化霜加热器控制装置、方法及系统与流程

本发明涉及电气技术领域，特别涉及化霜加热器控制装置、方法及系统。

背景技术：

无霜冰箱通过利用翅片式蒸发器的各个风道将冷风送入冰箱的各个部分以达到降温的目的，每个无霜冰箱都有化霜系统。当压缩机工作一定时间后，翅片式蒸发器表面也会结霜，如果不进行化霜，霜会越结越厚，导致风道堵塞，影响冰箱的制冷效果。

现有的化霜方式是设置电加热丝和双金属温控监测器，当翅片式蒸发器的温度低于阈值时，加热管通电加热来融化表面的霜，当金属温控监测器检测到翅片式蒸发器温度过高后停止化霜。然而，电热器电阻一定情况下输出功率受输入电压变化的影响，由于交流电压输入的正弦波电压以及电网波动的影响会影响化霜加热器的功率，导致功率的稳定性较差。

公开号cn111397281a公开了一种风冷冰箱化霜控制方法，涉及冰箱技术领域。风冷冰箱化霜控制方法包括化霜条件判断、退出化霜时参数修正方法、化霜执行以及退出判断；化霜条件判断方法需要收集相关的时间参数、传感器参数和风门状态：时间参数包括压缩机累计运行时间t1、冰箱通电运行时间t2、化霜期间累计化霜时间t3；传感器参数包括冷冻室传感器温度td、环境温度hw、蒸发器表面温度te。本发明通过风冷冰箱的结构布局设置，配合化霜控制方法，可有效节约风冷冰箱的能耗，但是没有提高化霜加热器功率的稳定度。

技术实现要素：

本发明实施例提供了化霜加热器控制装置、方法及系统，能够使化霜加热器的功率更加稳定。

第一方面，本发明实施例提供了化霜加热器控制装置，包括：

处理器、电压检测模块和直流斩波模块；

所述电压检测模块，用于根据预设的检测周期检测化霜加热器的当前工作电压值并将所述当前工作电压值等比例缩小成低压信号值，将所述低压信号值送给所述处理器；

所述处理器，用于根据所述检测周期检测所述化霜加热器的当前工作电流值；根据所述低压信号值和所述工作电流值和当前的第一占空比确定当前功率；当所述当前功率和预设的目标功率不同时，根据所述当前功率和所述目标功率通过pid算法确定第二占空比，将所述第二占空比以pwm控制波形式发送给所述直流斩波模块；

所述直流斩波模块，用于根据所述第二占空比按pwm方式控制所述化霜加热器工作。

优选地，

所述电压检测模块，包括：电阻r1、电阻r2、电阻r3和电容c1，其中，所述所述电阻r1、所述电阻r2和所述电阻r3串联，所述电容c1与所述电阻r3并联，所述电阻r3接地；

所述电阻r1、所述电阻r2和所述电阻r3用于对高压直流进行分压；

所述电容c1用于将分压后的高压直流进行滤波，将高压直流等比例缩小成所述低压检测信号，将所述低压检测信号发送给所述处理器。

优选地，

所述直流斩波模块，包括：开关mos管q1、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7和三极管v1；

其中，所述电阻r4、所述开关mos管q1和所述化霜加热器r0串联，所述电阻r5一端连接12伏电源；所述电阻r6的一端连接所述处理器，另一端连接所述电阻r5的另一端、所述三极管v1的基极和所述电阻r7的一短；所述电阻r7的另一端连接所述三极管v1的发射极；所述三极管v1的集电极与所述所述开关mos管q1相连；

所述电阻r4、所述电阻r5、所述电阻r6、所述电阻r7和所述三极管v1组成驱动电路，用于传输所述pwm控制波至所述开关mos管q1；

所述开关mos管q1，用于根据所述pwm控制波中的所述第二占空比通过开通关断控制所述所述化霜加热器工作。

优选地，

所述处理器，在执行用于根据所述检测周期检测所述化霜加热器的当前工作电流值时，具体执行：

根据预设的检测周期，检测所述电阻r4两端的电压值；

利用所述电阻r4两端的电压值除以所述电阻r4的阻值得到所述工作电流值。

优选地，

所述处理器，在执行所述根据所述当前功率和所述目标功率通过pid算法确定第二占空比时，具体执行：

根据所述当前功率和所述目标功率，利用如下pid计算公式计算出所述第二占空比，所述pid计算公式包括：

ratio＝kp×δp+ki×δp；

其中，ratio为所述第二占空比，kp、为比例调节系数，ki为积分调节系数，δp为所述目标功率和所述当前功率的差值。

优选地，

还包括：温度检测模块；

所述温度检测模块，包括：温度传感器bt、电阻r8、电阻r9和电容c2；

所述温度传感器bt的一端连接5伏电源，另一端连接所述电容c2的一端和所述电阻r8、所述电阻r9的一端；所述电阻r9的另一端连接所述处理器；所述电容c2的另一端与所述电阻r9的另一端相连并接地；

所述温度传感器bt，用于通过温度变化改变自身阻值，与所述电阻r8形成分压，将温度反馈信号通过所述电阻r9和所述电容c2滤波后发送给所述处理器；

所述处理器，用于根据所述温度反馈信号，根据温度与功率的对应关系确定所述化霜加热器的实际功率，当所述实际功率与所述目标功率不同时，根据所述实际功率和所述目标功率通过pid算法确定第三占空比，将所述第三占空比以pwm控制波形式发送给所述直流斩波模块。

优选地，

还包括：保护模块；

所述保护模块，包括：继电器k1、三极管v2、电阻r10和电阻r11；

所述继电器k1设置在在所述开关mos管q1和所述化霜加热器r0之间，所述继电器k1连接12伏电源和所述三极管v2的集电极；所述电阻r10的一端连接所述三极管v2的基极，所述电阻r10的另一端连接所述处理器；

所述电阻r11的一端连接所述三极管v2的基极，另一端连接所述三极管v2的发射极并接地；

当电路异常或断电时，所述继电器k1自动断开，以使所述化霜加热器r0停止工作；

所述处理器，还用于根据所述温度反馈信号确定所述化霜加热器温度过高时，输出低电平控制所述三极管v2关断，以关断所述继电器k1。

优选地，

还包括：稳定模块；

所述稳定模块，包括：电容c3和电容c4；

所述电容c3和所述电容c4与所述处理器连接，用于为电路滤波，使所述处理器的工作稳定。

第二方面，本发明实施例提供了基于第一方面中任一提供的化霜加热器控制装置的化霜加热器控制方法，包括：

所述电压检测模块根据预设的检测周期检测化霜加热器的当前工作电压值并将所述当前工作电压值等比例缩小成低压信号值，将所述低压信号值送给所述处理器；

所述处理器根据所述检测周期检测所述化霜加热器的当前工作电流值；根据所述低压信号值和所述工作电流值和当前的第一占空比确定当前功率；当所述当前功率和预设的目标功率不同时，根据所述当前功率和所述目标功率通过pid算法确定第二占空比，将所述第二占空比以pwm控制波形式发送给所述直流斩波模块；

所述直流斩波模块根据所述第二占空比按pwm方式控制所述化霜加热器工作。

第三方面，本发明实施例提供了化霜加热器控制系统，包括：上述第一方面中任一提供的化霜加热器控制装置及化霜加热器；

所述化霜加热器，用于在所述化霜加热器控制装置的控制下工作。

本发明实施例提供了化霜加热器控制装置、方法及系统。由上述技术方案可知，电压检测模块用于根据预设的检测周期检测化霜加热器当前工作电压值，并将工作电压值等比例缩小成低压信号值，将低压信号值发送给处理器。处理器根据同样的检测周期对所述化霜加热器的当前工作电流值进行检测，通过已接收到的低压信号值和检测到的当前工作电流值确定所述化霜加热器的当前功率。当当前功率与预设的目标功率不同时，据所述当前功率和所述目标功率通过pid算法确定第二占空比，将所述第二占空比以pwm控制波形式发送给所述直流斩波模块；直流斩波模块根据所述第二占空比按pwm方式控制所述化霜加热器工作。由此可见，本发明通过检测电压和电流，得到化霜加热器当前工作时的实际功率，根据实际功率与目标功率得到新的占空比，并送入直流斩波模块执行，直到下一个检测周期。通过上述的处理，化霜加热器能够持续根据目标功率来调整运行功率，从而提高了化霜加热器功率的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种化霜加热器控制装置的示意图；

图2是本发明一实施例提供的一种电压检测模块的电路图；

图3是本发明一实施例提供的一种温度检测模块的电路图；

图4是本发明一实施例提供的一种化霜加热器控制装置的电路图；

图5是本发明一实施例提供的一种化霜加热器控制方法的示意图；

图6是本发明一实施例提供的一种化霜加热器控制系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如前所述，无霜冰箱通过利用翅片式蒸发器的各个风道将冷风送入冰箱的各个部分以达到降温的目的，每个无霜冰箱都有化霜系统。当压缩机工作一定时间后，翅片式蒸发器表面也会结霜，如果不进行化霜，霜会越结越厚，导致风道堵塞，影响冰箱的制冷效果。

现有的化霜方式是设置电加热丝和双金属温控监测器，当翅片式蒸发器的温度低于阈值时，加热管通电加热来融化表面的霜，当金属温控监测器检测到翅片式蒸发器温度过高后停止化霜。然而，电热器电阻一定情况下输出功率受输入电压变化的影响，由于交流电压输入的正弦波电压以及电网波动的影响会影响化霜加热器的功率，导致功率的稳定性较差。

下面结合附图来对本发明各个实施例提供的化霜加热器控制装置、方法及系统进行详细的说明。

如图1所示，本发明一实施例提供了化霜加热器控制装置，包括：处理器101、电压检测模块102和直流斩波模块103；

所述电压检测模块102，用于根据预设的检测周期检测化霜加热器的当前工作电压值并将所述当前工作电压值等比例缩小成低压信号值，将所述低压信号值送给所述处理器101；

所述处理器101，用于根据所述检测周期检测所述化霜加热器的当前工作电流值；根据所述低压信号值和所述工作电流值和当前的第一占空比确定当前功率；当所述当前功率和预设的目标功率不同时，根据所述当前功率和所述目标功率通过pid算法确定第二占空比，将所述第二占空比以pwm控制波形式发送给所述直流斩波模块103；

所述直流斩波模块103，用于根据所述第二占空比按pwm方式控制所述化霜加热器工作。

由上述技术方案可知，电压检测模块用于根据预设的检测周期检测化霜加热器当前工作电压值，并将工作电压值等比例缩小成低压信号值，将低压信号值发送给处理器。处理器根据同样的检测周期对所述化霜加热器的当前工作电流值进行检测，通过已接收到的低压信号值和检测到的当前工作电流值确定所述化霜加热器的当前功率。当当前功率与预设的目标功率不同时，据所述当前功率和所述目标功率通过pid算法确定第二占空比，将所述第二占空比以pwm控制波形式发送给所述直流斩波模块；直流斩波模块根据所述第二占空比按pwm方式控制所述化霜加热器工作。由此可见，本发明通过检测电压和电流，得到化霜加热器当前工作时的实际功率，根据实际功率与目标功率得到新的占空比，并送入直流斩波模块执行，直到下一个检测周期。通过上述的处理，化霜加热器能够持续根据目标功率来调整运行功率，从而提高了化霜加热器功率的稳定性。

如图2所示的电路图，在本发明一实施例中，所述电压检测模块，包括：电阻r1、电阻r2、电阻r3和电容c1，其中，所述所述电阻r1、所述电阻r2和所述电阻r3串联，所述电容c1与所述电阻r3并联，所述电阻r3接地；

所述电阻r1、所述电阻r2和所述电阻r3用于对高压直流进行分压；

所述电容c1用于将分压后的高压直流进行滤波，将高压直流等比例缩小成所述低压检测信号，将所述低压检测信号发送给所述处理器mcu。

具体来说，化霜加热器使用是电压为220v的交流电，由于是交流电，因此电压是有波动的，如果电压产生了波动，就必然会影响功率，因此需要持续对电压进行检测，并根据检测结果去调整第二占空比，保证化霜加热器功率的稳定性。由于220v电压过大，因此设置三个电阻来进行分压并用电容c1进行滤波，从而将高压的直流等比例缩小成处理器可以进行处理的低压检测信号。

在本发明一实施例中，所述直流斩波模块，包括：开关mos管q1、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7和三极管v1；

其中，所述电阻r4、所述开关mos管q1和所述化霜加热器r0串联，所述电阻r5一端连接12伏电源；所述电阻r6的一端连接所述处理器，另一端连接所述电阻r5的另一端、所述三极管v1的基极和所述电阻r7的一短；所述电阻r7的另一端连接所述三极管v1的发射极；所述三极管v1的集电极与所述所述开关mos管q1相连；

所述电阻r4、所述电阻r5、所述电阻r6、所述电阻r7和所述三极管v1组成驱动电路，用于传输所述pwm控制波至所述开关mos管q1；

所述开关mos管q1，用于根据所述pwm控制波中的所述第二占空比通过开通关断控制所述所述化霜加热器工作。

具体来说，通过设置直流斩波电路，能够通过pwm控制mos管开通关断电源，实现化霜加热器的恒功率输出。在处理器通过检测电流和电压后，结合当前的第一占空比计算出当前功率，根据当前功率和目标功率确定新的占空比后，送入直流斩波电路执行，等到下一个检测周期再次循环。当前功率是由检测到的低压信号值、当前工作电流值和第一占空比的乘积计算得到的。在直流斩波电路中，所述电阻r4、所述电阻r5、所述电阻r6、所述电阻r7和所述三极管v1组成驱动电路，当处理器输出pwm控制波后，会途径驱动电路，到达开关mos管q1，从而控制开关mos管q1开通关断，使其按pwm控制方式开通关断，从而实现化霜加热器按pwm方式开通关断。

在本发明一实施例中，所述处理器，在执行用于根据所述检测周期检测所述化霜加热器的当前工作电流值时，具体执行：

根据预设的检测周期，检测所述电阻r4两端的电压值；

利用所述电阻r4两端的电压值除以所述电阻r4的阻值得到所述工作电流值。

具体来说，由于电阻r4与化霜加热器和开关mos管q1串联，因此流经化霜加热器的电流也会通过电阻r4，因此，检测电阻r4的电流其实就相当于检测化霜加热器的电流。利用v＝r*i，处理器检测电阻r4两端的电压，结合电阻r4的阻值就能够计算出流经化霜加热器的电流。

在本发明一实施例中，所述处理器，在执行所述根据所述当前功率和所述目标功率通过pid算法确定第二占空比时，具体执行：

根据所述当前功率和所述目标功率，利用如下pid计算公式计算出所述第二占空比，所述pid计算公式包括：

ratio＝kp×δp+ki×δp；

其中，ratio为所述第二占空比，kp、为比例调节系数，ki为积分调节系数，δp为所述目标功率和所述当前功率的差值。

具体来说，本发明一实施例提供了提供一种pid算法，并通过pwm占空比控制直流斩波电路实现加热器恒功率输出。如附图二所示，系统中通过采集电流与电压，然后结合第一占空比计算实际功率，并将实际功率与目标功率的差值送入pi环进行运算，最后得到新的第二占空比，并送入执行单元执行直流斩波模块。等到下一个计算周期再次循环。通过检测电压及电流值计算出加热器实际功率，然后对比目标功率并通过pi控制算法计算新的占空比来控制pwm，进而实现恒功率的控制，提高功率的稳定性。

如图3所示的电路图，在本发明一实施例中，该装置还包括：温度检测模块；

所述温度检测模块，包括：温度传感器bt、电阻r8、电阻r9和电容c2；

所述温度传感器bt的一端连接5伏电源，另一端连接所述电容c2的一端和所述电阻r8、所述电阻r9的一端；所述电阻r9的另一端连接所述处理器mcu；所述电容c2的另一端与所述电阻r9的另一端相连并接地；

所述温度传感器bt，用于通过温度变化改变自身阻值，与所述电阻r8形成分压，将温度反馈信号通过所述电阻r9和所述电容c2滤波后发送给所述处理器mcu；

所述处理器mcu，用于根据所述温度反馈信号，根据温度与功率的对应关系确定所述化霜加热器的实际功率，当所述实际功率与所述目标功率不同时，根据所述实际功率和所述目标功率通过pid算法确定第三占空比，将所述第三占空比以pwm控制波形式发送给所述直流斩波模块。

具体来说，在化霜加热器运行的时候，通过设置温度传感器来进行实时的反馈，温度传感器能够感知温度的变化，从而调整阻值，并且通过与电阻r8进行分压，将温度反馈信号通过所述电阻r9和所述电容c2滤波后发送给所述处理器。处理器根据反馈的温度，能够得知当前化霜加热器的功率是否达到了目标功率，是否会对化霜的效率造成影响。如果未达到目标功率，那么就进行上述实施例中的处理，利用实际功率和目标功率的差值，利用pid算法确定第三占空比。通过这种方式，能够进一步的保证功率的稳定和化霜加热器的工作效率。

在本发明一实施例中，该装置还包括：保护模块；

所述保护模块，包括：继电器k1、三极管v2、电阻r10和电阻r11；

所述继电器k1设置在在所述开关mos管q1和所述化霜加热器r0之间，所述继电器k1连接12伏电源和所述三极管v2的集电极；所述电阻r10的一端连接所述三极管v2的基极，所述电阻r10的另一端连接所述处理器；

所述电阻r11的一端连接所述三极管v2的基极，另一端连接所述三极管v2的发射极并接地；

当电路异常或断电时，所述继电器k1自动断开，以使所述化霜加热器r0停止工作；

所述处理器，还用于根据所述温度反馈信号确定所述化霜加热器温度过高时，输出低电平控制所述三极管v2关断，以关断所述继电器k1。

具体来说，处理器通过输出高低电平控制三极管v2导通关断，从而实现继电器k1导通关断，继电器k1为常开继电器，默认为端口状态，当电路异常或断电时继电器k2自动断开从而现实保护加热器防止其误动作。当处理器确定当前温度过热时，也可以通过输出高低电平控制三极管v2导通关断，从而实现继电器k1导通关断，使化霜加热器停止工作，保证安全性和防止设备损坏。

在本发明一实施例中，该装置还包括：稳定模块；

所述稳定模块，包括：电容c3和电容c4；

所述电容c3和所述电容c4与所述处理器连接，用于为电路滤波，使所述处理器的工作稳定。

此外，化霜加热器控制装置的供电电路由db2桥堆和e2电解电容组成，交流电圧经db2整流桥堆在经过e2滤波形成稳定的直流电压。

化霜加热器控制装置的电路图如图4所示，需要说明的是，图4中未标识出电压检测模块、温度检测模块的电路图，电压检测模块与温度检测模块均与处理器mcu相连。该电路能够应用在风冷变频冰箱、冰柜驱动一体板及其控制电路中，采用直流斩波方式实现化霜加热器以稳定的功率输出，通过3、检测电压及电流值计算出加热器实际功率，然后对比目标功率并通过pi控制算法计算新的占空比来控制pwm，进而实现恒功率的控制。

一种自适应加热器负载参数的方法，通过按一定比例pwm导通加热器，检测其工作瞬时电流从而计算出其负载参数。

可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对化霜加热器控制装置的具体限定。在本发明的另一些实施例中，化霜加热器控制装置可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。

如图5所示，在本发明一实施例提供了上述各个实施例中任一提供的化霜加热器控制装置的化霜加热器控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤501：所述电压检测模块根据预设的检测周期检测化霜加热器的当前工作电压值并将所述当前工作电压值等比例缩小成低压信号值，将所述低压信号值送给所述处理器；

步骤502：所述处理器根据所述检测周期检测所述化霜加热器的当前工作电流值；根据所述低压信号值和所述工作电流值和当前的第一占空比确定当前功率；当所述当前功率和预设的目标功率不同时，根据所述当前功率和所述目标功率通过pid算法确定第二占空比，将所述第二占空比以pwm控制波形式发送给所述直流斩波模块；

步骤503：所述直流斩波模块根据所述第二占空比按pwm方式控制所述化霜加热器工作。

上述方法内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明装置实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明装置实施例中的叙述，此处不再赘述。

如图6所示，本发明一实施例提供了化霜加热器控制系统，包括：上述实施例中任一提供的化霜加热器控制装置601及化霜加热器602；

所述化霜加热器602，用于在所述化霜加热器控制装置601的控制下工作。

上述系统内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明装置实施例基于同一构思，具体内容可参见本装置方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

需要说明的是，上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。

以上各实施例中，硬件单元可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件单元可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，fpga或asic)来完成相应操作。硬件单元还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。

上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。