一种玻璃电热水壶温度控制模块.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103576723 A (43)申请公布日 2014.02.12 CN 103576723 A (21)申请号 201310591242.8 (22)申请日 2013.11.20 G05D 23/32(2006.01) (71)申请人 李高升 地址 528400 广东省中山市火炬开发区凯茵 新城雅湖居 12 区 D5-302 房 申请人 李晓浩 (72)发明人 李晓浩 李高升 (74)专利代理机构 中山市汉通知识产权代理事 务所 ( 普通合伙 ) 44255 代理人 古冠开 (54) 发明名称 一种玻璃电热水壶温度控制模块 (57) 摘要 本发明涉及一种玻璃电热水壶温

2、度控制模 块， 所述的电热水壶功包括玻璃壶体、 远红外线电 热膜， 在玻璃壶体的底面的外表面安装远红外线 电热膜， 远红外线电热膜串联一个温度控制开关 后连接外部供电电源形成工作主回路， 其它还包 括若干个温度检测电路、 主控芯片和第二驱动电 路， 若干个温度检测电路将玻璃壶体的底部的若 干区域温度信号传送到主控芯片， 当若干区域温 度信号相差超过一定的值时， 主控芯片发出控制 信号到第二驱动电路， 第二驱动电路使温度控制 开关断开， 从而断开远红外线电热膜的供电， 它它 可以对玻璃电热水壶的底部温度全面监控， 当局 部温度过高， 暂时停止对远红外线电热膜的供电， 所以很好地保护玻璃电热水壶，

3、 消除安全隐患， 提 高产品的可靠性和稳定性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103576723 A CN 103576723 A 1/1 页 2 1. 一种玻璃电热水壶温度控制模块， 所述的电热水壶功包括玻璃壶体、 远红外线电热 膜， 在玻璃壶体的底面的外表面安装远红外线电热膜， 远红外线电热膜串联一个温度控制 开关后连接外部供电电源形成工作主回路， 其特征在于 ： 它还包括若干个温度检测电路、 主 控芯片和第二驱动电路， 若

4、干个温度检测电路将玻璃壶体的底部的若干区域温度信号传送 到主控芯片， 当若干区域温度信号相差超过一定的值时， 主控芯片发出控制信号到第二驱 动电路， 第二驱动电路使温度控制开关断开， 从而断开远红外线电热膜的供电。 2. 根据权利要求 1 所述的一种玻璃电热水壶温度控制模块， 其特征在于 ： 若干个温度 检测电路至少两个， 每个温度检测电路含有一个温度传感器， 温度传感器安装在玻璃壶体 的底面附近。 3. 根据权利要求 2 所述的一种玻璃电热水壶温度控制模块， 其特征在于 ： 温度控制开 关是继电器开关， 第二驱动电路是继电器驱动电路。 4. 根据权利要求 1 或 2 或 3 所述的一种玻璃电

5、热水壶温度控制模块， 其特征在于 ： 主 控芯片还连接功率测量电路和功率控制电路， 功率测量电路测量远红外线电热膜工作时的 实时功率， 并将功率数据传送到主控芯片， 主控芯片通过控制功率控制电路来调节远红外 线电热膜的通电时间从而实现对远红外线电热膜的功率控制。 5. 根据权利要求 4 所述的一种玻璃电热水壶温度控制模块， 其特征在于 ： 功率测量电 路包括电流测量电路和电压测量电路， 利用电流测量电路测量远红外线电热膜的实时电流 I， 利用电压测量电路测量远红外线电热膜的实时电压 U， 从而得到远红外线电热膜工作时 的功率 P1=U*I。 6. 根据权利要求 5 所述的一种玻璃电热水壶温度控

6、制模块， 其特征在于 ： 主控芯片是 具有数字处理能力的芯片， 是单片机 MCU 或者数字信号处理器 DSP。 7. 根据权利要求 4 所述的一种玻璃电热水壶温度控制模块， 其特征在于 ： 功率控制电 路包括受控开关、 第一驱动电路， 受控开关串联在工作主回路， 主控芯片的输出端连接第一 驱动电路的输入端， 第一驱动电路的输出端连接受控开关的控制端。 8. 根据权利要求 7 所述的一种玻璃电热水壶温度控制模块， 其特征在于 ： 上述受控开 关是双向可控硅， 外部供电电源是交流电源。 9. 根据权利要求 8 所述的一种玻璃电热水壶温度控制模块， 其特征在于 ： 主控芯片的 输出 PWM 信号到第

7、一驱动电路的输入端， 利用 PWM 信号的占空比控制双向可控硅的导通时 间。 10. 根据权利要求 9 所述的一种玻璃电热水壶温度控制模块， 其特征在于 ： 主控芯片 开始加热时设定功率较低， 随着加热时间的增加， 逐渐提高设定功率， 主控芯片通过控制功 率测量电路和功率控制电路形成对远红外线电热膜的加热进行闭环控制， 当测量的远红外 线电热膜的工作时的实时功率与设定功率进行比较， 如果实时功率比设定功率小， 增加 PWM 信号的占空比提高双向可控硅的导通时间 ； 当实时功率比设定功率大， 减小 PWM 信号的占 空比减小双向可控硅的导通时间， 直到实时功率与设定功率相当。 权 利 要 求 书

8、 CN 103576723 A 2 1/5 页 3 一种玻璃电热水壶温度控制模块 技术领域 ： 0001 本发明涉及一种玻璃电热水壶温度控制模块。 背景技术 ： 0002 现有的电热水壶 , 一般采用金属 ( 不锈钢 ) 壶体 , 在壶体底部安装发热盘 , 发热 盘包括电发热管和浇注在电发热管外部的导热板 , 这种加热方式主要是利用热传导的方 式 , 效率低 , 比较笨重 , 且金属 ( 不锈钢 ) 壶体容易沉积水垢 , 清洗不方便 . 且不能将水 分子团打散， 不能改善水分子团的结构， 因此， 不利于人体吸收， 壶体不透明， 不能观测水的 状况且有重金属析出风险。 0003 有鉴于此， 发明

9、人研发出玻璃壶体的电热水壶， 在硼硅玻璃壶体底面涂敷远红外 线电热膜， 电热膜的两端连接电极， 通过给电热膜通电， 电热膜在发热过程中产生远红外 线， 利用远红外线对玻璃壶体里面的水进行加热， 玻璃壶体不易沉积水垢 , 清洗方便， 壶体 透明， 无重金属析出风险， 能观测水的状况， 且远红外线可以将水分子团打散， 改变其结构， 更有利于人体的吸收， 因此应用前景广阔。 0004 但目前的不锈钢电热水壶的加热电路并不能适用玻璃壶体的电热水壶 , 原因如 下 : 0005 1) 不锈钢电热水壶的发热原件是发热盘 ( 电热管浇注铝板 ) 的方式功率比较固 定 , 批量生产一致性好 , 功率偏差波动不

10、大 , 而在玻璃壶体底面涂敷远红外线电热膜 , 其 功率很难做到一致 , 不同批次的功率是不同的 , 即使同一批次 , 功率也很难保证一致性 , 这导致电路控制不能像不锈钢电热水壶一样简单 , 必须重新设计适合远红外线电热膜加 热的玻璃电热水壶的独立电路及各功能电路模块 ; 0006 2) 玻璃电热水壶对温度敏感性高 , 由于控制电路提供过高的功率 , 必然导致玻 璃水壶温度相差过大 , 就会导致开裂 , 导致产品报废 , 更严重的是产生安全事故 , 例如烫 伤、 火灾等。这样的隐患影响玻璃电热水壶推广应用。开发一种控制电路可以适合不同功 率的玻璃电热水壶 , 成为另一个解决的技术问题。 发明

11、内容 ： 0007 本发明的目的是提供一种玻璃电热水壶温度控制模块， 它可以对玻璃电热水壶的 底部温度全面监控， 当局部温度过高， 暂时停止对远红外线电热膜的供电， 所以很好地保护 玻璃电热水壶， 消除安全隐患， 提高产品的可靠性和稳定性。 0008 本发明的进一步目的是提供一种玻璃电热水壶温度控制模块， 可以对不同的远红 外线电热膜进行准确的功率控制， 适用不同批次和同一批次的玻璃壶体底面涂敷远红外线 电热膜， 适应性广， 便于玻璃电热水壶批量生产和推广应用。 0009 本发明可通过如下方案来实现 ： 0010 一种玻璃电热水壶温度控制模块， 所述的电热水壶功包括玻璃壶体、 远红外线电 热膜

12、， 在玻璃壶体的底面的外表面安装远红外线电热膜， 远红外线电热膜串联一个温度控 说 明 书 CN 103576723 A 3 2/5 页 4 制开关后连接外部供电电源形成工作主回路， 其特征在于 ： 它还包括若干个温度检测电路、 主控芯片和第二驱动电路， 若干个温度检测电路将玻璃壶体的底部的若干区域温度信号传 送到主控芯片， 当若干区域温度信号相差超过一定的值时， 主控芯片发出控制信号到第二 驱动电路， 第二驱动电路使温度控制开关断开， 从而断开远红外线电热膜的供电。 0011 上述所述的若干个温度检测电路至少两个， 每个温度检测电路含有一个温度传感 器， 温度传感器安装在玻璃壶体的底面附近。

13、 0012 上述所述的温度控制开关是继电器开关， 第二驱动电路是继电器驱动电路。 0013 上述所述的主控芯片还连接功率测量电路和功率控制电路， 功率测量电路测量远 红外线电热膜工作时的实时功率， 并将功率数据传送到主控芯片， 主控芯片通过控制功率 控制电路来调节远红外线电热膜的通电时间从而实现对远红外线电热膜的功率控制。 0014 上述所述的功率测量电路包括电流测量电路和电压测量电路， 利用电流测量电路 测量远红外线电热膜的实时电流 I， 利用电压测量电路测量远红外线电热膜的实时电压 U， 从而得到远红外线电热膜工作时的功率 P1=U*I。 0015 上述所述的主控芯片是具有数字处理能力的芯

14、片， 是单片机 MCU 或者数字信号处 理器 DSP。 0016 上述所述的功率控制电路包括受控开关、 第一驱动电路， 受控开关串联在工作主 回路， 主控芯片的输出端连接第一驱动电路的输入端， 第一驱动电路的输出端连接受控开 关的控制端。 0017 上述所述的开关是双向可控硅， 外部供电电源是交流电源。 0018 上述所述的主控芯片的输出 PWM 信号到第一驱动电路的输入端， 利用 PWM 信号的 占空比控制双向可控硅的导通时间。 0019 上述所述的主控芯片开始加热时设定功率较低， 随着加热时间的增加， 逐渐提高 设定功率， 主控芯片通过控制功率测量电路和功率控制电路形成对远红外线电热膜的加

15、热 进行闭环控制， 当测量的远红外线电热膜的工作时的实时功率与设定功率进行比较， 如果 实时功率比设定功率小， 增加 PWM 信号的占空比提高双向可控硅的导通时间 ； 当实时功率 比设定功率大， 减小 PWM 信号的占空比减小双向可控硅的导通时间， 直到实时功率与设定 功率相当。 0020 本发明与现有技术相比具有如下优点 ： 0021 1） 远红外线电热膜串联一个温度控制开关后连接外部供电电源形成工作主回路， 其特征在于 ： 它还包括若干个温度检测电路、 主控芯片和第二驱动电路， 若干个温度检测电 路将玻璃壶体的底部的若干区域温度信号传送到主控芯片， 当若干区域温度信号相差超过 一定的值时，

16、 主控芯片发出控制信号到第二驱动电路， 第二驱动电路使温度控制开关断开， 从而断开远红外线电热膜的供电， 从而很好地保护玻璃电热水壶， 消除安全隐患， 提高产品 的可靠性和稳定性。 0022 2） 上述所述的若干个温度检测电路至少两个， 每个温度检测电路含有一个温度传 感器， 温度传感器安装在玻璃壶体的底面附近， 温度控制开关是继电器开关， 第二驱动电路 是继电器驱动电路。电路结构简单， 控制容易 ； 0023 3） 主控芯片还连接功率测量电路和功率控制电路， 功率测量电路测量远红外线电 热膜工作时的实时功率， 并将功率数据传送到主控芯片， 主控芯片通过控制功率控制电路 说 明 书 CN 10

17、3576723 A 4 3/5 页 5 来调节远红外线电热膜的通电时间从而实现对远红外线电热膜的功率控制， 即测量的远红 外线电热膜的工作时的实时功率与主控芯片的设定功率进行比较， 如果实时功率比设定功 率小， 增加 PWM 信号的占空比提高双向可控硅的导通时间 ； 当实时功率比设定功率大， 减小 PWM 信号的占空比减小双向可控硅的导通时间， 直到实时功率与设定功率相当， 这样可以适 用不同批次和同一批次的玻璃壶体底面涂敷远红外线电热膜， 解决远红外线电热膜功率一 致性问题， 适应性广， 便于玻璃电热水壶批量生产和推广应用。 0024 4） 主控芯片开始加热时设定功率较低， 随着加热时间的增

18、加， 逐渐提高设定功率， 主控芯片通过控制功率测量电路和功率控制电路形成对远红外线电热膜的加热进行闭环 控制， 这样在加热过程中玻璃壶体的温度缓慢上升， 避免一下子给予远红外线电热膜进行 大功率加热， 使玻璃壶体的温度急剧上升， 从而很好地保护玻璃电热水壶， 消除安全隐患， 提高产品的可靠性和稳定性。 0025 5） 上述所述的功率测量电路包括电流测量电路和电压测量电路， 利用电流测量电 路测量远红外线电热膜的实时电流 I， 利用电压测量电路测量远红外线电热膜的实时电压 U， 从而得到远红外线电热膜工作时的功率 P1=U*I， 测量电路结构简单实用 ； 0026 6） 功率控制电路包括受控开关

19、、 第一驱动电路， 受控开关串联在工作主回路， 主 控芯片的输出端连接第一驱动电路的输入端， 第一驱动电路的输出端连接受控开关的控制 端， 上述所述的受控开关是双向可控硅， 外部供电电源是交流电源， 主控芯片的输出 PWM 信 号到第一驱动电路的输入端， 利用 PWM 信号的占空比控制双向可控硅的导通时间， 电路简 单， 实用操控性好。 附图说明 ： 0027 图 1 是本发明玻璃电热水壶的一个角度结构立体图 ； 0028 图 2 是本发明玻璃电热水壶的另一个角度结构立体图 ； 0029 图 3 是本发明玻璃壶体的立体图 ； 0030 图 4 是本发明的电路方框图 0031 图 5 是图 4

20、对应的一部分电路图 ； 0032 图 6 是图 4 对应的另一部分电路图 ； 0033 图 7 是图 4 对应的功率检测电路部分的电路图 ； 0034 图 8 是本发明的主控芯片的设定功率的变化图。 具体实施方式 ： 0035 如图 1、 图 2、 图 3 所示， 一种玻璃电热水壶， 包括底部涂敷远红外线电热膜 11 的玻 璃壶体 1 和底座 2， 玻璃壶体 1 底部外面还设置有护套 5， 护套 5 里面安装温度传感器和电 插接头。底座 2 里面设置空腔 3， 空腔 3 里面安装控制线路板 4， 加热控制电路布置在控制 线路板 4 上。 0036 如图 4、 图 5 和图 6 所示， 一种玻璃

21、电热水壶温度控制模块， 所述的电热水壶功包 括玻璃壶体、 远红外线电热膜， 在玻璃壶体的底面的外表面安装远红外线电热膜 RL， 远红 外线电热膜 RL 串联一个温度控制开关 JK 后连接外部供电电源形成工作主回路， 其特征在 于 ： 它还包括若干个温度检测电路、 主控芯片和第二驱动电路， 若干个温度检测电路将玻璃 说 明 书 CN 103576723 A 5 4/5 页 6 壶体的底部的若干区域温度信号传送到主控芯片， 当若干区域温度信号相差超过一定的值 时， 主控芯片发出控制信号到第二驱动电路， 第二驱动电路使温度控制开关断开， 从而断开 远红外线电热膜 RL 的供电。 0037 上述的若干

22、个温度检测电路至少两个， 每个温度检测电路含有一个温度传感器， 温度传感器安装在玻璃壶体的底面附近。 0038 图 5 中， 在玻璃壶体底部下方的 2 位置安装有温度传感器 NTC1 和 NTC2， 分别位于 玻璃壶体底部两侧， 电阻 R2、 电容 C20 和温度传感器 NTC2 组成一路感温电路将检测的温度 信号送到主控芯片 ； 电阻 R1、 电容 C10 和温度传感器 NTC1 组成另一路感温电路将检测的温 度信号送到主控芯片。 0039 上述在玻璃壶体底部下方的至少 2 个位置安装有温度传感器， 温度传感器是 NTC 电阻或者 PTC 电阻， 安装越多的温度传感器， 检测玻璃壶体底部各个

23、区域的温度准确性越 高， 控制越精确， 可靠性越好。 0040 温度控制开关JK是继电器开关， 第二驱动电路包括电阻R3、 电阻R4、 三极管Q1、 二 级管 D1 和继电器线圈 JK0， 它组成继电器驱动电路。 0041 上述所述的主控芯片还连接功率测量电路和功率控制电路， 功率测量电路测量远 红外线电热膜工作时的实时功率， 并将功率数据传送到主控芯片， 主控芯片通过控制功率 控制电路来调节远红外线电热膜的通电时间从而实现对远红外线电热膜的功率控制。 0042 上述所述的功率测量电路包括电流测量电路和电压测量电路， 利用电流测量电路 测量远红外线电热膜的实时电流 I， 利用电压测量电路测量远

24、红外线电热膜的实时电压 U， 从而得到远红外线电热膜工作时的功率 P1=U*I。 0043 上述所述的主控芯片是具有数字处理能力的芯片， 是单片机 MCU 或者数字信号处 理器 DSP。 0044 上述所述的功率控制电路包括受控开关、 第一驱动电路， 受控开关串联在工作主 回路， 主控芯片的输出端连接第一驱动电路的输入端， 第一驱动电路的输出端连接受控开 关的控制端。上述开关是双向可控硅 BG， 外部供电电源是交流电源。 0045 上述所述的主控芯片的输出 PWM 信号到第一驱动电路的输入端， 利用 PWM 信号的 占空比控制双向可控硅 BG 的导通时间。 0046 主控芯片的输出端连接第一驱

25、动电路的输入端， 第一驱动电路的输出端连接受控 开关 BG 的控制端， 上述开关是双向可控硅 BG， 外部供电电源是交流电源。 0047 第一驱动电路包括电容C2、 电阻R5、 电阻R6、 电阻R7和三级管Q1 ； +5VDC电源连接 电容 C2 一端和三级管 Q1 的集电极， 电容 C2 另一端接地， 三级管 Q1 的发射极串联电阻 R5、 电阻 R6 后接地， 三级管 Q1 的基极通过电阻 R5 连接主控芯片的输出端， 电阻 R5、 电阻 R6 之 间连接双向可控硅 BG 的控制端。 0048 如图 8 所示， 主控芯片开始加热时设定功率较低， 随着加热时间的增加， 逐渐提高 设定功率 P

26、0， 主控芯片通过控制功率测量电路和功率控制电路形成对远红外线电热膜的加 热进行闭环控制， 当测量的远红外线电热膜的工作时的实时功率与设定功率进行比较， 如 果实时功率P1比设定功率P0小， 增加PWM信号的占空比提高双向可控硅的导通时间 ； 当实 时功率比设定功率大， 减小 PWM 信号的占空比减小双向可控硅的导通时间， 直到实时功率 与设定功率相当。 说 明 书 CN 103576723 A 6 5/5 页 7 0049 如图 7 所示， 上述的功率测量电路包括电流测量电路和电压测量电路， 电压测量 电路包括电阻 R9、 电阻 R10、 电阻 R11、 电阻 R12、 电阻 R13、 电阻

27、 R14、 电阻 R15、 二极管 D2、 电 容 C3 和运算放大器 U1， 检测远红外线电热膜 RL 一端的电压， 通过二极管 D2 整流和运算放 大器 U1 放大处理输出到主控芯片。 0050 将电阻R8串联在工作主回路， 通过测量电阻R8的压降计算工作主回路的电流， 电 流测量电路包括电阻 R8、 电阻 R16、 电阻 R17、 电阻 R18、 电阻 R19、 电阻 R20、 电阻 R21、 电阻 R22、 二极管 D3、 电容 C4 和运算放大器 U2， 通过二极管 D,3 整流和运算放大器 U2 放大处理 输出到主控芯片。 说 明 书 CN 103576723 A 7 1/6 页 8 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103576723 A 8 2/6 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 103576723 A 9 3/6 页 10 图 5 说 明 书 附 图 CN 103576723 A 10 4/6 页 11 图 6 说 明 书 附 图 CN 103576723 A 11 5/6 页 12 图 7 说 明 书 附 图 CN 103576723 A 12 6/6 页 13 图 8 说 明 书 附 图 CN 103576723 A 13