压值(即第一比较器U2B的输出电压)大于或等于三角波信号的最大值，那么此时PWM 单元14的占空比为100％；若第二比较器U2A的同相输入端的电压值小于或等于三角波信号的最小值，那么此时PWM单元14的占空比为0％；第二比较器 U2A的同相输入端的电压值处于三角波信号的最大值和最小值之间，那么此时 PWM单元14的占空比大于0％且小于100％，并且第二比较器U2A的同相输入端的电压值越大，PWM单元14的占空比越大。PWM的频率通过调节第一电阻R1,第二电阻R2和第一电容C1的值来改变。

如图2所示，即热控制单元15包括光耦U3、可控硅D3和加热丝，可控硅D3分别连接光耦U3和加热丝，光耦U3还连接第二比较器U2A的输出端连接，以接收第二比较器U2A输出的占空比为0％-100％的PWM控制信号。具体地，可控硅D3又称晶闸管，加热丝设置在即热加热管(图未示)内，并且加热丝连接市电，可控硅D3连接在加热丝与市电之间，当PWM控制信号的占空比为0％时，可控硅D3处于截止状态，加热丝与市电断开停止加热，当 PWM控制信号的占空比为100％时，可控硅D3处于饱和导通状态，加热丝以最大功率进行加热。

基于图2示出的具体电路，本实施例当中的即热装置的实现原理为：

加热初期，实际出水温度与目标温度相差较大，第一比较器U2B输出某一个电压值给第二比较器U2A的同相输入端，以使第二比较器U2A输出高占空比的PWM控制信号给可控硅D3，例如输出占空比为100％的PWM控制信号，从而使加热丝以大加热功率迅速将水温加热至目标温度；

随着加热进行，实际出水温度与目标温度的差值越来越小，第一比较器U2B 的输出电压逐渐减少，第二比较器U2A输出的PWM控制信号的占空比也逐渐减小，以逐渐降低加热丝的加热功率，避免发生过冲现象；

当实际出水温度等于目标温度，第一比较器U2B输出低电平给第二比较器 U2A的同相输入端，以使第二比较器U2A输出占空比为0％的PWM控制信号给可控硅D3，可控硅D3截止，加热丝与市电断开停止加热。

综上，本实施例当中的即热装置，通过纯电路控制，目标水温提供单元11 提供目标水温模拟值到比较单元13，出水水温检测单元12检测出水水温模拟值到比较单元13，比较单元13输出比较信号到PWM单元14，PWM单元14 输出0-100％占空比的PWM信号到即热控制单元15，即热控制单元15再根据 PWM信号加热水，实现水温的调温控制，由于纯电路控制能够迅速给出响应，相比于PID算法需要经过复杂计算过程才能给出响应的方式，能够适应宽电压和宽水流量带来的冲击，保持出水水温在较小的范围内波动，避免出现加热过冲、加热时间过长等现象。

实施例二

请参阅图3，所示为本实用新型实施例二当中的即热装置，本实施例当中的即热装置与实施例一当中的即热装置的不同之处在于，本实施例还进一步包括进水超温检测单元16和防干烧检测单元17，其中：

进水超温检测单元16用于检测进水水温模拟值，并根据进水水温模拟值输出第一使能信号到PWM单元14，以使PWM单元14能够结合进水温度来进行加热控制，提高加热控制可靠性。防干烧检测单元17用于检测即热控制单元 15的异常温度，并输出第二使能信号到PWM单元14，以防止加热丝干烧。

示例而非限定，请参阅图4，所示为本实用新型实施例二当中的即热装置的一种可选的具体电路图，如图4所示，进水超温检测单元16包括第一三极管 Q1、第二热敏电阻R14、第二分压电阻R6、第三分压电阻R4、第一限流电阻 R5、第一二极管D1、第三三极管Q2和第三限流电阻R7，第一三极管Q1的基极分别连接第二热敏电阻R14一端和第二分压电阻R6一端，第一三极管Q1 的集电极连接第三分压电阻R4一端和电源VCC，第一三极管Q1的发射极连接第一限流电阻一端，第二热敏电阻R14另一端连接第三分压电阻R4另一端，第二分压电阻R6分别连接第一限流电阻另一端、第一二极管D1的正极和接地端，第一二极管D1的负极连接控制芯片U1的CON引脚，第三三极管Q2的基极连接第一三极管Q1的发射极，第三三极管Q2的发射极分别连接第三限流电阻R7一端和第一二极管D1的正极，第三限流电阻R7另一端连接接地端。

当进水水温过高(高于阈值)时，第二热敏电阻R14的电阻足够小(低于阈值)，此时第一三极管Q1导通，随后第三三极管Q2导通，控制芯片U1的 CON脚高电平，控制芯片U1控制第二比较器U2A输出0V电压，以使可控硅 D3截止，加热丝停止加热，避免因进水温度高于目标温度的情况下还保持加热丝加热，从而避免发生加热过冲现象。

如图4所示，防干烧检测单元17包括第二三极管Q3、第三热敏电阻R15、第四分压电阻R12、第五分压电阻R11、第二限流电阻R8、第二二极管D2、第四三极管Q4和第四限流电阻R10，第二三极管Q3的基极分别连接第三热敏电阻R15一端和第四分压电阻R12一端，第二三极管Q3的集电极连接第五分压电阻R11一端和电源VCC，第二三极管Q3的发射极连接第二限流电阻R8 一端，第三热敏电阻R15另一端连接第五分压电阻R11另一端，第四分压电阻 R12分别连接第二限流电阻R8另一端、第二二极管D2的正极和接地端，第二二极管D2的负极连接控制芯片U1的CON引脚，第四三极管的基极连接第二三极管Q3的发射极，第四三极管的发射极分别连接第四限流电阻R10一端和第二二极管D2的正极，第四限流电阻R10另一端连接接地端。

在具体实施时，第三热敏电阻R15可以设置在即热加热管内或设置在能够感应加热丝温度的位置处，当即热加热管内没有水或水量低于阈值时，若此时加热丝处于加热状态，则加热丝的温度会不断升高，当加热丝的温度高于设定温度上限时，第二热敏电阻R14的电阻低于阈值，第二三极管Q3导通，随后第四三极管导通，控制芯片U1的CON脚高电平，控制芯片U1控制第二比较器U2A输出0V电压，以使可控硅D3截止，加热丝停止加热，从而避免加热丝干烧。

从图4电路图上可以看出，防干烧检测单元17和进水超温检测单元16的电路结构相同，只是热敏电阻所设置的位置不同、用于采集不同目标物的温度；并且，防干烧检测单元17的第二二极管D2的负极(即防干烧检测单元17的输出端)、和进水超温检测单元16的第一二极管D1的负极(即进水超温检测单元16的输出端)同时与控制芯片U1的CON引脚连接，第一下拉电阻R13 第一二极管D1、和第二二极管D2构成逻辑或门，只要防干烧检测单元17和进水超温检测单元16当中任一个输出高电平，即可使加热丝停止加热。

需要指出的是，本实用新型实施例二当中的装置的实现原理及带来的一些有益效果与实施例一当中的装置相同，因此本实施例未提及的部分，可参见实施例一当中的应用内容。

实施例三

本实用新型实施例三还提出一种电器装置，所述电器装置包括上述实施例一至二当中任一实施例所述的即热装置。其中，所述电器装置可以为但不限于智能马桶、洗地机、扫地机器人、空调等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种即热装置，其特征在于，包括目标水温提供单元、出水水温检测单元、比较单元、PWM单元以及即热控制单元，

所述目标水温提供单元连接所述比较单元，用于提供目标水温模拟值到所述比较单元；

所述出水水温检测单元连接所述比较单元，用于检测出水水温模拟值并发送到所述比较单元；

所述比较单元还连接所述PWM单元，用于比较所述目标水温模拟值和所述出水水温模拟值的差值，输出比较信号到所述PWM单元；

所述PWM单元还连接所述即热控制单元，用于根据所述比较信号输出PWM信号到所述即热控制单元；

所述即热控制单元用于根据所述PWM信号加热水温至目标温度。

2.如权利要求1所述的即热装置，其特征在于，所述比较单元包括第一比较器和反馈单元，所述第一比较器的同相输入端连接所述目标水温提供单元，所述第一比较器的反相输入端连接所述出水水温检测单元，所述第一比较器的输出端连接所述PWM单元，所述反馈单元一端连接所述第一比较器的反相输入端，所述反馈单元另一端连接所述第一比较器的输出端。

3.如权利要求1所述的即热装置，其特征在于，所述PWM单元包括第二比较器和三角波发生模块，所述第二比较器分别连接所述三角波发生模块和所述比较单元。

4.如权利要求1所述的即热装置，其特征在于，所述即热控制单元包括光耦、可控硅和加热丝，所述可控硅分别连接所述光耦和所述加热丝，所述光耦还连接所述PWM单元。

5.如权利要求1所述的即热装置，其特征在于，所述出水水温检测单元包括第一热敏电阻和第一分压电阻，所述第一热敏电阻和所述第一分压电阻均连接所述比较单元。

6.如权利要求1-5任一项所述的即热装置，其特征在于，所述即热装置还包括进水超温检测单元，用于检测进水水温模拟值，并根据所述进水水温模拟值输出第一使能信号到所述PWM单元。

7.如权利要求6所述的即热装置，其特征在于，所述进水超温检测单元包括第一三极管、第二热敏电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第一限流电阻和第一二极管，所述第一三极管的基极分别连接所述第二热敏电阻一端和所述第二分压电阻一端，所述第一三极管的集电极连接所述第三分压电阻一端，所述第一三极管的发射极连接所述第一限流电阻一端，所述第二热敏电阻另一端连接所述第三分压电阻另一端，所述第二分压电阻分别连接所述第一限流电阻另一端、所述第一二极管的正极和接地端，所述第一二极管的负极连接所述PWM单元。

8.如权利要求1-5任一项所述的即热装置，其特征在于，所述即热装置还包括防干烧检测单元，用于检测所述即热控制单元的异常温度，并输出第二使能信号到所述PWM单元。

9.如权利要求8所述的即热装置，其特征在于，所述防干烧检测单元包括第二三极管、第三热敏电阻、第四分压电阻、第五分压电阻、第二限流电阻和第二二极管，所述第二三极管的基极分别连接所述第三热敏电阻一端和所述第四分压电阻一端，所述第二三极管的集电极连接所述第五分压电阻一端，所述第二三极管的发射极连接所述第二限流电阻一端，所述第三热敏电阻另一端连接所述第五分压电阻另一端，所述第四分压电阻分别连接所述第二限流电阻另一端、所述第二二极管的正极和接地端，所述第二二极管的负极连接所述PWM单元。

10.一种电器装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的即热装置。

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