陈常山 段华 刘毅

(山东省计量科学研究院 电器安全检测中心)

1 综述

目前快热储水一体式电热水器（以下也称“器具”）在高档电热水器中占有较大份额，由于此类热水器兼具快热式电热水器即时加热的快速高效，及普通储水式电热水器的实用便利于一体，使之逐渐成为市场的新宠。快热储水一体式电热水器的结构及控制电路较普通的储水式电热水器要复杂，在安全检测过程中，发现部分此类产品的储水加热控制电路，与快速加热控制电路之间无有效的“安全联锁”，当某个电子元件出现故障时，会导致不易查觉的整机加热功率翻倍，从而产生安全隐患。

2 快热储水一体式电热水器的常见结构

（因电子线路故障可能产生安全隐患的控制电路）

快热储水一体式电热水器常见结构简化如图1所示。

快热储水一体式电热水器常含有2支（或2支以上）电热管，“快热加热电热管”和“储水加热电热管”。

图1所示的快热储水一体式电热水器常见控制电路如下图2所示（为便于分析，略去了控制器、电源电路的细节）。

简要介绍一下图2控制电路的工作原理：当启动快热加热模式并有水流产生时，控制器发出控制信号，使三极管P1、P3导通，三极管P2截止，继电器K1、K3吸合，K2断开，仅快热加热电热管工作；当启动储水加热模式时，控制器发出控制信号，使三极管P2、P3导通，三极管P1截止，继电器K2、K3吸合，K1断开，仅储水加热电热管工作。

在正常工作情况下，两只电热管不会同时工作，即控制器在任何时间仅能输出启动一种加热模式的控制信号：快热加热模式或储水加热模式。

但是，当图2中的三极管P1发生击穿故障或按标准GB 4706.1-2005第19.11条的d)非集成电路电子元件的任何两个接线端处短路试验，并启动储水加热模式时，图2中的继电器K1、K2就会同时吸合，导致快热加热电热管和储水加热电热管同时工作，使器具的整机功率加倍。同理，当三极管P2发生击穿故障或按GB 4706.1-2005标准第19.11条的d)非集成电路电子元件的任何两个接线端处短路试验，启动快热加热模式时，也会导致快热加热电热管和储水加热电热管同时工作，使器具整机功率加倍。

以电热管功率3000W为例，当发生故障导致快热加热电热管和储水加热电热管同时工作时，器具整机功率变为6000W，电流为27.27A，这会直接导致图2中所示的电源插头、电源软线、内部连线、热断路器、继电器K3等多处关键元件工作于过载状态，在器具的实际使用过程中，这种故障状态难以查觉，从而产生安全隐患。

同时，器具外部的电源插座及电气线路等也会工作于过载状态，可能导致器具以外的安全隐患。

3 改进方法

（1）改进方案1：改变继电器K1、K2的结构选型，不改变控制器的控制软件。

上图3中，给出了一种改进的控制电路。继电器K1、K2选用带有一个独立辅助常闭触点的继电器，并在三极管P1的电路上串联接入继电器K2的常闭触点，在三级管P2的电路上串联接入继电器K1的常闭触点。不难分析，当三极管P1发生击穿故障或按GB 4706.1-2005第19.11条的d)非集成电路电子元件的任何两个接线端处短路试验时，K1继电器吸合，K1的辅助常闭触点断开了三极管P2的控制电路，保证继电器K2与继电器K1不会同时吸合，从而保证电热管1与电热管2不会同时工作。同理，当三极管P2发生击穿故障或按GB 4706.1-2005第19.11条的d)非集成电路电子元件的任何两个接线端处短路试验时，K2继电器吸合，K2的辅助常闭触点断开了三极管P1的控制电路，保证继电器K1与

（2）改进方案2：不改变继电器K1、K2的结构，不改变控制器的控制软件，增加两个带有常闭触点的小型继电器KK1、KK2。

在产品的实际设计过程中，有时受多种因素的影响，难以改变关键元件的结构，这种情况下，可以采用如图4所示的方案。不改变继电器K1、K2的结构，增加两个带有常闭触点的小型继电器KK1、KK2，并在三极管P1的电路上串联接入继电器KK2的常闭触点，在三级管P2的电路上串联接入继电器KK1的常闭触点。同电路改进方案1的原理一样，电路改进方案2也有效地避免了当三极P1或P2故障时快热加热电热管和储水加热电热管同时工作的状态。

（3）改进方案3：增加光电耦合器G1、G2，控制器软件作微小改变。不增加继电器、不改变继电器K1、K2的结构。

如上图5所示，在三极管P1的控制电路中接入光耦G1，并把光耦G1的输出接入控制器；在三极管P2的控制电路接入光耦G2，并把光耦G2的输出接入控制器。这样，控制器就可以检测到三极管P1、P2控制电路的工作状态，在控制器的控制软件设计上，当检测到三极管P1或P2无法控制其截止时，就可判断为三极管P1或P2电路故障，禁止启动储水加热模式或快热加热模式，从而避免当三极管P1或P2故障时快热加热电热管和储水加热电热管同时工作的状态，消除电加热功率翻倍的安全隐患，并可同时在器具的控制面板上显示错误代码，指示器具发生故障的原因。

本方案中图5所示的电路也适合应用于更复杂的器具，例如具有三个以上电加热管的器具等，使用光耦也可以实现电路上的安全隔离，避免干扰，使整个控制电路工作稳定。

4 结束语

电热水器是日常生活中使用频繁而又与我们“密切接触”的家用电器之一，在设计和检测过程中，既要符合相关安全标准的要求，又要结合实际情况合理设计，发现并消除其使用中存在的安全隐患。

[1]GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全第1部分：通用要求》