防浪涌电路及电热采暖系统的制作方法

1.本发明涉及电子电路技术领域，尤其是一种防浪涌电路及电热采暖系统。


背景技术：

2.家用采暖电源的发热体需要安装在室内地板、墙壁、床板等人体易接触的地方，安全低电压供电就成为人们首选。获取安全特低压的方式是通过安全隔离变压器降压，但是在安全变压器接入电网的瞬间，会产生7～10倍额定电流的浪涌冲击，这个浪涌电流会触发家庭配电网络的空气开关跳闸，同时也会给安全隔离变压器的初级线圈造成过电流冲击，多次频繁冲击会给变压器造成损伤甚至产生永久性损坏。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种防浪涌电路及电热采暖系统，旨在防止浪涌电流冲击而对变压器造成损伤。
4.第一方面，提供一种防浪涌电路，包括：
5.抑制电路；
6.变压器，包括原边侧和副边侧；原边侧的第一端通过抑制电路连接火线，原边侧的第二端连接零线，副边侧连接发热体；
7.控制电路，连接抑制电路，控制抑制电路间断开通，使抑制电路后一次开通的时长大于前一次开通的时长，以使原边侧的原边电压在抑制电路间断开通的过程中逐步接近原边侧的额定电压。
8.在一些实施例中，原边侧的原边电压达到原边侧的额定电压前，控制电路周期性控制抑制电路开通，抑制电路的开通周期的时长线性递增。
9.在一些实施例中，抑制电路的开通周期满足以下关系：
10.t
an
∈[(2n-1)π-(n-1)d
ph
，(2n-1)π]；
[0011]
t
bn
∈[2nπ-(n-1)d
ph
，2nπ]；
[0012]
其中，t
an
为输入电压第n个电压周期内的第一个开通周期，t
bn
为输入电压第n个电压周期内的第二个开通周期，d
ph
为变化系数，n∈[1，+∞]。
[0013]
在一些实施例中，抑制电路包括晶闸管和第一触发子电路；
[0014]
第一触发子电路的输入端连接控制电路，第一触发子电路的输出端连接晶闸管的控制端，晶闸管的第一端连接火线，晶闸管的第二端连接原边侧的第一端；
[0015]
控制电路向第一触发子电路输出控制信号，通过第一触发子电路控制晶闸管开通或关断。
[0016]
在一些实施例中，抑制电路还包括缓冲子电路；
[0017]
缓冲子电路，分别连接晶闸管和触发子电路，吸收晶闸管和触发子电路的电流。
[0018]
在一些实施例中，防浪涌电路，还包括：
[0019]
切换电路，连接在火线和原边侧的第一端之间；
[0020]
控制电路，连接切换电路，在原边侧的原边电压达到原边侧的额定电压后控制切换电路开通，使原边侧通过切换电路从火线取电。
[0021]
在一些实施例中，切换电路包括开关子电路和第二触发子电路；
[0022]
开关子电路连接在火线和原边侧的第一端之间，第二触发子电路分别连接开关子电路和控制电路；
[0023]
控制电路向第二触发子电路输出控制信号，通过第二触发子电路控制开关子电路开通或关断。
[0024]
在一些实施例中，防浪涌电路，还包括：
[0025]
采样电路，连接原边侧，采集原边侧的原边电压和原边电流；
[0026]
控制电路，连接采样电路，根据采样电路采集原边电压和原边电流得到的采样信号控制抑制电路的开通状态。
[0027]
在一些实施例中，采样电路包括第一采样子电路、第二采样子电路和采样电阻；
[0028]
采样电阻，连接在零线和原边侧的第二端之间；
[0029]
第一采样子电路，分别连接原边侧的第一端和控制电路，采集原边侧的原边电压，将采集到的原边电压转换为电压采样信号并发送至控制电路；
[0030]
第二采样子电路，分别连接原边侧的第二端和控制电路，采集原边侧的原边电流，将采集到的原边电流转换为电流采样信号并发送至控制电路。
[0031]
第二方面，提供一种电热采暖系统，包括第一方面的防浪涌电路。
[0032]
本发明的有益效果：在启动阶段通过间断控制变压器接入输入市电，在间断控制的过程中使变压器接入输入电压的时长逐渐增加，使得变压器原边侧的原边电压缓慢地从低电压逐渐升高到变压器原边侧的额定电压，使电源软启动后正常工作，抑制输入浪涌电流。
附图说明
[0033]
图1是本技术第一个实施例提供的防浪涌电路的结构示意图。
[0034]
图2是本技术一实施例提供的控制电路的结构示意图。
[0035]
图3是本技术第二个实施例提供的防浪涌电路的结构示意图。
[0036]
图4是第一个电压周期内控制电路开通抑制电路的示意图。
[0037]
图5是第二个电压周期内控制电路开通抑制电路的示意图。
[0038]
图6是第三个电压周期内控制电路开通抑制电路的示意图。
[0039]
图7是第四个电压周期内控制电路开通抑制电路的示意图。
[0040]
图8是本技术第三个实施例提供的防浪涌电路的结构示意图。
[0041]
图9是本技术一实施例提供的第一采样子电路的结构示意图。
[0042]
图10是本技术一实施例提供的第二采样子电路的结构示意图。
具体实施方式
[0043]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合实施例和附图，对本发明作进一步的描述。
[0044]
在本发明的实施例中，若干的含义是不定量，多个的含义是两个以上，大于、小于、
超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0045]
在本发明的实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
[0046]
家用采暖电源的发热体需要安装在室内地板、墙壁、床板等人体易接触的地方，安全低电压供电就成为人们首选。获取安全特低压的方式是通过安全隔离变压器降压，但是在安全变压器接入电网的瞬间，会产生7～10倍额定电流的浪涌冲击，这个浪涌电流会触发家庭配电网络的空气开关跳闸，同时也会给安全隔离变压器的初级线圈造成过电流冲击，多次频繁冲击会给变压器造成损伤甚至产生永久性损坏。
[0047]
相关技术中，为了解决浪涌电流冲击问题传统做法有两种，一种是采用串接大功率电阻限流启动，启动后再通过继电器短接电阻以减少电阻发热和损耗，另外一种是采用大功率ntc热敏电阻限流启动，然而，这两种方法都有自身的局限性。
[0048]
第一种串联大功率电阻的方法，首选大功率电阻本身体积大发热量高，同时由于固定阻值分担的电压也比较大，在旁路继电器短接的时候变压器仍然要承受一个不小的突变电压，从而产生二次浪涌电流冲击，厂家不得不在阻值的选取上采取均衡的策略，既要限制首次浪涌电流也要避免二次浪涌电流过大，同时还要考虑电阻本身承受高热量的寿命缩减问题。
[0049]
第二种串联大功率ntc热敏电阻的方法，在ntc热敏电阻处于冷态的时候可以很好的起到限流启动的作用，接通之后也电流也逐渐变大到接近额定电流，最终闭合旁路继电器。但是隔离变压器的安装环境一般是密闭空间，而且没有强制散热，所以工作中的变压器箱体内问题普遍在50-70摄氏度之间，此时的ntc热敏电阻已经处于热态阻值已经变得很小，无法起到浪涌抑制的效果，也就是说ntc热敏电阻实际使用中变成了一次性浪涌抑制器，无法应用在需要多次通断变压器的场合。采暖电源要根据室内温度高低控制变压器的通断，为了获得更精准的温度，通断的频率就会比较高，此时ntc热敏电阻工作在热态环境中浪涌抑制效果大大折扣甚至出现失效的情况。
[0050]
基于此，本发明提供一种防浪涌电路及电热采暖系统，在启动阶段通过间断控制变压器接入输入市电，在间断控制的过程中使变压器接入输入电压的时长逐渐增加，使电源逐渐正常工作，抑制输入浪涌电流。
[0051]
根据本发明的第一方面，提供一种防浪涌电路。
[0052]
如图1所示，该防浪涌电路包括抑制电路100、变压器200和控制电路300。
[0053]
变压器200包括原边侧和副边侧，原边侧的第一端通过抑制电路100连接火线，原边侧的第二端连接零线，副边侧连接发热体。
[0054]
具体而言，变压器200用于将输入电压转换成适合发热体使用的输出电压，原边侧分别连接火线和零线，从火线和零线接入交流市电时，变压器200将交流市电作为输入电压并转换为输出电压，副边侧将转换得到的输出电压输出至发热体，从而实现对发热体的驱动。
[0055]
控制电路300连接抑制电路100，控制电路300控制抑制电路100间断开通，使抑制电路100后一次开通的时长大于前一次开通的时长，以使原边侧的原边电压在抑制电路100
间断开通的过程中逐步接近原边侧的额定电压。
[0056]
具体而言，抑制电路100设置在变压器200和火线之间，抑制电路100开通时变压器200方可从火线和零线接入交流市电，控制电路300根据预设的控制逻辑对抑制电路100进行间隔开通控制，使变压器200间断地从火线和零线接入交流市电。
[0057]
在抑制电路100间隔开通控制的过程中，控制电路300开通抑制电路100一定时长后进入关断状态，间隔一定时长后控制电路300再次开通抑制电路100一定时长，然后再驱使抑制电路100进入关断状态，如此重复，抑制启动阶段的浪涌电流。控制电路300根据预设的控制逻辑，每次开通抑制电路100的时长总是大于上一次开通抑制电路100的时长，即使抑制电路100后一次开通的时长大于前一次开通的时长，抑制电路100的开通时长逐渐延长的过程中，变压器200从火线和零线接入交流市电的时长也逐渐延长，原边电压逐步接近原边侧的额定电压，当原边电压达到原边侧的额定电压后，控制电路300停止间隔开通抑制电路100，可以是维持开通抑制电路100，也可以是关断抑制电路100并使用其他支路来接通火线和原边侧，使变压器200连续接入输入电压，结束启动阶段并正常地对发热体进行供电。
[0058]
在本发明一实施例中，原边侧的原边电压达到原边侧的额定电压前，控制电路300周期性控制抑制电路100开通，抑制电路100的开通周期的时长线性递增。
[0059]
更为具体地，抑制电路100的开通周期满足以下关系：
[0060]
t
an
∈[(2n-1)π-(n-1)d
ph
，(2n-1)π]；
[0061]
t
bn
∈[2nπ-(n-1)d
ph
，2nπ]；
[0062]
其中，t
an
为输入电压第n个电压周期内的第一个开通周期，t
bn
为输入电压第n个电压周期内的第二个开通周期，d
ph
为变化系数，n∈[1，+∞]。
[0063]
如图4至图7所示，输入电压具有电压周期，控制电路300基于输入电压的电压周期对抑制电路100进行控制。
[0064]
对于第1个电压周期(0，2π]，第一个开通周期t
a1
＝π，第二个开通周期t
b1
＝2π，也即在输入电压的正半周结束点(π)开通抑制电路100并立即关断，在输入电压的负半周结束点(2π)开通抑制电路100并立即关断，变压器200在第1个电压周期内并未能从火线和零线接入交流市电。
[0065]
对于第2个电压周期(2π，4π]，第一个开通周期t
a2
∈[3π-d
ph
，3π]，第二个开通周期t
b2
∈[4π-d
ph
，4π]，也即第一个开通周期在输入电压的正半周并在输入电压的正半周结束点(3π)结束，第二个开通周期在输入电压的负半周并在输入电压的负半周结束点(4π)结束，第一个开通周期和第二个开通周期的周期时长均为d
ph
。在第一个开通周期和第二个开通周期内，控制电路300开通抑制电路100，变压器200通过抑制电路100接入交流市电。
[0066]
对于第3个电压周期(4π，6π]，第一个开通周期t
a2
∈[5π-2d
ph
，5π]，第二个开通周期t
b2
∈[6π-2d
ph
，6π]，也即第一个开通周期在输入电压的正半周并在输入电压的正半周结束点(5π)结束，第二个开通周期在输入电压的负半周并在输入电压的负半周结束点(6π)结束，第一个开通周期和第二个开通周期的周期时长均为2d
ph
。在第一个开通周期和第二个开通周期内，控制电路300开通抑制电路100，变压器200通过抑制电路100接入交流市电。
[0067]
对于第4个电压周期(6π，8π]，第一个开通周期t
a2
∈[7π-3d
ph
，7π]，第二个开通周期t
b2
∈[8π-3d
ph
，8π]，也即第一个开通周期在输入电压的正半周并在输入电压的正半周结束点(7π)结束，第二个开通周期在输入电压的负半周并在输入电压的负半周结束点(8π)结
束，第一个开通周期和第二个开通周期的周期时长均为3d
ph
。在第一个开通周期和第二个开通周期内，控制电路300开通抑制电路100，变压器200通过抑制电路100接入交流市电。
[0068]
如此重复，控制电路300周期性开通抑制电路100，对于第n个电压周期((2n-2)π，2nπ]，第一个开通周期t
an
∈[(2n-1)π-(n-1)d
ph
，(2n-1)π]，第二个开通周期t
bn
∈[2nπ-(n-1)d
ph
，2nπ]，第一个开通周期和第二个开通周期的周期时长均为(n-1)d
ph
，抑制电路100的开通周期的时长每次增长步长为d
ph
，原边侧的原边电压逐渐趋近原边侧的额定电压。
[0069]
下面对本发明的防浪涌电路的具体结构作具体说明。
[0070]
如图2和图3所示，在本发明一实施例中，抑制电路100包括第一触发子电路120和晶闸管110。
[0071]
第一触发子电路120的输入端连接控制电路300，晶闸管110的第一端连接火线，晶闸管110的第二端连接原边侧的第一端，第一触发子电路120的输出端连接晶闸管的控制端。控制电路300向第一触发子电路120输出控制信号，通过第一触发子电路120控制晶闸管110开通或关断。
[0072]
晶闸管110的控制端连接有第五电阻r5，第五电阻r5为下拉电阻，晶闸管110的第一端和控制端之间连接有双向二极管tvs。
[0073]
第一触发子电路120包括光耦器件oc、第一三极管q1、第一电阻r1和第二电阻r2。光耦器件oc的发光件的输入端连接直流电压vcc，光耦器件oc的发光件的输出端连接第一三极管q1的集电极，光耦器件oc的受光件的输入端从火线取电，光耦器件oc的受光件的输出端连接晶闸管110的控制端，第一三极管q1的基极通过第一电阻r1连接控制电路300，第一三极管q1的发射极接地，第二电阻r2的一端连接第一三极管q1的基极，第二电阻r2的另一端连接第一三极管q1的发射极。
[0074]
控制电路300通过向第一三极管q1的基极输出控制信号，控制光耦器件oc的输出情况，从而控制晶闸管110的开通状态。示例性地，控制电路300开通第一三极管q1时，光耦器件oc的发光件通电发光，从而触发晶闸管110开通，反之，控制电路300关断第一三极管q1时，光耦器件oc的发光件不发光，从而触发晶闸管110关断。
[0075]
进一步，抑制电路100包括缓冲子电路130。
[0076]
缓冲子电路130分别连接晶闸管110和触发子电路，吸收晶闸管110和触发子电路的电流。
[0077]
缓冲子电路130包括第三电阻r3、第四电阻r4和第一电容c1。第三电阻r3的一端连接晶闸管110的第一端，第三电阻r3的另一端分别连接第四电阻r4的一端和第一电容c1的一端，第四电阻r4的另一端连接光耦器件oc的受光件的输入端，第一电容c1的另一端连接晶闸管110的第二端。
[0078]
第三电阻r3和第四电阻r4起分压作用，火线输入的交流市电对第一电容c1进行充电，从而降低晶闸管110的控制端的应力，达到缓冲效果。
[0079]
如图2和图3所示，在本发明一实施例中，防浪涌电路还包括：
[0080]
切换电路400，连接在原边侧的第一端和火线之间；
[0081]
控制电路300，连接切换电路400，在原边侧的原边电压达到原边侧的额定电压后控制切换电路400开通，使原边侧通过切换电路400从火线取电。
[0082]
进一步，切换电路400包括开关子电路410和第二触发子电路420。
[0083]
开关子电路410连接在火线和原边侧的第一端之间，第二触发子电路420分别连接开关子电路410和控制电路300。控制电路300向第二触发子电路420输出控制信号，通过第二触发子电路420控制开关子电路410开通或关断。
[0084]
开关子电路410包括继电器k1和第一二极管d1，第二触发子电路420包括第二三极管q2、第六电阻r6和第七电阻r7。
[0085]
继电器k1的触点组的一端连接火线，继电器k1的触点组的另一端连接原边侧，继电器k1的线圈的一端分别连接直流电压vcc和第一二极管d1的阴极，继电器k1的线圈的另一端分别连接第二三极管q2的集电极和第一二极管d1的阳极，第二三极管q2的基极通过第六电阻r6连接控制电路300，第二三极管q2的发射极接地，第七电阻r7的一端连接第二三极管q2的基极，第七电阻r7的另一端连接第二三极管q2的发射极。
[0086]
当原边侧的原边电压达到原边侧的额定电压时，控制电路300关断抑制电路100并开通切换电路400，控制电路300开通第二三极管q2，使继电器k1的线圈上电，以使继电器k1的触点组闭合，切换电路400开通并接通变压器200的原边侧和火线。
[0087]
如图8至图10所示，在本发明一实施例中，防浪涌电路还包括：
[0088]
采样电路500，连接原边侧，采集原边侧的原边电流和原边电压；
[0089]
控制电路300，连接采样电路500，根据采样电路500采集原边电压和原边电流得到的采样信号控制抑制电路100的开通状态。
[0090]
进一步，采样电路500包括第一采样子电路510、第二采样子电路520和采样电阻rs。采样电阻rs连接在零线和原边侧的第二端之间。第一采样子电路510分别连接原边侧的第一端和控制电路300，采集原边侧的原边电压，将采集到的原边电压转换为电压采样信号并发送至控制电路300。第二采样子电路520分别连接原边侧的第二端和控制电路300，采集原边侧的原边电流，将采集到的原边电流转换为电流采样信号并发送至控制电路300。
[0091]
第一采样子电路510包括第一运算放大器u1、第八电阻r8、第九电阻r9和第十电阻r10。第一运算放大器u1的正相输入端通过第八电阻r8连接原边侧接入火线的一端以及通过第九电阻r9连接输入电压，第一运算放大器u1的输出端通过第十电阻r10连接控制电路300以及连接第一运算放大器u1的反相输入端。
[0092]
第二采样子电路520包括第二运算放大器u2、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13和第十四电阻r14。第二运算放大器u2的正相输入端通过第十一电阻r11连接原边侧接入零线的一端以及通过第十二电阻r12连接输入电压，第二运算放大器u2的反相输入端通过第十三电阻r13连接零线，第二运算放大器u2的输出端通过第十四电阻r14连接控制电路300以及通过第十五电阻r15连接第二运算放大器u2的反相输入端。
[0093]
根据本发明的第二方面，提出一种电热采暖系统，该电热采暖系统包括上述防浪涌电路，防浪涌电路的具体结构参照上述实施例，由于本发明第二方面的电热采暖系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0094]
综上，本发明提供的防浪涌电路及电热采暖系统，在启动阶段通过间断控制变压器接入输入市电，在间断控制的过程中使变压器接入输入电压的时长逐渐增加，使得变压器原边侧的原边电压缓慢地从低电压逐渐升高到变压器原边侧的额定电压，使电源软启动后正常工作，抑制输入浪涌电流。
[0095]
本发明实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本发明实施例的技术方案，并不构成对于本发明实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本发明实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
[0096]
本领域技术人员可以理解的是，图中示出的技术方案并不构成对本发明实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的步骤，或者组合某些步骤，或者不同的步骤。
[0097]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的电路可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络电路上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0098]
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、设备中的功能模块/电路可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。
[0099]
本发明的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或电路的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或电路，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或电路。
[0100]
应当理解，在本发明中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：只存在a，只存在b以及同时存在a和b三种情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
[0101]
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述电路的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个电路或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或电路的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0102]
上述作为分离部件说明的电路可以是或者也可以不是物理上分开的，作为电路显示的部件可以是或者也可以不是物理电路，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络电路上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部电路来实现本实施例方案的目的。
[0103]
另外，在本发明各个实施例中的各功能电路可以集成在一个处理电路中，也可以是各个电路单独物理存在，也可以两个或两个以上电路集成在一个电路中。上述集成的电路既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能电路的形式实现。
[0104]
以上参照附图说明了本发明实施例的优选实施例，并非因此局限本发明实施例的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明实施例的范围和实质内所作的任何修改、等同替
换和改进，均应在本发明实施例的权利范围之内。