Steuerungssystem für keramische elektrische Heizelemente
Das elektrische Heizsystem hat den langen Prozess von gewöhnlichem Heizdraht, Legierungsheizdraht, elektrischem Heizfilm, PTC-Heizelement und dem heute weit verbreiteten Aluminiumoxidkeramik-Heizkern (MCH) durchlaufen. Die sogenannte MCH-Aluminiumoxidkeramik-Heizplatte basiert auf einer Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit - Aluminiumoxidkeramik. Ein Wärmeerzeugungskreis wird durch direktes Aufdrucken einer hitzebeständigen feuerfesten Legierung auf einen Aluminiumoxidkörper als innere Elektrode gebildet. Nach dem Vakuumpressen werden zwei Bleche aus Aluminiumoxidgrün bei einer hohen Temperatur von etwa 1600ºC zusammengebrannt, und schließlich werden gelötete Blei herausgenommen. Im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen Heizelementen bietet es die Vorteile einer stabilen Leistung, einer langen Lebensdauer, eines hohen Wirkungsgrades, einer Energieeinsparung, einer gleichmäßigen Oberflächentemperatur und einer guten Isolationsleistung. Die thermische Reaktionszeit ist kurz, die thermische Trägheit ist gering, die Heizrate ist schnell und die Heiztemperatur beträgt bis zu 700 ° C. Keine sichtbare Lichtstrahlung, gute Oberflächendivergenzrate, sicher und umweltfreundlich, in Übereinstimmung mit den Umweltanforderungen der EU (ROHS und WEEE). Daher hat es die Verwendung verschiedener Heizdrähte und PTC-Heizelemente in neuen Kleingeräten und Schönheitspflegeprodukten vollständig abgelöst.
Die gängigen Produktspezifikationen sind Blechdicken von 1,2 mm (siehe Abbildung 1 und Abbildung 2), Längen- und Breitenspezifikationen sind 70 × 7, 70 × 10, 70 × 15, 70 × 20, 70 × 30 usw. Die normale Temperaturbeständigkeit beträgt normalerweise 40/60/80/120/150 (Ω). Je nach Hersteller gibt es unterschiedliche Spezifikationen, die Arbeitstemperatur beträgt 100-300 ° C und die maximale Arbeitstemperatur liegt über 500 ° C. Es kann 200 ° C in 7-10 Sekunden für eine direkte Erwärmung von 110/220 V erreichen und erreicht die höchste Temperatur in etwa 20 Sekunden. Bei der Verwendung in Schönheitspflegeprodukten wie Lockenwicklern und Haarglättern (ionenglühend) ist es jedoch im Allgemeinen erforderlich, eine stabile Temperatur im Bereich von 100 ° C bis 250 ° C zu haben, die stufenlos einstellbar ist oder die Temperatur unter dem Bereich liegt. Darüber hinaus ist eine hohe Temperaturstabilität erforderlich, so dass in der Regel ein entsprechendes Temperiersystem erforderlich ist.
Das anfängliche Temperatursteuersystem verwendet im Allgemeinen NTC, um die Temperatur am Heizelement zu messen, und dann erkennt die MCU oder ein dedizierter ASIC den Widerstand des NTC und steuert den Thyristorausgang. Diese Schaltungen sind komplex aufgebaut und kostenintensiv (NTC + MCU), sodass sie schnell beseitigt werden. Gegenwärtig besteht die fortschrittlichere Lösung darin, die Eigenschaft zu verwenden, dass sich der Widerstand des inneren Heizelements des MCH-Heizkopfs mit der Temperatur ändert, und den Widerstandswert des Heizelements direkt zu messen, um die Temperatur zu messen, wodurch die stabile Temperatur direkt gesteuert wird . Diese Funktion entspricht in etwa den PTC-Eigenschaften, die Curie-Punkte der Komponenten sind jedoch unterschiedlich. Beispielsweise steigt eine 33 Ω-Heizung mit einem normalen Temperaturwiderstand bei 120 ºC auf etwa 47 Ω an und steigt auf etwa 61 Ω an, wenn die Temperatur 250 ºC erreicht. Ein typischeres Trennelementschema ist CD4017 + LM358 oder sogar ein einzelnes Stück LM358, LM2903 usw. Eine typische Steuerschaltung ist in Abbildung 3 dargestellt:
Die Schaltung hat geringere Kosten, aber der Aufbau ist komplizierter, und die verschiedenen Teile der Schaltung beeinflussen sich gegenseitig, und der Temperaturregeleffekt ist allgemein, insbesondere wenn die Temperaturregelschaltung ausfällt. Zum Beispiel, wenn ein einstellbarer Widerstand im Leerlauf ist. Der Ausgang des Schaltkreises hält den SCR kontinuierlich eingeschaltet, und die Temperatur des Heizkopfes steigt stark an und kann sogar 500 ° C überschreiten, wodurch der Heizkopf verbrannt wird und sogar gefährlich wird. Im vergangenen Jahr gab es mehrere Fälle, in denen Haare wegen eines Haarglätters beanstandet und beansprucht wurden. Daher benötigen Hersteller neuere, einfachere und sicherere Steuerungssysteme.
Der PT8A330x ist eine Reihe neu entwickelter integrierter Hausschaltungen, die die Nachteile der obigen Schaltungen vollständig verbessern. Der IC verwendet einen Impulsmodus, um den Thyristor zu triggern, der eine starke Triggerfähigkeit, einen geringen Stromverbrauch und eine sehr einfache Peripherieschaltung aufweist, insbesondere sein Ausgangstreiber Pin-Pin 8-Gate. Im Inneren des IC wurden einige spezielle Maßnahmen ergriffen, um sicherzustellen, dass der Stift zuverlässig nach unten gezogen wird, wenn der IC inaktiv ist oder ausfällt, und der Thyristor ausgeschaltet wird, damit kein Sicherheitsproblem entsteht. Eine typische Anwendungsschaltung ist in Abbildung 4 dargestellt. Diese Schaltung kann direkt im Spannungsbereich von 110 V - 240 V betrieben werden. Die aus D2 / R1 / C1 / C2 bestehende Halbwellen-Gleichrichterwiderstands-Untersetzungsschaltung liefert ungefähr 5 V an den IC und den Hilfsschaltkreis, und LED1 / LED2 wird verwendet, um den Arbeitszustand anzuzeigen. Die Wechselstrom-Nulldurchgangserfassungsschaltung besteht aus R3 / R4, die verwendet wird, um ein Nulldurchgangs-Triggersignal an den IC zu liefern, und wird verwendet, um zu erfassen, ob der Schaltkreis mit 110 V oder 220 V versorgt wird, so dass der IC schalten kann zwischen verschiedenen Heizungsregelraten. Zum Beispiel wird für einen Heizkopf mit einem kleinen Widerstandswert, wenn die Stromversorgung in einer 110-V-Umgebung eingeschaltet wird, die volle Feuerzahl zum Heizen verwendet. Bei Verwendung von 220 V wird eine 3/8 oder 1/4 Feuerzahlheizung verwendet, um den Heizkopf und das System vor Schäden durch zu schnelles Erhitzen zu schützen.
Das Prinzip der IC-Temperaturmessung ist wie folgt: Mit VR1 wird die eingestellte Temperatur eingestellt. Die linke Seite des Heizkopfwiderstands + R13 + VR1 bildet einen Arm der Wheatstone-Brücke. Die rechte Hälfte von VR1 und R12 bildet den anderen Arm. Die Gleichgewichtserkennung dieses Pfades wird über Pin 2 in das interne Komparatorende eingegeben. Der IC stellt zwei zusätzliche Arme im Inneren bereit und gibt das andere Ende des Komparators im Inneren ein. Während der Temperaturmessung (vom IC gesteuert, um die Temperatur während des Heizstopps zu messen). Der VB-Pin gibt eine Spannung nahe an VCC an die Brücke aus, und der interne hochpräzise Komparator erkennt das Gleichgewicht der Brücke, um die Temperatur und ihre Fehlerspanne zu bestimmen. Nach dem internen ungefähren PID-Betrieb gibt der Steuerstift 8 ein Impulstriggersignal (Nulldurchgangstrigger) aus, um die Leitung des Thyristors zu steuern und dadurch die Temperatur des Systems genau zu steuern. Wenn der Strom ein- oder ausgeschaltet wird, befindet sich das gesamte System im Bereitschaftszustand, und die Heizfunktion des Ein / Aus-Systems wird über den Taktschalter SW1 gesteuert.
Die gängigen Produktspezifikationen sind Blechdicken von 1,2 mm (siehe Abbildung 1 und Abbildung 2), Längen- und Breitenspezifikationen sind 70 × 7, 70 × 10, 70 × 15, 70 × 20, 70 × 30 usw. Die normale Temperaturbeständigkeit beträgt normalerweise 40/60/80/120/150 (Ω). Je nach Hersteller gibt es unterschiedliche Spezifikationen, die Arbeitstemperatur beträgt 100-300 ° C und die maximale Arbeitstemperatur liegt über 500 ° C. Es kann 200 ° C in 7-10 Sekunden für eine direkte Erwärmung von 110/220 V erreichen und erreicht die höchste Temperatur in etwa 20 Sekunden. Bei der Verwendung in Schönheitspflegeprodukten wie Lockenwicklern und Haarglättern (ionenglühend) ist es jedoch im Allgemeinen erforderlich, eine stabile Temperatur im Bereich von 100 ° C bis 250 ° C zu haben, die stufenlos einstellbar ist oder die Temperatur unter dem Bereich liegt. Darüber hinaus ist eine hohe Temperaturstabilität erforderlich, so dass in der Regel ein entsprechendes Temperiersystem erforderlich ist.
Das anfängliche Temperatursteuersystem verwendet im Allgemeinen NTC, um die Temperatur am Heizelement zu messen, und dann erkennt die MCU oder ein dedizierter ASIC den Widerstand des NTC und steuert den Thyristorausgang. Diese Schaltungen sind komplex aufgebaut und kostenintensiv (NTC + MCU), sodass sie schnell beseitigt werden. Gegenwärtig besteht die fortschrittlichere Lösung darin, die Eigenschaft zu verwenden, dass sich der Widerstand des inneren Heizelements des MCH-Heizkopfs mit der Temperatur ändert, und den Widerstandswert des Heizelements direkt zu messen, um die Temperatur zu messen, wodurch die stabile Temperatur direkt gesteuert wird . Diese Funktion entspricht in etwa den PTC-Eigenschaften, die Curie-Punkte der Komponenten sind jedoch unterschiedlich. Beispielsweise steigt eine 33 Ω-Heizung mit einem normalen Temperaturwiderstand bei 120 ºC auf etwa 47 Ω an und steigt auf etwa 61 Ω an, wenn die Temperatur 250 ºC erreicht. Ein typischeres Trennelementschema ist CD4017 + LM358 oder sogar ein einzelnes Stück LM358, LM2903 usw. Eine typische Steuerschaltung ist in Abbildung 3 dargestellt:
Die Schaltung hat geringere Kosten, aber der Aufbau ist komplizierter, und die verschiedenen Teile der Schaltung beeinflussen sich gegenseitig, und der Temperaturregeleffekt ist allgemein, insbesondere wenn die Temperaturregelschaltung ausfällt. Zum Beispiel, wenn ein einstellbarer Widerstand im Leerlauf ist. Der Ausgang des Schaltkreises hält den SCR kontinuierlich eingeschaltet, und die Temperatur des Heizkopfes steigt stark an und kann sogar 500 ° C überschreiten, wodurch der Heizkopf verbrannt wird und sogar gefährlich wird. Im vergangenen Jahr gab es mehrere Fälle, in denen Haare wegen eines Haarglätters beanstandet und beansprucht wurden. Daher benötigen Hersteller neuere, einfachere und sicherere Steuerungssysteme.
Der PT8A330x ist eine Reihe neu entwickelter integrierter Hausschaltungen, die die Nachteile der obigen Schaltungen vollständig verbessern. Der IC verwendet einen Impulsmodus, um den Thyristor zu triggern, der eine starke Triggerfähigkeit, einen geringen Stromverbrauch und eine sehr einfache Peripherieschaltung aufweist, insbesondere sein Ausgangstreiber Pin-Pin 8-Gate. Im Inneren des IC wurden einige spezielle Maßnahmen ergriffen, um sicherzustellen, dass der Stift zuverlässig nach unten gezogen wird, wenn der IC inaktiv ist oder ausfällt, und der Thyristor ausgeschaltet wird, damit kein Sicherheitsproblem entsteht. Eine typische Anwendungsschaltung ist in Abbildung 4 dargestellt. Diese Schaltung kann direkt im Spannungsbereich von 110 V - 240 V betrieben werden. Die aus D2 / R1 / C1 / C2 bestehende Halbwellen-Gleichrichterwiderstands-Untersetzungsschaltung liefert ungefähr 5 V an den IC und den Hilfsschaltkreis, und LED1 / LED2 wird verwendet, um den Arbeitszustand anzuzeigen. Die Wechselstrom-Nulldurchgangserfassungsschaltung besteht aus R3 / R4, die verwendet wird, um ein Nulldurchgangs-Triggersignal an den IC zu liefern, und wird verwendet, um zu erfassen, ob der Schaltkreis mit 110 V oder 220 V versorgt wird, so dass der IC schalten kann zwischen verschiedenen Heizungsregelraten. Zum Beispiel wird für einen Heizkopf mit einem kleinen Widerstandswert, wenn die Stromversorgung in einer 110-V-Umgebung eingeschaltet wird, die volle Feuerzahl zum Heizen verwendet. Bei Verwendung von 220 V wird eine 3/8 oder 1/4 Feuerzahlheizung verwendet, um den Heizkopf und das System vor Schäden durch zu schnelles Erhitzen zu schützen.
Das Prinzip der IC-Temperaturmessung ist wie folgt: Mit VR1 wird die eingestellte Temperatur eingestellt. Die linke Seite des Heizkopfwiderstands + R13 + VR1 bildet einen Arm der Wheatstone-Brücke. Die rechte Hälfte von VR1 und R12 bildet den anderen Arm. Die Gleichgewichtserkennung dieses Pfades wird über Pin 2 in das interne Komparatorende eingegeben. Der IC stellt zwei zusätzliche Arme im Inneren bereit und gibt das andere Ende des Komparators im Inneren ein. Während der Temperaturmessung (vom IC gesteuert, um die Temperatur während des Heizstopps zu messen). Der VB-Pin gibt eine Spannung nahe an VCC an die Brücke aus, und der interne hochpräzise Komparator erkennt das Gleichgewicht der Brücke, um die Temperatur und ihre Fehlerspanne zu bestimmen. Nach dem internen ungefähren PID-Betrieb gibt der Steuerstift 8 ein Impulstriggersignal (Nulldurchgangstrigger) aus, um die Leitung des Thyristors zu steuern und dadurch die Temperatur des Systems genau zu steuern. Wenn der Strom ein- oder ausgeschaltet wird, befindet sich das gesamte System im Bereitschaftszustand, und die Heizfunktion des Ein / Aus-Systems wird über den Taktschalter SW1 gesteuert.
Das Merkmal dieses Schemas besteht darin, dass der IC einen ungefähren PID-Regelungsalgorithmus anstelle der EIN / AUS-Regelung als allgemeines System verwendet. Es ist allgemein bekannt, dass in der Ingenieurspraxis das am weitesten verbreitete Gesetz zur Reglerkontrolle die proportionale, integrale, differenzielle Regelung ist, die als PID-Regelung bezeichnet wird und auch als PID-Einstellung bekannt ist. Einfach ausgedrückt, für das Temperaturregelsystem schaltet der EIN / AUS-Regler die Heizkopfheizung ein, wenn festgestellt wird, dass die Temperatur auf die eingestellte Untergrenze abfällt, und stoppt die Heizung, nachdem die Temperatur auf die eingestellte Obergrenze angestiegen ist. Daher pendelt seine Temperatur immer um den Sollwert auf und ab. Der Ausgang des PID-Reglers ist nicht nur proportional zum Temperaturoffset (Eingangsfehlersignal) (Proportionalregelung). Sie ist auch proportional zu der Änderungsrate (Differenz) des Temperaturversatzes und der Zeitakkumulation (Integration) des Temperaturversatzes. Da das System über eine Proportional- und Differentialregelung verfügt, kann die Fehlerunterdrückungsoperation im Voraus gestartet werden, so dass der Wärmeerzeugungskopf mit einer großen thermischen Trägheit oder Hysterese verwendet wird. Der Proportional + Differential (PD) -Regler kann die dynamischen Eigenschaften des Systems während des Anpassungsprozesses erheblich verbessern. Der Integralterm bezieht sich auf das Integral der Temperaturdrift über die Zeit, und der Integralterm nimmt mit zunehmender Zeit zu. Selbst wenn der Fehler klein ist, nimmt der Integralterm mit der Zeit zu, wodurch die Ausgabe des Heizkopfs erhöht und der stationäre Fehler weiter verringert wird, bis er gleich Null ist. Daher kann das System bei Verwendung eines Proportional-Integral-Reglers (PI-Reglers) nach dem Eintritt in den stationären Zustand keinen stationären Fehler aufweisen.
Für die PID-Einstellung sind der proportionale Zusammenhang und die Einstellung des integralen Differenzwerts sehr wichtig. Der integrierte Konstrukteur PT8A330x verfügt über langjährige Forschungserfahrung mit keramischen Heizelementen und hat im IC mehrere unterschiedliche Sätze von sehr gezielten PID-Parametern festgelegt. So wurde eine Reihe von Modellen wie PT8A3300-3307 hergestellt, und jedes Modell ist in verschiedene Kategorien wie H / L unterteilt, die jeweils für Keramikheizköpfe mit verschiedenen Leistungen verwendet werden. Nachdem die obigen Maßnahmen ergriffen wurden, war die Temperaturregelungskurve dieser Serie von ICs perfekt. Unabhängig davon, ob es sich um Temperaturstabilität, Aufheizrate oder Temperatur nach dem Abkühlen handelt, hat es einen offensichtlichen Vorsprung in der Branche. Es wird davon ausgegangen, dass dies definitiv das technische Gesamtniveau von Körperpflegegeräten und kleinen Haushaltsgeräten für die Elektroheizung fördern wird.
Für die PID-Einstellung sind der proportionale Zusammenhang und die Einstellung des integralen Differenzwerts sehr wichtig. Der integrierte Konstrukteur PT8A330x verfügt über langjährige Forschungserfahrung mit keramischen Heizelementen und hat im IC mehrere unterschiedliche Sätze von sehr gezielten PID-Parametern festgelegt. So wurde eine Reihe von Modellen wie PT8A3300-3307 hergestellt, und jedes Modell ist in verschiedene Kategorien wie H / L unterteilt, die jeweils für Keramikheizköpfe mit verschiedenen Leistungen verwendet werden. Nachdem die obigen Maßnahmen ergriffen wurden, war die Temperaturregelungskurve dieser Serie von ICs perfekt. Unabhängig davon, ob es sich um Temperaturstabilität, Aufheizrate oder Temperatur nach dem Abkühlen handelt, hat es einen offensichtlichen Vorsprung in der Branche. Es wird davon ausgegangen, dass dies definitiv das technische Gesamtniveau von Körperpflegegeräten und kleinen Haushaltsgeräten für die Elektroheizung fördern wird.
