本發(fā)明涉及電子技術領域，特別是涉及一種基于過零檢測的功率控制電路、功率控制方法及溫控開關狀態(tài)檢測方法。

背景技術：

隨著電子技術的發(fā)展，人們生活中運用到的電器種類越來越多，各種電器的控制也日益智能化。例如電飯鍋、電磁爐、電熱水壺、暖風機等加熱電器，為了控制加熱溫度，需要對加熱器的工作狀態(tài)進行控制。

現(xiàn)有技術中，通常采用溫控開關來控制加熱溫度，即當溫度超過一定值時，溫控開關斷開，加熱器停止工作，當溫度降低到一定值時，溫控開關導通，加熱器開始加熱。這種溫度控制方式只能簡單根據(jù)溫度控制加熱器的工作狀態(tài)，無法精確控制加熱器的加熱功率，而且在開關接通瞬間，電路受到的干擾較大。另外，溫控開關的接通與斷開狀態(tài)也沒有得到實時檢測監(jiān)控，在溫控開關斷開時無法發(fā)出警報。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對現(xiàn)有技術，提供一種基于過零檢測的功率控制電路、功率控制方法及溫控開關狀態(tài)檢測方法，能精確控制加熱器的加熱功率，降低電路接通時的干擾，同時能夠準確檢測出溫控開關的斷開時間。

本發(fā)明公開了一種基于過零檢測的功率控制電路，其包括微控制單元((Microcontroller Unit，MCU)及加熱器，還包括：

溫控開關，分別連接火線及加熱器，所述溫控開關用于在溫度高于第一預設溫度時關斷，在溫度低于第二預設溫度時導通，其中所述第一預設溫度高于或等于第二預設溫度；

功率開關，分別連接所述MCU、所述加熱器及零線；

過零檢測電路，其輸入端分別連接所述加熱器與溫控開關，其輸出端連接所述MCU，所述過零檢測電路用于在所述溫控開關導通時，在輸入電壓過零點時生成電平翻轉信號，還用于在所述溫控開關斷開時，輸出低電平信號；

所述MCU，用于根據(jù)所述電平翻轉信號的電平翻轉次數(shù)控制所述功率開關導通或關斷。

其中，所述MCU包括記錄模塊及控制模塊，

所述記錄模塊，在所述功率開關導通時，記錄第一電平翻轉次數(shù)；

所述控制模塊，用于當電平翻轉次數(shù)達到第一次數(shù)閾值時，控制所述功率開關關斷；

所述記錄模塊，還用于在所述功率開關關斷時，記錄第二電平翻轉次數(shù)；

所述控制模塊，還用于當?shù)诙娖椒D次數(shù)達到第二次數(shù)閾值時，控制所述功率開關導通。

其中，所述MCU還用于：

在連續(xù)未檢測到電平翻轉信號的時長大于預設時長閾值時，控制所述功率開關關斷。

其中，所述過零檢測電路，包括：電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、二極管D1、三極管Q1、電容C1及電容C2，其中：

所述三極管Q1的基極通過所述電阻R1連接所述加熱器與所述溫控開關的連接節(jié)點，所述三極管Q1的集電極分別連接電阻R3的第一端和電阻R4的第一端，所述三極管Q1的發(fā)射極用于接地；

所述電阻R3的第二端用于接入VCC電壓，所述電阻R4的第二端作為所述過零檢測電路的輸出端連接所述MCU；

所述電容C2分別連接所述電阻R3的第二端和所述電阻R4的第二端；

所述二極管D1的正極連接所述三極管Q1的基極，所述二極管D1的負極接地；

所述電阻R2和所述電容C1分別與所述二極管D1并聯(lián)。

其中，所述功率控制電路還包括熱熔斷器，所述熱熔斷器連接在所述功率開關及所述零線之間。

其中，所述功率控制電路還包括報警器，所述報警器連接所述MCU；

所述MCU，還用于在連續(xù)未檢測到電平翻轉信號的時長大于預設時長閾值時，驅(qū)動所述報警器生成報警信號。

其中，所述功率開關為晶閘管，所述晶閘管的控制極連接所述MCU。

本發(fā)明還公開了一種功率控制方法，所述功率控制方法應用于基于過零檢測的功率控制電路，所述功率控制電路包括過零檢測電路、加熱器及與所述加熱器連接的功率開關，所述功率控制方法包括：

判斷溫度是否低于第二預設溫度；

若判斷為是，則在輸入電壓過零點時生成電平翻轉信號；

根據(jù)所述電平翻轉信號的電平翻轉次數(shù)控制所述功率開關導通或關斷。

其中，所述根據(jù)所述電平翻轉信號的電平翻轉次數(shù)控制功率開關導通或關斷，包括：

在所述功率開關導通時，記錄第一電平翻轉次數(shù)；

當電平翻轉次數(shù)達到第一次數(shù)閾值時，控制所述功率開關關斷；

在所述功率開關關斷時，記錄第二電平翻轉次數(shù)；

當?shù)诙娖椒D次數(shù)達到第二次數(shù)閾值時，控制所述功率開關導通。

其中，所述功率控制方法還包括：

若在預設時間內(nèi)未檢測到電平翻轉信號，則生成報警信號。

本發(fā)明還公開了一種溫控開關狀態(tài)檢測方法，應用于基于過零檢測的功率控制電路，其特征在于，所述功率控制電路包括溫控開關、功率開關及過零檢測電路，所述溫控開關狀態(tài)檢測方法包括：

若所述溫控開關處于接通狀態(tài)，則在輸入電壓過零點時通過所述過零檢測電路生成電平翻轉信號；

若所述溫控開關處于斷開狀態(tài)，則通過所述過零檢測電路輸出低電平信號，并在所述過零檢測電路連續(xù)輸出低電平信號的時長大于預設時長閾值時，控制所述功率開關關斷。

上述基于過零檢測的功率控制電路、功率控制方法及溫控開關狀態(tài)檢測方法，采用過零檢測電路生成電平翻轉信號，根據(jù)電平翻轉次數(shù)控制功率開關導通或關斷，可以精確控制加熱器的工作時間，因此能精確控制加熱器的平均加熱功率，由于功率開關在電壓過零點接通，能降低接通干擾，由于采用溫控開關，能在出現(xiàn)異常加熱時自動斷電，同時所述過零檢測電路能夠在檢測出溫控開關的斷開時，控制所述功率開關關斷，提高功率控制電路的安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例的基于過零檢測的功率控制電路的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明一實施例的微控制單元的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明另一實施例的基于過零檢測的功率控制電路的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明一實施例的過零檢測電路的電路圖；

圖5為本發(fā)明一實施例的功率控制方法的流程示意圖；

圖6為本發(fā)明一實施例的溫控開關狀態(tài)檢測方法的流程示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。

此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

請參閱圖1，其為本發(fā)明一實施例提供的基于過零檢測的功率控制電路的結構示意圖。所述功率控制電路應用于具有加熱功能的電器，包括但不限于電熱水壺、電磁爐、電飯鍋、電燉盅、熱水器、暖風機等。如圖1所示，所述功率控制電路100包括溫控開關K1、功率開關K2、微控制單元10、加熱器20及過零檢測電路30，其中，溫控開關K1分別連接火線ACL及加熱器20；功率開關K2分別連接零線ACN、加熱器20和MCU10；過零檢測電路30分別連接加熱器20與溫控開關K1的連接節(jié)點及MCU10，具體地，過零檢測電路30的輸入端連接加熱器20與溫控開關K1的連接節(jié)點，過零檢測電路30的輸出端連接MCU10。

在本實施例中，溫控開關K1用于在溫度高于第一預設溫度時關斷，在溫度低于第二預設溫度時導通，其中所述第一預設溫度高于或等于第二預設溫度。

例如，溫控開關K1為突跳式溫控開關，如雙金屬片突跳式溫控開關，此時第一預設溫度和第二預設溫度與溫控開關K1的材料有關。例如，溫控開關K1為熱敏電阻式溫控開關，此時第一預設溫度和第二預設溫度與熱敏電阻的阻抗有關。例如，溫控開關K1為液體膨脹式溫控開關或壓力式溫控開關等。在實際應用中，可根據(jù)溫度控制需要選擇合適的溫控開關K1。

在本實施例中，功率開關K2為可控開關，例如晶閘管，例如繼電器。具體地，功率開關K2的控制極連接MCU10，用于接收MCU10輸出的控制信號，功率開關K2根據(jù)控制極接收的控制信號導通或關斷。

在本實施例中，功率控制電路由市電供電，其中溫控開關K1連接市電輸入線中的火線ACL，功率開關連接市電輸入線中的零線ACN。當溫控開關K1和功率開關K2均導通時，溫控開關K1、功率開關K2和加熱器20在火線和零線之間形成加熱回路，加熱器工作產(chǎn)生熱量。當溫控開關K1或功率開關K2中任一個關斷時，無法形成加熱回路，加熱器停止工作。其中，市電為正弦波形的交流電，存在過零點，例如在電壓極性由正變?yōu)樨摃r或者由負變?yōu)檎倪^程中，電壓值接近零或等于零的時候，即為過零點。當溫控開關K1導通時，過零檢測電路30的輸入端通過溫控開關K1連接火線，當市電過零時，過零檢測電路30檢測到過零信號，并輸出電平翻轉信號。例如過零檢測電路30原本輸出高電平，當檢測到過零信號時，轉變?yōu)檩敵龅碗娖?；例如過零檢測電路30原本輸出低電平，當檢測到過零信號時，轉變?yōu)檩敵龈唠娖?，由此產(chǎn)生電平翻轉信號。例如，在市電電壓由正變?yōu)樨摃r，過零檢測電路30由輸出低電平轉變?yōu)檩敵龈唠娖?，在市電電壓由負變?yōu)檎龝r，過零檢測電路30由輸出高電平轉變?yōu)檩敵龅碗娖健?/p>

在本實施例中，MCU10用于根據(jù)電平翻轉信號的電平翻轉次數(shù)控制所述功率開關導通或關斷。例如圖2所示，MCU10包括記錄模塊11及控制模塊12，其中記錄模塊11用于在功率開關K2導通時，記錄第一電平翻轉次數(shù)；控制模塊12用于當電平翻轉次數(shù)達到第一次數(shù)閾值N1時，控制功率開關K2關斷；記錄模塊11還用于在功率開關K2關斷時，記錄第二電平翻轉次數(shù)；控制模塊12還用于當?shù)诙娖椒D次數(shù)達到第二次數(shù)閾值N2時，控制功率開關K2導通。在功率開關K2導通時，記錄模塊11又重新開始記錄第一電平翻轉次數(shù)。其中，由于功率開關K2在市電電壓過零點導通，即功率開關K2導通時市電電壓接近為零，因此功率開關K2接通瞬間產(chǎn)生的干擾較小，可降低對功率控制電路的干擾。

其中，第一電平翻轉次數(shù)和第二電平翻轉次數(shù)為預設反向的電平翻轉次數(shù)，或不限方向的電平翻轉次數(shù)。例如，第一電平翻轉次數(shù)和第二電平翻轉次數(shù)為從低電平翻轉到高電平的次數(shù)，或者，為從高電平翻轉到低電平的次數(shù)，或者，為從低電平翻轉到高電平的次數(shù)與從高電平翻轉到低電平的次數(shù)之和。具體地，MCU10通過內(nèi)部的計數(shù)器記錄電平翻轉次數(shù)，例如，在檢測到過零檢測電路30的輸出信號的上升沿時，計數(shù)加一，以統(tǒng)計由低電平翻轉到高電平的次數(shù)；例如，在檢測到過零檢測電路30的輸出信號的下降沿時，計數(shù)加一，以統(tǒng)計由高電平翻轉到低電平的次數(shù)；例如，在檢測到過零檢測電路30的輸出信號的上升沿或下降沿時，計數(shù)加一，以統(tǒng)計從低電平翻轉到高電平的次數(shù)與從高電平翻轉到低電平的次數(shù)之和。

在加熱器正常加熱、溫控開關K1檢測到的溫度不超過第一預設溫度時，溫控開關K1維持導通。MCU10根據(jù)第一電平翻轉次數(shù)、第二電平翻轉次數(shù)、第一次數(shù)閾值N1和第二次數(shù)閾值N2控制功率開關K2導通或關斷。具體地，當功率開關K2導通時，加熱器工作，當功率開關K2關斷時，加熱器停止工作，通過控制功率開關K2的導通時間來控制加熱器的工作時間，進而控制加熱器的平均加熱功率。例如，若加熱器進行加熱時的功率為P_N，則平均加熱功率為P₀＝N1/(N1+N2)*P_N。為了實現(xiàn)多功率調(diào)節(jié)與功率控制精確化，可通過調(diào)整第一次數(shù)閾值N1與第二次數(shù)閾值N2的設定數(shù)值大小，來控制實際的平均加熱功率。

在加熱器出現(xiàn)異常加熱，溫控開關K1檢測到的溫度高于第一預設溫度時，溫控開關K1斷開，切斷電源，加熱器由于無法形成回路而停止工作，直到溫度下降，溫控開關K1在檢測到的溫度低于第二預設溫度時重新導通，加熱器恢復工作。

其中，在溫控開關K1斷開時，過零檢測電路30由于與火線ACL斷開連接，不再檢測過零信號及生成電平翻轉信號，而是輸出低電平信號，即MCU10檢測不到電平翻轉信號。為了提高安全性，在一個實施例中，MCU10還用于在連續(xù)未檢測到電平翻轉信號的時長大于預設時長閾值時，即，過零檢測電路30連續(xù)輸出低電平信號的時長大于預設時長閾值時，控制功率開關K2關斷，這樣，當出現(xiàn)異常加熱，并且在預設時長內(nèi)溫度未降到第二預設溫度時，即使之后溫度下降，溫控開關K1重新導通，由于功率開關K2關斷，加熱器不會自動重新加熱，以保障系統(tǒng)的安全。

在一個實施例中，如圖3所示，除了MCU10、加熱器20、過零檢測電路30、溫控開關K1及功率開關K2之外，上述功率控制電路100還包括熱熔斷器40及報警器50中至少一種。

其中，報警器50與MCU10連接，當連續(xù)未檢測到電平翻轉信號的時長大于預設時長閾值時，MCU10驅(qū)動報警器50生成報警信號，以提示使用者排除故障。例如，報警器50包括語音報警單元，用于發(fā)出提示音或播放預存的語音內(nèi)容進行報警；例如，報警器50包括LED單元，用于發(fā)光報警，如發(fā)出預設顏色的光線進行報警；例如，報警器50包括無線通信單元，用于與用戶設備建立無線連接，通過無線連接向用戶設備發(fā)送報警信息。例如，無線通信單元包括WiFi單元、藍牙單元、NFC單元或ZigBee單元中至少一種。

熱熔斷器40連接在功率開關K2與零線之間。若加熱器20出現(xiàn)異常加熱，而溫控開關K1失效無法斷開，當溫度達到熱熔斷器40的熔斷溫度時，熱熔斷器40斷開以切斷電源，使加熱器停止加熱，由溫控開關K1和熱熔斷器40實現(xiàn)對控制電路的雙重保護。其中，熱熔斷器40的熔斷溫度高于或等于上述第一預設溫度。

在一個實施例中，除了連接在功率開關K2與零線之間的熱熔斷器40之外，在溫控開關K1和火線ACL之間還連接有另一熱熔斷器，用于在加熱器20異常加熱、溫控開關K1失效無法控制溫度的情況下，在溫度達到該熱熔斷器的熔斷溫度時斷開，使整個電路與火線斷開連接，避免火線電壓通過人體與地形成回路而造成觸電，進一步提升電路安全性。

在一個實施例中，上述功率控制電路還包括LED陣列，例如8*8LED陣列，例如16*16LED陣列，例如5*10LED陣列，例如4*16LED陣列。所述LED陣列與MCU10連接。所述MCU10還用于根據(jù)過零檢測電路30的輸出信號驅(qū)動所述LED陣列，例如，驅(qū)動所述LED陣列中的至少一個LED發(fā)光，使發(fā)光的LED組成預設圖案或文字。例如，當過零檢測電路30連續(xù)未輸出電平翻轉信號的時長大于預設時長閾值時，驅(qū)動所述LED陣列中的至少一個LED發(fā)光，組成預設報警文字或預設報警圖案；例如，MCU10檢測過零檢測電路30輸出的電平翻轉信號，當?shù)谝浑娖椒D次數(shù)達到第一次數(shù)閾值時，驅(qū)動所述LED陣列中的至少一個LED發(fā)光，組成“保溫”字樣或組成代表保溫的圖樣；又如，當?shù)诙娖椒D次數(shù)達到第二次數(shù)閾值時，驅(qū)動所述LED陣列中的至少一個LED發(fā)光，組成“加熱”字樣或組成代表加熱的圖樣。

在一個實施例中，如圖4所示，過零檢測電路30包括：電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、二極管D1、三極管Q1、電容C1及電容C2，其中三極管Q1為PNP型三極管或NPN型三極管，圖4以三極管Q1為PNP型三極管為例進行說明。

三極管Q1的基極通過電阻R1連接加熱器與溫控開關的連接節(jié)點，三極管Q1的集電極分別連接電阻R3的第一端和電阻R4的第一端，三極管Q1的發(fā)射極用于接地；電阻R3的第二端用于接入VCC電壓，電阻R4的第二端作為過零檢測電路的輸出端連接MCU；電容C2分別連接電阻R3的第二端和電阻R4的第二端；二極管D1的正極連接三極管Q1的基極，二極管D1的負極接地；電阻R2和電容C1分別與二極管D1并聯(lián)。

其中，VCC電壓的電壓值與三極管Q1的類型有關，例如，若三極管Q1為PNP三極管，則VCC電壓為-5V。

市電為正弦波交流電，當溫控開關K1接通時，過零檢測電路30的輸入端與火線ACL相連，電阻R1和電阻R2串聯(lián)后接于火線ACL和零線ACN之間。電阻R1和電阻R2用于分壓，通過調(diào)節(jié)電阻R1和電阻R2的阻值比值大小，可以調(diào)節(jié)電阻R1和電阻R2兩端所分擔的電壓。例如，為了使三極管Q1在市電電壓更接近于過零點處實現(xiàn)信號翻轉，使電阻R1的阻值遠大于電阻R2的阻值。

在市電電壓的正半周，當市電電壓小于二極管D1的導通壓降，二極管D1不導通。當市電電壓大于二極管D1的導通壓降時，二極管D1導通，電阻R2兩端的電壓被嵌壓為二極管D1的導通電壓，例如0.7V。若三極管Q1為PNP三極管，由于基極電位高于發(fā)射極電位，不滿足三極管Q1的導通條件，因此三極管Q1截止，VCC電壓經(jīng)過電阻R3和電阻R4分壓后輸出負電壓，電阻R4的第二端電位為負，電阻R4的第二端作為過零檢測電路的輸出端，輸出低電平。

在市電電壓的負半周，因二極管D1的單向?qū)ㄐ裕O管D1截止。若三極管Q1為PNP三極管，當市電電壓小于三極管Q1的導通壓降時，三極管Q1不導通；當市電電壓大于三極管Q1的導通壓降時，例如市電電壓大為0.7V時，三極管Q1導通，電阻R4的第二端作為過零檢測電路的輸出端，輸出高電平。

根據(jù)以上分析可知，當溫控開關K1接通時，在市電電壓過零點，例如在市電電壓為±0.7V附近處，過零檢測電路30的輸出信號實現(xiàn)高低電平翻轉，向MCU10輸出電平翻轉信號，從而MCU10檢測電平翻轉信號的上升沿或下降沿并進行計數(shù)。當溫控開關K1關斷時，過零檢測電路30無法形成通路，三極管Q1無法導通，過零檢測電路30的輸出端一直輸出低電平，從而MCU10無法檢測到電平翻轉信號。

上述基于過零檢測的功率控制電路，采用過零檢測電路生成電平翻轉信號，根據(jù)電平翻轉次數(shù)控制功率開關導通或關斷，可以精確控制加熱器的工作時間，因此能精確控制加熱器的平均加熱功率，由于功率開關在電壓過零點接通，能降低接通干擾，由于采用溫控開關，能在出現(xiàn)異常加熱時自動斷電，提高功率控制電路的安全性。

本發(fā)明實施例還提供一種功率控制方法，例如加熱功率控制方法。該功率控制方法可以通過上述基于過零檢測的功率控制電路實現(xiàn)。如圖5所示，上述功率控制方法包括：

S101，判斷溫度是否低于第二預設溫度，是則執(zhí)行步驟S102。

例如，根據(jù)溫控開關的狀態(tài)判斷溫度是否低于第二預設溫度。若溫控開關導通，則判定溫度低于第二預設溫度，否則判定溫度不低于第二預設溫度。

S102，在輸入電壓過零點時生成電平翻轉信號。

S103，根據(jù)所述電平翻轉信號的電平翻轉次數(shù)控制所述功率開關導通或關斷。

在一個實施例中，步驟S103包括：

在所述功率開關導通時，記錄第一電平翻轉次數(shù)；

當電平翻轉次數(shù)達到第一次數(shù)閾值時，控制所述功率開關關斷；

在所述功率開關關斷時，記錄第二電平翻轉次數(shù)；

當?shù)诙娖椒D次數(shù)達到第二次數(shù)閾值時，控制所述功率開關導通。

在一個實施例中，上述功率控制方法還包括：

若在預設時間內(nèi)未檢測到電平翻轉信號，則控制所述功率開關關斷。

在一個實施例中，上述功率控制方法還包括：

若在預設時間內(nèi)未檢測到電平翻轉信號，則生成報警信號。

上述功率控制方法，根據(jù)電平翻轉次數(shù)控制功率開關導通或關斷，可以精確控制加熱器的工作時間，因此能精確控制加熱器的平均加熱功率。

本發(fā)明實施例還提供一種溫控開關狀態(tài)檢測方法，該功率控制方法可以通過上述基于過零檢測的功率控制電路實現(xiàn)。如圖6所示，上述溫控開關狀態(tài)檢測方法包括：

S201，判斷溫控開關是否處于接通狀態(tài)，是則執(zhí)行步驟S202，否則執(zhí)行步驟S203。

S202，在輸入電壓過零點時通過過零檢測電路生成電平翻轉信號。

S203，通過所述過零檢測電路輸出低電平信號。

S204，在所述過零檢測電路連續(xù)輸出低電平信號的時長大于預設時長閾值時，控制所述功率開關關斷。

上述溫控開關狀態(tài)檢測方法，能夠檢測溫控開關的狀態(tài)，在溫控開關斷開時，控制功率開關關斷，從而提高功率控制電路的安全性。

需要說明的是，以上所述實施例中，當一個元件被認為“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在中間元件。相反，當一個元件被稱為“直接”與另一個元件連接時，不存在中間元件。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。