即热式电热水器之恒温关键元器件探析

即热式电热水器经过十余年的快速发展，从市场角度看已经由边缘化产品成为主流品类之一，虽然目前占热水器总份额≤10%，但其鲜明特性已得到众多消费者所认同和喜爱，且整体上仍然在高速成长。市场的发展离不开产品与技术的不断创新，营销4P最终还是回归于一个P——产品！即热式电热水器新产品，已迈进恒温技术时代，变频恒温恒流的“全自动挡”，已成为电热水器的3G新技术。然而，要做好精准恒温（波动温度t≤0.50℃）热水器产品，第一要素就是在设计中正确选择实现变频恒温的关键硬件。下面就Orager™恒温恒流电热水器所涉及的六大元器件，做一个简析交流，希望给同行同仁抛砖引玉，供有兴趣研究即热变频恒温技术者参考。

1、可控硅

可控硅国际通用名称为Thyristor，中文简称晶闸管。可控硅能在高电压、大电流条件下工作，具有耐压高、容量大、体积小、控制速度快、可靠性好、无触点、寿命长、使用方便等优点。

可控硅在恒温即热式热水器中是最为核心的控制元件之一，用可控硅调控热水器加热功率能完美实现热水器加热功率的无级调节，属于无触点控制，以小电流控制大电流，解决了传统机械式继电器控制的火花干扰和触点烧灼的现象，提高了控制系统的稳定性，可对加热功率实行连续无级微调，能更精确地调节水温。

双向可控硅的选用：

可控硅分单向可控硅与双向可控硅。双向可控硅是在普通可控硅的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的可控硅，而且仅需一个触发电路，是比较理想的交流开关器件。

双向可控硅结构及等效电路耐压级别的选择：额定电压应为正常工作峰值电压的2~3倍。

电流的确定：选用可控硅的电流值为实际工作电流值的2~3倍。

通态（峰值）电压VTM的选择：为减少可控硅的热损耗，应尽可能选择VTM小的可控硅。

电压上升率：dv/dt是防止误触发的一个关键参数。此值超限将可能导致可控硅出现误导通的。

门极参数的选用：若对器件工作环境温度无特殊需要，通常α取大于1.5倍、β取1~1.2倍、脉冲宽度取Tgw的2倍以上即可。

2、温度传感器

温度传感器是热水器的关键器件之一, 它能及时感应出水温度信号，反馈给微电脑，微电脑根据设定温度与进水温度的差值调控热水器加热功率，确保出水温度恒定不会出现水温忽冷忽热现象。

温度传感器的选用：

温度传感器的测温范围的大小和精度要符合要求，产品性能稳定，年电阻值漂移率要小，电阻值和B值精度高，一致性好，可互换，灵敏度高反应迅速；具有良好的绝缘密封性和抗机械碰撞、抗折弯能力。

3、流量传感器

流量传感器应用在热水器目的是计量流过的水流量大小，把流量转换为开关量输给控制系统，当系统检测到流量过低时，关闭输出，防止干烧；当流量大于设定的启动流量时，控制系统根据流量大小，和温升量来控制输出量，以达到迅速恒温的目的；但当流量传感器空转时可能损坏传感器内部叶轮，在消费者使用时，如果进水中气泡过多，建议先开小进水，待水流稳定后在开大水量，防止流量传感器无水时过快空转。

4、精密步进电机

当水流量过大，系统满负荷工作也无法达到设定温度时，这时精密步进电机自动将水流量调小，使系统能达到设定温度，精密步进调节比人为手动调节的主要优点是方便，在最短的时间内，将流量调节到系统可以加热到理想温度时，允许的最大流量，免去了手动调节难于调到最合适流量的麻烦。

5、单片机MCU
与传统意义上的CPU有所区别，它是一个集成在一块芯片上的完整计算机系统，包括：CPU、内存、外部总线系统通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。它负责了整个加热系统的输入数据采集、输出数据的运算、人机对话、安全保护、通信等。因此其主导着整个恒温加热过程。那么如何选择合适的单片机与保证热水器特殊工作环境下的可靠、舒适呢？

（1）运算速度。

为了实现精准恒温，需要采用改进型的Fuzz PID控制，这种控制运算量大，如果取用常用的MCU，难与满足高速运算的要求，不但无法达到良好的恒温效果而且还影响了特殊情况的保护动作及时性；采用哈佛结构总线（RISC）的单片机是传统单片机（CISC）运算速度的8倍，因此能很好地实现这一运算过程。

（2）增强功能。

恒温这一过程往往需要对外部数据进行实时采集，高精度的ADC采集、频率计等都是实现精准恒温必不可少的功能。

（3）工作温度。

由于热水器工作的特殊性，如何保证热水器在不同的温度环境下可靠工作呢？单片机工作在其极限温度下可靠性降低，容易出现误工作。因为为更好地适应不同的工作环境，应选用级别更高的单片机。一般分为民用级（0～70℃）、工业级（-40～85℃）、军品级（-60～125℃）。

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