CN101752845A - 电磁炉用电压和电流浪涌保护方法及其电路 - Google Patents

电磁炉用电压和电流浪涌保护方法及其电路 Download PDF

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Abstract

一种电磁炉用电压和电流浪涌保护方法，包括以下步骤：检测输入交流电源的浪涌电压信号，检测主回路的浪涌电流信号；当捕获到浪涌电压和/或电流信号时，将测得的浪涌电压和/或电流信号通过或逻辑电路处理直接关断IGBT驱动控制模块，使IGBT关闭；同时该或逻辑电路的输出信号送入CPU，CPU关断其输出脉冲信号，并监测浪涌信号，待浪涌信号消失后延时0.5～2.5秒，再向IGBT驱动控制模块提供脉冲信号，进而通过驱动器推动IGBT工作。本发明可以快速捕获电压和电流浪涌信号，保护效果好，避免传统电磁炉在电网出现一点点小浪涌脉冲信号时，频繁关闭IGBT，导致电磁炉不能正常工作弊端。

Description

电磁炉用电压和电流浪涌保护方法及其电路
技术领域
本发明属于用电能加热的电磁炉技术领域，特别是一种电磁炉用电压和电流浪涌保护方法及其保护电路。
背景技术
当前普通电磁炉的电流浪涌保护电路多采用电流互感器方式，将电流互感器初级串联在交流电中，当电流浪涌发生时，电流互感器次级感应出电压突变，经整流器等检测出浪涌信号，再通过比较器进行电压比较判断后，直接或通过CPU关闭电磁炉的IGBT功率输出。这种方式需要电流互感器、整流器等，比较复杂，而且对电流浪涌信号有一定延时，保护效果欠理想。
普通电磁炉的浪涌保护电路，其原理是通过采样捕捉到电网上的电压浪涌脉冲信号，马上关闭IGBT功率输出，从而达到保护效果。但由于受到电磁炉内电磁干扰、元器件参数误差等等因素影响，对浪涌强度判断的一致性不好，其保护效果不佳。例如：批量生产的电磁炉中，有些产品在电网出现一点点小浪涌脉冲信号时，本来不应该保护却频繁保护关闭IGBT驱动器，导致电磁炉不能正常输出功率加热。有些产品在电网出现很强浪涌脉冲信号时，却不能及时捕捉并关闭IGBT功率输出。
发明内容
为避免现有电磁炉技术存在的上述缺陷，本发明提供一种电磁炉用电压和电流浪涌保护方法以及保护电路，它检测接入电磁炉的交流电的电压浪涌脉冲信号和输出主回路中的电流浪涌脉冲信号，通过一个IGBT驱动控制模块和CPU对电磁炉系统提供电压、电流浪涌保护。
本发明电磁炉用电压和电流浪涌保护方法，采取以下步骤：
采用电压浪涌检测电路检测输入交流电源的浪涌电压信号，采用电流浪涌检测电路检测主回路的浪涌电流信号；
当捕获到浪涌电压和/或电流信号时，将测得的浪涌电压和/或电流信号通过一个或逻辑电路处理直接关断IGBT驱动控制模块停止输出脉冲信号，使IGBT关闭；同时该或逻辑电路的输出信号送入CPU，CPU关断其输出至IGBT驱动控制模块的脉冲信号，并监测浪涌电压和/或电流信号，待浪涌信号消失后延时0.5～2.5秒，再向IGBT驱动控制模块提供脉冲信号，进而通过驱动器推动IGBT工作。
其中，所述电压浪涌检测电路包含第一比较器和采集输入交流电源的浪涌电压信号的浪涌电压采样电路，该浪涌电压采样电路的输出信号接第一比较器的同相输入端；所述电流浪涌检测电路包含第二比较器，以及，由串联在整流桥与IGBT之间的电流采样电阻和连接于该电流采样电阻的两个分压电阻构成的浪涌电流采样电路，该浪涌电流采样电路的输出信号接所述第二比较器的反相输入端，第二比较器的同相输入端接地。
实现上述方法之电磁炉用电压和电流浪涌保护电路，包括：
一电压浪涌检测电路，该检测电路包含第一比较器和采集输入交流电源的浪涌电压信号的浪涌电压采样电路，该浪涌电压采样电路的输出信号接第一比较器的同相输入端；
一电流浪涌检测电路，该检测电路包含第二比较器，以及，由串联在整流桥与IGBT之间的电流采样电阻和连接于该电流采样电阻的两个分压电阻构成的浪涌电流采样电路，该浪涌电流采样电路的输出信号接所述第二比较器的反相输入端，第二比较器的同相输入端接地；
一或逻辑电路，该或逻辑电路的两个输入端分别连接所述第一比较器的输出端和第二比较器的输出端；以及，
一IGBT驱动控制模块，该IGBT驱动控制模块的一控制端、输入端分别接所述或逻辑电路的输出端和CPU的脉冲信号输出端，且所述或逻辑电路的输出端接所述CPU一输入端；当捕获到浪涌电压和/或电流信号时，经或逻辑电路处理直接关断所述IGBT驱动控制模块停止输出脉冲信号，同时CPU关断其脉冲信号输出，并监测浪涌电压和/或电流信号待浪涌消失后延时0.5～2.5秒，再向IGBT驱动控制模块提供脉冲信号，进而通过一驱动器推动IGBT工作。
其中，所述第一比较器、第二比较器、或逻辑电路、IGBT驱动控制模块以及CPU均集成于一个SoC(System on a Chip)芯片内。所述SoC芯片最好采用16PIN封装的CHK-S008型SoC芯片。
本发明电磁路用电压和电流浪涌保护电路可以快速捕获电压和电流浪涌信号，当捕获到浪涌电压和/或电流信号时，经或逻辑电路处理硬件直接关断IGBT驱动控制模块停止输出脉冲信号，同时CPU关断其脉冲信号输出，并监测浪涌信号待浪涌消失后延时一定时间，再启动IGBT工作。保护效果好，同时避免了传统电磁炉在电网出现一点点小浪涌脉冲信号时，频繁关闭IGBT驱动器，导致电磁炉不能正常输出功率加热弊端。
通过调整浪涌电流采样电路中的两分压电阻的分压比，可以设定保护的浪涌电流阀值，参数设置方便灵活，电路简化，其浪涌电压采样电路中的二极管D3和电容C13设置，对滤除环境噪声有明显作用，有利于区分环境杂讯与浪涌电压信号，有效提高了采样电路的信噪比，可以更加可靠、准确的识别电压浪涌的强度，从而对电磁炉起到更好的保护效果。
其基于SoC芯片技术，片内若干比较器、或逻辑电路、IGBT驱动控制模块以及CPU不易受到外部干扰，外围电路简单，大大降低了生产维修难度与成本。
附图说明
图1是本发明电磁炉用电压和电流浪涌保护电路原理框图；
图2是图1所示保护电路一典型实施例电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明。
参照图1，所示电磁炉用电压和电流浪涌保护电路主要包括：
电压浪涌检测电路包含比较器1和采集输入交流电源的浪涌电压信号的浪涌电压采样电路，该浪涌电压采样电路的输出信号接第一比较器的同相输入端；
电流浪涌检测电路，该电路包含第二比较器，以及，由串联在整流桥与IGBT之间的电流采样电阻和连接于该电流采样电阻的两个分压电阻构成的浪涌电流采样电路，该浪涌电流采样电路的输出信号接比较器2的反相输入端，比较器2的同相输入端接地；以及，
一或逻辑电路，该或逻辑电路的两个输入端分别连接所述第一比较器的输出端和第二比较器的输出端；以及，
一IGBT驱动控制模块，该IGBT驱动控制模块的控制端、输入端分别接所述或逻辑电路的输出端和CPU的脉冲信号输出端，且所述或逻辑电路的输出端接所述CPU一输入端。
其中，比较器1、比较器2、或逻辑电路、IGBT驱动控制模块以及CPU均集成于一个SoC芯片内，该SoC芯片最好是16PIN封装的CHK-S008型SoC芯片。
所述或逻辑电路可以由一个2输入端或非门和连接于该2输入端或非门输出端的反相器组成，也可以采用一个2输入端或门。
IGBT驱动控制模块还设置有另一个控制端和一个反馈端，可以通过一个反馈电路将IGBT驱动控制模块输出的脉冲信号反馈回IGBT驱动控制模块内部对IGBT驱动波形进行修正，优化脉冲信号波形，提高工作效率。
典型实施例见图2，该实施例即采用了上述CHK-S008型SoC芯片，比较器1、比较器2、2输入端或门电路、IGBT驱动控制模块以及CPU等均内置于CHK-S008型SoC芯片内。其中，滤波器由电感器L1和电容C4组成，IGBT和LC谐振回路(L3和C3)组成功率逆变电路。
CHK-S008型SoC芯片内的比较器1和浪涌电压采样电路组成电压浪涌检测电路，浪涌电压采样电路的输出信号接该比较器1的同相输入端(1PIN)。
浪涌电压采样电路包括正极分别接整流桥BG1交流输入线的二极管D1、D2，正极连接二极管D1、D2负极的二极管D3，连接于二极管D3的负极与地之间的串联电阻R19、R20、R21，电阻R20、R21分别并联电容C14、C15，二极管D3的负极通过电容C13接地，电阻R20、R21的公共端输出采样信号接所述比较器1的同相输入端，所述比较器1的反相输入端接参考电压Vref。此电路的二极管D3和电容C13设置，对滤除环境干扰有明显作用，有利于区分环境杂讯与浪涌电压信号。在捕获到浪涌电压信号时，所述比较器1输出高电平，通过所述2输入端或门电路，接到所述IGBT驱动控制模块的一控制端和CPU一输入端，直接关断所述IGBT驱动控制模块停止输出脉冲信号，保护IGBT安全；同时CPU收到电压浪涌信号关断其脉冲信号输出，并监测浪涌电压信号待浪涌消失后延时0.5～2.5秒，再向IGBT驱动控制模块提供脉冲信号，进而通过连接于IGBT栅极的一驱动器推动IGBT工作。
CHK-S008型SoC芯片内的比较器2和浪涌电流采样电路组成电流浪涌检测电路，浪涌电压采样电路的输出信号接所述比较器2的反相输入端(11PIN)，同相输入端接地。
浪涌电流采样电路由串联在整流桥BG1与IGBT漏极之间的康铜丝电阻RK1和连接于该康铜丝电阻RK1的两个分压电阻R11、R10构成，电阻R11并联电容C4，R10的一端接电源Vcc+5V，浪涌电流采样电路的输出信号接所述比较器2的反相输入端，比较器2的同相输入端接地GND。康铜丝电阻RK1串联在整流桥BG1与IGBT漏极之间，电磁炉电流变化时康铜丝电阻RK1两端电压也会相应变化，并联于R11的电容C4主要起滤除杂讯作用。电磁炉正常加热状态，工作电流低于最大限定值时，比较器2的反相端电压大于同相端；当电磁炉电流突然增大，比较器2反相端电压突然下降，低于其同相端电平GND时，比较器2输出高电平，通过所述2输入端或门电路，接所述IGBT驱动控制模块的一控制端和CPU一输入端，直接关断所述IGBT驱动控制模块停止输出脉冲信号，保护IGBT安全；同时CPU收到电压浪涌信号关断其脉冲信号输出，并监测浪涌电压信号待浪涌消失后延时0.5～2.5秒，再向IGBT驱动控制模块提供脉冲信号，进而通过连接于IGBT栅极的一驱动器推动IGBT工作。
借助图2实施例电路实现的电磁炉用电压和电流浪涌保护方法，步骤以下：
采用上述电压浪涌检测电路检测输入交流电源的浪涌电压信号，采用上述电流浪涌检测电路检测主回路的浪涌电流信号；
当捕获到浪涌电压和/或电流信号时，将测得的浪涌电压和/或电流信号通过CHK-S008型SoC芯片内的或逻辑电路处理直接关断IGBT驱动控制模块停止输出脉冲信号，使IGBT关闭；同时该或逻辑电路的输出信号送入CPU，CPU关断其输出至IGBT驱动控制模块的脉冲信号，并监测浪涌电压和/或电流信号，待浪涌信号消失后延时0.5～2.5秒，再向IGBT驱动控制模块提供脉冲信号，IGBT驱动控制模块输出脉冲信号通过连接在IGBT栅极的驱动器推动IGBT工作。

Claims (10)

1.一种电磁炉用电压和电流浪涌保护方法，包括以下步骤：
采用电压浪涌检测电路检测输入交流电源的浪涌电压信号，采用电流浪涌检测电路检测主回路的浪涌电流信号；
当捕获到浪涌电压和/或电流信号时，将测得的浪涌电压和/或电流信号通过一个或逻辑电路处理直接关断IGBT驱动控制模块停止输出脉冲信号，使IGBT关闭；同时该或逻辑电路的输出信号送入CPU，CPU关断其输出至IGBT驱动控制模块的脉冲信号，并监测浪涌电压和/或电流信号，待浪涌信号消失后延时0.5～2.5秒，再向IGBT驱动控制模块提供脉冲信号，进而通过一驱动器推动IGBT工作。
2.根据权利要求1的电磁炉用电压和电流浪涌保护方法，其特征是：所述电压浪涌检测电路包含第一比较器和采集输入交流电源的浪涌电压信号的浪涌电压采样电路，该浪涌电压采样电路的输出信号接第一比较器的同相输入端；所述电流浪涌检测电路包含第二比较器，以及，由串联在整流桥与IGBT之间的电流采样电阻和连接于该电流采样电阻的两个分压电阻构成的浪涌电流采样电路，该浪涌电流采样电路的输出信号接所述第二比较器的反相输入端，第二比较器的同相输入端接地。
3.根据权利要求1或2的电磁炉用电压和电流浪涌保护方法，其特征是：所述或逻辑电路由一个2输入端或非门和连接于该2输入端或非门输出端的反相器组成。
4.一种电磁炉用电压和电流浪涌保护电路，其特征是包括：
一电压浪涌检测电路，该检测电路包含第一比较器和采集输入交流电源的浪涌电压信号的浪涌电压采样电路，该浪涌电压采样电路的输出信号接第一比较器的同相输入端；
一电流浪涌检测电路，该检测电路包含第二比较器，以及，由串联在整流桥与IGBT之间的电流采样电阻和连接于该电流采样电阻的两个分压电阻构成的浪涌电流采样电路，该浪涌电流采样电路的输出信号接所述第二比较器的反相输入端，第二比较器的同相输入端接地；
一或逻辑电路，该或逻辑电路的两个输入端分别连接所述第一比较器的输出端和第二比较器的输出端；以及，
一IGBT驱动控制模块，该IGBT驱动控制模块的一控制端、输入端分别接所述或逻辑电路的输出端和CPU的脉冲信号输出端，且所述或逻辑电路的输出端接所述CPU一输入端。
5.根据权利要求4的电磁炉用电压和电流浪涌保护电路，其特征是：所述第一比较器、第二比较器、或逻辑电路、IGBT驱动控制模块以及CPU均集成于一个SoC芯片内。
6.根据权利要求4或5的电磁炉的电压和电流浪涌保护电路，其特征是：所述或逻辑电路是2输入端或门。
7.根据权利要求4或5的电磁炉用电压和电流浪涌保护电路，其特征是：所述或逻辑电路由一个2输入端或非门和连接于该2输入端或非门输出端的反相器组成。
8.根据权利要求5的电磁炉用电压和电流浪涌保护电路，其特征是：所述SoC芯片是16PIN封装的CHK-S008型SoC芯片。
9.根据权利要求4的电磁炉用电压和电流浪涌保护电路，其特征是：所述浪涌电压采样电路包括正极分别接整流桥两交流输入线的二极管D1、D2，正极连接二极管D1、D2负极的二极管D3，连接于二极管D3的负极与地之间的串联电阻R19、R20、R21，电阻R20、R21分别并联一电容，二极管D3的负极通过另一电容接地，电阻R20、R21的公共端输出信号接所述SoC芯片片内的第一比较器的同相输入端。
10.根据权利要求4或9的电磁炉用电压和电流浪涌保护电路，其特征是：所述浪涌电流采样电路包括串联在整流桥与IGBT漏极之间的康铜丝电阻RK1和连接于该康铜丝电阻RK1的两个分压电阻R11、R10构成，它的输出信号接所述第二比较器的反相输入端，第二比较器的同相输入端接地。
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