CN107479363A - 一种电器设备及其控制电路和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电器设备及其控制电路和控制方法。该电器设备的控制电路包括：温度检测电路，用于按照采样规则采集并获取所述电器设备内物质的第一物质温度；主控电路，用于根据第一参考温度和所述第一物质温度确定目标加热模式，并按照所述目标加热模式控制加热电路进行加热。本发明实施例实现了对电器设备加热功率的微调，进而实现对水温的精准控制的效果。

Description

一种电器设备及其控制电路和控制方法

技术领域

本发明实施例涉及家电领域，尤其涉及一种电器设备及其控制电路和控制方法。

背景技术

随着家电产品的普及，现代人们对于家电类产品的要求越来越高，尤其对于电水壶的温度控制要求也越来越高，要求其控制越来越精准，并且能随心所欲地控制。

现有技术中热水壶大部分只分为加热和保温两个模式，从开始加热到水烧开之前一直处于加热模式，且一直工作在一个固定的功率之下，水烧开后，热水壶跳变为保温模式。少部分可以调节功率的热水壶采用继电器控制的加热电路，但这种加热电路动作相对滞后，功率也只能粗调，无法实现对水温的精准控制。

发明内容

本发明提供一种电器设备及其控制电路和控制方法，以实现对电器设备加热功率的微调，进而实现对水温的精准控制。

第一方面，本发明实施例提供了一种电器设备的控制电路，该控制电路包括：

温度检测电路，用于按照采样规则采集并获取所述电器设备内物质的第一物质温度；

主控电路，用于根据第一参考温度和所述第一物质温度的差值大小确定目标加热模式，并按照所述目标加热模式控制加热电路进行加热。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电器设备的控制方法，该控制方法包括：

按照采样规则采集并获取所述电器设备内物质的第一物质温度；

根据第一参考温度和所述第一物质温度的差值大小确定目标加热模式，并按照所述目标加热模式控制加热电路进行加热。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电器设备，该电器设备包括上述电器设备的控制电路。

本发明实施例提供的电器设备的控制电路、控制方法和电器设备，通过温度检测电路，用于按照采样规则采集并获取所述电器设备内物质的第一物质温度；主控电路，用于根据第一参考温度和所述第一物质温度确定目标加热模式，并按照所述目标加热模式控制加热电路进行加热。解决了现有技术中电器设备的加热电路动作相对滞后，功率也只能粗调，无法实现对水温的精准控制问题，实现对电器设备加热功率的微调，进而实现对水温的精准控制的效果。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种电器设备的控制电路的结构示意图。

图2是本发明实施例二中的一种电器设备的控制电路的结构示意图。

图3是本发明实施例三中的一种电器设备的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1所示为本发明实施例一提供的一种电器设备的控制电路的结构示意图，本实施例可适用于需要对水温进行微调以及精准控制的情况，该电器设备的控制电路的具体结构如下：

一种电器设备的控制电路，包括：

温度检测电路100，用于按照采样规则采集并获取电器设备内物质的第一物质温度；

主控电路200，用于根据第一参考温度和第一物质温度的差值大小确定目标加热模式，并按照目标加热模式控制加热电路300进行加热。

其中，采样规则为：按照大于或等于2倍的交流电频率的采样频率进行电器设备内物质的温度的采集。例如，按照我国交流电工频频率(50Hz)计算，则采样规则应为以大于或等于100Hz的采样频率进行电器设备内物质温度的采集。例如，本发明实施例可选采用100Hz的采样频率，则每隔0.01s采集一次电器设备内物质温度。其中，上述电器设备可以是电水壶，电器设备内的物质可以是水。

上述温度检测电路100与主控电路200电连接，温度检测电路100具体可以是温度传感器，主控电路200可以是单片机。示例性的，温度传感器每隔0.01s采集并获取一次电水壶内的水温，即为第一物质温度，并将其输出到单片机。

可选的，上述第一参考温度是指切换加热模式的水的参考温度，其可由用户根据实际需要进行设定，具体的第一参考温度可选为用户所需的水的温度，例如可选第一参考温度为70摄氏度或100摄氏度。设置第一参考温度，第一参考温度和第一物质温度的差值大小可表征水温与用户设定的所需水温的差值大小。

可选的，电器设备具有至少两种加热模式，主控电路200根据第一参考温度和第一物质温度的差值大小确定目标加热模式。例如第一参考温度和第一物质温度的差值大于某一设定差值，说明电水壶内的水温较低，此时可采用较大功率的加热模式进行加热，以提高加热速度；第一参考温度和第一物质温度的差值小于或等于某一设定差值，说明电水壶内的水温与第一参考温度接近，此时可采用较小功率的加热模式进行加热，以降低功耗。其中，设定差值可以由用户人为设定，也可由系统自定，例如，本实施例中设定差值可人为设定为15℃。

进一步地，上述加热电路300包括可控硅加热控制电路，MOS管加热控制电路、以及IGBT加热控制电路中的任意一种。可控硅加热控制电路可以在高电压、大电流的条件下工作，具有耐压高、容量大、体积小、导通关断速度快的优点，从而可以实现对电压、电流和功率的精确控制，进而实现对电器设备加热功率的微调，最终实现对温度的精准控制。以下内容均以加热电路300包括可控硅加热控制电路为例进行说明。

可选电器设备的加热模式包括全功率加热模式和PID加热模式。在其他实施例中也可选电器设备还包括其他加热模式，在本发明中不进行具体限制。

以主控电路200为单片机，温度检测电路100为温度传感器，电器设备为电水壶，电器设备内的物质是水，设定差值为15℃为例，该电器设备的控制电路的工作过程为：温度传感器以100Hz的频率采集电水壶内的水温，并将其实时传输到单片机；单片机通过温度传感器实时获取电水壶内水的当前温度(即第一物质温度)，再计算第一参考温度和实时采集的水温的差值大小，以根据该差值与设定差值的大小确定目标加热模式。当第一参考温度与实时采集的水温差值大于设定差值15℃时，则调节为全功率加热模式；当第一参考温度与实时采集的水温差值小于或等于设定差值15℃时，则调节为PID加热模式。确定目标加热模式后，单片机控制可控硅加热控制电路，使可控硅加热控制电路按照上述目标加热模式进行相应调整，进而达到控制可控硅加热控制电路进行加热的目的。

本实施例的技术方案，通过提供一种电器设备的控制电路，该电路包括温度检测电路100，用于按照采样规则采集并获取电器设备内物质的第一物质温度；主控电路200，用于根据第一参考温度和第一物质温度确定目标加热模式，并按照目标加热模式控制加热电路300进行加热。解决了现有技术中电器设备的加热电路300动作相对滞后，功率也只能粗调，无法实现对水温的精准控制问题，实现对电器设备加热功率的微调，进而实现对水温的精准控制效果。

实施例二

图2是本发明实施例二提供的一种电器设备的控制电路的结构示意图。本实施例建立在实施例一的基础之上，可选的，主控电路200可以包括：

全功率加热控制单元210，用于在检测到第一参考温度和第一物质温度的差值大于设定差值时，按照全功率加热模式控制加热电路300进行加热；

PID加热控制单元220，用于在检测到第一参考温度和第一物质温度的差值小于或等于设定差值时，按照PID加热模式控制加热电路300进行加热。

其中，设定差值可以根据实际需要进行设定，例如本发明实施例，取设定差值为15℃。

如果检测到第一参考温度和第一物质温度的差值大于设定差值时，按照全功率加热模式控制加热电路300进行加热，全功率加热模式是指主控电路200按照额定功率和全周期导通的方式控制加热电路300加热。具体的，在我国交流电工频频率50Hz的条件下，交流电在1s内过零点的次数为50次，全功率加热模式下，每一次过零点信号传输至主控电路200时，主控电路200中的全功率加热控制单元210会在每一次过零点时控制加热电路300导通。例如加热电路300为可控硅加热控制电路，则可控硅加热控制电路在全功率加热模式下持续处于导通状态，导通时输出的加热功率始终是该电器设备的额定功率。

进一步地，当检测到参考温度与温度检测电路100检测到的温度差值小于设定差值15℃时，主控电路200的PID加热控制单元220控制加热电路300按照PID加热模式进行加热，即PID加热控制单元220对加热电路300的通断次数以及导通时的加热功率进行控制。

具体的，PID加热控制单元220的执行过程如下：

步骤一、根据第一物质温度和第二参考温度，按照PID控制算法计算对应的第一PID输出数据P(n)，其中P(n)＝Kp(n)+Ki(n)+Kd(n)，

比例项Kp(n)＝Kp*[E(n)-E(n-1)]，积分项Ki(n)＝Ki*E(n)，以及微分项Kd(n)＝Kd*[E(n)-2E(n-1)+E(n-2)]，E为误差。

PID算法公式：

其中，Kp*e(n)为比例控制项，比例控制项产生与偏差成正比的输出信号U(n)，以便消除偏差；为积分控制项，积分控制项产生与偏差的积分值成正比的输出信号，以便消除系统的静态误差；为微分控制项，微分控制项产生与偏差变化率成正比的输出信号，以便加快控制器的调节速率，缩短过渡过程时间，减少超调。Kp，Ki和Kd值可自行设定，也可由系统自定。

其中，第二参考温度可以与第一参考温度值相同，也可以与第一参考温度值不同。第二参考温度是用户输入的一个输入温度值，仅用于作为PID算法的输入值，便于后续进行PID计算而已。

按照采样规则，温度检测电路100每隔0.01s采集电器设备的水温，根据该水温值与第二参考温度，例如设定第二参考温度为90℃，则主控电路200根据第一物质温度(当前温度传感器采集的水温值)与第二参考温度90℃，按照上述PID控制算法计算可以得到对应的第一PID输出数据P(n)。

步骤二、获取设定时间周期内计算得出的多个第一PID输出数据，并确定该多个第一PID输出数据对应的PID通断参数；

其中，上述设定时间周期为2s。

按照采样规则，温度检测电路100每隔0.01s采集一次电器设备的水温，则一个设定时间周期2s内温度检测电路100采集200个水温值，根据该200个水温值与第一参考温度90℃，按照上述PID控制算法计算可以得到对应的200个PID输出数据PN1，PN2……PN200。由PN1，PN2……PN200可确定加热电路300在一个周期内的通断次数K，即PID通断参数，具体确定过程可用如下公式表示：

其中，m为系统根据Kp，Ki和Kd值得出的设定除数，显然，Kp，Ki和Kd值发生变化，相应的设定除数m发生变化。

步骤三、根据PID通断参数，控制加热电路300的通断次数以使加热电路300调节电器设备的加热功率。

根据上述计算得到的PID通断参数，控制一个周期内加热电路300中开关器件的通断次数K，并根据该通断次数计算得到加热电路300中开关器件导通时的加热功率P,具体计算公式如下：

P＝K/100*Pe

其中，Pe为电器设备的额定功率。

示例性的，假设经过计算，加热电路300中开关器件在一个周期内通断次数为5次，电器设备的额定功率为2000W，那么加热电路300每次导通时的加热功率P＝5/100*2000＝100W。即加热电路300每次导通时按照100w的功率对电器设备进行加热。

可选的，上述电器设备的控制电路还包括过零检测电路400，用于对电源电压进行过零检测以及在设定时间周期内对加热电路300进行过零检测，以使PID加热控制单元220根据设定时间周期内电源电压的过零次数和PID通断参数控制加热电路300的通断次数，其中，PID通断参数小于或等于电源电压的过零次数。

示例性地，假设，主控电路200经过计算得到当前周期内PID通断参数即加热电路300的通断次数为5次，则主控电路200给加热电路300一个控制信号控制其在2s内通断5次。

具体地，在我国交流电工频频率(50Hz)的条件下，过零检测电路400在一个设定时间周期2s内检测到电源电压过零100次，过零检测电路400在每次检测到电源电源的过零点时均会将该过零点信号传输给主控电路200，主控电路200在当前时间周期中确定5次过零点作为加热电路300中开关器件的的触发点，并在检测到当前一次过零点属于该5次过零点时输出控制加热电路300导通的控制信号，即加热电路300通断5次。过零检测电路400在一个周期内检测到加热电路300通断5次后，加热电路300在该周期的剩余时间内持续处于断开状态。

优选地，主控电路200根据加热电路300在一个周期内的通断次数，平均划分加热电路300的导通关断时间。

例如，PID加热模式下，在当前周期内，第一物质温度与第二参考温度的差值小于设定差值15℃时，按照PID加热模式控制加热电路300进行加热。如果PID加热模式指按照上述计算出加热电路300的导通次数为5次，则主控电路200控制加热电路300加热。具体的，在我国交流电在我国交流电工频频率50Hz的条件下，交流电在一个周期2s内过零点的次数为100次，根据计算得到在一个周期内加热电路300的通断次数为5次，那么主控电路200在100次过零点中选择第1次，第21次，第41次，第61次，第81次过零点为加热电路300的导通点，并在以上过零点控制加热电路300导通，选择100次过零点中导通点的下一个过零点为加热电路300的关断点，即为第2次，第22次，第42次，第62次，第82次过零点为加热电路300关断点，并在以上过零点控制加热电路300关断。且经过上述计算，加热电路300每次导通时的加热功率为100W。过零检测电路400在一个周期内检测到加热电路300通断5次后，即第82次过零点之后，加热控制电路300在该周期的剩余时间内持续处于断开状态。

需要说明的是，加热电路300的导通关断点的选择并不固定，可根据实际需要在程序上进行设定。

本实施例的技术方案，通过将上述实施例中主控电路200进一步优化为包括全功率加热控制单元210和PID加热控制单元220，并进一步包括过零检测电路400。解决了现有技术中电器设备的加热电路300动作相对滞后，功率也只能粗调，无法实现对水温的精准控制问题，实现对电器设备加热功率的微调，进而实现对水温的精准控制效果。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种电器设备的控制方法的流程图，本实施例可适用于需要对水温进行微调以及精准控制的情况，该方法可以由上述任意实施例所提供的电器设备的控制电路来执行，具体包括如下步骤：

步骤110、按照采样规则采集并获取电器设备内物质的第一物质温度；

其中，上述采样规则为：按照大于或等于2倍的交流电频率的采样频率进行电器设备内物质的温度的采集。

步骤120、根据第一参考温度和第一物质温度确定目标加热模式，并按照目标加热模式控制加热电路进行加热。

其中，上述步骤120具体包括：

在检测到第一参考温度和第一物质温度的差值大于设定差值时，按照全功率加热模式控制加热电路进行加热；

在检测到第一参考温度和第一物质温度的差值小于或等于设定差值时，按照PID加热模式控制加热电路进行加热。

进一步地，在检测到第一参考温度和第一物质温度的差值小于或等于设定差值时，按照PID加热模式控制加热电路进行加热具体包括：

步骤一、在检测到第一参考温度和第一物质温度的差值小于或等于设定差值时，根据第一物质温度和第一参考温度，按照PID控制算法计算对应的第一PID输出数据P(n)，

其中P(n)＝Kp(n)+Ki(n)+Kd(n)，

比例项Kp(n)＝Kp*[E(n)-E(n-1)]，积分项Ki(n)＝Ki*E(n)，以及微分项Kd(n)＝Kd*[E(n)-2E(n-1)+E(n-2)]，E为误差；

步骤二、获取设定时间周期内计算得出的多个第一PID输出数据，并确定该多个第一PID输出数据对应的PID通断参数；

其中，上述设定时间周期为2s。

步骤三、根据PID通断参数，控制加热电路的通断次数以使加热电路调节电器设备的加热功率。

其中，上述步骤三，根据PID通断参数，控制加热电路的通断次数以使加热电路调节电器设备的加热功率具体可以是：

对电源电压进行过零检测以及在设定时间周期内对加热电路进行过零检测，以使PID加热控制电路根据设定时间周期内电源电压的过零次数和PID通断参数控制加热电路的通断次数，其中，PID通断参数小于或等于电源电压的过零次数。

本实施例的电器设备的控制方法，通过按照采样规则采集并获取电器设备内物质的第一物质温度；根据第一参考温度和第一物质温度确定目标加热模式，并按照目标加热模式控制加热电路进行加热。解决了现有技术中电器设备的加热电路动作相对滞后，功率也只能粗调，无法实现对水温的精准控制问题，实现对电器设备加热功率的微调，进而实现对水温的精准控制效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (14)

1.一种电器设备的控制电路，其特征在于，包括：

温度检测电路，用于按照采样规则采集并获取所述电器设备内物质的第一物质温度；

主控电路，用于根据第一参考温度和所述第一物质温度的差值大小确定目标加热模式，并按照所述目标加热模式控制加热电路进行加热。

2.根据权利要求1所述的电器设备的控制电路，其特征在于，所述主控电路包括：

全功率加热控制单元，用于在检测到所述第一参考温度和所述第一物质温度的差值大于设定差值时，按照全功率加热模式控制所述加热电路进行加热；

PID加热控制单元，用于在检测到所述第一参考温度和所述第一物质温度的差值小于或等于设定差值时，按照PID加热模式控制所述加热电路进行加热。

3.根据权利要求2所述的电器设备的控制电路，其特征在于，所述PID加热控制单元的具体执行过程包括：

根据所述第一物质温度和第二参考温度，按照PID控制算法计算对应的第一PID输出数据P(n)，其中P(n)＝Kp(n)+Ki(n)+Kd(n)，比例项Kp(n)＝Kp*[E(n)-E(n-1)]，积分项Ki(n)＝Ki*E(n)，以及微分项Kd(n)＝Kd*[E(n)-2E(n-1)+E(n-2)]，E为误差；

获取设定时间周期内计算得出的多个所述第一PID输出数据，并确定该多个第一PID输出数据对应的PID通断参数；

根据所述PID通断参数，控制所述加热电路的通断次数以使所述加热电路调节所述电器设备的加热功率。

4.根据权利要求3所述的电器设备的控制电路，其特征在于，还包括：过零检测电路，用于对电源电压进行过零检测以及在所述设定时间周期内对所述加热电路进行过零检测，以使所述PID加热控制单元根据所述设定时间周期内所述电源电压的过零次数和所述PID通断参数控制所述加热电路的通断次数，其中，所述PID通断参数小于或等于所述电源电压的过零次数。

5.根据权利要求1所述的电器设备的控制电路，其特征在于，所述采样规则为：按照大于或等于2倍的交流电频率的采样频率进行所述电器设备内物质的温度的采集。

6.根据权利要求3所述的电器设备的控制电路，其特征在于，所述设定时间周期为2秒。

7.根据权利要求1所述的电器设备的控制电路，其特征在于，所述加热电路包括可控硅加热控制电路、MOS管加热控制电路、以及IGBT加热控制电路中的任意一种。

8.一种电器设备的控制方法，其特征在于，包括：

按照采样规则采集并获取所述电器设备内物质的第一物质温度；

根据第一参考温度和所述第一物质温度确定的差值大小目标加热模式，并按照所述目标加热模式控制加热电路进行加热。

9.根据权利要求8所述的电器设备的控制方法，其特征在于，所述根据第一参考温度和所述第一物质温度确定目标加热模式，并按照所述目标加热模式控制加热电路进行加热，具体包括：

在检测到所述第一参考温度和所述第一物质温度的差值大于设定差值时，按照全功率加热模式控制所述加热电路进行加热；

在检测到所述第一参考温度和所述第一物质温度的差值小于或等于设定差值时，按照PID加热模式控制所述加热电路进行加热。

10.根据权利要求9所述的电器设备的控制方法，其特征在于，所述在检测到所述第一参考温度和所述第一物质温度的差值小于或等于设定差值时，按照PID加热模式控制所述加热电路进行加热，具体包括：

根据所述第一物质温度和第一参考温度，按照PID控制算法计算对应的第一PID输出数据P(n)，

其中P(n)＝Kp(n)+Ki(n)+Kd(n)，

比例项Kp(n)＝Kp*[E(n)-E(n-1)]，积分项Ki(n)＝Ki*E(n)，以及微分项Kd(n)＝Kd*[E(n)-2E(n-1)+E(n-2)]，E为误差；

获取设定时间周期内计算得出的多个所述第一PID输出数据，并确定该多个第一PID输出数据对应的PID通断参数；

根据所述PID通断参数，控制所述加热电路的通断次数以使所述加热电路调节所述电器设备的加热功率。

11.根据权利要求10所述的电器设备的控制方法，其特征在于，所述根据所述PID通断参数，控制所述加热电路的通断次数以使所述加热电路调节所述电器设备的加热功率，具体包括：

对电源电压进行过零检测以及在所述设定时间周期内对所述加热电路进行过零检测，以使所述PID加热控制单元根据所述设定时间周期内所述电源电压的过零次数和所述PID通断参数控制所述加热电路的通断次数，其中，所述PID通断参数小于或等于所述电源电压的过零次数。

12.根据权利要求8所述的电器设备的控制方法，其特征在于，所述采样规则为：按照大于或等于2倍的交流电频率的采样频率进行所述电器设备内物质的温度的采集。

13.根据权利要求10所述的电器设备的控制电路，其特征在于，所述设定时间周期为2秒。

14.一种电器设备，其特征在于，包括上述1-7任一项所述的电器设备的控制电路。