一种燃气热水器及其水流量检测电路

技术领域

本发明属于家用电器技术领域，具体地说，涉及一种燃气热水器及其水流量检测电路。

背景技术

燃气热水器的水流量传感器安装在进水管路处，当用户打开热水龙头，水自动流入热水器进水管处，水流传感器感知到进水的流量和速度，并以脉冲电信号的形式传送给主板，主板会根据水流量检测电路输出的水流量信号的大小，判定是否点火加热。

点火器在有水流条件下会启动高压脉冲点火，火花电压可达一万多伏，这个脉冲高电压对水流传感器、电磁阀等负载正常工作影响很大。尤其当高压点火线靠近水流传感器连接线束时产生的干扰极大，水流脉冲信号异常导致燃气热水器不能正常启动。

例如，如图1所示的水流量检测电路，仅采用简单的阻容滤波，只能滤除水流信号Ui’中的部分信号干扰，水流量信号Uo’不稳定，会导致点火失败。

如图2所示的水流量检测电路，采用单限比较器，当输入的水流信号Ui”叠加了干扰信号时，会在门限电平附近上下波动，输出水流量信号Uo”会出现多次反转，导致水流信号频率变化。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种燃气热水器的水流量检测电路，旨在利用电压比较器采用正反馈组成迟滞比较器，提高输出信号的抗干扰性能。

本发明的另外一个目的是提供一种燃气热水器，包括上述的水流量检测电路，旨在利用水流量检测电路提高燃气热水器的点火成功率。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种燃气热水器的水流量检测电路，包括电压比较器、分压电路和滞回电路，

所述电压比较器的反相输入端用于接收水流信号，所述电压比较器的输出端用于输出水流量信号；

所述滞回电路一端与所述电压比较器的输出端连接，另一端与所述电压比较器的同相输入端连接；

所述分压电路与所述滞回电路连接，配合为所述电压比较器提供阈值电压。

进一步的，

所述分压电路包括串联连接的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻与电源连接，所述第二电阻接地；

所述第一电阻和所述第二电阻的交汇点与所述滞回电路连接。

进一步的，所述滞回电路包括第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一电阻和所述第二电阻的交汇点连接后接入所述电压比较器的同相输入端，另一端与所述电压比较器的输出端连接。

进一步的，所述电压比较器的输出端还设有用于滤去输出电压中的纹波的滤波电路。

进一步的，所述滤波电路包括串联连接的第四电阻和第一电容，

所述第四电阻与所述电压比较器的输出端连接，所述第一电容接地；

所述第四电阻和所述第一电容的交汇点用于与水流量信号输入端连接。

进一步的，所述电压比较器的反相输入端还设有用于稳定水流信号的稳压电路。

一种燃气热水器，包括如上所述的水流量检测电路。

进一步的，还包括

主控板，所述水流量检测电路集成在所述主控板内；

水流传感器，所述水流传感器与所述主控板连接，用于向与主控板提供脉冲电信号形式的水流信号；

点火器，所述点火器与所述主控板连接，接收所述主控板的控制点火的信号。

进一步的，还包括

风机，所述风机与所述主控板连接，接收所述主控板的控制风机启动的信号。

进一步的，所述主控板发出控制点火的信号相对于所述主控板发出控制风机启动的信号延迟一设定时间。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本发明采用在电压比较器的基础上利用滞回电路形成正反馈，使电压比较器的阈值电压具有两个门限电压，即，本发明的电压比较器，其阈值电压不是一个数值，而是由两个门限电压构成的门限宽度，当输入单方向变化时，输出只跳变一次，使输出信号的抗干扰能力大大提高，水流脉冲信号受到干扰时，只要保证干扰电压在两个门限值之间，那么电压比较器的输出信号就是稳定的。

2、本发明的燃气热水器的水流电路采用迟滞比较器电路，利用其惯性特征，具有抗干扰能力，即使水流脉冲信号受到干扰那么也能保证正常点火启动，提高燃气热水器点火的成功率。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是现有技术中一种水流量检测电路的示意图；

图2是现有技术中另一种水流量检测电路的示意图；

图3是本发明一个实施例的水流量检测电路的示意图；

图4是本发明水流量检测电路的传输特性示意图；

图5是本发明水流量检测电路的原理示意图；

图中：Ui’、水流信号；Uo’、水流量信号；

Ui”、水流信号；Uo”、水流量信号；

U1、电压比较器；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；C1、第一电容；Up、阈值电压；Ui、水流信号；Uo、水流量信号。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图3至图5所示，本发明提供一种燃气热水器及其水流量检测电路。

如图3所示为燃气热水器的水流量检测电路的结构图，水流量检测电路包括电压比较器U1、分压电路和滞回电路。

所述电压比较器U1的反相输入端用于接收水流信号Ui，所述电压比较器U1的输出端用于输出水流量信号Uo；所述滞回电路一端与所述电压比较器U1的输出端连接，另一端与所述电压比较器U1的同相输入端连接；所述分压电路与所述滞回电路连接，配合为所述电压比较器U1提供阈值电压Up。

详细的，本发明采用电压比较器U1，在电压比较器U1的基础上利用滞回电路形成正反馈，使电压比较器U1的阈值电压Up具有两个门限电压。即，本发明的电压比较器U1，其阈值电压Up不是一个数值，而是由两个门限电压构成的门限宽度。当输入单方向变化时，输出只跳变一次，使输出信号的抗干扰能力大大提高。水流脉冲信号受到干扰时，只要保证干扰电压在两个门限值之间，那么电压比较器U1的输出信号就是稳定的。

上述方案中，水流量检测电路可用于为燃气热水器的主控板控制点火器点火提供控制依据。水流量检测电路利用其惯性特征，具有抗干扰能力，即使水流脉冲信号受到干扰那么也能保证正常点火启动。

进一步的方案中，所述分压电路包括串联连接的第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1与电源连接，所述第二电阻R2接地；所述滞回电路与所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的交汇点连接。

详细的，此电路也可称为电阻分压器，主要作用是通过电阻分压的形式，为后级电路提供一个参考电平。

如果将分压电阻得到的电压，直接输出给电压比较器U1，没有接入滞回电路时，由于电压比较器U1在开环情况下有较高的放大数，使得电压比较器U1工作于普通比较器形式，此时如果比较输入的比较信号在电阻分压器上下波动时，比较器将发生突变波形输出。特别地，当信号包含干扰信号时，将有可能导致输出信号的不稳定情况，进而导致后续电路输出错误的控制信号。为此，在电压比较器U1的输出端与同相输入端之间引入滞回电路，以稳定电压比较器U1的工作状态。

本发明中通过滞回电路连接电压比较器U1的输出端和电压比较器U1的同相输入端，此时，电路呈现为迟滞效应。

进一步的方案中，所述滞回电路包括第三电阻R3，所述第三电阻R3的一端与所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的交汇点连接，另一端与所述电压比较器U1的输出端连接。

如图4和图5所示，具体工作原理如下：

当输入的水流信号Ui由小逐渐增大时，当0＜Ui＜U

当输入的水流信号Ui由大逐渐减少时，当U

其中：

Ui为水流传感器产生的水流信号；

Uo为经过电压比较器U1的水流量信号，主控板可根据此信号判断是否点火；

U

U

U

U

电压比较器U1供电电压VCC，水流信号Ui接入电压比较器U1的反向输入端，Ui为频率随水流大小而变化的方波，通常不高于200Hz。受反馈回路的影响，会有电流流过反馈回路，电压比较器U1的同相输入端的阈值电压Up将不再是一个固定的值，是受输出状态影响的具有宽度的阈值电压Up。

阈值电压Up通过如下计算公式获得：

电压比较器U1的输出的水流量信号Uo有高电位和低电位两个电压状态，一种是VCC的高电位，一种为GND的低电位。

当Ui很小时，电压比较器U1的输出信号为高电位，即Uo＝VCC，此时Up取U

当Ui大等于U

由此两个输出状态下的正端输入电压可以看出，在一定范围内的波动，不会引起输出状态的改变，用阈值电压的范围ΔU表示，可通过如下计算公式获得：

通过上述计算公式可以看出，阈值电压Up的范围ΔU可通过改变第一电阻R1，第二电阻R2和第三电阻R3的数值改变阈值电压Up的范围。例如，增大第三电阻R3时，阈值电压Up的范围减小；增大第一电阻R1或增大第二电阻R2时，阈值电压Up的范围增大。

进一步的方案中，所述电压比较器U1的输出端还设有用于滤去输出电压中的纹波的滤波电路。

详细的，当水流信号Ui由于受到静电、电子噪声等因素干扰时，会叠加入高频跳变的干扰电压信号，且当此干扰电压信号跳变幅度超过阈值电压Up的范围时，水流量信号Uo也会产生高频跳变，表现为输出不稳定。为此在电压比较器U1的输出端接入低通滤波电路，抑制高频干扰信号，使得最终输出更加可靠，保证后级电路可以正确判断当前的水流情况，提高系统的抗干扰能力，保证系统的稳定性。

优选的方案中，如图3所示，所述滤波电路包括串联连接的第四电阻R4和第一电容C1，所述第四电阻R4与所述电压比较器U1的输出端连接，所述第一电容C1接地；所述第四电阻R4和所述第一电容C1的交汇点用于与水流量信号Uo输入端连接。

具体的，本发明使用的是低成本的一阶阻容低通滤波电路，将电压比较器U1输出端通过第四电阻R4与第一电容C1相连接，电容的另一端接地，第四电阻R4与第一电容C1相的交汇点作为最终输出点。

进一步的，上述单级的阻容滤波电路虽成本较低，但对干扰抑制能力有限，因此，本发明的滤波电路也可以使用多级滤波的方式，提高滤波效果，得更好的输出波形。当多级滤波输出波形发生电压降低时，可以利用有源滤波的方式构建滤波器。

进一步的方案中，所述电压比较器U1的反相输入端还设有用于稳定水流信号Ui的稳压电路。

详细的，为了稳定电压比较器U1的工作状态，通过上拉电阻的形式将电压比较器U1的输入端稳定在一个已知的电平状态，避免输入引脚悬空而产生的误动作。

具体的，为了降低输入端受到高频噪声干扰，提高系统的稳定性，可以在水流信号Ui输入到电压比较器U1之前，连接一简单的一阶阻容低功滤波器。

一方面，通过一个小值电阻以极低成本的方式有效地抵抗静电干扰的威胁，由于常见的干扰大多数都是电压幅值特别大，而能量又特别小点的，直接输入给电压比较器U1，会对其造成不可逆转的永久性损坏，而通过接入一个小电阻的方式，由于电阻的高频特性，使其表现出电感特性，抑制了高频电流的产生，从而使其通过电阻后，快速衰减，从而减低对电压比较器U1的损坏。

另一方面，通过阻容低功滤波器的方式有效的滤除的原始信号中的高频噪声干扰，电容具有充放电的特点，可以吸收来自电路的尖峰能量，又能将存储的功量补充到信号低谷，使得信号变得平滑，稳定电压比较器U1的输入信号。

为了进一步提高系统的抗扰性，可以在水流信号Ui输入端引入专用的静电阻抗器和瞬态二级保护管，它们可以有效地抵抗来自外部的破坏性能量冲击。

或者，当没有施加这些保护措施时，可以简单的使用通用二极管的钳位特性，将信号同时对地和电源进行二极管钳位，使得信号的电压值不会超过电源加上二极管的导通压降，也不会比地低，超过二极管的导通压降的电压值，从而达到保护电压比较器U1的目的。

上述电路通用性强，燃气热水器风机转速、水泵转速等周期性信号采集都可以采用此电路，保证反馈信号传输准确性。

本发明还提供一种燃气热水器，包括上述的水流量检测电路。通过在燃气热水器中设置上述的水流量检测电路，使燃气热水器的主控板根据水流信号Ui的控制点火器和/或风机等其他元件时更加稳定。

例如，燃气热水器包括主控板、水流传感器和点火器。所述的水流量检测电路集成在所述主控板内；所述水流传感器与所述主控板连接，用于向与主控板提供脉冲电信号形式的水流信号Ui；所述点火器与所述主控板连接，接收所述主控板的控制点火的信号。

详细的，水流传感器安装在燃气热水器的进水管处，当用户打开热水龙头，水自动流入燃气热水器的进水管处，水流传感器感知到进水的流量和速度，并以脉冲电信号的形式传送给主控板，实质上是将水流信号Ui传输至电压比较器U1的反相输入端，通过集成电压比较器U1并采用正反馈组成的迟滞比较器后，输出一较为稳定的水流量信号Uo至主控板，主控板再根据水流量信号Uo的大小判定是否点火加热，当水流量达到点火条件时，控制点火器点火。

由于主控板水流电路采用迟滞比较器电路，利用其惯性特征，具有抗干扰能力，即使水流脉冲信号受到干扰那么也能保证正常点火启动，提高燃气热水器点火的成功率。

进一步的方案中，燃气热水器还包括风机，所述风机与所述主控板连接，接收所述主控板的控制风机启动的信号。

详细的，燃气热水器是以燃气燃烧产生热量对水进行加热的设备，燃气燃烧需要足够的空气，否则会出现燃气燃烧不充分，产生有害气体的情况，会对用户带来危险。

因此，风机的启动与否也是由进水的流量和速度决定的。当用户打开热水龙头，水自动流入热水器进水管处，水流传感器感知到进水的流量和速度，并以脉冲电信号的形式传送给主控板，实质上是将水流信号Ui传输至电压比较器U1的反相输入端，通过集成电压比较器U1并采用正反馈组成的迟滞比较器后，输出一较为稳定的水流量信号Uo至主控板，主控板再根据水流量信号Uo的大小判定是否启动风机，当水流量达到启动时，控制风机启动。

进一步的方案中，所述主控板发出控制点火的信号相对于所述主控板发出控制风机启动的信号延迟一设定时间。

详细的，当水流量达到点火条件和风机启动条件时，先控制风机启动再控制点火器点火燃烧，可保证燃气热水其的燃烧室内有充足的空气，为燃气燃烧提供氧气，避免产生燃气燃烧不充分的情况产生，提高燃气热水器运行的安全性能。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。