專利名稱：電阻點(diǎn)火器的電壓調(diào)整系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料燃燒器點(diǎn)火器的控制系統(tǒng)，尤其涉及一種用于燃料燃燒器的電阻型點(diǎn)火器的控制系統(tǒng)和控制該點(diǎn)火器電壓的方法。
對于有些設(shè)備例如爐灶和干衣機(jī)和有些加熱裝置例如鍋爐和加熱爐，它們所用的可燃物例如可燃烴類(如丙烷，天然氣，燃油)與空氣混合(即氧氣)，并在上述設(shè)備或加熱裝置內(nèi)持續(xù)燃燒以提供持續(xù)的熱能。該持續(xù)的熱能可用來煮飯，給水加熱以提供流動的熱水，對空氣或水加熱以給類似房屋的結(jié)構(gòu)供熱。
由于該燃料和空氣的混合物(即燃料/空氣混合物)混合到一起后并不會自發(fā)燃燒，必須提供點(diǎn)火源來啟動燃燒過程并使點(diǎn)火源持續(xù)工作直到該燃燒過程可自行持續(xù)下去。在不久的過去，點(diǎn)火源通常是指常燃小火，即很少量的可燃物和空氣混合后持續(xù)燃燒，即使在加熱裝置和設(shè)備不工作時也持續(xù)燃燒。由于各種原因，作為點(diǎn)火源的常燃小火已不再被使用，而是被點(diǎn)火器所代替。
點(diǎn)火器是一種當(dāng)需要時能提供燃料/空氣混合物點(diǎn)火條件的裝置，包括火花型點(diǎn)火器例如壓電點(diǎn)火器和熱表面型點(diǎn)火器例如碳化硅熱表面型點(diǎn)火器?；鸹ㄐ忘c(diǎn)火器產(chǎn)生電火花以點(diǎn)燃?xì)怏w，其優(yōu)點(diǎn)是點(diǎn)火迅速，也就是說，可以在數(shù)秒內(nèi)點(diǎn)火。然而，火花型點(diǎn)火器的缺點(diǎn)是，它包括由火花產(chǎn)生的電噪聲、物理噪聲和其它問題。
對于熱表面型點(diǎn)火器，例如碳化硅熱表面型點(diǎn)火器，加熱端或加熱元件被電阻中的電流加熱到燃料/空氣混合物點(diǎn)燃所需要的溫度，這樣當(dāng)燃料/空氣混合物流向最接近的點(diǎn)火器時就被點(diǎn)燃。當(dāng)需要時，可重復(fù)進(jìn)行該過程以滿足加熱裝置/設(shè)備特殊的操作要求。與火花型點(diǎn)火器相比熱表面型點(diǎn)火器的優(yōu)點(diǎn)是，其產(chǎn)生的噪聲可忽略不計。然而，熱表面型點(diǎn)火器需要有效的點(diǎn)火/預(yù)熱時間來對電阻點(diǎn)火器進(jìn)行充分的電阻加熱，以達(dá)到點(diǎn)燃?xì)怏w的溫度。在一些裝置中，該預(yù)熱時間可以在15至45秒之間。
近年來，人們致力于開發(fā)一種可靠、低噪聲的點(diǎn)火器，這種點(diǎn)火器能迅速點(diǎn)燃?xì)怏w，也就是說在數(shù)秒內(nèi)點(diǎn)燃?xì)怏w。美國專利US4,925,386公開了一種電阻型點(diǎn)火器的控制系統(tǒng)，特別是嵌入氮化硅絕緣體內(nèi)的鎢絲加熱器元件。具有相對窄的溫度工作范圍的氮化硅點(diǎn)火器需要這樣的控制系統(tǒng)。實(shí)際上，氮化硅點(diǎn)火器的工作范圍必須保持在能使氣體點(diǎn)燃的最低溫度和點(diǎn)火器發(fā)生故障即鎢絲加熱器元件的擊穿溫度之間。
經(jīng)過一定的時間后，該工作溫度的較窄范圍由于一個叫做“老化”的過程將變得更窄。由于鎢絲加熱器元件被反復(fù)加熱至較高溫度，因此鎢絲氧化或“老化”。老化表現(xiàn)為截面的變化，即鎢絲的減小。因此，可容許的工作溫度通常減小并隨著老化繼續(xù)減小。所述控制系統(tǒng)包括處理器和學(xué)習(xí)程序用以控制和調(diào)整固態(tài)開關(guān)裝置，使得點(diǎn)火器能被快速加熱至并保持在點(diǎn)火溫度或合適的點(diǎn)火溫度附近，該點(diǎn)火溫度低于最大工作溫度。此外，所述學(xué)習(xí)程序?qū)Ⅻc(diǎn)火器溫度保持在點(diǎn)燃?xì)怏w所需的溫度之上，以提供快速點(diǎn)火，同時持續(xù)監(jiān)測最大容許溫度以防止點(diǎn)火器損壞。
類似地，美國專利US5,725,368公開了一種控制氮化硅點(diǎn)火器通電的精確控制系統(tǒng)，據(jù)稱在大約兩秒內(nèi)就能進(jìn)行點(diǎn)火。上述控制系統(tǒng)包括微型計算機(jī)，與點(diǎn)火器串聯(lián)的三端雙向可控硅開關(guān)元件和學(xué)習(xí)程序。該微型計算機(jī)確定供給點(diǎn)火器的功率，該功率是給點(diǎn)火器和點(diǎn)火器電阻通電的電壓的函數(shù)。該三端雙向可控硅開關(guān)元件使用不規(guī)則點(diǎn)火順序給點(diǎn)火器提供時變功率。
然而，這兩種控制系統(tǒng)有幾個缺點(diǎn)。首先，它們只用于特定的容易“老化”點(diǎn)火器類型。因此，這兩種系統(tǒng)需要硬件和軟件來使學(xué)習(xí)程序運(yùn)行。它們也持續(xù)地將點(diǎn)火溫度保持為稍微比最低點(diǎn)火溫度高一點(diǎn)，例如大約1200攝氏度。這樣，可以提供一個理想的可靠的控制系統(tǒng)用來對不易顯著老化的熱表面型點(diǎn)火器通電，并且該點(diǎn)火器并不需要持續(xù)保持在大約1200攝氏度。
本發(fā)明提供了一種熱表面型點(diǎn)火器的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括控制裝置，所述控制裝置可以持續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)線電壓，可以確定施加到熱表面型點(diǎn)火器上的滿線電壓的時間長度，該時間長度是測量到的線電壓的函數(shù)，還可以把施加到電阻點(diǎn)火器上的電壓調(diào)整為另一個電壓值。該控制系統(tǒng)也包括開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置根據(jù)來自控制裝置的信號對施加到電阻點(diǎn)火器上的電壓進(jìn)行有選擇地控制。在一個特別的實(shí)施例中，所述另一個電壓值是電阻點(diǎn)火器的額定電壓。
在特別的實(shí)施例中，控制裝置包括微處理器和開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置包括可控硅元件或三端雙向可控硅開關(guān)元件。微處理器是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的各種微處理器中的一種，這些微處理器包括中央處理單元(CPU)、一個或多個存儲器和由CPU執(zhí)行的應(yīng)用程序。在一個特別的實(shí)施例中，所述的一個或多個存儲器包括兩個存儲器；一個是由CPU存取的存儲器，另一個是用于存儲信息的永久存儲器，被存儲的信息例如是用于確定和調(diào)整“全開”時間長度的檢索圖表和用于根據(jù)線電壓確定給電阻點(diǎn)火器輸送的連續(xù)電壓占空系數(shù)的檢索圖表。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，CPU和該一個或多個存儲器置于一個芯片中。
可控硅元件或三端雙向可控硅開關(guān)元件可操作地與控制裝置和電阻點(diǎn)火器連接，從而被控制裝置有選擇地進(jìn)行控制，并有選擇地對施加到電阻點(diǎn)火器上的電壓進(jìn)行控制。在特別的實(shí)施例中，控制裝置對可控硅元件或三端雙向可控硅開關(guān)元件進(jìn)行控制，使施加的滿線電壓持續(xù)一個預(yù)定的時間，之后控制裝置控制可控硅元件或三端雙向可控硅開關(guān)元件從而施加一個相當(dāng)于另一個電壓值的電壓。在一個特別的實(shí)施例中，控制裝置對可控硅元件或三端雙向可控硅開關(guān)元件的控制是通過半波周期增量中交流線電壓的占空系數(shù)的調(diào)整實(shí)現(xiàn)的。在一個特別的實(shí)施例中，控制裝置監(jiān)測線電壓并調(diào)整所施加的電壓，從而對電阻點(diǎn)火器施加相當(dāng)一個相當(dāng)恒定的電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，其特點(diǎn)是對一個或多個電阻點(diǎn)火器進(jìn)行通電控制的方法。該方法包括確定線電壓；給電阻點(diǎn)火器提供“全開”時間長度的滿線電壓；“全開”時間期滿后調(diào)整供給電阻點(diǎn)火器的電壓。在一個特別的實(shí)施例中，當(dāng)系統(tǒng)要對一個或多個電阻點(diǎn)火器通電時，根據(jù)系統(tǒng)線電壓來確定“全開”時間長度。另外，所述調(diào)整包括對電壓的調(diào)整，從而對電阻點(diǎn)火器施加額定電壓。在一個特別的實(shí)施例中，所述調(diào)整包括半波增量中交流線電壓的占空系數(shù)的調(diào)整。
本發(fā)明提供了一種對不易顯著老化的熱表面型點(diǎn)火器通電的可靠的控制系統(tǒng)和方法。而且，本發(fā)明的控制系統(tǒng)和方法使點(diǎn)火器不必持續(xù)保持在大約點(diǎn)火溫度附近(例如1200攝氏度)，而是利用滿線電壓對一個或多個熱表面型點(diǎn)火器電阻加熱一個預(yù)定的時間，然后調(diào)整輸入的線電壓，從而施加具有另一個電壓值的電壓，即點(diǎn)火器的額定電壓。
另一個特點(diǎn)是加熱設(shè)備或裝置包括本發(fā)明的點(diǎn)火器控制系統(tǒng)。所述加熱設(shè)備或裝置還包括用于控制燃燒氣體和把燃燒氣體供到點(diǎn)火器附近的裝置。
后面將論述本發(fā)明的其他方面和實(shí)施例。
為了更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容和預(yù)期效果，后面的描述將結(jié)合附圖進(jìn)行，各圖中同樣的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部分，其中

圖1是用于說明按照本發(fā)明系統(tǒng)的點(diǎn)火器控制系統(tǒng)一個實(shí)施例的示意圖；圖2是用于說明按照本發(fā)明點(diǎn)火器通電方法的實(shí)施例的程序框圖；圖3是具有本發(fā)明點(diǎn)火器和點(diǎn)火器控制系統(tǒng)的設(shè)備或加熱裝置的簡化示意圖。
現(xiàn)在參照附圖，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分，圖1是按照本發(fā)明點(diǎn)火器控制系統(tǒng)10的實(shí)施例的示意圖，該系統(tǒng)與電表面點(diǎn)火器20和電源4電連接。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，該電表面點(diǎn)火器20是各種電阻熱表面型點(diǎn)火器中的任一種，特別是電表面點(diǎn)火器中的陶瓷型。
在一個特別的說明性的實(shí)施例中，點(diǎn)火器20是陶瓷/金屬間化合物熱表面型點(diǎn)火器，例如St.Gobain Industrial Ceramics Norton Igniter Products生產(chǎn)的NortonMini點(diǎn)火器。這種點(diǎn)火裝置的特點(diǎn)是包括一加熱元件，該加熱元件從固定它的底座上向外延伸。但是并不限于上述點(diǎn)火器，本發(fā)明可以使用其它類型的熱表面型點(diǎn)火器和其它類型的點(diǎn)火裝置或點(diǎn)火器，例如Norton CRYSTAR點(diǎn)火器。在一個特別的示例性的實(shí)施例中，該電表面點(diǎn)火器20是額定電壓為18，60，70，80或150V交流電的電阻點(diǎn)火器，但是應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明并不局限于這些作為例子的額定電壓。
電阻熱表面型點(diǎn)火器20和控制系統(tǒng)10的電源具有足夠的容量來將點(diǎn)火器的加熱元件預(yù)熱到可燃混合物點(diǎn)燃所需要的溫度，并具有足夠的容量使控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種功能。電源4可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的各種電源中的任一種。在一個示例性的實(shí)施例中，電源4是位于加熱裝置100(圖3)內(nèi)布線的組合或結(jié)構(gòu)，該布線通過保險絲盒或等同物與電氣設(shè)施的配電系統(tǒng)互連。上述配電系統(tǒng)的工作電壓可以在一定的電壓范圍內(nèi)變化，并取決于各國家和地區(qū)生產(chǎn)的電力。
按照本發(fā)明一個方面的控制系統(tǒng)10被配置和安排以對電表面點(diǎn)火器20的操作進(jìn)行控制，該操作包括通電。按照本發(fā)明的控制系統(tǒng)10包括可控硅元件12，零交叉電路14，電源16，線電壓測量裝置18和微控制器30。零交叉電路14與電源4電連接以監(jiān)測電源的線電壓，零交叉電路14與微控制器30可操作地連接。零交叉電路14是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的可以監(jiān)測或判斷交流線電壓何時穿過時間軸的電路中的任一種，所述電壓穿過時間軸也就是電壓值為零。當(dāng)交流線電壓值為零時，零交叉電路14提供一輸出信號給微控制器30。在一個示例性的實(shí)施例中，該輸出信號是數(shù)字信號。
電源16與電源4和微控制器30電連接。電源16是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的可以提供給微控制器30運(yùn)行所需的適當(dāng)電壓和電流的電源中的任一種。在一個示例性的實(shí)施例中，電源16包括串聯(lián)連接的電容和齊納二極管，該齊納二極管逐步將線電壓調(diào)至微控制器30的工作電壓。
線電壓測量裝置18與電源4電連接，并與微控制器30可操作地連接。線電壓測量裝置18包括任何本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的可以監(jiān)測和判斷電源4的線電壓并提供表示該線電壓的輸出信號的線電壓測量裝置。特別地，這種電路可以快速判斷線電壓并提供輸出信號給微控制器30。在一個特別的實(shí)施例中，線電壓測量裝置18包括常規(guī)的電阻分壓器過濾電路。在一個示例性的實(shí)施例中，輸出信號是模擬信號，然而，電路也可以被設(shè)置為提供數(shù)字輸出信號。
微控制器30包括處理單元32，隨機(jī)存取存儲器34，永久存儲器36和用于在處理單元中執(zhí)行的應(yīng)用程序。該應(yīng)用程序包括指令和標(biāo)準(zhǔn)，這些指令和標(biāo)準(zhǔn)用于接收和處理從線電壓測量裝置18和零交叉電路14輸入給微控制器30的各種信號，并提供輸出控制信號給可控硅元件12，從而控制對熱表面型點(diǎn)火器20的通電。該包括指令和標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序，將在后面結(jié)合附圖2-3來論述。
處理單元32是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的可執(zhí)行所述功能和可在預(yù)定環(huán)境中運(yùn)行的各種微處理器中的任一個。在一個示例性的實(shí)施例中，處理單元32是SamsungS3C9444或Microchipl2C671。隨機(jī)存取存儲器(RAM)34和永久存儲器36是以下存儲設(shè)備中的任一種，即存儲器芯片和本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的存儲設(shè)備等。在一個特別的說明性的實(shí)施例中，永久存儲器36包括非易失性隨機(jī)存取存儲器(NVRAM)，只讀存儲器(ROM)例如EPROM。在一個特別的實(shí)施例中，處理單元32，RAM34和永久存儲器36被配置/安置使得其可以被共同安裝于一個集成芯片上。然而本發(fā)明并不局限于以上例子，因為本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對這些部件進(jìn)行各種方式的配置/安置。
可控硅元件12是對正負(fù)電流都可以切斷的整流器。在一個特別實(shí)施例中，可控硅元件12是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的三端雙向可控硅開關(guān)元件，該三端雙向可控硅開關(guān)元件切斷正或負(fù)電流直到它收到來自微控制器30的門脈沖。一旦接收到門脈沖，電流就通過該三端雙向可控硅開關(guān)元件?？煽毓柙?2或三端雙向可控硅開關(guān)元件與電源4和熱表面型點(diǎn)火器20電連接，從而控制從電源供給熱表面型點(diǎn)火器的電流。這樣，當(dāng)可控硅元件12或三端雙向可控硅開關(guān)元件切斷電流時，熱表面型點(diǎn)火器處于斷電狀態(tài)。當(dāng)可控硅元件12或三端雙向可控硅開關(guān)元件接收到門脈沖時，電流流過熱表面型點(diǎn)火器20，從而給點(diǎn)火器通電并對其加熱。
從以下結(jié)合附圖2的論述可以更好的理解點(diǎn)火器控制系統(tǒng)10的運(yùn)行。在此不再提供或論述前面結(jié)合圖1對控制系統(tǒng)特征和功能的描述。如前面提到的，后面將描述微控制器30的處理器32所執(zhí)行的應(yīng)用程序的功能，還有該應(yīng)用程序的指令和標(biāo)準(zhǔn)。
下面參照圖3，點(diǎn)火器控制系統(tǒng)10的操作使得在設(shè)備或加熱裝置100(圖3)不需要產(chǎn)生熱量的時間內(nèi)，熱表面型點(diǎn)火器20被斷電。如上所述，在這種不產(chǎn)生熱量的時間內(nèi)，點(diǎn)火控制器10處于空閑狀態(tài)，即步驟202。在一個特別的實(shí)施例中，在空閑狀態(tài)時該點(diǎn)火器控制系統(tǒng)10被配置/安置為斷電。當(dāng)設(shè)備或加熱裝置100需要產(chǎn)生熱量時，給點(diǎn)火器控制系統(tǒng)10的微控制器30提供輸入信號，該輸入信號也就是使加熱裝置的一個或多個熱表面型點(diǎn)火器20通電的信號，即步驟204。作為替代措施，在點(diǎn)火控制器10處于空閑狀態(tài)而被斷電的情況下，該信號可以由供給控制系統(tǒng)的再接通電源來表示。
接收到這個信號后，微控制器30輸出一個信號(例如門脈沖)給三端雙向可控硅開關(guān)元件或可控硅元件12，使得可控硅元件導(dǎo)通，從而電流從電源4流向一個或多個熱表面型點(diǎn)火器20。特別地，微控制器30控制三端雙向可控硅開關(guān)元件或可控硅元件12，使得上述電流可以連續(xù)導(dǎo)通且該“全開”電壓供給熱表面型點(diǎn)火器20，即步驟206。這通常會產(chǎn)生“過電壓”現(xiàn)象，也就是加在熱表面型點(diǎn)火器20上的電壓超過了點(diǎn)火器的額定電壓。因此，該熱表面型點(diǎn)火器20可以更快地加熱到指定溫度，并在點(diǎn)火器上產(chǎn)生更多熱量。
如上所述，線電壓測量裝置18監(jiān)測電源4的線電壓并提供輸出信號，該輸出信號用于表示供給微控制器的線電壓。接收到該通電信號后，微控制器30處理來自線電壓測量裝置18的輸出信號以確定線電壓的幅值，即步驟220。在美國，規(guī)定的線電壓是220V交流電，額定線電壓的范圍通常在大約208V交流電和大約240V交流電之間。在規(guī)定的線電壓是230V交流電的歐洲和世界其它地區(qū)，額定線電壓的范圍通常在大約220V交流電和大約240V交流電之間。這樣，全世界任何地方的線電壓變化范圍在大約176V交流電和大約264V交流電之間。在美國，也有其他額定線電壓的例子；其中一個例子是額定線電壓為110V交流電，變化范圍為102V交流電和132V交流電之間，另一個例子是額定線電壓為24V交流電，變化范圍是20V交流電和26V交流電之間。
在把“全開”電壓施加或輸送給熱表面型點(diǎn)火器20期間，微控制器30評價該確定的或測量的線電壓從而確定時間間隔，即步驟222。該時間間隔在下文中將被稱為“全開”時間間隔。特別地，處理器32將確定的線電壓與檢索圖表相比較，從而確定對于該確定的線電壓來說合適的“全開”時間間隔。在一個特別的實(shí)施例中，該檢索圖表存儲在永久存儲器36中。在一個示例性的實(shí)施例中，所述確定“全開”時間間隔的過程在微控制器30接收到使點(diǎn)火器通電的信號后大約一秒鐘內(nèi)就能完成。
因此，每次微控制器30接收到使熱表面型點(diǎn)火器20通電的信號時，處理器32都要調(diào)整該“全開”時間間隔，所述信號是根據(jù)每次測量到的線電壓確定的。也就是說，每次點(diǎn)火器被通電時，施加或輸送給熱表面型點(diǎn)火器20的“全開”電壓的時間都將依每次測量到的線電壓而變化。例如，如果測量到的電壓在給定電壓范圍的下限時，那么將調(diào)整“全開”時間間隔對此進(jìn)行校正，該調(diào)整是通過使“全開”電壓保持相對長的時間來實(shí)現(xiàn)的。類似地，如果測量到的電壓在給定電壓范圍的上限時，那么將調(diào)整“全開”時間間隔對此進(jìn)行校正，該調(diào)整是通過使“全開”電壓保持比線電壓處于下限時相對短的時間來實(shí)現(xiàn)的。
確定了“全開”時間間隔后，處理器32持續(xù)判斷該時間是否已期滿，即步驟208。如果經(jīng)判斷該時間沒有期滿(步驟208的“否”)，那么微控制器30，特別是處理器32對三端雙向可控硅開關(guān)元件或可控硅元件12進(jìn)行控制，使得“全開”電壓持續(xù)施加或輸送到熱表面型點(diǎn)火器20上，即步驟206。如果經(jīng)判斷該時間已經(jīng)期滿(步驟224的“是”)，那么處理器32對三端雙向可控硅開關(guān)元件或可控硅元件12進(jìn)行控制，以調(diào)整施加到三端雙向可控硅開關(guān)元件或可控硅元件上的電壓，即步驟210。
“全開”電壓時間期滿后(步驟208的“是”)，處理器32對三端雙向可控硅開關(guān)元件或可控硅元件12進(jìn)行控制以調(diào)整施加或輸送到熱表面型點(diǎn)火器20上的電壓，從而將該電壓保持在點(diǎn)火器的額定電壓附近。在一個示例性的實(shí)施例中，處理器32對三端雙向可控硅開關(guān)元件或可控硅元件12進(jìn)行控制以調(diào)整所施加的電壓，該調(diào)整通過對半波周期增量中交流線電壓占空系數(shù)的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。特別地，在這些半波周期增量中，微處理器32利用來自零交叉電路14的輸出信號對三端雙向可控硅開關(guān)元件或可控硅元件12的運(yùn)行進(jìn)行控制。在一個特別的實(shí)施例中，微處理器32執(zhí)行的調(diào)整方法對施加的電壓進(jìn)行調(diào)整以使閃爍最小化，該調(diào)整通過對半波周期增量中交流線電壓占空系數(shù)的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)，該調(diào)整周期是大約50個半波周期，所述調(diào)整周期被進(jìn)一步分成各為大約5個半波周期的亞周期。
下面的例子用于說明在額定電壓為150V的交流電施加到熱表面型點(diǎn)火器20的情況下對上述調(diào)整方法的應(yīng)用。如果確定了需要50個半波周期中的32個來對施加的電壓進(jìn)行調(diào)整以保持150V交流電的額定電壓，那么半周期將被分配到亞周期中工作周期中10個亞周期中的八個將具有三個半波周期(8×3＝24)，剩下的兩個亞周期將具有四個半波周期(2×4＝8)。假設(shè)具有四個半波周期的那兩個亞周期是第一和第二亞周期(分別是SP-1和SP-2)，在第一個亞周期(SP-1)內(nèi)，微處理器16通過如下方法來調(diào)整供給熱表面型點(diǎn)火器20的輸出電壓使三端雙向可控硅開關(guān)元件或可控硅元件12導(dǎo)通四個半波周期和關(guān)閉一個半波周期；使它再導(dǎo)通四個半波周期(SP-2)；使它關(guān)閉一個半波周期；使它導(dǎo)通三個半波周期(SP-3)；這樣直到第十個亞周期(SP-10)。
在一個特別的實(shí)施例中，永久存儲器36還包括另一個檢索圖表，該檢索圖表將電源線電壓和為調(diào)整施加到熱表面型點(diǎn)火器20上的電壓所需的半波周期的個數(shù)聯(lián)系在一起，使得所施加的電壓保持在點(diǎn)火器額定電壓或額定電壓的附近。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識到，半波周期的長度、亞周期的個數(shù)、和/或每個亞周期的半波周期的個數(shù)可以根據(jù)在此所描述的進(jìn)行修改，這種修改在本發(fā)明的范圍和精神實(shí)質(zhì)內(nèi)。
在其他實(shí)施例中，微控制器30評價確定的或測量的線電壓，并周期性地調(diào)整占空系數(shù)，使得施加到熱表面型點(diǎn)火器20上的電壓被保持，這樣熱表面型點(diǎn)火器可保持相當(dāng)穩(wěn)定的溫度。特別地，微處理器32將最新確定或測量到的線電壓與第二個檢索圖表進(jìn)行比較，并確定為調(diào)整施加到熱表面型點(diǎn)火器20上的電壓所需的半波周期的個數(shù)，這樣所施加的電壓就保持在點(diǎn)火器的額定電壓或額定電壓附近。
微處理器32持續(xù)判斷熱表面型點(diǎn)火器20的通電周期是否已完成或結(jié)束，即步驟212。通常來說，微處理器32接收來自外部傳感器或開關(guān)的輸入信號，該外部傳感器或開關(guān)用以說明加熱過程應(yīng)該結(jié)束或加熱裝置內(nèi)已經(jīng)形成了穩(wěn)定的燃燒過程而不再需要點(diǎn)火源。如果經(jīng)判斷通電周期已經(jīng)結(jié)束(步驟212中的“是”)，那么微處理器32提供適當(dāng)?shù)妮敵鲆郧袛嗔鬟^三端雙向可控硅開關(guān)元件或可控硅元件12的電流，使控制系統(tǒng)進(jìn)入空閑狀態(tài)(步驟202)。如果經(jīng)判斷通電周期沒有結(jié)束(步驟212中的“否”)，那么微處理器32繼續(xù)調(diào)節(jié)施加到熱表面型點(diǎn)火器上的電壓(步驟210)。
本發(fā)明的點(diǎn)火器控制系統(tǒng)提供了這樣一種控制系統(tǒng)，即它允許熱表面型點(diǎn)火器可以被更快地加熱從而縮短加熱裝置或設(shè)備的點(diǎn)火時間。該控制系統(tǒng)在預(yù)定的時間期滿后，同樣減少和調(diào)整此后所施加的電壓使得熱表面型點(diǎn)火器保持相當(dāng)穩(wěn)定的工作溫度，從而不會過分縮短熱表面型點(diǎn)火器的使用壽命。在其他實(shí)施例中，對電壓進(jìn)行調(diào)整的方法只產(chǎn)生最低量的電輻射，這樣就不再需要線路濾波器，從而減少了對硬件的需求，降低了制造成本。
現(xiàn)在參照圖3，圖3是加熱裝置100的簡單示意圖，包括設(shè)備或加熱裝置中的一個，具有根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置的熱表面型點(diǎn)火器20和點(diǎn)火器控制系統(tǒng)10。下文中會描述圖示的加熱裝置100，該加熱裝置100使用氣態(tài)烴類(例如天然氣，丙烷)作為可燃物以產(chǎn)生熱量。這不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是一種限制，因為可燃物并不局限于氣態(tài)烴類，還包括可燃的液態(tài)烴類和其他一旦點(diǎn)燃后就可自行燃燒的氣體(例如氫)和液體。
這種加熱裝置包括點(diǎn)火器裝置20，燃燒管104，裝置控制電路106，燃料進(jìn)入閥108和點(diǎn)火器控制系統(tǒng)10。裝置控制電路106與燃料進(jìn)入閥108和點(diǎn)火器控制系統(tǒng)互相電連接，從而它們中的每一個可以有選擇地運(yùn)行以產(chǎn)生熱量，下文將對此進(jìn)行描述。燃料進(jìn)入閥108與作為加熱裝置100燃料的可燃物的來源2通過管道或管路而流體上互連。在所示的實(shí)施例中，該管道或管路與氣態(tài)烴類的來源連接，該氣態(tài)烴類例如是天然氣或丙烷。該燃料來源可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的外置燃料箱或地下天然氣管道系統(tǒng)。
控制電路106與外部開關(guān)裝置190電連接，該外部開關(guān)裝置190為加熱裝置100的適當(dāng)操作而給控制電路提供適當(dāng)?shù)男盘?。例如，如果加熱裝置100是對建筑物或熱水加熱器進(jìn)行加熱的加熱爐，那么外部開關(guān)裝置190是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的溫度調(diào)節(jié)器，該溫度調(diào)節(jié)器檢測建筑物或水箱內(nèi)熱水的平均溫度。根據(jù)檢測到的溫度，溫度調(diào)節(jié)器輸出信號給控制電路106使加熱爐或熱水加熱器開或關(guān)。如果加熱裝置100是加熱器例如爐子，那么外部開關(guān)裝置190通常是機(jī)械開關(guān)和/或電開關(guān)。該開關(guān)輸出信號給控制裝置，用戶使用控制裝置可以使加熱裝置100(例如爐燃燒器，烘箱)開和關(guān)，并調(diào)整或調(diào)節(jié)加熱裝置產(chǎn)生的熱量。
使用時，控制電路106接收來自外部開關(guān)裝置190的信號，使加熱裝置100(例如爐燃燒器，烘箱，熱水加熱器，加熱爐等)通電。響應(yīng)于這個信號，控制電路100給點(diǎn)火器控制系統(tǒng)提供信號以使熱表面型點(diǎn)火器20通電，從而使電流通過點(diǎn)火器20的加熱元件，將加熱元件加熱到使燃料/空氣混合物點(diǎn)燃的規(guī)定溫度。這些對點(diǎn)火器通電和加熱的過程在前面結(jié)合圖2也做了說明。點(diǎn)火器加熱元件被加熱到規(guī)定溫度后，控制電路106開啟燃料進(jìn)入閥108，使得燃料通過燃燒管104流到點(diǎn)火器加熱元件。本領(lǐng)域公知的是，空氣與燃料的混合發(fā)生在點(diǎn)火器加熱元件，從而產(chǎn)生可燃混合物并被點(diǎn)火器加熱元件點(diǎn)燃。該點(diǎn)燃的燃料/空氣混合物通到燃燒區(qū)域114中，這樣可以獲得可利用的熱能并用于加熱裝置的特定用途(例如加熱食物或水)。盡管圖中所示的是一個燃燒管104，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，加熱裝置100可以具有多個或更多的燃燒管，跟一個或更多個燃料進(jìn)入閥108一起來產(chǎn)生所需的熱輸出。然而，通常多個或更多個燃燒管中的一個與熱表面型點(diǎn)火器安置在一起。
傳感器112通常位于最接近熱表面型點(diǎn)火器的地方，用于判斷燃料/空氣混合物持續(xù)燃燒的情況。在一個實(shí)施例中，傳感器112是一個熱電堆型傳感器，用于檢測燃料/空氣混合物燃燒區(qū)域的溫度。在另一個實(shí)施例中，配置和安置傳感器112以實(shí)現(xiàn)火焰調(diào)整方法或技術(shù)。傳感器112與控制電路106互連，這樣如果傳感器沒有輸出，例如，給控制電路的信號表示運(yùn)行可靠并且在預(yù)給定的時間內(nèi)燃料/空氣混合物被持續(xù)點(diǎn)燃，控制電路關(guān)閉燃料進(jìn)入閥108。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道的是，在某些設(shè)備中，控制電路106也可以重復(fù)該點(diǎn)燃燃料/空氣混合物的溫度調(diào)節(jié)，從而一次或多次啟動加熱裝置100或設(shè)備的加熱過程。通常，在這種情況下終止供給熱表面型點(diǎn)火器20的電力。
完成加熱后，控制電路106再次接收來自外部開關(guān)裝置190的信號，并使加熱裝置斷電。響應(yīng)于這個信號，控制電路106關(guān)閉燃料進(jìn)入閥108以切斷燃料供應(yīng)，從而使燃燒過程停止。另外，如上面已經(jīng)說明的，完成至少一次加熱后點(diǎn)火器控制系統(tǒng)將處于空閑或等待狀態(tài)(圖2中的步驟202)。
盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個實(shí)施例，但是對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說如下做法是顯而易見的，即對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行改進(jìn)、結(jié)合和替換都是有可能的，而且都是在本發(fā)明公開的范圍和精神實(shí)質(zhì)內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種控制用電源對一個或多個電阻點(diǎn)火器通電的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括開關(guān)，該開關(guān)可操作地連接于電源和一個或多個電阻點(diǎn)火器之間；控制裝置，該控制裝置可操作地與開關(guān)連接；其中控制裝置的構(gòu)成和設(shè)置使其能夠?qū)﹂_關(guān)進(jìn)行有選擇地控制從而對施加到一個或多個電阻點(diǎn)火器上上的電壓施加進(jìn)行有選擇地控制；其中，控制裝置的構(gòu)成和設(shè)置使得最初施加的電壓是第一電壓，該第一電壓施加一段“全開”時間，隨后施加的平均電壓是第二電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，第一電壓是電源的滿線電壓，第二電壓是一個或多個電阻點(diǎn)火器的額定工作電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括電壓測量裝置，該電壓測量裝置與電源可操作地連接以測量電源的輸出電壓，該電壓測量裝置與控制裝置可操作地連接以給控制裝置提供測量到的輸出電壓的輸出；控制裝置的構(gòu)成和設(shè)置使其能夠根據(jù)測量到的輸出電壓確定“全開”時間長度。
4.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，控制裝置的構(gòu)成和設(shè)置使其能夠提供相當(dāng)恒定的電壓作為第二電壓。
5.如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，控制裝置的構(gòu)成和設(shè)置使其能夠?qū)Φ诙妷哼M(jìn)行調(diào)整，從而提供根據(jù)測量到的輸出電壓而得到的相當(dāng)恒定的電壓。
6.如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括存儲裝置，其中存儲著多個時間值和有關(guān)的輸出電壓；其中，控制裝置的構(gòu)成和設(shè)置使其能夠根據(jù)測量到的輸出電壓選擇存儲的多個時間值中的一個作為全開時間。
7.如權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，控制裝置的構(gòu)成和設(shè)置使其能夠有選擇地對開關(guān)進(jìn)行操作以調(diào)整第二電壓。
8.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)是三端雙向可控硅開關(guān)元件。
9.如權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，控制裝置的構(gòu)成和設(shè)置使其能夠有選擇地對三端雙向可控硅開關(guān)元件進(jìn)行操作以調(diào)整第二電壓，該調(diào)整通過半波周期增量中電源輸出電壓占空系數(shù)的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。
10.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，控制裝置包括微處理器和在微處理器中執(zhí)行的應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序包括用于對控制裝置和開關(guān)的功能進(jìn)行控制的指令和標(biāo)準(zhǔn)。
11.一種控制用電源對一個或多個電阻點(diǎn)火器通電的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括開關(guān)，該開關(guān)可操作地連接于電源和一個或多個電阻點(diǎn)火器之間；微處理器，該微處理器可操作地與開關(guān)連接；電壓測量裝置，該電壓測量裝置與電源可操作地連接以測量電源的輸出電壓，該電壓測量裝置與微處理器可操作地連接以給微處理器提供測量到的輸出電壓的輸出；在微處理器中執(zhí)行的程序，該程序包括用于對微處理器的操作和功能以及開關(guān)的功能進(jìn)行控制的指令和標(biāo)準(zhǔn)；其特征在于，該程序包括的指令和標(biāo)準(zhǔn)用于對開關(guān)進(jìn)行控制從而對施加到一個或多個電阻點(diǎn)火器上的電壓進(jìn)行控制，對開關(guān)進(jìn)行控制使得最初施加的電壓是第一電壓且該第一電壓被施加的時間長度是全開時間，對開關(guān)進(jìn)行控制使得隨后施加的平均電壓是第二電壓，根據(jù)測量到的輸出電壓確定全開時間長度。
12.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，第一電壓是電源的滿線電壓，第二電壓是一個或多個電阻點(diǎn)火器的額定工作電壓。
13.如權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，程序所包括的指令和標(biāo)準(zhǔn)用于調(diào)整第二電壓，使得施加到一個或多個電阻點(diǎn)火器上的電壓是相當(dāng)恒定的電壓。
14.如權(quán)利要求13所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，程序所包括的指令和標(biāo)準(zhǔn)用于調(diào)整第二電壓，使得施加到一個或多個電阻點(diǎn)火器上的電壓是相當(dāng)恒定的電壓，該相當(dāng)恒定的電壓是根據(jù)測量到的輸出電壓得到的。
15.如權(quán)利要求13所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括存儲裝置，其中存儲著多個時間值和有關(guān)的輸出電壓；程序所包括的指令和標(biāo)準(zhǔn)用于根據(jù)測量到的輸出電壓選擇存儲的多個時間值中的一個作為全開時間。
16.如權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，程序所包括的指令和標(biāo)準(zhǔn)用于有選擇地對開關(guān)進(jìn)行操作從而調(diào)整第二電壓。
17.如權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)是三端雙向可控硅開關(guān)元件。
18.如權(quán)利要求17所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，程序所包括的指令和標(biāo)準(zhǔn)用于有選擇地對三端雙向可控硅開關(guān)元件進(jìn)行操作從而調(diào)整第二電壓，該調(diào)整通過半波周期增量中電源輸出電壓占空系數(shù)的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。
19.一種控制用電源對一個或多個電阻點(diǎn)火器通電的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括三端雙向可控硅開關(guān)元件，該三端雙向可控硅開關(guān)元件可操作地連接于電源和一個或多個電阻點(diǎn)火器之間；微處理器，該微處理器可操作地與三端雙向可控硅開關(guān)元件連接；電壓測量裝置，該電壓測量裝置與電源可操作地連接以測量電源的輸出電壓，該電壓測量裝置與微處理器可操作地連接以給微處理器提供測量到的輸出電壓的輸出；存儲裝置，該存儲裝置可操作地與微處理器連接，存儲裝置中存儲著多個時間值和有關(guān)的輸出電壓；在微處理器中執(zhí)行的程序，該程序包括用于對微處理器的操作和功能以及三端雙向可控硅開關(guān)元件的功能進(jìn)行控制的指令和標(biāo)準(zhǔn)；其特征在于，該程序包括的指令和標(biāo)準(zhǔn)用于對三端雙向可控硅開關(guān)元件進(jìn)行控制從而對施加到一個或多個電阻點(diǎn)火器的電壓進(jìn)行控制，對三端雙向可控硅開關(guān)元件進(jìn)行控制使得最初施加的電壓是第一電壓且該第一電壓被施加的時間長度是全開時間，該第一電壓是電源的滿線電壓，對三端雙向可控硅開關(guān)元件進(jìn)行控制使得隨后施加的電壓是第二電壓，該第二電壓是一個或多個電阻點(diǎn)火器的額定工作電壓，根據(jù)測量到的輸出電壓確定全開時間長度，其中所述確定的方法包括根據(jù)測量到的輸出電壓的從存儲的多個時間值中選擇一個作為全開時間長度。
20.一種對電源的電阻點(diǎn)火器通電的控制方法，該控制方法包括如下步驟把電源線電壓施加到電阻點(diǎn)火器上，施加的時間為全開時間長度；然后把第二電壓施加到電阻點(diǎn)火器上。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括步驟測量電源的輸出電壓；根據(jù)測量到的輸出電壓確定全開時間長度。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于在把線電壓最初施加到電阻點(diǎn)火器上時進(jìn)行所述測量。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括步驟測量電源的輸出電壓；根據(jù)測量到的輸出電壓確定全開時間長度；其中所述確定的步驟包括根據(jù)測量到的輸出電壓從多個時間值中選擇一個作為全開時間長度。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于在把線電壓最初施加到電阻點(diǎn)火器上時進(jìn)行所述測量。
25.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所述第二電壓的施加包括對施加到電阻點(diǎn)火器上的相當(dāng)恒定的電壓進(jìn)行調(diào)整。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述調(diào)整包括根據(jù)測量到的電源輸出電壓對所述相當(dāng)恒定的電壓進(jìn)行調(diào)整。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述調(diào)整包括對半波周期增量中電源交流線電壓占空系數(shù)的調(diào)整。
28.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括步驟將開關(guān)可操作地連接于電源和電阻點(diǎn)火器之間，使開關(guān)有選擇地對施加到電阻點(diǎn)火器上的電壓進(jìn)行調(diào)整；其中，所述第二電壓的施加包括有選擇地對開關(guān)進(jìn)行控制，從而使施加到電阻點(diǎn)火器上的是相當(dāng)恒定的電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對電阻點(diǎn)火器通電的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法判斷系統(tǒng)的線電壓并對施加到電阻點(diǎn)火器上的電壓進(jìn)行控制，使最初施加的第一電壓保持一段時間，然后施加第二電壓，第二電壓是點(diǎn)火器的額定電壓。該系統(tǒng)和方法使得把電阻點(diǎn)火器加熱到足以使氣體點(diǎn)燃的溫度所需的時間縮短，同時對輸送給點(diǎn)火器的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整以防止過電壓對點(diǎn)火器的損害。
文檔編號F23Q7/00GK1640195SQ03805016
公開日2005年7月13日 申請日期2003年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月4日
發(fā)明者T·A·喬答基, K·C·索羅弗拉, J·M·拉爾森 申請人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司