加热棒功率控制电路的制作方法

1.本发明涉及电路控制技术领域，尤其涉及一种加热棒功率控制电路。


背景技术：

2.现有技术中，对加热棒进行加热的控制电路大多采用光耦和可控硅来实现，通过光耦控制可控硅的导通与断开，从而实现控制加热棒的加热，该控制方式只有导通与断开两种状态，使得加热功率不可控。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述问题，提出了一种加热棒功率控制电路。
4.一种加热棒功率控制电路，包括：电压衰减电路、转换电路、第一主控芯片及执行电路；
5.所述电压衰减电路输入端接入电网电压信号，所述电压衰减电路输出端与所述转换电路的输入端连接，所述转换电路的输出端与所述第一主控芯片的输入端连接，所述第一主控芯片的输出端与所述执行电路连接，所述执行电路包括加热棒；
6.所述电压衰减电路，用于将电网电压信号进行衰减；
7.所述转换电路，用于将衰减后的电网电压信号转换成所述第一主控芯片所需的数字量信号；
8.所述第一主控芯片，用于根据所述数字量信号向所述执行电路发送控制信号；
9.所述执行电路，用于接入所述电网电压信号，以根据所述控制信号控制所述加热棒的加热时间。
10.在一个实施例中，还包括：偏置电压发生电路；
11.所述偏置电压发生电路的输出端与所述电压衰减电路的输入端连接，用于对所述电压衰减电路衰减后的电网电压信号进行偏置。
12.在一个实施例中，所述偏置电压发生电路，包括：第一运算放大器、第一电阻和第二电阻；
13.所述第一电阻的一端接电源正极，所述第一电阻的另一端与所述第一运算放大器的同相输入端连接，所述第一运算放大器的反相输入端及所述第一运算放大器的输出端与所述电压衰减电路的输入端连接；所述第二电阻的一端与所述第一运算放大器的同相输入端连接，所述第二电阻的另一端接地。
14.在一个实施例中，所述电压衰减电路包括：第二运算放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第十一电阻；
15.所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一运算放大器的输出端连接；
16.所述第四电阻的一端与零线连接，另一端与所述第二运算放大器的同相输入端连接；
17.所述第五电阻的一端接地，另一端与所述第二运算放大器的反相输入端连接；
18.所述第六电阻的一端与所述第二运算放大器的反相输入端连接，另一端与所述第二运算放大器的输出端连接；
19.所述第十一电阻连接于所述第二运算放大器的同相输入端和所述第一运算放大器的输出端之间；
20.所述第二运算放大器的输出端与所述转换电路的输入端连接。
21.在一个实施例中，所述电压衰减电路，还包括：第一电容；
22.所述第一电容的一端与所述第二运算放大器的电源输入端连接，另一端接地。
23.在一个实施例中，还包括：信号隔离电路，
24.所述信号隔离电路的输入端与所述转换电路的输出端连接，所述信号隔离电路的输出端与所述第一主控芯片的输入端连接，用于将电网电压信号与所述第一主控芯片进行隔离。
25.在一个实施例中，所述信号隔离电路，包括：用于将电网电压信号与所述第一主控芯片进行隔离的第二主控芯片、第七电阻和第八电阻；
26.所述第二主控芯片的输出端与所述第一主控芯片的输入端连接；
27.所述第七电阻的一端与所述第二主控芯片的第一使能端连接，另一端与工作电源连接；
28.所述第八电阻的一端与所述第二主控芯片的第二使能端连接，另一端与隔离电源连接。
29.在一个实施例中，所述转换电路，包括：用于将衰减后的电网电压信号转换成所述第一主控芯片所需的数字量信号的第三主控芯片；
30.所述第三主控芯片的输出端与所述第二主控芯片的隔离输入端连接。
31.在一个实施例中，所述执行电路，还包括：mos管、光耦和可控硅；
32.所述mos管的栅极与所述第一主控芯片的输出端连接，所述mos管的漏极与所述光耦的负极端连接，所述mos管的源极接地；所述光耦的第一阳极与所述可控硅的控制极连接，所述光耦的第二阳极与所述可控硅的第二阳极连接；所述可控硅的第一阳极与所述加热棒连接。
33.在一个实施例中，所述执行电路，还包括：第九电阻和第十电阻；
34.所述mos管的栅极通过所述第九电阻与所述第一主控芯片连接；
35.所述光耦的第二阳极通过所述第十电阻与所述可控硅的第二阳极连接。
36.实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
37.采用了上述电压衰减电路、转换电路、第一主控芯片及执行电路之后，电压衰减电路将电网电压信号进行衰减处理，并通过转换电路将衰减后的电网电压信号转换成所述第一主控芯片所需的数字量信号；第一主控芯片根据数字量信号输出控制加热棒加热的时间的控制信号，从而使得加热棒在单位时间内的平均加热功率可控。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
39.其中：
40.图1为一个实施例中加热棒功率控制电路模块图；
41.图2为另一个实施例中加热棒功率控制电路模块图；
42.图3为一个实施例中偏置电压发生电路图；
43.图4为一个实施例中电压衰减电路图；
44.图5为一个实施例中转换电路图；
45.图6为一个实施例中信号隔离电路图；
46.图7为一个实施例中第一主控芯片示意图；
47.图8为一个实施例中执行电路图。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
49.图1为一个实施例中加热棒功率控制电路模块图，如图1所示，加热棒功率控制电路，包括：电压衰减电路30、转换电路40、第一主控芯片60及执行电路70；
50.所述电压衰减电路30输入端接入电网电压信号20，所述电压衰减电路30输出端与所述转换电路40的输入端连接，所述转换电路40的输出端与第一主控芯片60的输入端连接，所述第一主控芯片60的输出端与所述执行电路70连接，所述执行电路70包括加热棒；
51.所述电压衰减电路30，用于将电网电压信号20进行衰减；
52.所述转换电路40，用于将衰减后的电网电压信号20转换成所述第一主控芯片所需的数字量信号；
53.所述第一主控芯片60，用于根据所述数字量信号向所述执行电路70发送控制信号；
54.所述执行电路70接入电网电压信号，用于根据所述控制信号控制加热棒的加热时间。
55.其中，加热棒是最常用的水族硬件，用于液体加热，电压衰减电路30将采集的电网电压信号20衰减为0～3.3v的正弦波信号，以便转换电路40进行模数转换；转换电路40把衰减后的电网电压信号20量化为数字量，得到衰减信号的最大值、最小值、频率和过零信号，并且根据电压衰减倍数计算出电网电压信号20峰值；第一主控芯片60(具体可以为图7中的芯片u3)根据接收到的电网电压信号20峰值、频率和过零信号以及预先设定的加热棒功率大小，输出脉冲宽度调制信号(pulse width modulation，pwm)给执行电路70；执行电路70把pwm控制信号与电网隔离；pwm信号通过控制执行电路70，实现导通与断开，导通时电网电压信号20施加到加热棒两端，加热棒加热。通过输出pwm控制信号进而控制加热棒加热的时间，使得加热棒在单位时间内的平均加热功率可控。
56.在一个实施例中，如图2所示，加热棒功率控制电路还包括：偏置电压发生电路10；
57.所述偏置电压发生电路10的输出端与所述电压衰减电路30的输入端连接，用于对
所述电压衰减电路30衰减后的电网电压信号20进行偏置。
58.如图3所示，所述偏置电压发生电路10，包括：第一运算放大器u2b、第一电阻r8和第二电阻r13；
59.所述第一电阻r8的一端接电源正极，所述第一电阻r8的另一端与所述第一运算放大器u2b的同相输入端连接，所述第一运算放大器u2b的反相输入端及所述第一运算放大器u2b的输出端与所述电压衰减电路30的输入端连接；所述第二电阻r13的一端与所述第一运算放大器u2b的同相输入端连接，所述第二电阻r13的另一端接地。
60.第一运算放大器u2b、第一电阻r8和第二电阻r13组成电压跟随器，电压跟随器将输入的电源电压进行处理产生偏置电压，r8和r13对接入的电源分压，再经过第一运算放大器u2b进行运算，将输出的偏置电压作用于电压衰减电路30上。在偏置电压的作用下对电压衰减电路30衰减后的电压信号偏置，使电压信号的负半周大于0，能够输出转换电路40所需的电压信号。
61.如图4所示，在一个实施例中，所述电压衰减电路30包括：第二运算放大器u2a、第四电阻r9、第五电阻r10、第六电阻r14和第十一电阻r7；
62.所述第二运算放大器u2a的同相输入端与所述第一运算放大器u2b的输出端连接；
63.所述第四电阻r9的一端与零线连接，另一端与所述第二运算放大器u2a的同相输入端连接；
64.所述第五电阻r10的一端接地，另一端与所述第二运算放大器u2a的反相输入端连接；
65.所述第六电阻r14的一端与所述第二运算放大器u2a的反相输入端连接，另一端与所述第二运算放大器u2a的输出端连接；
66.所述第十一电阻r7连接于所述第二运算放大器的同相输入端和所述第一运算放大器的输出端之间；
67.所述第二运算放大器u2a的输出端与所述转换电路40的输入端连接。
68.具体的，电压衰减电路30还包括第十一电阻r7，所述第十一电阻r7与所述第二运算放大器u2a的同相输入端连接，另一端与所述第一运算放大器u2b的输出端连接，所述第十一电阻r7、第四电阻r9、第五电阻r10和第六电阻r14为设置衰减倍数的电阻，当第十一电阻r7与第六电阻r14相等，第四电阻r9和第五电阻r10相等时，电压衰减电路30通过第二运算放大器u2a也即减法运算放大器对输入的电网电压进行降压处理后输出最小值大于0，且最大值小于3.3v的正弦波信号给转换电路40。
69.在一个实施例中，所述电压衰减电路30，还包括：第一电容c4；
70.所述第一电容c4的一端与所述第二运算放大器u2a的电源输入端连接，另一端接地。
71.其中，第一电容c4为第二运算放大器u2a(例如型号为lmc6482aimx)的滤波电容，用于为第二运算放大器u2a的电源进行滤波。
72.在一个实施例中，如图2所示，加热棒功率控制电路还包括：信号隔离电路50，所述信号隔离电路50的输入端与所述转换电路40的输出端连接，所述信号隔离电路50的输出端与所述第一主控芯片u3的输入端连接，用于将电网电压信号20与所述第一主控芯片u3进行隔离。
73.具体地，如图6所示，所述信号隔离电路50，包括：用于将电网电压信号20与所述第一主控芯片u3进行隔离的第二主控芯片u5、第七电阻r26和第八电阻r27；
74.所述第二主控芯片u5的输出端与所述第一主控芯片u3的输入端连接；
75.所述第七电阻r26的一端与所述第二主控芯片u5的第一使能端en2连接，另一端与工作电源连接；
76.所述第八电阻r27的一端与所述第二主控芯片u5的第二使能端en1连接，另一端与隔离电源连接。
77.其中，信号隔离电路50把从转换电路40输出的电网电压信号20峰值、频率和过零信号发给第一主控芯片u3；第七电阻r26和第八电阻r27为第二主控芯片u5的使能信号限流电阻。所述第二主控芯片u5使输入的电网电压信号与其输出端连接的第一主控芯片u3互不干扰，实现了将电网电压信号与所述第一主控芯片u3的隔离作用。
78.如图5所示，在一个实施例中，所述转换电路40，包括：用于将衰减后的电网电压信号20转换成所述第一主控芯片u3所需的数字量信号的第三主控芯片u4；
79.所述第三主控芯片u4的输出端与所述第二主控芯片u5的隔离输入端连接。
80.所述第三主控芯片u4的输出端与所述第二主控芯片u5的隔离输入端连接。其中，转换电路40除包括第三主控芯片u4，所述第三主控芯片u4具体可为模数转换器或其他能够进行模数转换的芯片，还包括用于为第三主控芯片u4提供基本的时钟信号的晶振电路：晶振元件y2、第二电容c13、第三电容c17和第十二电阻r20；使第三主控芯片u4进入设定状态的复位电路：第十三电阻r19和第四电容c16；及第三主控芯片u4的电源引脚退耦电容：第五电容c14、第六电容c18、第七电容c19、第八电容c15和第九电容c11。所述第三主控芯片u4将电网电压信号衰减后得到的正弦波信号进行量化，得到多个离散信号实现对从多个离散信号中获取正弦波信号的最大值和最小值，实现将衰减后的电网电压信号转换成所述第一主控芯片u3所需的数字量信号。
81.如图8所示，在一个实施例中，所述执行电路70，包括：mos管q1、光耦u1和可控硅x1；
82.所述mos管q1的栅极与所述第一主控芯片u3的输出端连接，所述mos管q1的漏极与所述光耦u1的负极端连接，所述mos管q1的源极接地；所述光耦u1的第一阳极与所述可控硅x1的控制极连接，所述光耦u1的第二阳极与所述可控硅x1的第二阳极连接；所述可控硅x1的第一阳极与加热棒连接。
83.所述执行电路70，还包括：第九电阻r4和第十电阻r1；
84.所述mos管q1的栅极通过所述第九电阻r4与所述第一主控芯片u3连接；
85.所述光耦u1的第二阳极6通过所述第十电阻r1与所述可控硅x1的第二阳极连接。
86.其中第九电阻r4是pwm控制信号驱动mos管q1的限流电阻，第十电阻r1为可控硅x1的限流电阻。当第九电阻r4输入pwm控制信号时，光耦u1输出隔离后的pwm控制信号，第九电阻r4输入高电平对应光耦u1输出导通，第九电阻r4输入低电平对应光耦u1输出截止。当光耦u1输出导通后，电网电压信号20过零，可控硅x1开始导通，导通的最小时间为半个电网电压信号20周期。保险丝f1连接于可控硅x1的第一阳和连接器j1之间，连接器j1用于外接加热棒，保险丝f1起过流保护作用。
87.本技术的工作原理如下：电压衰减电路30通过第一运算放大器u2b(例如型号为
lmc6482aimx)也即减法运算放大器输出最小值大于0，且最大值小于3.3v的正弦波信号，第三主控芯片u4(例如型号为stm32f103c8t6)对该正弦波信号采样、量化，可以得到正弦波的最大值、最小值、频率和过零信号，该正弦波信号的频率和过零信号与电网电压信号20一致，最大值与最小值相减除以2再乘以减法器衰减倍数，可以得到电网电压峰值。第三主控芯片u4得到的电网电压峰值、频率和过零信号经过第二主控芯片u5(例如型号为iso7741dwr)发送给第一主控芯片u3(例如型号为stm32f103c8t6)，第一主控芯片u3根据预先设定的加热棒功率，计算控制光耦u1的pwm控制信号的周期和占空比，pwm控制信号比电网电压过零信号提前，由于可控硅x1的最小导通时间是半个电网周期，因此提前的时间需小于半个电网周期。光耦u1把pwm控制信号与可控硅x1的控制信号隔离，pwm控制信号高电平时光耦u1内的光电二极管导通，低电平时截止。可控硅x1控制电网电压是否施加到加热棒，当电网电压过零时，若可控硅x1控制信号为高电平，则可控硅导通，电网电压以半个周期为单位施加到加热棒；若可控硅控制信号低电平，则可控硅断开，加热棒无电压。通过这种方式，可以控制电网电压施加在加热棒两端的时间，从而控制加热棒的平均功率。
88.以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。