应用于电热水器的控制器电路板和电热水器的制作方法

1.本发明属于智能家电技术领域，具体涉及一种应用于电热水器的控制器电路板和电热水器。


背景技术：

2.目前，储水式电热水器内部的控制板，分为强电控制板和弱电控制板，其中，强电控制板用于完成电源变换、加热单元负载切换等功能；而弱电控制板主要用于完成信号采集、程序控制、指令通讯等功能，强电控制板和弱电控制板分别设置在不同的位置，并通过额外的信号线连接，实现强电控制板和弱电控制板之间信号的交互。
3.由于强电控制板和弱电控制板需要分别进行制造和装配，因此在电热水器的生产、质检等环节，均需要付出更多的时间成本和物料成本，提高了产品的综合生产制造成本，降低了产品的生产效率。
4.相应地，本领域需要一种新的应用于电热水器的控制器电路板和电热水器来解决上述问题。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中需要制造和装配独立的强电电路板和弱电电路板，导致的产品成本升高的问题，本发明提供了一种应用于电热水器的控制器电路板和电热水器。
6.根据本发明实施例的第一方面，本发明提供了一种应用于电热水器的控制器电路板，包括：强电控制器单元、弱电控制器单元、电源转换单元和漏电检测单元；其中，所述电源转换单元分别与所述强电控制器单元、所述弱电控制器单元电连接，所述弱电控制器单元分别与所述强电控制器单元、所述电热水器的操作面板电连接，所述强电控制器单元与所述电热水器的加热单元电连接；所述弱电控制器单元，用于接收通过所述操作面板输入的控制指令，并基于所述控制指令控制所述强电控制器单元开启或关闭；所述强电控制器单元，用于在开启时控制所述电热水器的加热单元启动；所述电源转换单元，所述电源转换单元用于为所述弱电控制器单元提供低压电源，为所述强电控制器单元提供高压电源；所述漏电检测单元，用于检测所述操作面板是否漏电。
7.在上述应用于电热水器的控制器电路板的优选技术方案中，所述漏电检测单元包括感应极板和检测电路，所述检测电路与所述感应极板电连接，其中，所述感应极板，用于在通入交流电的情况下，当与用户手部的距离小于距离阈值时，产生感应电流；所述检测电路，用于检测所述感应极板产生的感应电流的电流值，所述电流值用于表征所述操作面板是否漏电。
8.在上述应用于电热水器的控制器电路板的优选技术方案中，所述电热水器包括壳体，所述操作面板设置于所述壳体外侧，所述感应极板设置于所述操作面板所在位置的所述壳体内侧。
9.在上述应用于电热水器的控制器电路板的优选技术方案中，所述电热水器还包括图像采集单元，所述图像采集单元与所述控制器单元电连接；所述控制器单元，还用于：根据所述图像采集单元采集的图像信息，生成放大指令，并将所述放大指令发送至所述检测电路；所述检测电路还用于：在接收到所述放大指令后，根据预设的放大系数，放大所述感应电流的电流值。
10.在上述应用于电热水器的控制器电路板的优选技术方案中，所述检测电路与直流参考点电连接，所述检测电路用于基于所述直流参考点，检测所述感应极板产生的感应电流的电流值。
11.在上述应用于电热水器的控制器电路板的优选技术方案中，所述漏电检测单元，还用于，在检测到所述操作面板漏电后，向所述弱电控制器单元发送漏电信息；所述弱电控制器单元，还用于，根据所述漏电信息，通过所述操作面板显示报警信息，所述报警信息用于表征所述电热水器的供电单元的零线和火线错接。
12.在上述应用于电热水器的控制器电路板的优选技术方案中，还包括：电源转换单元，所述电源转换单元包括输入端、第一输出端和第二输出端，所述输入端与所述电热水器的供电单元电连接，所述电源转换单元的第一输出端与所述弱电控制器单元电连接，所述电源转换单元的第二输出端与所述强电控制器单元电连接；所述电源转换单元的第一输出端用于输出弱电支路所需的低压电源；所述电源转换单元的第二输出端用于输出强电支路所需的高压电源。
13.在上述应用于电热水器的控制器电路板的优选技术方案中，还包括：电源极性切换装置，所述电源极性切换装置的输入端与所述电热水器的供电单元电连接，所述电源极性切换装置的输出端与所述电源转换单元电连接，所述电源极性切换装置用于切换输入至所述电源转换单元的高压电源的零线和火线。
14.在上述应用于电热水器的控制器电路板的优选技术方案中，所述电路板还包括基板，所述基板上设置有基板导线，所述弱电控制器单元、所述强电控制器单元和所述漏电检测单元之间通过所述基板导线电连接。
15.根据本发明实施例的第二方面，本发明提供了一种电热水器，包括如本发明实施例第一方面任一项所述的应用于电热水器的控制器电路板。
16.本领域技术人员能够理解的是，本发明提供的应用于电热水器的控制器电路板和电热水器中，所述控制器电路板，包括：强电控制器单元、弱电控制器单元和漏电检测单元；其中，所述弱电控制器单元分别与所述强电控制器单元、所述电热水器的操作面板电连接；所述弱电控制器单元，用于接收通过所述操作面板输入的控制指令，并基于所述控制指令控制所述强电控制器单元开启或关闭；所述强电控制器单元，用于在开启时控制所述电热水器的加热单元启动；所述漏电检测单元，用于检测所述操作面板是否漏电。通过上述设置，通过集成强电控制器单元和弱电控制器单元，使强电电路板和弱电电路板的功能通过一个电路板实现，同时通过集成漏电检测单元，避免在将强电电路板和弱电电路板合并为一个电路板后，由于绝缘不足导致出现漏电问题，保证了电热水器的安全性，降低了控制器电路板的生产制造和装配成本。
附图说明
17.下面参照附图来描述本发明的应用于电热水器的控制器电路板和电热水器的优选实施方式。附图为：
18.图1为现有技术中应用于电热水器的控制器电路板的一种应用场景图；
19.图2为本发明一个实施例提供的一种应用于电热水器的控制器电路板的机构示意图；
20.图3为本发明实施例提供的一种电热水器的结构示意图；
21.图4为本发明实施例提供的一种漏电检测单元的示意图；
22.图5为本发明实施例提供的一种用户手部与操作面板的感应极板的位置关系示意图；
23.图6为本发明实施例提供的一种检测电路的示意图；
24.图7为本发明实施例提供的另一种电热水器的结构示意图。
具体实施方式
25.首先，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。例如，虽然本发明的应用于电热水器的控制器电路板，是结合传统的电热水器来描述的，但是这并不是限定的，其他具有加热控制需求的设备均可配置本发明的控制器电路板，如空气能热水器。
26.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个构件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.首先对本发明所涉及的名词进行解释：
28.1)智能家电设备，是指将微处理器、传感器技术、网络通信技术引入家电设备后形成的家电产品，具有智能控制、智能感知及智能应用的特征，智能家电设备的运作过程往往依赖于物联网、互联网以及电子芯片等现代技术的应用和处理，例如智能家电设备可以通过连接电子设备，实现用户对智能家电设备的远程控制和管理。
29.2)终端设备，指具有无线连接功能的电子设备，终端设备可以通过连接互联网，与如上的智能家电设备进行通信连接，也可以直接通过蓝牙、wifi等方式与如上的智能家电设备进行通信连接。在一些实施例中，终端设备例如为移动设备、电脑、或悬浮车中内置的车载设备等，或其任意组合。移动设备例如可以包括手机、智能家居设备、可穿戴设备、智能移动设备、虚拟现实设备等，或其任意组合，其中，可穿戴设备例如包括：智能手表、智能手环、计步器等。
30.3)“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
31.4)“对应”可以指的是一种关联关系或绑定关系，a与b相对应指的是a与b之间是一
种关联关系或绑定关系。
32.图1为现有技术中应用于电热水器的控制器电路板的一种应用场景图，如图1所示，示例性地，现有技术中，电热水器1内部的控制板，分为强电控制板11和弱电控制板12，其中，强电控制板11用于完成电源变换、加热单元负载切换等功能；而弱电控制板12主要用于完成信号采集、程序控制、指令通讯等功能。其中，电热水器内还独立设置有绝缘的电源转换器13，电源转换器13的输入端接入家用电源，输出端用于为弱电控制板、操作面板等弱电支路上的低压用电单元供应低压直流电，而强电控制板则直接基于家用电源，对强电支路上的高压用电单元供应高压交流电。强电控制板11和弱电控制板分别设置在不同的位置，并通过额外的信号线连接，实现强电控制板和弱电控制板之间信号的交互。
33.在通常情况下，电热水器的强电控制板需要接入的是家用220伏的交流高压电源，而弱电控制板的输入电源是通过电源转换器，例如ac-dc(交流转直流)转换器转换后的直流低压电源，由于弱电控制板需要为操作面板等用户经常接触功能部件供电，因此，现有技术中，将弱电控制板和强电控制板进行分离，并对ac-dc转换器进行隔离，以免出现漏电情况时，造成用户伤害。而由于强电控制板和弱电控制板需要分别进行制造和装配，因此在电热水器的生产、质检等环节，均需要付出更多的时间成本和物料成本，提高了产品的综合生产制造成本，降低了产品的生产效率。
34.因此，当前亟需一种应用于电热水器的控制器电路板，能够基于一块电路板同时完成弱电控制和强度控制的目的，降低产品成本，同时保证应用该控制器电路板的电热水器的用电安全性。
35.下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本发明的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
36.图2为本发明一个实施例提供的一种应用于电热水器的控制器电路板的机构示意图，应用于电热水器，如图2所示，本实施例提供的一种应用于电热水器的控制器电路板，包括：强电控制器单元、弱电控制器单元、电源转换单元和漏电检测单元；其中，电源转换单元的输入端与供电单元电连接，电源转换单元的输出端分别与强电控制器单元、弱电控制器单元、漏电检测单元电连接，弱电控制器单元分别与强电控制器单元、电热水器的操作面板电连接，强电控制器单元与电热水器的加热单元电连接。其中，强电控制器单元和弱电控制器单元之间的电连接、弱电控制器单元与控制面板之间的电连接用于控制信号交互(图中以虚线表示)，电源转换单元分别与强电控制器单元、弱电控制器单元、漏电检测单元间的电连接，以及强电控制器单元与加热单元之间的电连接，漏电检测单元与控制面板之间的电连接用于供电(图中以实线表示)。
37.其中，弱电控制器单元，用于接收通过操作面板输入的控制指令，并基于控制指令控制强电控制器单元开启或关闭；强电控制器单元，用于在开启时控制电热水器的加热单元启动；电源转换单元，电源转换单元用于为弱电控制器单元提供低压电源，为强电控制器单元提供高压电源；漏电检测单元，用于检测操作面板是否漏电。
38.示例性地，控制器电路板为一整块pcb板(印刷电路板)，其中包括基板、功能性器件和基板导线，功能性器件包括电容、电阻、开关以及芯片模块等。各功能性器件直接可以通过基板导线连接，从而实现电信号和控制信号的传递和交互。
39.具体地，电热水器中除控制器电路板外，还包括供电单元和加热单元，其中，供电单元与外部的220伏的家用电源插座连接，用于为电热水器供电；加热单元例如包括热电阻，当加热单元通电后，热电阻发热，从而实现加热水温的目的。电源转换单元例如为ac-dc电源转换模块，电源转换单元的输入端与供电单元连接，输入200伏的交流电，电源转换单元的输出端分别与强电支路和弱电支路连接，其中，强电支路包括强电控制器单元和加热单元；低压线路包括弱电控制器单元、操作面板、传感器等。
40.进一步地，控制器电路板中的弱电控制器单元和强电控制器单元分别用于实现电热水器的弱电控制功能和强电控制功能，其中，弱电控制例如为采集水温信号、加热程序控制等，而强电控制功能，例如为加热单元的运行控制、加热功率切换等功能。示例性地，弱电控制器单元包括微控制单元(microcontroller unit，mcu)，微控制单元用于实现电热水器的相关控制逻辑和数据通信，基于微控制单元，弱电控制器单元能够接收通过操作面板输入的控制指令，对强电控制器单元的开启或关闭进行控制，从而实现电热水器加热功能的启动、关闭和设置。
41.示例性地，强电控制器单元包括继电器，继电器设置在高压至少上，强电控制器单元受弱电控制器单元控制，对继电器进行打开和闭合。当继电器打开时，高压交流电与加热单元之间断路，此时加热单元关闭；当继电器关闭时，高压交流电与加热单元之间形成电连接，此时加热单元开启。
42.此外，控制器电路板还包括绝缘结构，绝缘结构用于对控制器电路板进行整体绝缘，使与控制器电路板连接的外部装置，例如操作面板，不带高压电。
43.进一步地，电热水器还包括如上介绍的操作面板，操作面板用于作为电热水器的人机交互的装置，能够基于用户的操作，生成操作指令，并将操作指令发送至弱电控制器单元，从而执行相应的控制程序。控制器电路板内还设置有漏电检测单元，漏电检测单元设置在弱电支路上，与操作面板形成电连接，漏电检测单元通过检测弱电支路是否带高压电，从而检测操作面板是否漏电。
44.现有技术中，由于强电控制器单元和弱电控制器单元分别设置在两个电路板(强电控制板和弱电控制板)上，ac-dc电源转换模块独立设置，强电控制器单元与弱电控制器单元之间，通过信号线连接，因此，与强电控制板、弱电控制板和ac-dc电源转换模块之间分离，通过ac-dc电源转换模块进行绝缘设计，不易导致弱电控制板一侧的漏电。但是对ac-dc施加独立的绝缘涉及后，则无法实现ac-dc模块、弱电控制板、强电控制板之间的一体化涉及，从而不得不采用现有技术中分离的多个电路板的设计。而本技术实施例中，由于将强电控制器单元、弱电控制器单元和电源转换单元，集成在一个电路板上，之后，通过对该控制器电路板施加整体的绝缘结构，实现防漏电的目的。同时，在弱电支路上设置漏电检测单元，对弱电支路上与控制器电路板电连接的操作面板的漏电情况进行检测，降低发生触电事故的概率。
45.图3为本发明实施例提供的一种电热水器的结构示意图，如图3所示，电热水器中包括如图2所示的控制器电路板，其中，供电单元分别与零线和火线连接，同时接地。控制器电路板的电源转换单元分别与零线和火线相接，之后，电源转换单元向弱电支路输出低压电源，向强电支路输出高压电源。其中，弱电支路上包括mcu(强电控制器单元)，作为电热水器的主控制器，弱电支路上还连接包括操作面板、温度传感器等。漏电检测单元接在弱电支
路上，用于检测控制器电路板输出至弱电支路(例如操作面板)的电流是否过大。强电支路上包括继电器(弱电控制器单元)，继电器受mcu的控制打开或关闭，强电支路上还包括热电阻，当继电器闭合时，热电阻加热工作，反正，当继电器打开时，热电阻停止工作。通过上述电热水器，可以实现基于一个控制器电路板，完成强电控制和弱电控制的过程，并且保证电热水器外部的操控面板无漏电发生。
46.本实施例中，通过设置强电控制器单元、弱电控制器单元和漏电检测单元；其中，弱电控制器单元分别与强电控制器单元、电热水器的操作面板电连接；弱电控制器单元，用于接收通过操作面板输入的控制指令，并基于控制指令控制强电控制器单元开启或关闭；强电控制器单元，用于在开启时控制电热水器的加热单元启动；漏电检测单元，用于检测操作面板是否漏电。通过上述设置，通过集成强电控制器单元和弱电控制器单元，使强电电路板和弱电电路板的功能通过一个电路板实现，同时通过集成漏电检测单元，避免在将强电电路板和弱电电路板合并为一个电路板后，由于绝缘不足导致出现漏电问题，保证了电热水器的安全性，降低了控制器电路板的生产制造和装配成本。
47.在一种可能的实现方式中，漏电检测单元包括感应极板和检测电路，检测电路与感应极板电连接，其中，感应极板，用于在通入交流电的情况下，当与用户手部的距离小于距离阈值时，产生感应电流；检测电路，用于检测感应极板产生的感应电流的电流值，电流值用于表征操作面板是否漏电。图4为本发明实施例提供的一种漏电检测单元的示意图，如图4所示，示例性地，检测电路一端与感应极板电连接，另一端与电热水器的弱电支路电连接，感应极板一端与检测电路电连接，另一端对用户手部进行感应，当有用户手部靠近感应极板时，用户手部与感应极板之间形成一个感应电容，电容具有通交流、隔直流的特性，因此，当检测电路一侧的弱电支路检测到交流电，且用户手部与感应极板形成感应电容时，检测电路的检测节点带电，从而确定弱电支路是否待交流电，进而实现与弱电支路连接的操作面板的漏电检测。
48.图5为本发明实施例提供的一种用户手部与操作面板的感应极板的位置关系示意图，如图5所示，示例性地，电热水器包括壳体，操作面板设置于壳体外侧，感应极板设置于操作面板所在位置的壳体内侧。具体地，操作面板包括显示屏、按键等部件，在用户需要通过操作面板输入操作指令时，会用会去触摸操作面板上的显示屏、按键等部件，此时，用户手部与感应极板之间形成感应电容。将上述部件附近(用户可能靠近)的区域设计为铺铜区域，目的是作为检测电流的电容极板，然后在电路的直流参考点(gnd)与其之间设计一个检测电路，来检测此条支路上的电流是否超过预设值漏电。检测单元的检测电路与直流参考点电连接，检测电路基于直流参考点，检测感应极板产生的感应电流的电流值。
49.更具体地，图6为本发明实施例提供的一种检测电路的示意图，如图6所示，通过与直流参考点(即gnd点)比较，当检测电路一侧的弱电支路检测到交流电，且用户手部与感应极板形成感应电容时，检测电路的检测节点带电，从而确定弱电支路是否待交流电，进而实现与弱电支路连接的操作面板的漏电检测。
50.在一种可能的实现方式中，漏电检测单元，还用于，在检测到操作面板漏电后，向弱电控制器单元发送漏电信息；弱电控制器单元，还用于，根据漏电信息，通过操作面板显示报警信息，报警信息用于表征电热水器的供电单元的零线和火线错接。
51.在一个具体地场景下，正常情况(用户家火线、零线对应关系正确的情况)下，就算
控制器电路板的绝缘破损，用户触及了与控制器电路板连接的操作面板内部的按键，也不会触电，因为电源设计中，直流部分的参考点“gnd”是和交流零线(中性线)等电位的，按键上的直流电压不超过5伏，只要中性线上的交流电压不超过31伏(总和不超过安全电压36伏)，用户就不会有触电危险。但是，如果火线、零线接反，则会导致直流部分的参考点“gnd”与交流火线相连，火线与大地有220v左右的电压，会使得用户遭受电击。基于上述实施例提供的控制器电路板，当用户操作操作面板或是较为接近时，如果火、零线连接正确，则参考电位是零线的电位，与用户(站在大地上)之间几乎没有交流电压，检测电路检测的结果是电流小于阈值，系统判定无异常继续正常工作；而如果火、零线反接，则参考电位是火线的电位，与用户之间有220福左右的电位差，检测电路检测的结果是电流大于阈值，系统停止工作，发出报警，提示用户整改线路。
52.在一种可能的实现方式中，电热水器还包括图像采集单元，图像采集单元与控制器单元电连接；控制器单元，还用于：根据图像采集单元采集的图像信息，生成放大指令，并将放大指令发送至检测电路；检测电路还用于：在接收到放大指令后，根据预设的放大系数，放大感应电流的电流值。
53.示例性地，其中，设置在电热水器外部的图像采集单元，可以采用用户，或者用户手部的动作，当检测用户对操作面板进行操作时，生成放大指令，使检测电路基于预设的放大系数，放大感应到的电流值，从而提高漏电检测敏感性。
54.在一种可能的实现方式中，控制器电路板还包括电源极性切换装置，图7为本发明实施例提供的另一种电热水器的结构示意图，如图7所示，电源转换单元包括输入端、第一输出端和第二输出端，输入端与电热水器的供电单元电连接，电源转换单元的第一输出端与弱电控制器单元电连接，电源转换单元的第二输出端与强电控制器单元电连接；电源转换单元的第一输出端用于输出弱电支路所需的低压电源；电源转换单元的第二输出端用于输出强电支路所需的高压电源。电源极性切换装置的输入端与电热水器的供电单元电连接，电源极性切换装置的输出端与电源转换单元的输入端电连接，电源极性切换装置用于切换输入至电源转换单元的高压电源的零线和火线。
55.示例性地，在漏电检测单元检测到操作面板漏电后，通过与供电单元电连接的电源极性切换装置，可以切换输入至供电单元的零线和火线，从而接解决零火错接的问题，从而消除操作面板漏电问题。具体地，电源极性切换装置可以通过多向继电器实现，从而使输入至供电单元的零线和火线与设计的正确接线方式一致，避免火线和地线之间的电位差造成的漏电。
56.本实施例提供了一种电热水器，包括如图2-图7任一实施例所示的应用于电热水器的控制器电路板。示例性地，电热水器中还包括供电单元、操作面板和加热单元，控制器电路板分别与供电单元、操作面电连接和加热单元电连接。
57.相关说明可以对应参见图2-图7所对应的实施例中的所对应的相关描述和效果进行理解，此处不做过多赘述。
58.在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，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，例如多个模块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。另一点，所显示或讨论的相互
之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
59.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
60.应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求书来限制。
61.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。