節(jié)能型遙控電熱取暖器的設(shè)計

作者/張鵬義，江蘇省宿遷經(jīng)貿(mào)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校

節(jié)能型遙控電熱取暖器的設(shè)計

作者/張鵬義，江蘇省宿遷經(jīng)貿(mào)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校

本文介紹的節(jié)能型遙控電熱取暖器是普及型電熱取暖器的升級換代產(chǎn)品，其設(shè)計思路是在電熱器取暖時做到節(jié)能環(huán)保、安全可靠。該電熱取暖器電路主要由電源電路、主控電路、遙控發(fā)射電路、單閾值溫控電路、風(fēng)機與余熱消散保護電路等組成組成，其設(shè)計思路新穎，電路結(jié)構(gòu)簡單可靠，電路成本低、功能全，性能價格比高。

溫控系統(tǒng)；傳感器；比較電路；延時

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)加熱時的室溫達到預(yù)置溫度時自動斷電，溫度下降后又自動加熱，從而達到節(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)機與余熱消散保護電路等組成。

其整機電路如圖1所示。

1.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，也就是說負極并不接到電源的地，而是負端2腳接7V，正端5腳接12V，壓差為5V，從而實現(xiàn)5V供電。

2.主控電路

該電路主要采用PT2128A-C31集成芯片進行控制。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)置的基準電壓。

圖1 整機電路圖

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。

3.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。

圖2 紅外遙控發(fā)射器電路圖

4.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為負溫度系數(shù)熱敏電阻，安裝在取暖器的進風(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?？僧?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。

5.風(fēng)機與余熱消散保護電路

當(dāng)接收頭接收到開機信號后，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)機開始工作。當(dāng)接頭接收到關(guān)機信號后，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，三極管處于截止狀態(tài)，繼電器斷開，風(fēng)機停止工作。

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)機電路的正確運行與工作。二極管D9是為了保護三極管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。

余熱消散保護電路用RC延時電路來延遲風(fēng)機的關(guān)閉，使取暖器在關(guān)閉后，風(fēng)機仍能繼續(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)機停止工作。風(fēng)機延時運轉(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。

6.結(jié)論

節(jié)能型遙控電熱取暖器設(shè)計了溫度自動控制及保護系統(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，保護系統(tǒng)的風(fēng)機自動延時保護功能設(shè)計思路新穎、簡潔、方便，整機成本低、功能全，性能價格比高，有很高的實用價值。

* [1]崔金輝．家用電器與維修技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2006年．

* [2]鮮大武．觸摸式取暖器的設(shè)計[J]．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011年11月．