一种交流加热器控制装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种交流加热器控制装置及方法，涉及加热器控制领域。首先，由市电过零检测电路检测市电过零点，并且在过零点处产生高电压，形成过零脉冲序列作为中央处理单元的中断输入；然后中央处理单元确定下一过零脉冲到达后的半波周期中加热器电压的通断情况，在外部中断产生后，经过延时后输出控制加热器电压的通断信号；最后控制电路将该通断信号转换为继电器的驱动信号，通过固态继电器控制加热器电压的通断，实现对交流加热器功率的控制。本发明专利技术所述的装置及方法，将加热功率控制周期控制在40毫秒以内，通过过零型固态继电器的使用以及市电过零检测电路的引入，减少了开关瞬态效应，极大地提高了系统的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及加热器控制领域，尤其涉及一种工业用交流加热器控制装置与控制方法。
技术介绍
在各种生产过程中，几乎所有产品都需要经过加热。在成型之前，涂装需要干燥，粘合剂需要活化，塑料需要加热。有效地利用能量可以使得加热过程更高效，且加热时间更短,所需空间更小,从而降低了整体生产成本。为了使加热过程变得更高效、供能更精确，对加热器功率的控制就变得尤为重要。传统的加热器控制方法主要有以下两种。第一种为间歇加热，控制周期一般为几秒甚至几十秒，无法实现加热功率的快速调节，稳定性欠佳。第二种为通过IGBT晶闸管等器件对负载供电电压实现快速斩波，该方法可以实现加热器功率的精确连续调节，但增加的成本较高，且由于控制开关需要长期在高电压下连续切换，故开关触点损耗非常大，产品无法长时间可靠地工作。交流固态继电器采用了过零触发技术，只在交流信号过零(正弦波过零点)时才切换导通或关断的状态，该类继电器可称为过零型交流固态继电器。将交流固态继电器应用于加热器控制领域，可以很好地发挥其过零触发的特性，防止高次谐波的干扰，减少电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应，极大地提高了系统的可靠性。然而，正是由于固态继电器的这一特性，使得控制负载供电电压的通断周期必须为市电周期半数的整数倍，即为10毫秒的整数倍。假设需要实现负载功率20%的调节，最短的通断周期也需要50毫秒，即负载供电电压通10毫秒，断40毫秒。在图像呈现领域，当图像以高于24帧/秒的速度切换时，人眼将感觉不到闪烁，即可以实现图像的连续播放。换言之，人眼的视觉维持时间的极限应为40毫秒左右。由于加热器的辐射必然包含一定成分的可见光，通断周期大于50毫秒时，人眼将直接感知到加热能量控制的周期波动及不稳定性。此外，通断周期过长，也不利于功率在时间上的均匀分布以及快速调节，无法在传统的间歇式加热方法中体现出优势。从而，希望能够提供一种加热器控制方法，既能实现功率的快速调节，避免可见的功率控制波动，提高功率控制的稳定性；又能节约成本，减少损耗，尽可能提高系统长期工作的可靠性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供，实现交流加热器多档加热功率的灵活切换，将加热器的控制功率控制值40毫秒以内，通过过零固态继电器减少了开关的瞬态效应，极大提高了系统的可靠性。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下:一种交流加热器控制装置，包括:市电过零检测电路:用于检测市电过零点并在过零点处产生高电压，形成过零脉冲序列，作为中央处理单元的中断输入信号；中央处理单元:用于接收加热器的设定功率，根据设定功率计算所需的交流电压的电压通断比，在接收到过零脉冲序列产生的中断输入信号后，经过延时输出与加热器供电电压同步的电压通断信号；所述延时是指越过当前过零点时刻；控制电路:用于接收电压通断信号，并将电压通断信号转化为过零型固态继电器驱动信号，通过控制过零型固态继电器的导通与关断来控制加热器供电电压的通断；其中，市电过零检测电路与中央处理单元连接，中央处理单元与控制电路连接，控制电路与加热器连接，加热器与市电过零检测电路连接。进一步，如上所述的一种交流加热器控制装置，所述市电过零检测电路包括:交流信号限流电路:用于保护光耦检测电路和逻辑门电路的安全以及降低电路功耗；光耦检测电路:用于市电过零点的检测，并在过零点处输出高电压；逻辑门电路:用于接收光耦检测电路的输出信号，并在过零点输出过零脉冲序列；其中，交流信号限流电路与光耦检测电路连接，光耦检测电路与逻辑门电路连接。进一步，如上所述的一种交流加热器控制装置，所述光耦检测电路包括:正半周期光耦检测电路:用于市电正半周期过零点的检测，并在过零点输出高电压；负半周期光耦检测电路:用于市电负半周期过零点的检测，并在过零点输出高电压；其中，所述正半周期光耦检测电路与负半周期光耦检测电路并联。进一步，如上所述的一种交流加热器控制装置，所述逻辑门电路为与非门电路。进一步，如上所述的一种交流加热器控制装置，所述中央处理单元包括核心处理单元，以及与核心处理单元连接的外围电路，其中:核心处理单元:用于接收过零脉冲序列后，经过延时输出与加热器供电电压同步的电压通断信号；外围电路:用于维持核心的正常运行，包括核心控制单元运行所需的电源信号、夕卜部晶振信号和硬件复位信号。再进一步，如上所述的一种交流加热器控制装置，所述控制电路包括:光耦隔离电路:用于中央处理单元与过零型固态继电器驱动电路的隔离；继电器驱动电路:用于驱动过零型固态继电器的正常工作；过零型固态继电器:用于控制加热器的通断；光耦隔离电路与继电器驱动电路连接，继电器驱动电路与过零型固态继电器连接。更进一步，如上所述的一种交流加热器控制装置，所述市电过零检测电路通过逻辑门电路与中央处理单元连接，中央处理单元通过核心处理单元与控制电路连接，控制电路通过过零型固态继电器与加热器连接。一种交流加热器控制方法，包括以下步骤:(I)检测市电的过零点并在过零点处产生高电压，形成过零脉冲序列；(2)中央处理单元接收过零脉冲序列，并根据加热器所需的供电电压的电压通断t匕，输出与加热器供电电压同步的电压通断信号；(3)控制电路接收电压通断信号，并将接收到的电压通断信号转化为过零固态继电器的驱动信号，通过控制过零固态继电器的导通与关断来控制加热器的通断。进一步，所述的一种交流加热器控制方法，步骤(2)中，所述电压通断比是根据加热器的设定功率计算的。再进一步，所述的一种交流加热器控制方法，步骤(2)中，中央处理单元在在越过当前过零时刻后，根据加热器供电电压的通断情况输出与加热器供电电压同步的电压通断信号。更进一步，所述的一种交流加热器控制方法，过零固态继电器在下一过零时刻进行继电器的导通与关断的切换，来控制加热器的通断。本专利技术的效果在于:本法所述的装置及方法，由于引入了过零检测功能，使得控制系统能避免市电频率波动从而导致加热器功率无法精确控制的问题，完全实现过零型继电器的同步控制。较之传统的间歇式加热控制方法，加热器输出功率切换迅速，波动小，且电路简单、成本低，稳定性高，极大地提高了系统的可靠性。此外，本专利技术所述的方法将加热器的加热功率控制在40毫秒以内，完全避免了人眼可能感觉到的加热能量波动，尤其适合包含一定量可见光的红外辐射器/红外灯管控制。附图说明图1为本专利技术一种交流加热器控制装置的结构框图；图2为具体实施方式中提供的一种交流加热器控制装置的结构示意图；图3为具体实施方式中提供的一种交流加热器控制装置的电路结构示意图；图4为本专利技术一种交流加热器控制方法的流程示意图；图5为具体实施方式中提供的光耦检测电路的电路原理示意图；图6为具体实施方式中提供的与非门的功能示意图；图7为具体实施方式中提供的MCU外围复位电路原理示意图；图8为具体实施方式中提供的光耦隔离电路的电路原理示意图。具体实施例方式下面结合说明书附图与具体实施方式对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术旨在提供，用以实现对交流加热器功率的精密控制。图1、图2和图3分别示出了本专利技术一种交流加热器控制装置的结构框图以及各部分的电路结构示意图，由图中可以看出，该装置主要包括市电过零检测电路11，与市电过零检测电路连接的中央处理单元12，以及与中央处理单元12连接的控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流加热器控制装置，包括：市电过零检测电路：用于检测市电过零点并在过零点处产生高电压，形成过零脉冲序列，作为中央处理单元的中断输入信号；中央处理单元：用于接收加热器的设定功率，根据设定功率计算所需的交流电压的电压通断比，在接收到过零脉冲序列产生的中断输入信号后，经过延时输出与加热器供电电压同步的电压通断信号；所述延时是指越过当前过零点时刻；控制电路：用于接收电压通断信号，并将电压通断信号转化为过零型固态继电器驱动信号，通过控制过零型固态继电器的导通与关断来控制加热器供电电压的通断；其中，市电过零检测电路与中央处理单元连接，中央处理单元与控制电路连接，控制电路与加热器连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，李真花，刘小威，
申请(专利权)人：北大方正集团有限公司，北京北大方正电子有限公司，
类型：发明
国别省市：