生活電器
取暖器方案開發(fā)
一、便攜式取暖器的簡介
隨著時代的進(jìn)步，人們的生活水平也得到了明顯的提高，在以前寒冷的冬天里，人們只能在自己家里燒煤取暖，對人們的呼吸健康有一定的影響，屋里溫度有時也比較低。在現(xiàn)代，采暖方式多種多樣，人們只要交納采暖費就可以感受到屋內(nèi)溫暖的溫度，對自身健康沒有任何影響。但是難免有采暖效果不如人意的情況發(fā)生，因此，取暖器被研發(fā)出來，幫助人們度過寒冷的冬天。便攜式取暖器體積小，分量輕，使用方便，深受廣大消費者的喜歡。
二、便攜式取暖器的分類
便攜式取暖器可以主要有六種類型的：懷爐、充電式熱水袋、充油式電暖器、PTC暖風(fēng)機(jī)、對流暖器、電熱膜電暖器。
（1）懷爐：懷爐是什么？聽起來覺得只會在泛黃的書本上才會出現(xiàn)。懷爐又稱暖手爐，是體積最小的一種便攜式的取暖器，適用于暖手暖腳、神經(jīng)痛、感冒、風(fēng)濕及腰酸背痛的人群。懷爐主要靠油的燃燒產(chǎn)生熱量，爐身作為儲存油的容器，一些質(zhì)量好的懷爐加上二兩油可以使用8小時不降溫，但在使用時也要小心防止漏油造成危險。
（2）充電式熱水袋：以前人們靠暖水袋進(jìn)行取暖，每天睡覺前把暖水袋裝滿開水放進(jìn)被窩，就可以使床更溫暖不在有冰涼的觸感了。充電式熱水袋的發(fā)明解決了普通暖水袋保溫時間短、依賴開水取暖的缺點。充電式熱水袋的主要以電熱絲式加熱為主要控制的方式，但是電熱絲式熱水袋如果不經(jīng)過多層加工，做好其內(nèi)膽的安全性，也容易出現(xiàn)漏電、爆炸等危險。
（3）充油式電暖器：充油式電暖器又稱電汀暖器，這種電暖器的體積不是很大。它是通電后通過熱導(dǎo)管將周圍的新型導(dǎo)熱油加熱，將熱量從熱管或者散片中散發(fā)出去，從而使溫度升高，當(dāng)內(nèi)部油溫達(dá)到85度時，它的溫度控制系統(tǒng)會自動的切斷電源，防止危險發(fā)生。由于這種便攜式電暖器安全系數(shù)高，使用壽命長，使用方便，所以適合家里住有老人、孩子的家庭使用。雖然充油式電暖器使用方便，不用更換導(dǎo)熱油，也因此它的散熱效果并不好，耗費的電量多。
（4）PTC暖風(fēng)機(jī)：PTC暖風(fēng)機(jī)，顧名思義，它可以吹出溫度高的風(fēng)來增加空氣中的熱度。PTC是一種陶瓷電熱元件的簡稱。它的溫度系統(tǒng)是利用風(fēng)機(jī)鼓動空氣流經(jīng)PTC電熱元件強(qiáng)迫對流。PTC暖風(fēng)機(jī)的內(nèi)部裝有限溫器，風(fēng)口被堵塞時，會自動切斷電源，有的也采用傾倒斷電的方式。PTC暖風(fēng)機(jī)一般具有良好的防水功能，所以更適合在浴室使用。它的安全性能高，價格便宜，性價比高，是現(xiàn)代比較受歡迎的一種便攜式的取暖器。
（5）對流暖器：對流電暖器的上方為出氣口，下方為進(jìn)氣口，插上電源后電熱管周圍的空氣被加熱，氣體上升從出氣口排除，同時周圍的冷空氣從進(jìn)氣口進(jìn)入補(bǔ)充，以此循環(huán)，就是對流暖氣的溫度系統(tǒng)設(shè)計的理念。它也具備一定的安全性，當(dāng)出口堵塞導(dǎo)致溫度急速上升，溫控元件會自動斷電。這種電暖器的噪音很小，但是升溫速度慢。
（6）電熱膜電暖器：電熱膜電暖器是目前便攜式取暖其中工藝最先進(jìn)的。它采用完全透明的電熱膜作為發(fā)熱的材料，內(nèi)部運用熱風(fēng)道的結(jié)構(gòu)，采用強(qiáng)化對流的方式，溫度上升快，開機(jī)3分鐘即可達(dá)到100度以上。電熱膜電暖器一般體積小巧、使用壽命長、造型新穎、屬于熱銷的便攜式取暖器之一。
三、便攜式取暖器的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計
現(xiàn)今便攜取暖器的溫度控制系統(tǒng)主要可分為以下幾類。
（1）電熱絲發(fā)熱體：利用電熱絲發(fā)熱，再將所產(chǎn)生的熱量通過風(fēng)扇散發(fā)出去，主要應(yīng)用在暖風(fēng)機(jī)里。經(jīng)過產(chǎn)品的換代改革，有些便攜式的電暖器中運用反射的遠(yuǎn)離將電熱絲產(chǎn)生的熱量進(jìn)行散發(fā)，一般機(jī)身可以旋轉(zhuǎn)一定的角度，多方位的供暖，同時它也具備先進(jìn)的安全性能，一般采用傾倒斷電或者溫度過高自動切斷電源的溫控系統(tǒng)。
（2）石英管發(fā)熱體：此類產(chǎn)品以密封式電熱元件、拋物面或者反射板、防護(hù)條等基本構(gòu)成元件組成，以石英輻射管為主要的溫度控制元件，通過遠(yuǎn)紅外線進(jìn)行加熱的節(jié)能技術(shù)，使紅外線輻射發(fā)出的紅外線能被物體吸收，直接變?yōu)闊崃?，達(dá)到取暖的目的。由于這種技術(shù)很先進(jìn)，且紅外線對人體能產(chǎn)生理療的作用，一直是受消費者們喜歡的便攜式電暖器之一。
（3）金屬管發(fā)熱體：同電熱絲發(fā)熱一樣，類似電扇。采用金屬管發(fā)熱的原理利用反射面將熱能進(jìn)行發(fā)散，從而起到取暖的作用。這種溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計比電熱絲發(fā)熱壽命更長、更具有安全性。但是它的缺點和電熱絲發(fā)熱一樣，需要持續(xù)工作，耗電大，斷電后溫度下降快。
（4）鹵素管發(fā)熱體：鹵素管是具有封閉性的一種發(fā)光發(fā)熱的導(dǎo)管，內(nèi)部中間有鎢絲，充滿鹵族元素惰性氣體。鹵素管發(fā)熱不氧化、所以可使用的壽命長，發(fā)熱速度快，工作效率高。
（5）碳素纖維發(fā)熱體：它由碳素纖維制成管狀的發(fā)熱體，利用碳素纖維產(chǎn)生的熱量在反射面上進(jìn)行擴(kuò)散，實現(xiàn)取暖的目的。此類產(chǎn)品一般采用單管發(fā)熱，溫度上升快，效率高，但是相對其它便攜式產(chǎn)品來說，目前采用碳素纖維發(fā)熱的取暖器體積稍微有些偏大。
目前市面上還有導(dǎo)熱油發(fā)熱、陶瓷發(fā)熱等溫度控制系統(tǒng)，它們的發(fā)熱原理略有不同，在功能和實用價值上也有一定的差別。消費者可以結(jié)合自身需求選擇最為實用的便攜式取暖器。
四、節(jié)能型遙控電熱取暖器的設(shè)計
目前大量使用的電熱取暖器為手動控制，功率大，耗能高。本文介紹的節(jié)能型遙控電熱取暖器采用紅外遙控控制，按用戶要求設(shè)置了幾檔預(yù)置溫度值。當(dāng)加熱時的室溫達(dá)到預(yù)置溫度時自動斷電，溫度下降后又自動加熱，從而達(dá)到節(jié)能、舒適的效果?？刂葡到y(tǒng)由電源電路、主控電路、遙控發(fā)射電路、單閾值溫控電路、風(fēng)機(jī)與余熱消散保護(hù)電路等組成。其整機(jī)電路如圖1所示。
4.1電熱取暖器的電源電路
220V電源電壓經(jīng)過變壓器壓降后，由D1-D4橋式整流，C1濾波，產(chǎn)生大約19V左右的電壓，再經(jīng)過N3(7812)三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓得到12V電壓，C2濾波，穩(wěn)壓二極管D20穩(wěn)壓值為5.6V，由于三極管V1的發(fā)射極與基級之間的電壓為0.6~0.7V左右，所以D5的陽極與V1的發(fā)射極之間的電壓降為5V，經(jīng)過C3，C4的第一級濾波，R3，C5的第二級濾波供給主芯片N1，R4，C6的第二級濾波供給接收頭Z1。值得注意的是N1和Z1的5V供電均為懸浮供電，也就是說負(fù)極并不接到電源的地，而是負(fù)端2腳接7V，正端5腳接12V，壓差為5V，從而實現(xiàn)5V供電。
4.2節(jié)能取暖器的主控電路
該電路主要采用PT2128A-C31集成芯片進(jìn)行控制。C7、C8、X1、N1構(gòu)成455KHZ晶體振蕩器，產(chǎn)生芯片工作所需的時鐘信號。接收頭Z1接收到紅外遙控發(fā)射器的信號，放大、解調(diào)、解碼后送到PT2128A-C31的1腳，根據(jù)紅外遙控信號中溫度預(yù)置值的信息，PT2128A-C31的16腳、17腳、18腳中必有一個腳是低電平，其余兩腳為高電平。當(dāng)18腳為低電平時，通過電阻R6，使三極管V3飽和導(dǎo)通，其飽和壓降為0.3V，二極管D10導(dǎo)通壓降為0.7V，所以D10負(fù)極電壓為11V,經(jīng)R9與R15分壓后送往LM324的同名端10腳。同理當(dāng)17腳為低電平時，同過電阻R7使三極管V4飽和導(dǎo)通，再經(jīng)過二極管D11壓降，經(jīng)R10和R15分壓送到LM324的10腳。當(dāng)16腳輸出低電平時，通過R8，使三極管V5飽和導(dǎo)通，經(jīng)二極管D12降壓，然后經(jīng)R11與R15分壓送往LM324的10腳。這三種電壓是溫度設(shè)置的基準(zhǔn)電壓。
當(dāng)需要兩組加熱片一起加熱時，接收頭Z1接收紅外信號經(jīng)放大、解調(diào)、解碼送到集成塊PT2128A-C31的1腳，PT2128A-C31的10腳輸出低電平，經(jīng)R13使三極管V6飽和導(dǎo)通，繼電器J2吸合，PTC2通電加熱。
D6、D7、D8組成與門電路，只要有一個輸出的是低電平，V2就會導(dǎo)通，J3通有電流，開關(guān)閉合，風(fēng)機(jī)就會轉(zhuǎn)動，將處于加熱狀態(tài)的PTC加熱元件的熱量送出，吹出熱風(fēng)。
每當(dāng)PT2128A-C31的1腳接收到接收頭Z1發(fā)出的指令，其6腳輸出一個低電平，蜂鳴器L1就會“嘀”地響一聲。
4.3取暖器的遙控發(fā)射電路
紅外遙控發(fā)射器由PT2268集成電路構(gòu)成，發(fā)射的信號通過D2紅外發(fā)光二極管SE303發(fā)射編碼信號，每次發(fā)射兩次，其中一次是反相的，以防止接收器收到錯誤編碼。紅外遙控發(fā)射器電路如圖2所示。
4.4節(jié)能取暖器單閾值溫控電路
該電路主要由溫度取樣電路和比較控制電路組成。溫度取樣電路主要由R16、R17構(gòu)成，其中R17為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，安裝在取暖器的進(jìn)風(fēng)口，對室內(nèi)的溫度取樣。
比較電路由LM324構(gòu)成，給取暖器設(shè)定了室內(nèi)預(yù)置溫度后，LM324的10腳也就相應(yīng)的設(shè)定了一個基準(zhǔn)電壓。取樣電路所產(chǎn)生的取樣電壓送至LM324的9腳，當(dāng)室內(nèi)溫度未達(dá)到設(shè)定溫度時，LM324的10腳電壓大于9腳電壓，所以8腳輸出高電平，5腳、3腳輸出固定電平5.5V，所以7腳輸出低電平，1腳輸出高電平。第4個運放器接成射極跟隨器，所以14腳也輸出高電平。此時三極管V7導(dǎo)通，繼電器J1吸合，加熱片開始加熱。而當(dāng)室內(nèi)溫度到達(dá)設(shè)定溫度后，此時LM324的10腳電壓小于9腳電壓，14腳輸出低電平，三極管V7截止，繼電器斷開，加熱片就停止加熱。可當(dāng)溫度稍有下降一點后，比較器翻轉(zhuǎn)，繼電器吸合，加熱片重新開始加熱，當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定溫度后，比較器再次翻轉(zhuǎn)，繼電器斷開，加熱片停止加熱。如此短時間內(nèi)繼電器不停的跳動，容易損壞。為此，設(shè)置了由R20和C9組成的RC延時電路，先通過實驗測試出房間內(nèi)溫度下降2度所需的時間，然后根據(jù)時間的大小，選擇電阻和電容，設(shè)計出RC延時電路。把對溫度的控制轉(zhuǎn)換成了對時間的控制，這樣當(dāng)室內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度2度后，比較器才翻轉(zhuǎn)，繼電器才開始跳到，從而減小了繼電器跳到的頻率，保證了繼電器的工作壽命，實現(xiàn)了單閾值溫度控制。
4.5電熱取暖器的風(fēng)機(jī)與余熱消散保護(hù)電路
當(dāng)接收頭接收到開機(jī)信號后，主芯片16、17、18腳中就有一個腳由高電平轉(zhuǎn)換成低電平，通過與門電路，三極管V2基極低電平，V2飽和導(dǎo)通，繼電器吸合，從而使風(fēng)機(jī)開始工作。當(dāng)接頭接收到關(guān)機(jī)信號后，主芯片16、17、18腳均為高電平，通過與門電路使三極管V2基極高電平，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器斷開，風(fēng)機(jī)停止工作。
二極管D6、D7、D8和電阻R5組成與門電路，使取暖器運行在低、中、高三個溫度中任一檔時，與門電路均輸出低電平，以保證風(fēng)機(jī)電路的正確運行與工作。二極管D9是為了保護(hù)三極管V2的，因為當(dāng)三極管V2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，流經(jīng)繼電器線圈的電流將迅速由最大值減小為零，由于電流的突變，線圈會產(chǎn)生很高的自感電動勢，與電源電壓疊加后在三極管V2的C、E兩級間，這樣可能使三極管擊穿，并聯(lián)上二極管D9后，可將線圈的自感電動勢鉗位于二極管的正向?qū)妷?，從而避免擊穿二極管。
余熱消散保護(hù)電路用RC延時電路來延遲風(fēng)機(jī)的關(guān)閉，使取暖器在關(guān)閉后，風(fēng)機(jī)仍能繼續(xù)工作一段時間，給取暖器的加熱片及其附近的塑料器進(jìn)行散熱，防止它們由于過熱而損壞。當(dāng)接收頭接收到關(guān)機(jī)信號后，主芯片16、17、18三個腳都由低電平轉(zhuǎn)為高電平，而C10由于兩端電壓不能突變，認(rèn)為低電平，所以三極管V2的基極仍是低電平，三極管V2仍導(dǎo)通，這樣繼電器J3仍然吸合，風(fēng)機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動，從而給取暖器的加熱片散熱。此時，三級管的發(fā)射極的12V電壓通過三極管V2的E、B極和電阻R22給C10充電，當(dāng)電容C10充電飽和后，三極管V2截止，繼電器斷開，風(fēng)機(jī)停止工作。風(fēng)機(jī)延時運轉(zhuǎn)的時間長短由電阻R22和電容C10的時間常數(shù)決定，改變電容C10活電阻R22的數(shù)值可以改變延時時間的長短，加大電容C10和電阻R22的數(shù)值，延時時間變長，反之延時時間變短。
總結(jié)
節(jié)能型遙控電熱取暖器設(shè)計了溫度自動控制及保護(hù)系統(tǒng)，適用于普通型電熱取暖器的升級換代。溫度自動控制系統(tǒng)由遙控發(fā)射器設(shè)定控制溫度，傳感器采樣并與設(shè)置值比較、分析、判定取暖器的工作狀態(tài)，與傳統(tǒng)的雙閾值控制電路不一樣。該系統(tǒng)采用單閾值判定及溫度時間轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)，優(yōu)化、簡化了電路，保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)自動延時保護(hù)功能設(shè)計思路新穎、簡潔、方便，整機(jī)成本低、功能全，性能價格比高，有很高的實用價值。
在我國，小型家電的市場已經(jīng)初具規(guī)模，消費者對于便攜式取暖器的需求明顯增加，因此，要加強(qiáng)對便攜式取暖器的創(chuàng)新和研究，生產(chǎn)出更安全有效、方便快捷的取暖產(chǎn)品。
以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的便攜式取暖器的方案詳情。如果您有節(jié)能遙控電熱取暖器的開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗，可以盡快評估開發(fā)周期與IC價格，也可以核算PCBA報價。我們是多家國內(nèi)外芯片代理商：松翰、應(yīng)廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的開發(fā)能力涵蓋了PCB設(shè)計、單片機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙技術(shù)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號開發(fā)等軟硬件設(shè)計。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。
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