燃氣熱水器燃氣閥的安全控制電路設計

周夢君

摘 要：燃氣熱水器通常采用MCU驅動燃氣閥（即我們通常所說的電磁閥）來控制燃氣的通斷。一旦MCU出現故障，燃氣閥將無法正常工作，使燃氣的通斷處于失控狀態，容易引發安全事故。為彌補這一缺陷，對燃氣熱水器燃氣閥的控制電路進行了改進，防止安全事故發生。

關鍵詞：燃氣；熱水器；燃氣閥；電路

中圖分類號：TS914.252 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0008-02

燃氣閥作為燃氣熱水器的核心部件，其工作安全性不僅關系到燃氣熱水器的使用壽命，而且還關系到消費者的生命財產安全和生產廠家的聲譽。在工作過程中，由于電磁干擾或MCU本身出現故障，使得燃氣閥發出的控制指令紊亂，導致燃氣閥的通斷處于失控狀態，釀成事故。本文從安全角度進行分析、研究，對燃氣閥的控制電路進行了設計。

1 燃氣閥控制原理分析及改進

在燃氣熱水器中，結構上與燃氣閥相關的部件主要是點火器和火焰探測器，電路上與燃氣閥控制電路相關的則有燃氣閥驅動電路、點火控制電路和火焰信號反饋電路。圖1為燃氣閥及相關部件的控制原理，我們可以看出燃氣閥及相關部件的整個工作過程。MCU首先驅動點火器工作產生脈沖火花，隨后驅動燃氣閥打開；當點著火之后火焰探測器探測到火焰信號并反饋給MCU，點火器即停止工作；當火焰信號出現異常時，MCU隨即發出信號關閉燃氣閥。

在此過程中，為了防止爆燃，點火器工作必須在燃氣閥打開之前進行；當火焰信號異常時，必須馬上關閉燃氣閥。由于點火和開閥的邏輯控制、火焰信號的檢測判斷和氣閥的關閉都依賴于MCU的處理，所以，就使得MCU成為整個環節的唯一保障。當MCU受到強烈電磁干擾或者本身出現故障時，其發出的指令將處于無序狀態，為彌補這一缺陷，我們需要對控制電路加以改進。圖2為改進后的控制原理圖，將燃氣閥驅動電路分解為驅動電路和電源控制電路，同時將點火電路、火焰信號反饋電路與燃氣閥電源控制電路關聯，其中電源控制電路必須在MCU和點火控制電路/火焰信號反饋電路的同時作用下，才能正常工作。

2 電路設計

改進后的電路原理如圖3所示，PA1，PA2和PA3為MCU的信號輸出引腳，PB1為信號輸入引腳；部件1，2，3分別代表燃氣閥、點火器和火焰探測器；電路4，5，6，7分別表示電磁閥驅動電路、電源控制電路、點火控制電路、火焰信號反饋電路。其中，火焰信號反饋電路是常見的火焰信號處理電路，由DC-AC振蕩電路產生振蕩信號，利用燃氣火焰的單向導電性，信號經過其他元件處理，使得比較器U1的輸出端得到不同的電平。無火焰時，輸出低電平；有火焰時，輸出高電平，其識別火焰信號的原理本文不作詳細介紹。

3 工作原理說明

點火前，由于沒有火焰，火焰信號反饋電路輸出低電平信號，所以MCU的PB1引腳和燃氣閥電源控制電路中三極管Q4的基極得到低電平，三極管Q4不能導通；同時，MCU的引腳PA1保持輸出高電平，使得三極管Q6導通，三極管Q7的基極被拉低不能導通，從而使得繼電器斷開，點火器處于關閉狀態，二極管D3處于截至狀態； MCU的引腳PA2保持輸出高電平，使得三極管Q2導通，三極管Q3的基極被拉低，使得三極管Q4的集電極處于開路狀態，從而使得三極管Q5不被驅動，燃氣閥電源不被導通；MCU的引腳PA3保持輸出低電平，使得三極管Q1不能導通，燃氣閥不被驅動。

點火啟動階段，首先MCU引腳PA1輸出一個低電平，三極管Q6關閉，使得三極管Q7導通，從而驅動繼電器X1，繼電器觸點A與觸點B接通，點火器電源接通，開始點火；同時，由于三極管Q7被導通，三極管Q5的基極通過電阻R6，二極管D3得到一個低電平，三極管Q5導通，燃氣閥得到電源電壓。MCU的引腳PA2保持輸出一個高電平，三極管Q1被導通，從而驅動燃氣閥開始工作，接通氣路。當點著火之后，火焰信號反饋電路的輸出端輸出一個高電平，MCU引腳PB1、電源控制電路中的三極管Q4的基極得到一個高電平，同時，MCU的引腳PA2輸出一個低電平，三極管Q2關閉，三極管Q3導通，三極管Q4的集電極得到一個低電平，所以三極管Q4被導通，三極管Q4的發射極得到低電平；此時，MCU的引腳PA1輸出高電平，三極管Q6導通，三極管Q7斷開，點火器停止工作，二極管D3截至，改為由火焰信號反饋電路輸出的信號驅動三極管Q4來維持燃氣閥電源的導通。

當意外熄火時，火焰信號消失，火焰信號反饋電路的輸出端輸出低電平，從而關閉三極管Q4，進而關閉三極管Q5，切斷燃氣閥電源，達到安全關閉的目的；同時，MCU的引腳PB1得到低電平熄火信號，從而可以關閉燃氣熱水器的其他部件。

綜上所述，采用這種控制電路的燃氣熱水器時，在點火啟動階段，只有在點火器開始工作之后，燃氣閥才能被打開；在燃氣熱水器工作過程中，一直由火焰信號直接維持燃氣閥的電源供應；在意外熄火或火焰信號消失時，即使MCU失效而不發出關閥信號，燃氣閥也會立刻安全關閉。

4 結束語

通過深入分析燃氣閥控制電路，對控制電路作了設計改進。驅動電路的關聯設計使得燃氣閥無論是在點火啟動階段、工作過程中還是異常狀態中，都能始終處于安全可控狀態。此外，本控制電路可有效防止安全事故的發生，既滿足歐盟EN298標準，同時也符合新行業標準CJ/T421的相關條款要求。

參考文獻

[1]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.CJ/T 421—2013 家用燃氣燃燒器具電子控制器[S].北京：中國標準出版社，2013.

[2]鄭永新.冷凝式燃氣熱水器[M].重慶：重慶大學出版社，2008.

〔編輯：李玨〕

摘 要：燃氣熱水器通常采用MCU驅動燃氣閥（即我們通常所說的電磁閥）來控制燃氣的通斷。一旦MCU出現故障，燃氣閥將無法正常工作，使燃氣的通斷處于失控狀態，容易引發安全事故。為彌補這一缺陷，對燃氣熱水器燃氣閥的控制電路進行了改進，防止安全事故發生。

關鍵詞：燃氣；熱水器；燃氣閥；電路

中圖分類號：TS914.252 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0008-02

燃氣閥作為燃氣熱水器的核心部件，其工作安全性不僅關系到燃氣熱水器的使用壽命，而且還關系到消費者的生命財產安全和生產廠家的聲譽。在工作過程中，由于電磁干擾或MCU本身出現故障，使得燃氣閥發出的控制指令紊亂，導致燃氣閥的通斷處于失控狀態，釀成事故。本文從安全角度進行分析、研究，對燃氣閥的控制電路進行了設計。

1 燃氣閥控制原理分析及改進

在燃氣熱水器中，結構上與燃氣閥相關的部件主要是點火器和火焰探測器，電路上與燃氣閥控制電路相關的則有燃氣閥驅動電路、點火控制電路和火焰信號反饋電路。圖1為燃氣閥及相關部件的控制原理，我們可以看出燃氣閥及相關部件的整個工作過程。MCU首先驅動點火器工作產生脈沖火花，隨后驅動燃氣閥打開；當點著火之后火焰探測器探測到火焰信號并反饋給MCU，點火器即停止工作；當火焰信號出現異常時，MCU隨即發出信號關閉燃氣閥。

在此過程中，為了防止爆燃，點火器工作必須在燃氣閥打開之前進行；當火焰信號異常時，必須馬上關閉燃氣閥。由于點火和開閥的邏輯控制、火焰信號的檢測判斷和氣閥的關閉都依賴于MCU的處理，所以，就使得MCU成為整個環節的唯一保障。當MCU受到強烈電磁干擾或者本身出現故障時，其發出的指令將處于無序狀態，為彌補這一缺陷，我們需要對控制電路加以改進。圖2為改進后的控制原理圖，將燃氣閥驅動電路分解為驅動電路和電源控制電路，同時將點火電路、火焰信號反饋電路與燃氣閥電源控制電路關聯，其中電源控制電路必須在MCU和點火控制電路/火焰信號反饋電路的同時作用下，才能正常工作。

2 電路設計

改進后的電路原理如圖3所示，PA1，PA2和PA3為MCU的信號輸出引腳，PB1為信號輸入引腳；部件1，2，3分別代表燃氣閥、點火器和火焰探測器；電路4，5，6，7分別表示電磁閥驅動電路、電源控制電路、點火控制電路、火焰信號反饋電路。其中，火焰信號反饋電路是常見的火焰信號處理電路，由DC-AC振蕩電路產生振蕩信號，利用燃氣火焰的單向導電性，信號經過其他元件處理，使得比較器U1的輸出端得到不同的電平。無火焰時，輸出低電平；有火焰時，輸出高電平，其識別火焰信號的原理本文不作詳細介紹。

3 工作原理說明

點火前，由于沒有火焰，火焰信號反饋電路輸出低電平信號，所以MCU的PB1引腳和燃氣閥電源控制電路中三極管Q4的基極得到低電平，三極管Q4不能導通；同時，MCU的引腳PA1保持輸出高電平，使得三極管Q6導通，三極管Q7的基極被拉低不能導通，從而使得繼電器斷開，點火器處于關閉狀態，二極管D3處于截至狀態； MCU的引腳PA2保持輸出高電平，使得三極管Q2導通，三極管Q3的基極被拉低，使得三極管Q4的集電極處于開路狀態，從而使得三極管Q5不被驅動，燃氣閥電源不被導通；MCU的引腳PA3保持輸出低電平，使得三極管Q1不能導通，燃氣閥不被驅動。

點火啟動階段，首先MCU引腳PA1輸出一個低電平，三極管Q6關閉，使得三極管Q7導通，從而驅動繼電器X1，繼電器觸點A與觸點B接通，點火器電源接通，開始點火；同時，由于三極管Q7被導通，三極管Q5的基極通過電阻R6，二極管D3得到一個低電平，三極管Q5導通，燃氣閥得到電源電壓。MCU的引腳PA2保持輸出一個高電平，三極管Q1被導通，從而驅動燃氣閥開始工作，接通氣路。當點著火之后，火焰信號反饋電路的輸出端輸出一個高電平，MCU引腳PB1、電源控制電路中的三極管Q4的基極得到一個高電平，同時，MCU的引腳PA2輸出一個低電平，三極管Q2關閉，三極管Q3導通，三極管Q4的集電極得到一個低電平，所以三極管Q4被導通，三極管Q4的發射極得到低電平；此時，MCU的引腳PA1輸出高電平，三極管Q6導通，三極管Q7斷開，點火器停止工作，二極管D3截至，改為由火焰信號反饋電路輸出的信號驅動三極管Q4來維持燃氣閥電源的導通。

當意外熄火時，火焰信號消失，火焰信號反饋電路的輸出端輸出低電平，從而關閉三極管Q4，進而關閉三極管Q5，切斷燃氣閥電源，達到安全關閉的目的；同時，MCU的引腳PB1得到低電平熄火信號，從而可以關閉燃氣熱水器的其他部件。

綜上所述，采用這種控制電路的燃氣熱水器時，在點火啟動階段，只有在點火器開始工作之后，燃氣閥才能被打開；在燃氣熱水器工作過程中，一直由火焰信號直接維持燃氣閥的電源供應；在意外熄火或火焰信號消失時，即使MCU失效而不發出關閥信號，燃氣閥也會立刻安全關閉。

4 結束語

通過深入分析燃氣閥控制電路，對控制電路作了設計改進。驅動電路的關聯設計使得燃氣閥無論是在點火啟動階段、工作過程中還是異常狀態中，都能始終處于安全可控狀態。此外，本控制電路可有效防止安全事故的發生，既滿足歐盟EN298標準，同時也符合新行業標準CJ/T421的相關條款要求。

參考文獻

[1]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.CJ/T 421—2013 家用燃氣燃燒器具電子控制器[S].北京：中國標準出版社，2013.

[2]鄭永新.冷凝式燃氣熱水器[M].重慶：重慶大學出版社，2008.

〔編輯：李玨〕

摘 要：燃氣熱水器通常采用MCU驅動燃氣閥（即我們通常所說的電磁閥）來控制燃氣的通斷。一旦MCU出現故障，燃氣閥將無法正常工作，使燃氣的通斷處于失控狀態，容易引發安全事故。為彌補這一缺陷，對燃氣熱水器燃氣閥的控制電路進行了改進，防止安全事故發生。

關鍵詞：燃氣；熱水器；燃氣閥；電路

中圖分類號：TS914.252 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0008-02

燃氣閥作為燃氣熱水器的核心部件，其工作安全性不僅關系到燃氣熱水器的使用壽命，而且還關系到消費者的生命財產安全和生產廠家的聲譽。在工作過程中，由于電磁干擾或MCU本身出現故障，使得燃氣閥發出的控制指令紊亂，導致燃氣閥的通斷處于失控狀態，釀成事故。本文從安全角度進行分析、研究，對燃氣閥的控制電路進行了設計。

1 燃氣閥控制原理分析及改進

在燃氣熱水器中，結構上與燃氣閥相關的部件主要是點火器和火焰探測器，電路上與燃氣閥控制電路相關的則有燃氣閥驅動電路、點火控制電路和火焰信號反饋電路。圖1為燃氣閥及相關部件的控制原理，我們可以看出燃氣閥及相關部件的整個工作過程。MCU首先驅動點火器工作產生脈沖火花，隨后驅動燃氣閥打開；當點著火之后火焰探測器探測到火焰信號并反饋給MCU，點火器即停止工作；當火焰信號出現異常時，MCU隨即發出信號關閉燃氣閥。

在此過程中，為了防止爆燃，點火器工作必須在燃氣閥打開之前進行；當火焰信號異常時，必須馬上關閉燃氣閥。由于點火和開閥的邏輯控制、火焰信號的檢測判斷和氣閥的關閉都依賴于MCU的處理，所以，就使得MCU成為整個環節的唯一保障。當MCU受到強烈電磁干擾或者本身出現故障時，其發出的指令將處于無序狀態，為彌補這一缺陷，我們需要對控制電路加以改進。圖2為改進后的控制原理圖，將燃氣閥驅動電路分解為驅動電路和電源控制電路，同時將點火電路、火焰信號反饋電路與燃氣閥電源控制電路關聯，其中電源控制電路必須在MCU和點火控制電路/火焰信號反饋電路的同時作用下，才能正常工作。

2 電路設計

改進后的電路原理如圖3所示，PA1，PA2和PA3為MCU的信號輸出引腳，PB1為信號輸入引腳；部件1，2，3分別代表燃氣閥、點火器和火焰探測器；電路4，5，6，7分別表示電磁閥驅動電路、電源控制電路、點火控制電路、火焰信號反饋電路。其中，火焰信號反饋電路是常見的火焰信號處理電路，由DC-AC振蕩電路產生振蕩信號，利用燃氣火焰的單向導電性，信號經過其他元件處理，使得比較器U1的輸出端得到不同的電平。無火焰時，輸出低電平；有火焰時，輸出高電平，其識別火焰信號的原理本文不作詳細介紹。

3 工作原理說明

點火前，由于沒有火焰，火焰信號反饋電路輸出低電平信號，所以MCU的PB1引腳和燃氣閥電源控制電路中三極管Q4的基極得到低電平，三極管Q4不能導通；同時，MCU的引腳PA1保持輸出高電平，使得三極管Q6導通，三極管Q7的基極被拉低不能導通，從而使得繼電器斷開，點火器處于關閉狀態，二極管D3處于截至狀態； MCU的引腳PA2保持輸出高電平，使得三極管Q2導通，三極管Q3的基極被拉低，使得三極管Q4的集電極處于開路狀態，從而使得三極管Q5不被驅動，燃氣閥電源不被導通；MCU的引腳PA3保持輸出低電平，使得三極管Q1不能導通，燃氣閥不被驅動。

點火啟動階段，首先MCU引腳PA1輸出一個低電平，三極管Q6關閉，使得三極管Q7導通，從而驅動繼電器X1，繼電器觸點A與觸點B接通，點火器電源接通，開始點火；同時，由于三極管Q7被導通，三極管Q5的基極通過電阻R6，二極管D3得到一個低電平，三極管Q5導通，燃氣閥得到電源電壓。MCU的引腳PA2保持輸出一個高電平，三極管Q1被導通，從而驅動燃氣閥開始工作，接通氣路。當點著火之后，火焰信號反饋電路的輸出端輸出一個高電平，MCU引腳PB1、電源控制電路中的三極管Q4的基極得到一個高電平，同時，MCU的引腳PA2輸出一個低電平，三極管Q2關閉，三極管Q3導通，三極管Q4的集電極得到一個低電平，所以三極管Q4被導通，三極管Q4的發射極得到低電平；此時，MCU的引腳PA1輸出高電平，三極管Q6導通，三極管Q7斷開，點火器停止工作，二極管D3截至，改為由火焰信號反饋電路輸出的信號驅動三極管Q4來維持燃氣閥電源的導通。

當意外熄火時，火焰信號消失，火焰信號反饋電路的輸出端輸出低電平，從而關閉三極管Q4，進而關閉三極管Q5，切斷燃氣閥電源，達到安全關閉的目的；同時，MCU的引腳PB1得到低電平熄火信號，從而可以關閉燃氣熱水器的其他部件。

綜上所述，采用這種控制電路的燃氣熱水器時，在點火啟動階段，只有在點火器開始工作之后，燃氣閥才能被打開；在燃氣熱水器工作過程中，一直由火焰信號直接維持燃氣閥的電源供應；在意外熄火或火焰信號消失時，即使MCU失效而不發出關閥信號，燃氣閥也會立刻安全關閉。

4 結束語

通過深入分析燃氣閥控制電路，對控制電路作了設計改進。驅動電路的關聯設計使得燃氣閥無論是在點火啟動階段、工作過程中還是異常狀態中，都能始終處于安全可控狀態。此外，本控制電路可有效防止安全事故的發生，既滿足歐盟EN298標準，同時也符合新行業標準CJ/T421的相關條款要求。

參考文獻

[1]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.CJ/T 421—2013 家用燃氣燃燒器具電子控制器[S].北京：中國標準出版社，2013.

[2]鄭永新.冷凝式燃氣熱水器[M].重慶：重慶大學出版社，2008.

〔編輯：李玨〕