一种功率恒定的加湿器雾化电路的制作方法

xiaoxiao2020-9-10  2

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一种功率恒定的加湿器雾化电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及加湿器电路结构设计【技术领域】。本实用新型的一种功率恒定的加湿器雾化电路,包括雾量控制电路、超声波振荡电路和功率自动恒定电路,雾量控制电路为超声波振荡电路提供一个合适的偏置电流,功率自动恒定电路输入端对超声波振荡电路的工作电流进行采样,将采样后电流信号进行倒相放大后输出误差控制量,进而对直流偏置电路输出的偏置电流进行分流控制,从而自动调节输入超声波振荡电路的偏置电流,使得加湿器雾化电路中的工作电流稳定,进而恒定功率。本实用新型所采NPN三极管做为动态调整器件,实时跟踪调整BU406振荡三极管Q3的基极偏置电流,从而达恒定功率的目的。
【专利说明】一种功率恒定的加湿器雾化电路【技术领域】
[0001]本实用新型涉及加湿器电路结构设计【技术领域】,尤其涉及一种功率恒定的加湿器雾化电路。
【背景技术】
[0002]目前家用加湿器市场的产品主要分为超声波型加湿器、直接蒸发型加湿器和热蒸发型加湿器三类。超声波技术是一种比较成熟的技术,已被广泛应用在各种领域。超声波加湿器采用超声波高频震荡,将水雾化为1-5微米的超微粒子,通过风动装置,将水雾扩散到空气中,使空气湿润并伴生丰富的负氧离子,能清新空气,增进健康,营造舒适的生活环境。超声波加湿器的优点是,加湿强度大,加湿均匀,加湿效率高;节能、省电,耗电仅为电热加湿器的I / 10至I / 15;使用寿命长,湿度自动平衡,无水自动保护。
[0003]参考图1和图2,是典型的超声波型加湿器雾化电路图,采用的是电容三点式自激振荡电路。图1采用是电位器调节雾量的方式,图2则采用的是与中央处理CPU接口的雾量调节方式。该传统雾化电路具有电路简单、成本适中等优点,但是也存在一些缺点:[0004]1、受振荡三极管的放大倍数影响大,β值大功率大,β值小功率就小,产品一致性差、作业成本高。
[0005]参考图1,显示了超声波加湿器雾化电路部分的局部电路原理图,包括雾量控制电路和超声波振荡电路,所述雾量控制电路包括开关Si和直流偏置电路,直流偏置电路由电阻R1、电阻R2、电位器VRl、电位器VR2构成,给BU406振荡三极管Q3提供一个合适的偏置电流,调整电位器VRl的值可以调节偏置电流,调节偏置电流等于调节出雾量,调整电位器VR2的值,可微调偏置电流大小。开关SI与电位器VRl是联动的,开关SI是主开关,用于控制加湿器开启工作或关闭,电位器VRl是雾量调节电位器,而电位器VR2是用于微调偏置电流的电位器,生产过程中用于调节功率(调节偏置电流即等于调节功率)使产品达到一致性。
[0006]超声波振荡电路,由雾化片,即压电陶瓷B1、电阻R21、电容C4、电容C6、电阻R3、电容Cl、BU406振荡三极管Q3、二极管D3、电容C3、电感L1、电感L2、电感L3构成。
[0007]参考图1,超声波加湿器雾化电路其工作原理为:当加湿器开启时,开关SI接通,DCIN+直流电压通过开关S1、电阻R1、电阻R2、电位器VRl (雾量调节)、电位器VR2 (用于功率微调,弥补BU406的放大倍数离散)、电感L1、电阻R21、电阻R3、BU406振荡三极管Q3的BE结、电感L2、电感L3和GND形成偏置电流,使BU406振荡三极管Q3导通,此时通过电容C4上端、压电陶瓷BI (把雾化片BI看成是一个LC回路)、BU406振荡三极管Q3的C、E极、电容C6下端、电容C6上端、电容C4下端形成一个放电回路,同时也对电容C6进行充电,电容C6是电容C4的一个放电回路,同时也是一个自举升压电容,为BU406振荡三极管Q3的持续导通提供了电能。随着电容C6持续的充电(下负上正),会在BU406振荡三极管Q3的BE结形成一个反向偏压,使得BU406振荡三极管Q3由导通转为截止状态,BU406振荡三极管Q3截止后,电容C6的两端的电压为下负上正,此时电感LI的上端会通过二极管D3、压电陶瓷B1、电容C4、电容C6上端形成一个放电回路,此时电容C4充电电压为下正上负。随着电容C6的不断放电,在BU406振荡三极管Q3的BE结上形成反向偏压不断减弱,最终BU406振荡三极管Q3会退出截止状态,此时由于直流偏置回路的作用,BU406振荡三极管Q3又从截止状态再次进入导通状态,从而再次重复上述的过程,如此周而复始便形成了高频振荡。
[0008]受BU406振荡三极管Q3的放大倍数(BU406振荡三极管Q3的β值在30-150之间)影响很大,在相同偏置的情况下,使用放大倍数大的三极管,其雾化功率就大,反之雾化功率就小,离散性非常大,不利于批量生产。通常会在偏置回路加上合适阻值的电位器VR2(可调电阻),用以调整功率,使之达到合适的值及控制批量的一致性,而电位器VRl的加入又容易导致接触不良、功率较大的电位器价格也较高;而加电位器VR2也无法完全覆盖所有BU406振荡三极管Q3的放大倍数,使得放大倍数过高或过低的三极管仍会超出电位器的调整范围,从而使功率超出范围,所以加湿器在批量生产时,BU406振荡三极管Q3还得挑选放大倍数适当的来使用,增加不必要的挑选工时,同时也给物料的采购上带来很大的麻烦。因为批量交货中的BU406振荡三极管Q3,放大位数在30-150之间,如果只用了某一部分,剩余部分将很难处理。
[0009]同样的,参考图2,其超声波加湿器雾化电路也存在同样的技术问题。
[0010]2、功率会随温度上升而上升,影响加湿器的使用寿命及安全性。
[0011]参考图2,本方案的超声波加湿器雾化电路是采用与CPU进行雾量调节的超声波加湿器雾化电路部分的局部电路原理图,包括雾量控制电路和超声波振荡电路。
[0012]雾量控制电路包括电子开关和直流偏置电路,由中央处理CPU、电阻R17、三极管Q2、电阻R20、电阻R19和2N5401三极管Ql构成一个电子开关,受中央处理CPU输出的PWM信号控制,从而对雾量进行相应调节,具体是通过直流偏置电路调节BU406振荡三极管Q3的偏置电流实现的,如果PWM占空比等于0%时,即完全关闭,这时等于关闭了出雾,如果占空比为100%时,雾量为最大,如果占空比介于0%-100%之间,那么雾量也介于最小和最大之间,只要控制了占空比就同时可以控制出雾量和是否出雾。直流偏置电路:由电阻R5、电位器VRl构成,直流偏置电路给BU406振荡三极管Q3提供一个合适的偏置电流,调整电位器VRl的值可以微调偏置电流大小。
[0013]超声波振荡电路:由压电陶瓷BI,电容C4、电容C6、电阻R3、电容Cl、电容C3、BU406振荡三极管Q3、二极管D3、电感L1、电感L2、电感L3构成。
[0014]图2中电路的工作原理是:当加湿器开启时,中央处理器CPU输出高电平,三极管Q2 (S8050)、Q1 (2N5401)导通,DCIN+直流电压通过 Ql (2N5401)的 E、C 极、流过电阻 R5、电位器VRl、电感L1、电阻R3、BU406振荡三极管Q3的BE结、电感L2、电感L3和GND形成偏置电流,使BU406振荡三极管Q3导通,此时通过电容C4上端、压电陶瓷BI (把雾化片BI看成是一个LC回路)、BU406振荡三极管Q3的C、E极、电容C6右端、电容C6左端、电容C4下端形成一个放电回路,同时也对电容C6进行充电,电容C6是电容C4的一个放电回路,同时也是一个自举升压电容,为BU406振荡三极管Q3的持续导通提供了电能。随着电容C6持续的充电(左负右正),会在BU406振荡三极管Q3的BE结形成一个反向偏压,使得BU406振荡三极管Q3由导通转为截止状态,BU406振荡三极管Q3截止后,电容C6的两端的电压为左负右正,此时电容C6的右端会通过二极管D3、压电陶瓷B1、电容C4、电容C6左端形成一个放电回路,此时电容C4充电电压为上正下负。随着电容C6的不断放电,在BU406振荡三极管Q3的BE结上形成反向偏压不断减弱,最终BU406振荡三极管Q3会退出截止状态,此时由于直流偏置回路的作用,BU406振荡三极管Q3又从截止状态再次进入导通状态,从而再次重复上述的过程,如此周而复始便形成了振荡。
[0015]由上述工作原理可以看出,电路由冷态开始工作时,其功率会随器件的温度上升而增加,功率上升又使得温度进一步增加,形成一个不利电路工作的循环。通常加湿器的输入功率在数分钟内会产生20-30%的功率上升,且随着温度的持续上升,功率还会继续上升。加湿器工作时由于加热管(PTC发热管,用于对水温进行加热的部件)、BU406振荡三极管、雾化片、功率电阻等器件工作会产生一定的温升,从而使器件本身及内部环境温度上升。温度上升后会使一些对温度敏感的元器件工作特性发生一定的变化,如会半导体器件的正向导通电压降低、BU406振荡三极管Q3放大倍数(β值)增大、极间反向漏电流IceqUcbq增加、晶体管热噪声增加等等。
[0016]参考图1和图2,加湿器雾化电路中的BU406振荡三极管Q3,三极管Q1(2N5401),它的极间反向漏电流、β值、热噪声、结电容、BE结正向导通电压(Vbe下降)等参数将受温度的影响,从而使注入BU406振荡三极管Q3的总有效基极偏置电流增加,雾化电路的总工作电流增加,最终导致雾化器功率增加、总输入功率上升的结果。
[0017]根据前面分析可知,加湿器雾化电路的功率飘升最主要的原因是BU406振荡三极管Q3的放大倍数随温度上升而上升导致的结果。上述两种(参考图1和图2)常见的加湿器雾化电路中,其雾化功率均由下式决定:
【权利要求】
1.一种功率恒定的加湿器雾化电路,其特征在于:包括雾量控制电路、超声波振荡电路和功率自动恒定电路,所述雾量控制电路包括开关控制电路和直流偏置电路,所述开关控制电路为直流偏置电路提供电源控制信号,所述直流偏置电路为超声波振荡电路提供一个合适的偏置电流,所述功率自动恒定电路输入端与超声波振荡电路的负极公共端连接,所述功率自动恒定电路输出端与直流偏置电路的输出端连接,所述功率自动恒定电路的负极公共端与开关控制电路负极连接,所述功率自动恒定电路输入端对超声波振荡电路的工作电流进行采样,将采样后电流信号进行倒相放大后输出误差控制量,进而对直流偏置电路输出的偏置电流进行分流控制,从而自动调节输入超声波振荡电路的偏置电流,使得加湿器雾化电路中的工作电流稳定,进而恒定功率。
2.根据权利要求1所述的一种功率恒定的加湿器雾化电路,其特征在于:所述功率自动恒定电路包括电流取样电路、滤波电路和误差放大电路,电流取样电路输入端与超声波振荡电路的负极公共端连接,电路取样电路的输出端与滤波电路输入端连接,滤波电路输出端与和误差放大电路信号输入端连接,误差放大电路信号输出端与直流偏置电路输出端连接,误差放大电路的负极公共端与开关控制电路负极连接。
3.根据权利要求2所述的一种功率恒定的加湿器雾化电路,其特征在于:所述电流取样电路由电阻R7构成,该电阻R7 —端与超声波振荡电路的负极公共端连接,电阻R7从超声波振荡电路的负极公共端获得电流取样信号,所述滤波电路是由电阻R6和电容C7构成的积分电路,该电流取样信号经积分电路平滑滤波后得到电流信号,所述误差放大电路的由三极管Q4构成,经积分电路平滑滤波后的电流信号加至误差放大电路的三极管Q4的基极,三极管Q4的集电极与直流偏置电路输出端连接,三极管Q4的发射极与开关控制电路负极连接,三极管Q4对电流信号进行倒相放大后输出误差控制量,进而对直流偏置电路输出的偏置电流进行分流控制。
4.根据权利要求3所述的一种功率恒定的加湿器雾化电路,其特征在于:所述开关控制电路包括主开 关SI,该开关SI连接至直流电源DCIN+,所述直流偏置电路由电阻R1、电阻R2和电位器VRl构成,开关SI与电位器VRl联动,电位器VRl —固定端串联电阻R2和电阻Rl后接至开关SI 一端,所述直流偏置电路和超声波振荡电路之间并联连接一电容C2进行滤波,所述超声波振荡电路由压电陶瓷B1、电阻R21、电容C4、电容C6、电阻R3、电容CUBU406振荡三极管Q3、二极管D3、电容C3、电感L1、电感L2和电感L3构成,所述电位器VRl另一固定端连接至二极管Q2的集电极,该端还连接至电感LI的一端,所述电感L1、电阻R21、电阻R3、BU406振荡三极管Q3的BE结、电感L2、电感L3和公共负极端依次连接构成偏置电流回路,所述电容C4、压电陶瓷B1、BU406振荡三极管Q3的CE结、电感L2、电容C6依次连接构成充电回路,所述电容C6、电感L2、二极管D3、压电陶瓷BI和电容C4依次连接构成放电回路,所述电容C3为并联于负载的谐振电容。
5.根据权利要求3所述的一种功率恒定的加湿器雾化电路,其特征在于:所述开关控制电路由中央处理CPU、电阻R17、三极管Q2、电阻R3、电阻R19和2N5401三极管Ql构成PWM开关控制电路,所述直流偏置电路由电阻R5构成,中央处理CPU的PWM控制信号输出端连接至电阻R17,电阻R17与三极管Q2的基极连接,三极管Q2的发射极接地,三极管Q2的集电极串联电阻R19和电阻R3后连接至直流电源DC1N+,该端还同时与三极管Ql的发射极连接,三极管Ql的基极接于电阻R3和电阻R19的共同连接端,三极管Ql的集电极一端与电阻R5 —端连接,电阻R5的另一端串联电容ClO后接地,电阻R5的另一端还与三极管Q4的集电极连接,电阻R5的另一端还与超声波振荡电路连接,所述超声波振荡电路由压电陶瓷B1、电容C4、电容C6、电阻R3、电容C1、BU406振荡三极管Q3、二极管D3、电容C3、电感L1、电感L2和电感L3构成,电阻R5的另一端连接至电感LI的一端,所述电感L1、电阻R3、BU406振荡三极管Q3的BE结、电感L2、电感L3和公共负极端依次连接构成偏置电流回路,所述电容C4、压电陶瓷B1、BU406振荡三极管Q3的CE结和电容C6依次连接构成充电回路,所述电容C6、二极管D3、压电陶瓷BI和电容C4依次连接构成放电回路,所述电容C3为并联于负载的谐振电容。`
【文档编号】H03K19/14GK203482181SQ201320630155
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2013年10月14日
【发明者】徐金波, 陈决源, 肖永瑞 申请人:欧兰普电子科技(厦门)有限公司

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