燃气热水器燃气阀的安全控制电路设计

周梦君

摘 要：燃气热水器通常采用MCU驱动燃气阀（即我们通常所说的电磁阀）来控制燃气的通断。一旦MCU出现故障，燃气阀将无法正常工作，使燃气的通断处于失控状态，容易引发安全事故。为弥补这一缺陷，对燃气热水器燃气阀的控制电路进行了改进，防止安全事故发生。

关键词：燃气；热水器；燃气阀；电路

中图分类号：TS914.252 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0008-02

燃气阀作为燃气热水器的核心部件，其工作安全性不仅关系到燃气热水器的使用寿命，而且还关系到消费者的生命财产安全和生产厂家的声誉。在工作过程中，由于电磁干扰或MCU本身出现故障，使得燃气阀发出的控制指令紊乱，导致燃气阀的通断处于失控状态，酿成事故。本文从安全角度进行分析、研究，对燃气阀的控制电路进行了设计。

1 燃气阀控制原理分析及改进

在燃气热水器中，结构上与燃气阀相关的部件主要是点火器和火焰探测器，电路上与燃气阀控制电路相关的则有燃气阀驱动电路、点火控制电路和火焰信号反馈电路。图1为燃气阀及相关部件的控制原理，我们可以看出燃气阀及相关部件的整个工作过程。MCU首先驱动点火器工作产生脉冲火花，随后驱动燃气阀打开；当点着火之后火焰探测器探测到火焰信号并反馈给MCU，点火器即停止工作；当火焰信号出现异常时，MCU随即发出信号关闭燃气阀。

在此过程中，为了防止爆燃，点火器工作必须在燃气阀打开之前进行；当火焰信号异常时，必须马上关闭燃气阀。由于点火和开阀的逻辑控制、火焰信号的检测判断和气阀的关闭都依赖于MCU的处理，所以，就使得MCU成为整个环节的唯一保障。当MCU受到强烈电磁干扰或者本身出现故障时，其发出的指令将处于无序状态，为弥补这一缺陷，我们需要对控制电路加以改进。图2为改进后的控制原理图，将燃气阀驱动电路分解为驱动电路和电源控制电路，同时将点火电路、火焰信号反馈电路与燃气阀电源控制电路关联，其中电源控制电路必须在MCU和点火控制电路/火焰信号反馈电路的同时作用下，才能正常工作。

2 电路设计

改进后的电路原理如图3所示，PA1，PA2和PA3为MCU的信号输出引脚，PB1为信号输入引脚；部件1，2，3分别代表燃气阀、点火器和火焰探测器；电路4，5，6，7分别表示电磁阀驱动电路、电源控制电路、点火控制电路、火焰信号反馈电路。其中，火焰信号反馈电路是常见的火焰信号处理电路，由DC-AC振荡电路产生振荡信号，利用燃气火焰的单向导电性，信号经过其他元件处理，使得比较器U1的输出端得到不同的电平。无火焰时，输出低电平；有火焰时，输出高电平，其识别火焰信号的原理本文不作详细介绍。

3 工作原理说明

点火前，由于没有火焰，火焰信号反馈电路输出低电平信号，所以MCU的PB1引脚和燃气阀电源控制电路中三极管Q4的基极得到低电平，三极管Q4不能导通；同时，MCU的引脚PA1保持输出高电平，使得三极管Q6导通，三极管Q7的基极被拉低不能导通，从而使得继电器断开，点火器处于关闭状态，二极管D3处于截至状态； MCU的引脚PA2保持输出高电平，使得三极管Q2导通，三极管Q3的基极被拉低，使得三极管Q4的集电极处于开路状态，从而使得三极管Q5不被驱动，燃气阀电源不被导通；MCU的引脚PA3保持输出低电平，使得三极管Q1不能导通，燃气阀不被驱动。

点火启动阶段，首先MCU引脚PA1输出一个低电平，三极管Q6关闭，使得三极管Q7导通，从而驱动继电器X1，继电器触点A与触点B接通，点火器电源接通，开始点火；同时，由于三极管Q7被导通，三极管Q5的基极通过电阻R6，二极管D3得到一个低电平，三极管Q5导通，燃气阀得到电源电压。MCU的引脚PA2保持输出一个高电平，三极管Q1被导通，从而驱动燃气阀开始工作，接通气路。当点着火之后，火焰信号反馈电路的输出端输出一个高电平，MCU引脚PB1、电源控制电路中的三极管Q4的基极得到一个高电平，同时，MCU的引脚PA2输出一个低电平，三极管Q2关闭，三极管Q3导通，三极管Q4的集电极得到一个低电平，所以三极管Q4被导通，三极管Q4的发射极得到低电平；此时，MCU的引脚PA1输出高电平，三极管Q6导通，三极管Q7断开，点火器停止工作，二极管D3截至，改为由火焰信号反馈电路输出的信号驱动三极管Q4来维持燃气阀电源的导通。

当意外熄火时，火焰信号消失，火焰信号反馈电路的输出端输出低电平，从而关闭三极管Q4，进而关闭三极管Q5，切断燃气阀电源，达到安全关闭的目的；同时，MCU的引脚PB1得到低电平熄火信号，从而可以关闭燃气热水器的其他部件。

综上所述，采用这种控制电路的燃气热水器时，在点火启动阶段，只有在点火器开始工作之后，燃气阀才能被打开；在燃气热水器工作过程中，一直由火焰信号直接维持燃气阀的电源供应；在意外熄火或火焰信号消失时，即使MCU失效而不发出关阀信号，燃气阀也会立刻安全关闭。

4 结束语

通过深入分析燃气阀控制电路，对控制电路作了设计改进。驱动电路的关联设计使得燃气阀无论是在点火启动阶段、工作过程中还是异常状态中，都能始终处于安全可控状态。此外，本控制电路可有效防止安全事故的发生，既满足欧盟EN298标准，同时也符合新行业标准CJ/T421的相关条款要求。

参考文献

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.CJ/T 421—2013 家用燃气燃烧器具电子控制器[S].北京：中国标准出版社，2013.

[2]郑永新.冷凝式燃气热水器[M].重庆：重庆大学出版社，2008.

〔编辑：李珏〕

摘 要：燃气热水器通常采用MCU驱动燃气阀（即我们通常所说的电磁阀）来控制燃气的通断。一旦MCU出现故障，燃气阀将无法正常工作，使燃气的通断处于失控状态，容易引发安全事故。为弥补这一缺陷，对燃气热水器燃气阀的控制电路进行了改进，防止安全事故发生。

关键词：燃气；热水器；燃气阀；电路

中图分类号：TS914.252 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0008-02

燃气阀作为燃气热水器的核心部件，其工作安全性不仅关系到燃气热水器的使用寿命，而且还关系到消费者的生命财产安全和生产厂家的声誉。在工作过程中，由于电磁干扰或MCU本身出现故障，使得燃气阀发出的控制指令紊乱，导致燃气阀的通断处于失控状态，酿成事故。本文从安全角度进行分析、研究，对燃气阀的控制电路进行了设计。

1 燃气阀控制原理分析及改进

在燃气热水器中，结构上与燃气阀相关的部件主要是点火器和火焰探测器，电路上与燃气阀控制电路相关的则有燃气阀驱动电路、点火控制电路和火焰信号反馈电路。图1为燃气阀及相关部件的控制原理，我们可以看出燃气阀及相关部件的整个工作过程。MCU首先驱动点火器工作产生脉冲火花，随后驱动燃气阀打开；当点着火之后火焰探测器探测到火焰信号并反馈给MCU，点火器即停止工作；当火焰信号出现异常时，MCU随即发出信号关闭燃气阀。

在此过程中，为了防止爆燃，点火器工作必须在燃气阀打开之前进行；当火焰信号异常时，必须马上关闭燃气阀。由于点火和开阀的逻辑控制、火焰信号的检测判断和气阀的关闭都依赖于MCU的处理，所以，就使得MCU成为整个环节的唯一保障。当MCU受到强烈电磁干扰或者本身出现故障时，其发出的指令将处于无序状态，为弥补这一缺陷，我们需要对控制电路加以改进。图2为改进后的控制原理图，将燃气阀驱动电路分解为驱动电路和电源控制电路，同时将点火电路、火焰信号反馈电路与燃气阀电源控制电路关联，其中电源控制电路必须在MCU和点火控制电路/火焰信号反馈电路的同时作用下，才能正常工作。

2 电路设计

改进后的电路原理如图3所示，PA1，PA2和PA3为MCU的信号输出引脚，PB1为信号输入引脚；部件1，2，3分别代表燃气阀、点火器和火焰探测器；电路4，5，6，7分别表示电磁阀驱动电路、电源控制电路、点火控制电路、火焰信号反馈电路。其中，火焰信号反馈电路是常见的火焰信号处理电路，由DC-AC振荡电路产生振荡信号，利用燃气火焰的单向导电性，信号经过其他元件处理，使得比较器U1的输出端得到不同的电平。无火焰时，输出低电平；有火焰时，输出高电平，其识别火焰信号的原理本文不作详细介绍。

3 工作原理说明

点火前，由于没有火焰，火焰信号反馈电路输出低电平信号，所以MCU的PB1引脚和燃气阀电源控制电路中三极管Q4的基极得到低电平，三极管Q4不能导通；同时，MCU的引脚PA1保持输出高电平，使得三极管Q6导通，三极管Q7的基极被拉低不能导通，从而使得继电器断开，点火器处于关闭状态，二极管D3处于截至状态； MCU的引脚PA2保持输出高电平，使得三极管Q2导通，三极管Q3的基极被拉低，使得三极管Q4的集电极处于开路状态，从而使得三极管Q5不被驱动，燃气阀电源不被导通；MCU的引脚PA3保持输出低电平，使得三极管Q1不能导通，燃气阀不被驱动。

点火启动阶段，首先MCU引脚PA1输出一个低电平，三极管Q6关闭，使得三极管Q7导通，从而驱动继电器X1，继电器触点A与触点B接通，点火器电源接通，开始点火；同时，由于三极管Q7被导通，三极管Q5的基极通过电阻R6，二极管D3得到一个低电平，三极管Q5导通，燃气阀得到电源电压。MCU的引脚PA2保持输出一个高电平，三极管Q1被导通，从而驱动燃气阀开始工作，接通气路。当点着火之后，火焰信号反馈电路的输出端输出一个高电平，MCU引脚PB1、电源控制电路中的三极管Q4的基极得到一个高电平，同时，MCU的引脚PA2输出一个低电平，三极管Q2关闭，三极管Q3导通，三极管Q4的集电极得到一个低电平，所以三极管Q4被导通，三极管Q4的发射极得到低电平；此时，MCU的引脚PA1输出高电平，三极管Q6导通，三极管Q7断开，点火器停止工作，二极管D3截至，改为由火焰信号反馈电路输出的信号驱动三极管Q4来维持燃气阀电源的导通。

当意外熄火时，火焰信号消失，火焰信号反馈电路的输出端输出低电平，从而关闭三极管Q4，进而关闭三极管Q5，切断燃气阀电源，达到安全关闭的目的；同时，MCU的引脚PB1得到低电平熄火信号，从而可以关闭燃气热水器的其他部件。

综上所述，采用这种控制电路的燃气热水器时，在点火启动阶段，只有在点火器开始工作之后，燃气阀才能被打开；在燃气热水器工作过程中，一直由火焰信号直接维持燃气阀的电源供应；在意外熄火或火焰信号消失时，即使MCU失效而不发出关阀信号，燃气阀也会立刻安全关闭。

4 结束语

通过深入分析燃气阀控制电路，对控制电路作了设计改进。驱动电路的关联设计使得燃气阀无论是在点火启动阶段、工作过程中还是异常状态中，都能始终处于安全可控状态。此外，本控制电路可有效防止安全事故的发生，既满足欧盟EN298标准，同时也符合新行业标准CJ/T421的相关条款要求。

参考文献

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.CJ/T 421—2013 家用燃气燃烧器具电子控制器[S].北京：中国标准出版社，2013.

[2]郑永新.冷凝式燃气热水器[M].重庆：重庆大学出版社，2008.

〔编辑：李珏〕

摘 要：燃气热水器通常采用MCU驱动燃气阀（即我们通常所说的电磁阀）来控制燃气的通断。一旦MCU出现故障，燃气阀将无法正常工作，使燃气的通断处于失控状态，容易引发安全事故。为弥补这一缺陷，对燃气热水器燃气阀的控制电路进行了改进，防止安全事故发生。

关键词：燃气；热水器；燃气阀；电路

中图分类号：TS914.252 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0008-02

燃气阀作为燃气热水器的核心部件，其工作安全性不仅关系到燃气热水器的使用寿命，而且还关系到消费者的生命财产安全和生产厂家的声誉。在工作过程中，由于电磁干扰或MCU本身出现故障，使得燃气阀发出的控制指令紊乱，导致燃气阀的通断处于失控状态，酿成事故。本文从安全角度进行分析、研究，对燃气阀的控制电路进行了设计。

1 燃气阀控制原理分析及改进

在燃气热水器中，结构上与燃气阀相关的部件主要是点火器和火焰探测器，电路上与燃气阀控制电路相关的则有燃气阀驱动电路、点火控制电路和火焰信号反馈电路。图1为燃气阀及相关部件的控制原理，我们可以看出燃气阀及相关部件的整个工作过程。MCU首先驱动点火器工作产生脉冲火花，随后驱动燃气阀打开；当点着火之后火焰探测器探测到火焰信号并反馈给MCU，点火器即停止工作；当火焰信号出现异常时，MCU随即发出信号关闭燃气阀。

在此过程中，为了防止爆燃，点火器工作必须在燃气阀打开之前进行；当火焰信号异常时，必须马上关闭燃气阀。由于点火和开阀的逻辑控制、火焰信号的检测判断和气阀的关闭都依赖于MCU的处理，所以，就使得MCU成为整个环节的唯一保障。当MCU受到强烈电磁干扰或者本身出现故障时，其发出的指令将处于无序状态，为弥补这一缺陷，我们需要对控制电路加以改进。图2为改进后的控制原理图，将燃气阀驱动电路分解为驱动电路和电源控制电路，同时将点火电路、火焰信号反馈电路与燃气阀电源控制电路关联，其中电源控制电路必须在MCU和点火控制电路/火焰信号反馈电路的同时作用下，才能正常工作。

2 电路设计

改进后的电路原理如图3所示，PA1，PA2和PA3为MCU的信号输出引脚，PB1为信号输入引脚；部件1，2，3分别代表燃气阀、点火器和火焰探测器；电路4，5，6，7分别表示电磁阀驱动电路、电源控制电路、点火控制电路、火焰信号反馈电路。其中，火焰信号反馈电路是常见的火焰信号处理电路，由DC-AC振荡电路产生振荡信号，利用燃气火焰的单向导电性，信号经过其他元件处理，使得比较器U1的输出端得到不同的电平。无火焰时，输出低电平；有火焰时，输出高电平，其识别火焰信号的原理本文不作详细介绍。

3 工作原理说明

点火前，由于没有火焰，火焰信号反馈电路输出低电平信号，所以MCU的PB1引脚和燃气阀电源控制电路中三极管Q4的基极得到低电平，三极管Q4不能导通；同时，MCU的引脚PA1保持输出高电平，使得三极管Q6导通，三极管Q7的基极被拉低不能导通，从而使得继电器断开，点火器处于关闭状态，二极管D3处于截至状态； MCU的引脚PA2保持输出高电平，使得三极管Q2导通，三极管Q3的基极被拉低，使得三极管Q4的集电极处于开路状态，从而使得三极管Q5不被驱动，燃气阀电源不被导通；MCU的引脚PA3保持输出低电平，使得三极管Q1不能导通，燃气阀不被驱动。

点火启动阶段，首先MCU引脚PA1输出一个低电平，三极管Q6关闭，使得三极管Q7导通，从而驱动继电器X1，继电器触点A与触点B接通，点火器电源接通，开始点火；同时，由于三极管Q7被导通，三极管Q5的基极通过电阻R6，二极管D3得到一个低电平，三极管Q5导通，燃气阀得到电源电压。MCU的引脚PA2保持输出一个高电平，三极管Q1被导通，从而驱动燃气阀开始工作，接通气路。当点着火之后，火焰信号反馈电路的输出端输出一个高电平，MCU引脚PB1、电源控制电路中的三极管Q4的基极得到一个高电平，同时，MCU的引脚PA2输出一个低电平，三极管Q2关闭，三极管Q3导通，三极管Q4的集电极得到一个低电平，所以三极管Q4被导通，三极管Q4的发射极得到低电平；此时，MCU的引脚PA1输出高电平，三极管Q6导通，三极管Q7断开，点火器停止工作，二极管D3截至，改为由火焰信号反馈电路输出的信号驱动三极管Q4来维持燃气阀电源的导通。

当意外熄火时，火焰信号消失，火焰信号反馈电路的输出端输出低电平，从而关闭三极管Q4，进而关闭三极管Q5，切断燃气阀电源，达到安全关闭的目的；同时，MCU的引脚PB1得到低电平熄火信号，从而可以关闭燃气热水器的其他部件。

综上所述，采用这种控制电路的燃气热水器时，在点火启动阶段，只有在点火器开始工作之后，燃气阀才能被打开；在燃气热水器工作过程中，一直由火焰信号直接维持燃气阀的电源供应；在意外熄火或火焰信号消失时，即使MCU失效而不发出关阀信号，燃气阀也会立刻安全关闭。

4 结束语

通过深入分析燃气阀控制电路，对控制电路作了设计改进。驱动电路的关联设计使得燃气阀无论是在点火启动阶段、工作过程中还是异常状态中，都能始终处于安全可控状态。此外，本控制电路可有效防止安全事故的发生，既满足欧盟EN298标准，同时也符合新行业标准CJ/T421的相关条款要求。

参考文献

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.CJ/T 421—2013 家用燃气燃烧器具电子控制器[S].北京：中国标准出版社，2013.

[2]郑永新.冷凝式燃气热水器[M].重庆：重庆大学出版社，2008.

〔编辑：李珏〕