Sistema de control de elemento de calefacción eléctrica de cerámica
El sistema de calentamiento eléctrico ha pasado por el largo proceso de alambre de calentamiento ordinario, alambre de calentamiento de aleación, película de calentamiento eléctrico, elemento de calentamiento PTC y el núcleo de calentamiento de cerámica de alúmina (MCH) ampliamente utilizado en la actualidad. La denominada lámina calefactora de cerámica de alúmina MCH se basa en cerámica de alta conductividad térmica - cerámica de alúmina. Se forma un circuito generador de calor imprimiendo directamente una aleación refractaria resistente al calor en un cuerpo de alúmina como un electrodo interno. Después del prensado al vacío, dos láminas de láminas verdes de alúmina se calientan conjuntamente a una temperatura alta de aproximadamente 1600 ° C, y finalmente, se extraen los cables soldados. En comparación con los elementos de calefacción eléctricos tradicionales, tiene las ventajas de un rendimiento estable, larga misión, alta eficiencia, ahorro de energía, temperatura de superficie uniforme y buen rendimiento de aislamiento. El tiempo de respuesta térmica es corto, la inercia térmica es pequeña, la velocidad de calentamiento es rápida y la temperatura de calentamiento es de hasta 700 ° C. Sin radiación de luz visible, buena tasa de divergencia superficial, segura y respetuosa con el medio ambiente, de acuerdo con los requisitos medioambientales de la UE (ROHS y WEEE). Por lo tanto, ha reemplazado por completo la aplicación de varios cables calefactores y elementos calefactores PTC en nuevos electrodomésticos pequeños y productos de belleza.
Ahora, las especificaciones comunes del producto son un grosor de hoja de 1.2 mm, como se muestra en la Figura 1 y la Figura 2, las especificaciones de longitud y ancho son 70 × 7, 70 × 10, 70 × 15, 70 × 20, 70 × 30 y así sucesivamente. La resistencia a la temperatura normal suele ser 40/60/80/120/150 (Ω). Dependiendo del fabricante, existen diferentes especificaciones, la temperatura de trabajo es de 100-300 ° C y la temperatura máxima de trabajo es mayor de 500 ° C. Puede alcanzar 200 ° C en 7-10 segundos para un calentamiento directo de 110 / 220V, y alcanza la temperatura más alta en aproximadamente 20 segundos. Sin embargo, cuando se usa en productos para el cuidado de la belleza, como rizadores para el cabello y planchas para el cabello (iones calientes), generalmente se requiere que tenga una temperatura estable en el rango de 100 ° C -250 ° C ajustable de forma continua o ajuste de temperatura por debajo del rango. Además, se requiere estabilidad a alta temperatura, por lo que generalmente se requiere un sistema de control de temperatura correspondiente.
El sistema de control de temperatura inicial generalmente usa NTC para medir la temperatura en el elemento calefactor, y luego el MCU o un ASIC dedicado detecta la resistencia del NTC y controla la salida del tiristor. Estos circuitos tienen una estructura compleja y un alto costo (NTC + MCU), por lo que se eliminan rápidamente. En la actualidad, la solución más avanzada es usar la característica de que la resistencia del elemento de calentamiento interno del cabezal de calentamiento del MCH cambia con la temperatura y medir directamente el valor de resistencia del elemento de calentamiento para medir la temperatura, controlando así directamente la temperatura estable . Esta característica se aproxima a las características de PTC, pero los puntos Curie de los componentes son diferentes. Por ejemplo, un calentador de 33Ω con una resistencia a la temperatura normal aumenta a aproximadamente 47Ω a 120 ° C, y aumenta a aproximadamente 61Ω cuando la temperatura alcanza los 250 ° C. Un esquema de elemento de separación más típico es CD4017 + LM358 o incluso una sola pieza de LM358, LM2903, etc. En la Figura 3 se muestra un circuito de control típico:
El circuito tiene un costo menor, pero la estructura es más complicada, y las diversas partes del circuito se afectan entre sí, y el efecto de control de temperatura es general, especialmente cuando falla el circuito de control de temperatura. Por ejemplo, cuando cualquier resistencia ajustable es de circuito abierto. la salida del circuito mantendrá el SCR encendido continuamente, y la temperatura del cabezal de calentamiento aumentará bruscamente, e incluso puede superar los 500 ° C, lo que quema el cabezal de calentamiento e incluso es peligroso. El año pasado, hubo varios casos en los que el cabello se quejó y reclamó debido a una plancha para el cabello. Por lo tanto, los fabricantes necesitan sistemas de control más nuevos, más simples y más seguros.
El PT8A330x es una serie de circuitos integrados domésticos de nuevo diseño que mejoran por completo los inconvenientes de los circuitos anteriores. El IC usa un modo de pulso para disparar el tiristor, que tiene una fuerte capacidad de disparo, bajo consumo de energía y un circuito periférico muy simple, especialmente su controlador de salida pin-pin 8-Gate. Se han tomado una serie de medidas especiales dentro del IC para garantizar que el pasador se baje de manera confiable cuando el IC está inactivo o falla, y el tiristor se apaga para que no cause un problema de seguridad. En la Figura 4 se muestra un circuito de aplicación típico. Este circuito puede operar directamente en el rango de voltaje de 110V - 240V. El circuito reductor de la resistencia rectificadora de media onda compuesto por D2 / R1 / C1 / C2 suministra aproximadamente 5V al circuito integrado y al circuito auxiliar, y LED1 / LED2 se utiliza para indicar el estado de funcionamiento. El circuito de detección de cruce por cero de CA está compuesto por R3 / R4, que se utiliza para proporcionar una señal de disparo de cruce por cero al IC, y se utiliza para detectar si el circuito está alimentado por 110V o 220V, para que el IC pueda cambiar entre diferentes velocidades de control de calefacción. Por ejemplo, para un cabezal de calentamiento con un valor de resistencia pequeño, cuando se enciende la alimentación en un entorno de 110 V, el número de fuego completo se utiliza para calentar. Cuando se usan 220 V, se utiliza un calentamiento de 3/8 o 1/4 de número de fuego para proteger el cabezal de calentamiento y el sistema de daños debido a un calentamiento demasiado rápido.
El principio de la medición de temperatura IC es el siguiente:
VR1 se utiliza para ajustar la temperatura establecida. El lado izquierdo de la resistencia del cabezal de calentamiento + R13 + VR1 forma un brazo del puente Wheatstone. La mitad derecha de VR1 y R12 forman el otro brazo. La detección de equilibrio de esta ruta se introduce en el extremo del comparador interno mediante el pin 2. El IC proporciona dos brazos adicionales en el interior e ingresa el otro extremo del comparador en el interior. Durante la medición de temperatura (controlada por el IC para medir la temperatura durante la parada de calentamiento). El pin VB emite un voltaje cercano a VCC al puente, y el comparador interno de alta precisión detecta el equilibrio del puente para determinar la temperatura y su margen de error. Después de la operación PID interna aproximada, el pin de control 8 emite una señal de disparo de pulso (disparo de cruce por cero) para controlar la conducción del tiristor, controlando con precisión la temperatura del sistema. Cuando se enciende o apaga la alimentación, todo el sistema está en estado de espera, y la función de calefacción del sistema de encendido / apagado se controla mediante el interruptor táctil SW1.
La característica de este esquema es que el IC utiliza un algoritmo de control PID aproximado en lugar del control ON / OFF como sistema general. Es bien sabido que en la práctica de la ingeniería, la ley de control regulador más utilizada es el control proporcional, integral, diferencial, denominado control PID, también conocido como ajuste PID. En pocas palabras, para el sistema de control de temperatura, el control de ENCENDIDO / APAGADO enciende la calefacción del cabezal de calentamiento cuando detecta que la temperatura cae al límite inferior establecido y detiene el calentamiento después de que la temperatura sube al límite superior establecido. Por lo tanto, su temperatura siempre oscila hacia arriba y hacia abajo alrededor del punto de ajuste. La salida del controlador PID no solo es proporcional al desplazamiento de temperatura (señal de error de entrada) (control proporcional). También es proporcional a la tasa de cambio (diferencial) de la compensación de temperatura y la acumulación de tiempo (integración) de la compensación de temperatura. Por lo tanto, dado que el sistema tiene el control proporcional + derivado, la operación de supresión de errores se puede iniciar de antemano, de modo que se utiliza el cabezal generador de calor que tiene una gran inercia térmica o histéresis. El controlador proporcional + derivado (PD) puede mejorar significativamente las características dinámicas del sistema durante el proceso de ajuste; El término integral se refiere a la integral de la deriva de temperatura a lo largo del tiempo, y el término integral aumenta a medida que aumenta el tiempo. Por lo tanto, incluso si el error es pequeño, el término integral aumenta con el tiempo, lo que empuja a aumentar la salida del cabezal del calentador y reduce aún más el error de estado estable hasta que sea igual a cero. Por lo tanto, el uso de un controlador proporcional + integral (PI) permite que el sistema no tenga errores de estado estacionario después de ingresar al estado estacionario.
El sistema de control de temperatura inicial generalmente usa NTC para medir la temperatura en el elemento calefactor, y luego el MCU o un ASIC dedicado detecta la resistencia del NTC y controla la salida del tiristor. Estos circuitos tienen una estructura compleja y un alto costo (NTC + MCU), por lo que se eliminan rápidamente. En la actualidad, la solución más avanzada es usar la característica de que la resistencia del elemento de calentamiento interno del cabezal de calentamiento del MCH cambia con la temperatura y medir directamente el valor de resistencia del elemento de calentamiento para medir la temperatura, controlando así directamente la temperatura estable . Esta característica se aproxima a las características de PTC, pero los puntos Curie de los componentes son diferentes. Por ejemplo, un calentador de 33Ω con una resistencia a la temperatura normal aumenta a aproximadamente 47Ω a 120 ° C, y aumenta a aproximadamente 61Ω cuando la temperatura alcanza los 250 ° C. Un esquema de elemento de separación más típico es CD4017 + LM358 o incluso una sola pieza de LM358, LM2903, etc. En la Figura 3 se muestra un circuito de control típico:
El circuito tiene un costo menor, pero la estructura es más complicada, y las diversas partes del circuito se afectan entre sí, y el efecto de control de temperatura es general, especialmente cuando falla el circuito de control de temperatura. Por ejemplo, cuando cualquier resistencia ajustable es de circuito abierto. la salida del circuito mantendrá el SCR encendido continuamente, y la temperatura del cabezal de calentamiento aumentará bruscamente, e incluso puede superar los 500 ° C, lo que quema el cabezal de calentamiento e incluso es peligroso. El año pasado, hubo varios casos en los que el cabello se quejó y reclamó debido a una plancha para el cabello. Por lo tanto, los fabricantes necesitan sistemas de control más nuevos, más simples y más seguros.
El PT8A330x es una serie de circuitos integrados domésticos de nuevo diseño que mejoran por completo los inconvenientes de los circuitos anteriores. El IC usa un modo de pulso para disparar el tiristor, que tiene una fuerte capacidad de disparo, bajo consumo de energía y un circuito periférico muy simple, especialmente su controlador de salida pin-pin 8-Gate. Se han tomado una serie de medidas especiales dentro del IC para garantizar que el pasador se baje de manera confiable cuando el IC está inactivo o falla, y el tiristor se apaga para que no cause un problema de seguridad. En la Figura 4 se muestra un circuito de aplicación típico. Este circuito puede operar directamente en el rango de voltaje de 110V - 240V. El circuito reductor de la resistencia rectificadora de media onda compuesto por D2 / R1 / C1 / C2 suministra aproximadamente 5V al circuito integrado y al circuito auxiliar, y LED1 / LED2 se utiliza para indicar el estado de funcionamiento. El circuito de detección de cruce por cero de CA está compuesto por R3 / R4, que se utiliza para proporcionar una señal de disparo de cruce por cero al IC, y se utiliza para detectar si el circuito está alimentado por 110V o 220V, para que el IC pueda cambiar entre diferentes velocidades de control de calefacción. Por ejemplo, para un cabezal de calentamiento con un valor de resistencia pequeño, cuando se enciende la alimentación en un entorno de 110 V, el número de fuego completo se utiliza para calentar. Cuando se usan 220 V, se utiliza un calentamiento de 3/8 o 1/4 de número de fuego para proteger el cabezal de calentamiento y el sistema de daños debido a un calentamiento demasiado rápido.
El principio de la medición de temperatura IC es el siguiente:
VR1 se utiliza para ajustar la temperatura establecida. El lado izquierdo de la resistencia del cabezal de calentamiento + R13 + VR1 forma un brazo del puente Wheatstone. La mitad derecha de VR1 y R12 forman el otro brazo. La detección de equilibrio de esta ruta se introduce en el extremo del comparador interno mediante el pin 2. El IC proporciona dos brazos adicionales en el interior e ingresa el otro extremo del comparador en el interior. Durante la medición de temperatura (controlada por el IC para medir la temperatura durante la parada de calentamiento). El pin VB emite un voltaje cercano a VCC al puente, y el comparador interno de alta precisión detecta el equilibrio del puente para determinar la temperatura y su margen de error. Después de la operación PID interna aproximada, el pin de control 8 emite una señal de disparo de pulso (disparo de cruce por cero) para controlar la conducción del tiristor, controlando con precisión la temperatura del sistema. Cuando se enciende o apaga la alimentación, todo el sistema está en estado de espera, y la función de calefacción del sistema de encendido / apagado se controla mediante el interruptor táctil SW1.
La característica de este esquema es que el IC utiliza un algoritmo de control PID aproximado en lugar del control ON / OFF como sistema general. Es bien sabido que en la práctica de la ingeniería, la ley de control regulador más utilizada es el control proporcional, integral, diferencial, denominado control PID, también conocido como ajuste PID. En pocas palabras, para el sistema de control de temperatura, el control de ENCENDIDO / APAGADO enciende la calefacción del cabezal de calentamiento cuando detecta que la temperatura cae al límite inferior establecido y detiene el calentamiento después de que la temperatura sube al límite superior establecido. Por lo tanto, su temperatura siempre oscila hacia arriba y hacia abajo alrededor del punto de ajuste. La salida del controlador PID no solo es proporcional al desplazamiento de temperatura (señal de error de entrada) (control proporcional). También es proporcional a la tasa de cambio (diferencial) de la compensación de temperatura y la acumulación de tiempo (integración) de la compensación de temperatura. Por lo tanto, dado que el sistema tiene el control proporcional + derivado, la operación de supresión de errores se puede iniciar de antemano, de modo que se utiliza el cabezal generador de calor que tiene una gran inercia térmica o histéresis. El controlador proporcional + derivado (PD) puede mejorar significativamente las características dinámicas del sistema durante el proceso de ajuste; El término integral se refiere a la integral de la deriva de temperatura a lo largo del tiempo, y el término integral aumenta a medida que aumenta el tiempo. Por lo tanto, incluso si el error es pequeño, el término integral aumenta con el tiempo, lo que empuja a aumentar la salida del cabezal del calentador y reduce aún más el error de estado estable hasta que sea igual a cero. Por lo tanto, el uso de un controlador proporcional + integral (PI) permite que el sistema no tenga errores de estado estacionario después de ingresar al estado estacionario.
Para el ajuste PID, la relación proporcional y el ajuste del valor diferencial integral son muy críticos. El diseñador integrado PT8A330x tiene muchos años de experiencia en investigación sobre elementos de calefacción de cerámica, y ha establecido varios conjuntos diferentes de parámetros PID altamente específicos en el CI. Por lo tanto, se han producido una serie de modelos como PT8A3300-3307, y cada modelo se divide en diferentes categorías como H / L, que se utilizan respectivamente para los cabezales de calentamiento cerámicos de diferentes prestaciones. Después de adoptar las medidas anteriores, la curva de control de temperatura de esta serie de circuitos integrados ha sido perfecta. Ya sea estabilidad de temperatura, velocidad de calentamiento o temperatura después de enfriar, tiene una ventaja bastante obvia en la industria. Se cree que definitivamente promoverá el nivel técnico general de los aparatos de cuidado personal de calefacción eléctrica y pequeños electrodomésticos.
