阅读说明：本技术 加热器控制系统 (Heater control system ) 是由 罗杰·J·哈尔伯格 史蒂文·W·汤金 于 2018-05-08 设计创作，主要内容包括：公开了一种加热器控制系统。在一个实施例中,加热器控制系统包括流体加热器,该流体加热器包括加热元件。加热元件由开关控制。加热器控制系统还包括可以操作开关的控制器。控制器被配置为确定与流体加热器相关联的温度是否低于预定温度阈值。当温度低于预定温度阈值时,控制器使开关转换到操作状态,从而允许电流流过至少一个加热元件。(A heater control system is disclosed. In one embodiment, a heater control system includes a fluid heater including a heating element. The heating element is controlled by a switch. The heater control system also includes a controller that can operate the switch. The controller is configured to determine whether a temperature associated with the fluid heater is below a predetermined temperature threshold. When the temperature is below a predetermined temperature threshold, the controller causes the switch to transition to an operational state, thereby allowing current to flow through the at least one heating element.)

加热器控制系统

技术领域

本公开涉及一种用于控制流体加热器的控制系统，尤其涉及一种控制流体加热器和流体加热器的加热元件的控制系统。

发明内容

公开了一种加热器控制系统。在一个实施例中，加热器控制系统包括流体加热器，该流体加热器包括由开关以可操作的方式控制的至少一个加热元件。加热器控制系统还包括可以操作开关的控制器。控制器被配置为：确定与流体加热器相关的温度是否低于预定温度阈值，并且确定是否在发生过零事件。当温度低于预定温度阈值并且正在发生过零事件时，控制器使开关转换到操作状态，从而允许电流流过流体加热器的至少一个加热元件。

在本公开的一些实施例中，加热器控制系统还包括泵驱动电路，该泵驱动电路被配置为对交流(AC)信号进行脉冲宽度调制或相位调制之中的至少一种，并且调制后的AC信号被提供给泵，所述泵被配置为调节流体加热器内的流体的流速。

在一些实施例中，加热器控制系统包括电磁辐射源，并且控制器被配置为：当温度低于预定温度阈值并且在发生过零事件时，使电磁辐射源发射电磁辐射以使开关转换到操作状态，从而允许电流流过加热元件。

在一些实施例中，所述开关包括光学双向三极晶闸管，所述光学双向三极晶闸管被配置为在光学双向三极晶闸管检测到电磁辐射时转换到操作状态。

在一些实施例中，加热器控制系统还包括脉冲宽度调制设备，该脉冲宽度调制设备被配置为基于温度与预定温度阈值之间的差来生成脉冲宽度调制的信号。

在一些实施例中，流体加热器包括单相电阻流体加热器、两相电阻流体加热器或三相电阻流体加热器之中的至少一种。

在一些实施例中，加热器控制系统还包括多个开关，并且流体加热器包括相特性，并且所述开关的数量对应于所述相特性。

公开了一种加热器控制。在一个实施例中，加热器控制系统包括控制器，该控制器连接到开关，该开关连接到流体加热器。控制器被配置为确定与流体加热器相关联的温度是否低于预定温度阈值，确定是否在发生过零事件，并且当温度低于预定温度阈值且在发生过零事件时使开关转换到操作状态，从而允许电流流过流体加热器的至少一个加热元件。

在一些实施例中，加热器控制还包括泵驱动电路，该泵驱动电路被配置为对交流(AC)信号进行脉冲宽度调制或相位调制之中的至少一种，并且调制的AC信号被提供给泵，所述泵被配置为调节流体加热器内的流体的流速。

在一些实施例中，加热器控制还包括脉冲宽度调制设备，该脉冲宽度调制设备被配置为基于温度与预定温度阈值之间的差来生成脉冲宽度调制的信号。

在一些实施例中，加热器控制还包括电磁辐射源，并且控制器被配置为：当温度低于预定温度阈值且发生过零事件时，使电磁辐射源发射电磁辐射以使开关转换到操作状态，从而允许电流流过至少一个加热元件。

在一些实施例中，所述开关包括光学双向三极晶闸管，所述光学双向三极晶闸管被配置为在光学双向三极晶闸管检测到电磁辐射时转换到操作状态。

在一些实施例中，电磁辐射源包括发光二极管。

在一些实施例中，流体加热器包括单相电阻流体加热器、两相电阻流体加热器或三相电阻流体加热器之中的至少一种。

在一些实施例中，加热器控制包括多个开关，并且流体加热器包括相特性，并且开关的数量对应于所述相特性。

公开了一种加热器控制系统。在一个实施例中，加热器控制系统包括流体加热器、脉冲宽度调制设备和连接到该开关的控制器，所述流体加热器包括由开关以可操作的方式控制的至少一个加热元件。所述控制器被配置为：确定与所述流体加热器相关的温度是否低于预定温度阈值，确定是否在发生过零事件，并且当温度低于预定温度阈值且在发生过零事件时，使所述脉冲宽度调制设备生成脉冲宽度调制的信号以控制所述开关，从而允许电流流过至少一个加热元件。

在一些实施例中，加热器控制系统还包括泵驱动电路，该泵驱动电路被配置为对交流(AC)信号进行脉冲宽度调制或相位调制之中的至少一种，其中，调制的AC信号被提供给泵，所述泵被配置为调节流体加热器内的流体的流速。

在一些实施例中，开关包括光学双向三极晶闸管，光学双向三极晶闸管被配置为：当光学双向三极晶闸管检测到由控制器控制的电磁辐射源产生的电磁辐射时转换到操作状态。

在一些实施例中，电阻流体加热器包括单相电阻流体加热器、两相电阻流体加热器或三相电阻流体加热器之中的至少一种。

在一些实施例中，加热器控制系统还包括多个开关，并且流体加热器包括相特性，并且所述开关的数量对应于相特性。

根据详细描述、权利要求和附图，本公开的其他应用领域将变得显而易见。详细描述和特定示例仅旨在说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

从详细描述和附图将更加全面地理解本公开，其中：

图1示出了根据本公开的示例性实施方式的加热器控制系统的示例性框图。

图2示出了根据本公开的示例性实施方式的加热器控制系统的示例性电路示意图。

图3示出了示例性示图，该示例性示图示出了对为根据本公开的示例性实施方式的加热器控制系统的控制器供电的电容器充电的交流电(AC)信号。

图4是示出了根据本公开的示例性实施方式的加热器控制系统的控制器的框图。

图5是示出了根据本公开的示例性实施方式的加热器控制系统的示例性泵驱动设备的框图。

图6是示出了由根据本公开的示例性实施方式的对AC信号进行相位调制的泵驱动设备控制的泵的示例性操作状态的示图。

图7是示出了根据本公开的示例性实施方式的对AC信号进行脉冲宽度调制的泵驱动设备的电路图。

图8示出了根据本公开的示例性实施方式的用于控制加热器控制系统的示例性方法。

在附图中，附图标记可以被重复使用以标识相似和/或相同的元件。

具体实施方式

公开了一种用于流体加热器的加热器控制系统。加热器控制系统包括控制器。控制器可以选择性地操作一个或更多个开关以使加热元件产生热量。控制器还可以包括与存储器(即非易失性存储器)连接的通信模块，该通信模块可用于在制造过程中使流体加热器配置为以在几个可配置的温度设定点下操作，这允许将一个装置配置用于多种模式。如果希望改变设定点，则客户可以通过与控制器通信的客户端设备来现场修改设定点。

控制器通过交流电源线频率保持日期/时间特性，该控制器可以配置为允许在某时间、在某流体、或环境温度条件下或时间和温度的组合下自动启动。一个例子是：在车辆中，操作者不想消耗能量来加热车辆整个晚上时，操作者希望在早晨将车辆加热。操作者可以将流体加热器配置成在离出发时间少于3小时、环境温度低于10度和/或流体低于理想的起始温度时工作，该理想的起始温度可能是环境温度本身的函数。在这种情况下，如果加热器未达到预期温度或检测到错误情况，则控制器可以在预定出发时间前一小时通知操作者。为了提高安全性，控制器还可以增加用于检测接地故障的电路。

图1示出了根据本公开的示例性实施方式的示例性加热器控制系统100。如图所示，加热器控制系统100包括控制器102。控制器102通过第一端子104和第二端子106接收电力。控制器102可以通过端子104、106直接连接到一个或多个电力线，以从所述电力线接收电力。

控制器102与一个或多个温度传感器108通信连接。在示例性实施方式中，温度传感器108是热敏电阻。温度传感器108被部署在流体加热器110内。在各种实施例中，流体加热器110可以是单相电阻流体加热器、两相电阻流体加热器或三相电阻流体加热器。温度传感器108测量流体加热器110的相应区域或区内的温度。然而，应当理解的是，流体加热器可以包括任何适用的流体加热器。在一些实施例中，系统100包括在控制器102和各个温度传感器108之间的一个或多个隔离组件112。隔离组件112可以是电阻元件(例如，电阻器)，以限制电压以在加热器控制系统100内保护控制器102。

控制器102控制流体加热器110的一个或多个操作方面。例如，基于在端子104、106处接收到适用的电力，控制器102从非操作状态转变为操作状态。控制器102从温度传感器108接收指示流体加热器110的各个区域内的温度的一个或多个温度信号。根据该温度信号，控制器102可以生成信号以选择性地使流体加热器110的加热元件产生热量。另外，根据该温度信号，控制器102可以选择性地防止流体加热器110的加热元件产生热量。温度信号可以指示加热器控制系统100内的故障。例如，通过监控几个区的温度，控制器102可以确定流体移动经过流体加热器110的速度有多快。在示例性实施例中，控制器102可以采用查找表，该查找表包括一个或多个对应于预计流速的温度，该预计流速指示流体移动经过流体加热器110的速度有多快。

因此，控制器102检测流体加热器110内的故障。例如，故障检测可以指示流体加热器110中的流体的堵塞或损失。另外，如果一个或多个区(即，区域)的温度比预期上升得更快，则控制器102检测到故障并通过选择性地阻止加热元件散发热量来防止加热元件的热逃逸。例如，加热元件在空气中比在流体中加热得快。因此，控制器102可以利用查找表将预定时间段内的测量温度的变化与该预定时间段内的预期温度变化进行比较。如果所述变化超过预期变化，则控制器102可以生成错误信号，该错误信号被发送到操作者的客户端设备。

总体上参照图1和图2，控制器102以可操作的方式连接到一个或多个开关114，用于操作相应的加热元件。在示例性实施方式中，开关114包括光学双向三极晶闸管(thyristor)116或双向三极晶闸管116。然而，应当理解的是，开关114可以包括任何开关器件，诸如晶体管等。开关114、116的数量对应于流体加热器110的相。在示例性实施方式中，控制器102以可操作的方式连接至一个或多个发射电磁辐射的电磁辐射源115，将相应的光学双向三极晶闸管转变为允许电流流过双向三极晶闸管116的操作状态。由于电流流过双向三极晶闸管116，所以电流流经各个加热元件118以产生热量。在一个示例中，电磁辐射源115包括发光二极管。

控制器102还与存储器120通信，该存储器120被配置为保持与加热器控制系统100有关的数据。在一个或多个实施例中，存储器120包括非易失性存储器。存储器120例如可以包括可配置的设定点或阈值。例如，操作者或制造商可以设定事件，例如可编程的穿越事件(即，可编程的过零事件)和/或可编程的温度。存储器120还可保持用于数据记录目的的数据、诊断数据和故障数据等。加热器控制系统100还包括与控制器102通信的通信设备122。

加热器控制系统100还可以包括脉冲宽度调制设备124。脉冲宽度调制设备124可以从控制器102接收控制信号。基于该控制信号，脉冲宽度调制(PWM)设备124向开关114、116提供脉冲宽度调制的信号，以控制相应加热元件118的加热。例如，脉冲宽度调制的信号可控制提供给预选开关114、116的电流，该预选开关114、116可调制提供给相应的加热元件118的电流。例如，脉冲宽度调制设备124可以提供脉冲宽度调制的信号，该脉冲宽度调制的信号基于温度将提供给加热元件118的电流进行平均。在一些示例中，控制器102基于所测量的温度与设定点的比较来提供控制信号。因此，当测得的温度与设定点之间的差大于预定温度阈值时，脉冲宽度调制的信号可以相对较大，而当该差小于预定温度阈值时，脉冲宽度调制的信号可以相对较小。可以使用储存在存储器120中的预定温度特性(诸如，设定点和预定温度阈值)来控制脉冲宽度调制设备124。

图2示出了示例性电源202和调节器204，连接到一个或多个电力线(例如，P1L1、P1L2、P2L1、P2L2、P3L1、P3L2)。在本公开的一种或多种实施方式中，电力线可以包括端子104、106。电源202接收交流信号。如图3所示，电容器C1基于交流信号的信号特性进行充电。已充电的电容器向调节器204提供电荷，调节器204调节电压特性以向控制器102提供适用的电源。

图4示出了示例性控制器102以选择性地控制流体加热器110的操作状态。如图所示，控制器102包括温度确定模块402、过零检测模块404和加热器调节器模块406。

温度确定模块402从一个或多个温度传感器108接收温度信号。温度确定模块402将测量的温度与预定温度阈值进行比较。如果温度高于预定温度阈值，则温度确定模块402将温度信号提供给加热器调节器模块406。

过零检测模块404从各个电力线(例如，P1L1、P1L2、P2L1、P2L2、P3L1、P3L2)接收交流信号。例如，过零检测模块404接收与加热器控制系统100的每个相相关的信号。过零模块404监控针对过零状态的交流信号，并生成过零信号，过零信号指示在各自的交流信号中不存在电压。

加热器调节器模块406从模块402、404接收温度信号和过零信号。加热器调节器模块406基于温度信号和过零信号而生成一个或多个信号以控制流体加热器110的操作。例如，当加热器调节器模块406接收温度信号以产生热量并且发生过零事件时，加热器调节器模块406生成信号以使电磁辐射源115产生电磁辐射。例如，加热器调节器模块406启动过零光学双向三极晶闸管的操作，以利用相应加热元件产生热量。当温度信号指示所测量的温度超过操作温度阈值时，加热器调节器模块406还防止相应加热元件的操作。在另一个示例中，加热器调节器模块406与各个开关114、116直接通信。因此，加热器调节器模块406可以发送控制信号以使开关114、116转变到操作状态。

加热器调节器模块406还可以向脉冲宽度调制设备124提供控制信号，其控制开关114、116的操作状态。例如，加热器调节器模块406可以访问存储器120以接收与流体加热器110相关联的相应设定点。然后，加热器调节器模块406可以基于温度信号与设定点的比较来确定脉冲宽度调制的信号的持续时间。例如，加热器调节器模块406可以利用相应的设定点和接收到的温度信号来访问包括脉冲宽度调制的信号的预定持续时间的查找表。

在一些实施例中，控制器102还包括计时器模块408。计时器模块408基于检测到AC过零事件而启动计时器。该事件可以由过零检测模块404检测。过零事件检测模块404还可以提供与在用于控制器102的电力线上的信号相对应的脉冲以用于同步和/或时钟定时。

控制器102还包括通信模块410，该通信模块410生成通信信号以发送给操作者。例如，在从温度确定模块402检测到潜在故障时可以启动通信模块410。通信模块410与通信设备122通信，通信设备122将数据发送给操作者。

图5示出了加热器控制系统100的另一实施方式。加热器控制系统100可以包括连接至控制器102的泵驱动设备502。加热器控制系统100还可以包括调节液体流量的泵504。例如，泵504连接到一个或多个流体储存器506，并且流体加热器110如上所述地加热液体。泵驱动设备502连接到端子104、106并调节给泵504的电压。

泵驱动设备502从控制器102接收输入电压要求。例如，加热器调节器模块406可以访问存储器120以获得泵504的输入电压要求。输入电压要求可以通过操作者等被预编程在存储器120中。基于在端子104、106处输入的电压信号和/或由计时器模块408提供的定时信号，加热器调节器模块406经由泵驱动设备502来控制泵504的操作状态。例如，加热器调节器模块406可以基于定时信号而将控制信号提供给泵驱动设备502，以控制泵504的运行。应该理解的是，泵504和流体加热器110可以彼此独立地操作。例如，当泵504不操作时，流体加热器110可以产生热量，而当流体加热器110不产生热量时，泵504可以操作。

图6是示例性示图，其示出了经由端子104、106提供的交流电压输入信号以及由控制器102和/或泵驱动设备502控制的泵504的相应操作状态。在示例性实施方式中，控制器102和泵驱动设备502基于在端子104、106处的电压线输入来使泵504运行。例如，如阴影部分602、604、608、610中所示，当端子104、106处的电压低于预定电压阈值的绝对值时，泵504是可操作的，并且当电压高于预定电压阈值的绝对值时，泵504不操作。在该实施方式中，控制器102控制泵驱动设备504以对相对高的AC电压进行相位调制，以向泵504提供期望的平均功率。在示例性实施方式中，控制器102的控制利用相对于零交叉点设定的定时信号来控制泵，以指示线路电压何时达到预定电压阈值。

图7示出了泵驱动设备502的示例性电路图，该泵驱动设备502对提供给泵504的AC信号进行脉冲宽度调制。如图所示，泵驱动设备502包括线路滤波器(line filter)702，以衰减经由端子104、106输出的开关噪声信号。泵驱动设备502还包括二极管电桥704、706和分别连接到二极管电桥704、706的开关708、710。在示例性实施方式中，开关708、710包括晶体管。控制器102控制开关708、710的操作状态。例如，控制器102可以连接到晶体管的栅极以控制晶体管的操作状态。泵驱动设备502还包括电感器712，该电感器712将泵驱动设备502内的电压降低。

控制器102基于输入电压要求来控制开关708、710的占空比以控制压降比。参照图7，控制器102基于定时信号控制开关708、710，以将AC电压脉冲宽度调制至泵504的期望AC电压。

在图8中，描述了用于控制流体加热器110的示例性操作800。该方法开始于步骤802。在步骤804，温度确定模块402将测量的温度与预定阈值进行比较。在步骤806，温度确定模块402确定所测量的温度是否低于预定温度阈值。如果温度低于预定温度阈值，则在步骤808加热器调节器模块406确定是否正在接收过零事件信号。如果温度低于预定温度阈值并且正在接收过零事件信号，则在步骤810加热器调节器模块406生成一个或多个控制信号，以控制一个或多个开关114、116。例如，加热器调节器模块406通过向开关114、116提供信号来直接控制开关114、116。在另一示例中，加热器调节器模块406使电磁辐射源115发射电磁辐射，以使开关114、116转变为操作状态。在步骤812，该方法800结束。

以上描述本质上仅是说明性的，且绝不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以多种形式实现。因此，尽管本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应受到如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求后，其他修改将变得明显。应当理解的是，在本公开的原理不变的情况下，可以以不同的顺序(或同时)执行方法内的一个或多个步骤。此外，尽管以上将实施例中的每一个描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可以以任何其他实施例的特征实现和/或与任何其他实施例的特征组合，即使该组合没有被明确描述。换句话说，所描述的实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例的彼此置换仍在本公开的范围内。

元素之间(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系用了各种术语来描述，所述术语包括“连接”、“接合”、“耦接”、“相邻”、“紧邻”、“高于”、“低于”和“设置”。在以上公开内容中描述第一元件和第二元件之间的关系时，除非明确描述为“直接”，否则该关系可以是在第一元件和第二元件之间不存在其他中间元件的直接关系，但是也可以是在第一元件和第二元件之间(空间上或功能上)存在一个或多个中间元件的间接关系。如本文所使用的，短语A、B和C中的至少一个应使用非排他性逻辑“或”被解释为表示逻辑(A或B或C)，而不应解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个。”

在附图中，如箭头所指示的，箭头的方向通常说明了具有图示意图的信息(例如数据或指令)的流动。例如，当元件A和元件B交换各种信息但从元件A传输到元件B的信息与图示有关时，箭头可以从元件A指向元件B。此单向箭头并不意味着没有其他信息从元件B发送到元件A。此外，对于从元件A发送到元件B的信息，元件B可以将对该信息的请求或该信息的接收确认发送到元件A。

在包括以下定义的本申请中，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”代替。术语“模块”可以指代、可以是以下的一部分或可以包括：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或模拟/数字混合分立电路；数字、模拟或模拟/数字混合集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或组)；用于存储由处理器电路执行的代码的存储电路(共享、专用或组)；提供上述功能的其他适用的硬件组件；或者上述某些或全部的组合，例如在片上系统中。

模块可以包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以包括连接到局域网(LAN)、互联网、广域网(WAN)或其组合的有线接口或无线接口。接口电路还可以经由一种或多种适用的通信协议进行通信，所述通信协议包括但不限于：蓝牙和近场通信等。本公开的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可以允许负载平衡。在另一个示例中，服务器(也称为远程或云)模块可以代表客户端模块完成某些功能。

如以上所使用的，术语“代码”可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指代程序、例程、功能、分类、数据结构和/或对象。术语“共享处理器电路”涵盖单个处理器电路，该处理器电路执行来自多个模块的一些或全部代码。术语“组处理器电路”涵盖与附加处理器电路结合的处理器电路，执行来自一个或多个模块的一些或全部代码。引用多个处理器电路涵盖：离散裸片上的多个处理器电路、单个裸片上的多个处理器电路、单个处理器电路的多核、单个处理器电路的多个线程或上述的组合。术语“共享存储电路”涵盖来自多个模块的一些或全部代码的单个存储电路。术语“组存储电路”涵盖一种存储电路，该存储电路与其他存储器组合，存储来自一个或多个模块的一些或全部代码。

术语“存储电路”是术语“计算机可读介质”的子集。如本文中所使用的，术语“计算机可读介质”不涵盖：通过介质(例如在载波上)传播的瞬时电信号或电磁信号；因此，术语“计算机可读介质”可以被认为是有形的和非暂时性的。非暂时性有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储电路(例如，闪存电路、可擦除可编程只读存储电路或掩码只读存储电路)、易失性存储电路(例如，静态随机存取存储电路或动态随机存取存储电路)、磁储存介质(例如，模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光存储介质(例如，CD、DVD或蓝光光盘)。

可以通过专用计算机来部分或完全地实现本申请中描述的装置和方法，通过配置通用计算机以执行计算机程序中体现的一个或多个特定功能来创建该专用计算机。上述的功能块、流程图组件和其他元件用作软件规范，可以通过技术人员或程序员的例行工作将该软件规范转换为计算机程序。

计算机程序包括处理器可执行指令，该处理器可执行指令被储存在至少一个非暂时性有形计算机可读介质上。所述计算机程序还可以包括或取决于所储存的数据。所述计算机程序可以包括：与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定设备交互的设备驱动程序、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。

计算机程序可以包括：(i)要解析的描述性文本，例如，HTML(超文本标记语言)、XML(可扩展标记语言)或JSON(JavaScript对象表示法)；(ii)汇编代码；(iii)由编译器从源代码生成的目标代码；(iv)由解释器执行的源代码；(v)由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，可以使用以下语言的语法编写源代码：C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Fortran、Perl、Pascal、Curl、Ocaml、HTML5(超文本标记语言第5版)、Ada、ASP(动态服务器页面)、PHP(PHP：超文本预处理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Lua、MATLAB、SIMULINK和

权利要求中记载的所有特征都不旨在是装置加功能的特征，除非特征是使用短语“用于……的装置”或者方法权利要求的情况下使用短语“用于……的操作”或“用于……的步骤”来被明确描述的。