CN101877920B - 半桥谐振电磁炉igbt的软启动方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半桥谐振电磁炉IGBT软启动装置，包括：相位检测模块，与电磁炉的线盘线圈一端串联，用于采集线盘线圈上电流的相位，产生触发信号；处理模块，与相位检测模块连接，根据相位检测模块产生的触发信号，产生相应的驱动信号；IGBT驱动模块，与处理模块连接，根据相应的驱动信号，驱动对应的IGBT的开启。相应地，还提出了一种半桥谐振电磁炉IGBT软启动方法，采集电磁炉线盘线圈上电流的相位，并根据相位的变化驱动IGBT的开启。本发明通过采集线盘线圈的电流相位的变化，当电流相位处于正负换相时，控制IGBT1及IGBT2的切换，以降低IGBT1及IGBT2的损耗，提高电磁炉的使用寿命。

Description

半桥谐振电磁炉IGBT的软启动方法及装置

技术领域

本发明涉及半桥谐振电路领域，特别涉及一种半桥谐振电磁炉IGBT的软启动方法及装置。

背景技术

电磁炉是一种高效节能厨具，摆脱了明火或传导式加热的方式，而是直接在锅底产生热量，使得热效率得到了极大的提高。

电磁炉的工作原理为：由整流电路将交流电压变成直流电压，再经过LC振荡电路和IGBT控制电路，将直流电压转换成高频电压，使得高速变化的电流流过电磁炉的发热线盘线圈而产生高速变化的磁场，产生热量。

在高速振荡LC回路中，由于电感线圈和谐振电容积累了大量的能量。而目前在半桥谐振电路中，IGBT的开通均采用硬开通方式，这样不仅对IGBT损耗比较大，而且对IGBT的硬力要求也非常高，使得电磁炉的使用寿命降低。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种半桥谐振电磁炉IGBT的软启动方法及装置，旨在提高电磁炉的使用寿命。

本发明半桥谐振电磁炉IGBT的软启动装置包括：

相位检测模块，与电磁炉的线盘线圈一端串联，用于采集线盘线圈上电流的相位，产生触发信号；

处理模块，与相位检测模块连接，根据相位检测模块产生的触发信号，产生相应的驱动信号；

IGBT驱动模块，与处理模块连接，根据相应的驱动信号，驱动对应的IGBT的开启。

优选地，上述相位检测模块包括：

电流互感器，包括初级和次级，初级串联在线盘线圈回路中；

第一相位检测电路，与次级的一端连接，用于采集线盘线圈上电流的相位，当采集到线盘线圈的反相电流减小到第一参考电压时，产生第一触发信号；

第二相位检测电路，与次级的另一端连接，用于采集电磁炉线盘线圈上电流的相位，当采集到线盘线圈的正相电流减小到第二参考电压时，产生第二触发信号。

优选地，上述处理模块具体用于根据第一相位检测电路产生的第一触发信号产生第一驱动信号，根据第二相位检测电路产生的第二触发信号产生第二驱动信号。

优选地，上述驱动模块包括：

第一驱动单元，根据处理模块产生的第一驱动信号，驱动第一IGBT的开启；

第二驱动单元，根据处理模块产生的第二驱动信号，驱动第二IGBT的开启。

优选地，上述装置还包括：

电流检测模块，与电流互感器的次级两端连接，用于采集线盘线圈上的电流值，当采集的电流值超过阈值时，产生触发信号。

优选地，上述处理模块还与电流检测模块连接，根据电流检测模块产生的触发信号，产生关断控制信号；所述驱动模块根据所述关断控制信号，断开第一IGBT及第二IGBT。

本发明还提供了一种半桥谐振电磁炉IGBT软启动方法，包括以下步骤：

采集电磁炉线盘线圈上电流的相位，产生触发信号；

根据触发信号，产生相应的驱动信号；

根据相应的驱动信号，驱动对应的IGBT的开启。

优选地，上述采集电磁炉线盘线圈上电流的相位，产生触发信号的步骤具体为：

当采集电磁炉线盘线圈上电流的反相电流减小到第一参考电压时，产生第一触发信号；当采集电磁炉线盘线圈上电流的正相电流减小到第二参考电压时，产生第二触发信号。

优选地，上述根据触发信号，产生相应的驱动信号的步骤具体为：

根据第一相位检测电路产生的第一触发信号产生第一驱动信号，根据第二相位检测电路产生的第二触发信号产生第二驱动信号。

优选地，上述IGBT包括第一IGBT和第二IGBT，所述根据相应的驱动信号，驱动对应的IGBT的开启的步骤具体为：

根据处理模块产生的第一驱动信号，驱动第一IGBT的开启；根据处理模块产生的第二驱动信号，驱动第二IGBT的开启。

本发明通过采集线盘线圈的电流相位的变化，当电流相位处于正负换相时，控制第一IGBT及第二IGBT的切换，以降低第一IGBT及第二IGBT的损耗，提高电磁炉的使用寿命。

附图说明

图1是本发明相关的半桥谐振电路的结构示意图；

图2是图1的半桥谐振电路中线盘线圈上的电流的波形示意图；

图3是本发明半桥谐振电磁炉IGBT软启动装置一种实施例的结构示意图；

图4是上述实施例中半桥谐振电磁炉IGBT软启动装置的电路结构示意图；

图5是上述实施例中驱动模块的结构示意图；

图6是本发明半桥谐振电磁炉IGBT软启动装置另一种实施例的结构示意图；

图7是本发明半桥谐振电磁炉IGBT软启动方法一种实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明电磁炉采用的是半桥串联谐振电路，如图1所示。谐振电容C2、C3、IGBT1、IGBT2和线盘线圈组成一个半桥串联谐振电路。电源电压经过整流桥，将交流电压变成直流电压。谐振电容C2、C3与线盘线圈在IGBT1及IGBT2的通断控制过程中，通过线盘线圈的电流与正弦波类似，其电流与相位的关系如图2所示。由图2可以看出，当线盘线圈在电流正负换相时，进行IGBT1与IGBT2开启状态的切换，对IGBT1及IGBT2的损耗为最小。因此，本发明通过采集线盘线圈的电流相位的变化，当电流相位处于正负换相时，控制IGBT1及IGBT2的切换，以降低IGBT1及IGBT2的损耗，提高电磁炉的使用寿命。

图3是本发明半桥谐振电磁炉IGBT软启动装置一种实施例的结构示意图。

本实施例半桥谐振电磁炉IGBT软启动装置包括：

相位检测模块10，与电磁炉线盘线圈40一端串联，用于采集电磁炉线盘线圈40上电流的相位，产生触发信号；

处理模块20，与相位检测模块10连接，根据相位检测模块10产生的触发信号，产生相应的驱动信号；

IGBT驱动模块30，与处理模块20连接，根据相应的驱动信号，驱动对应的IGBT50的开启。

图4是上述实施例中半桥谐振电磁炉IGBT软启动装置的电路结构图。

上述相位检测模块10包括电流互感器11、第一相位检测电路12、第二相位检测电路13。电流互感器11包括初级、次级。其中，电流互感器11的初级串联在线盘线圈40回路中，次级的一端与第一相位检测电路12连接，另一端与第二相位检测电路13连接。在本实施例中，当电流互感器11初级上的电流由1端流向2端，则称流过线盘线圈40上的电流为正相电流；反之则为反相电流。

第一相位检测电路12包括一比较器QA1，该比较器QA1的正端与电流互感器11的次级的一端(例如4端)连接，负端与第一参考电压电路连接。该第一参考电路由+5V电源、电阻R19及电阻R21组成，为比较器QA1提供第一参考电压。通过电流互感器11的次级电流与第一参考电压比较，当电流互感器11的次级电流大于第一参考电压，则输出高电平，否则输出低电平。因此，当采集到线盘线圈40的反相电流逐渐减小至第一参考电压时，第一相位检测电路12产生第一触发信号。第二相位检测电路13也包括一比较器QA2，该比较器QA2的正端与电流互感器11的次级的另一端(例如3端)连接，负端与第二参考电压电路连接。该第二参考电路由+5V电源、电阻R10、电阻R12组成，为比较器QA2提供第二参考电压。通过电流互感器11的次级电流与第二参考电压比较，当电流互感器11的次级电流大于第二参考电压，则输出高电平，否则输出低电平。因此，当采集到线盘线圈40的正相电流逐渐减小至第二参考电压时，第二相位检测电路13产生第二触发信号。

上述处理模块20优选为一单片机，该单片机包括两个触发输入端I/O3、I/O5及输出端I/O1、I/O2。其中两个触发输入端I/O3、I/O5分别连接第一相位检测电路12及第二相位检测电路13的输出端。单片机根据第一相位检测电路12产生的第一触发信号产生第一驱动信号，根据第二相位检测电路13产生的第二触发信号产生第二驱动信号。

结合图5，上述IGBT驱动模块30包括第一驱动单元31及第二驱动单元32。第一驱动单元31与处理模块20的一输出端连接，根据处理模块20产生的第一驱动信号，驱动第一IGBT51(即IGBT1)的开启。第二驱动单元32与处理模块20的另一输出端连接，根据处理模块20产生的第二驱动信号，驱动第二IGBT52(即IGBT2)的开启。

本实施例的半桥谐振电磁炉IGBT软启动装置的工作原理如下：

(1)第一阶段

当电磁炉需要启动工作，首先第一IGBT51启动。谐振电容C2通过第一IGBT51、线盘线圈40向电容C3充电，电压为U/2。因此，线盘线圈40的电流由零开始逐渐增大，且电流方向由电流互感器11次级的1端流向2端，为正相电流。谐振电容C2两端的电压逐渐减小。

(2)第二阶段

关闭第一IGBT51，此时流过线圈40的电流达到最大值，同时电能经线盘线圈40后转化为磁能。由于线盘线圈40的作用，关断第一IGBT51后，线盘线圈40的电流通过第二IGBT52的续流二极管D6向电容C3回馈能量，因此线盘线圈40的电流也逐渐减小。此时，第二相位检测电路13采集到线盘线圈40的正相电流小于或等于第二参考电压，将产生第二触发信号。处理模块20根据该第二触发信号，产生第二驱动信号，驱动第二IGBT52的开启。

(3)第三阶段

第二IGBT52开启，谐振电容C3通过第二IGBT52进行放电。此时线盘线圈40的电流逐渐增大，电能开始向磁能转化，谐振电容C3两端的电压也逐渐减小。但电流方向由电流互感器11次级的2端流向1端，为反相电流。

(4)第四阶段

关断第二IGBT52，此时流过线盘线圈40的电流达到最大值，电能全部转化为磁能。由于感性线盘线圈40的作用，关断第二IGBT52后，线盘线圈40的电流通过第一IGBT51的续流二极管D5向电容C2回馈能量，因此线盘线圈40的电流也逐渐减小。此时，第一相位检测电路12采集到线盘线圈40的反相电流小于或等于第二参考电压，将产生第一触发信号。处理模块20根据该第一触发信号，产生第一驱动信号，驱动第一IGBT51的开启。

如上所述，第一IGBT51与第二IGBT52之间不断交替开通和关断，完成电磁炉的工作。在这里需要说明的是，第一IGBT51与第二IGBT52的开通时间可以根据电磁炉的输出功率或负载变化而调整。

图6是本发明半桥谐振电磁炉IGBT软启动装置另一种实施例的结构示意图。

在上述实施例的基础上，本实施例半桥谐振电磁炉IGBT软启动装置还包括：

电流检测模块60，与电流互感器11的次级两端连接，用于采集电磁炉线盘线圈40上的电流值，当采集的电流值超过阈值时，产生触发信号。

该阈值为IGBT及电磁炉其他电路所能承受的最大电流值，可以根据具体的承受情况而设置，在此不做限定。当电流检测模块60检测到电磁炉线盘线圈40上的电流值超过阈值，则产生触发信号。相应地，处理模块20与电流检测模块60连接，根据电流检测模块60产生的触发信号，产生关断控制信号；驱动模块30根据该关断控制信号，断开第一IGBT51及第二IGBT52，从而达到过流保护IGBT等电路的目的。

图7是本发明半桥谐振电磁炉IGBT软启动方法一种实施例的流程示意图。

本实施例半桥谐振电磁炉IGBT软启动方法包括以下步骤：

步骤S11、采集电磁炉线盘线圈上电流的相位，产生触发信号；

步骤S11具体为：通过第一相位检测电路12采集电磁炉线盘线圈40上电流的反相电流，当其电流减小到第一参考电压时，产生第一触发信号；通过第二相位检测电路13采集电磁炉线盘线圈40上的正相电流，当其电流减小到第二参考电压时，产生第二触发信号。

步骤S12、根据触发信号，产生相应的驱动信号；

步骤S12具体为：处理模块20根据第一相位检测电路12产生的第一触发信号产生第一驱动信号，根据第二相位检测电路13产生的第二触发信号产生第二驱动信号。

步骤S13、根据相应的驱动信号，驱动对应的IGBT的开启。

IGBT包括第一IGBT51和第二IGBT52。步骤S13具体为：

根据处理模块20产生的第一驱动信号，驱动第一IGBT51的开启；根据处理模块20产生的第二驱动信号，驱动第二IGBT52的开启。

本发明通过采集线盘线圈40的电流相位的变化，当电流相位处于正负换相时，控制第一IGBT51及第二IGBT52的切换，以降低第一IGBT51及第二IGBT52的损耗，提高电磁炉的使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种半桥谐振电磁炉IGBT软启动装置，其特征在于，包括：

相位检测模块，与电磁炉的线盘线圈一端串联，用于采集线盘线圈上电流的相位，产生触发信号；

处理模块，与相位检测模块连接，根据相位检测模块产生的触发信号，产生相应的驱动信号；

IGBT驱动模块，与处理模块连接，根据相应的驱动信号，驱动对应的IGBT的开启；

所述相位检测模块包括：

电流互感器，包括初级和次级，初级串联在线盘线圈回路中；

第一相位检测电路，与次级的一端连接，用于采集线盘线圈上电流的相位，当采集到线盘线圈的反相电流减小到第一参考电压时，产生第一触发信号；

第二相位检测电路，与次级的另一端连接，用于采集电磁炉线盘线圈上电流的相位，当采集到线盘线圈的正相电流减小到第二参考电压时，产生第二触发信号。

2.根据权利要求1所述的半桥谐振电磁炉IGBT软启动装置，其特征在于，所述处理模块具体用于根据第一相位检测电路产生的第一触发信号产生第一驱动信号，根据第二相位检测电路产生的第二触发信号产生第二驱动信号。

3.根据权利要求2所述的半桥谐振电磁炉IGBT软启动装置，其特征在于，所述IGBT驱动模块包括：

第一驱动单元，根据处理模块产生的第一驱动信号，驱动第一IGBT的开启；

第二驱动单元，根据处理模块产生的第二驱动信号，驱动第二IGBT的开启。

4.根据权利要求1所述的半桥谐振电磁炉IGBT软启动装置，其特征在于，所述装置还包括：

电流检测模块，与电流互感器的次级两端连接，用于采集线盘线圈上的电流值，当采集的电流值超过阈值时，产生触发信号。

5.根据权利要求4所述的半桥谐振电磁炉IGBT软启动装置，其特征在于，所述处理模块还与电流检测模块连接，根据电流检测模块产生的触发信号，产生关断控制信号；所述驱动模块根据所述关断控制信号，断开第一IGBT及第二IGBT。

6.一种半桥谐振电磁炉IGBT软启动方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集电磁炉线盘线圈上电流的相位，产生触发信号；

根据触发信号，产生相应的驱动信号；

根据相应的驱动信号，驱动对应的IGBT的开启；

所述采集电磁炉线盘线圈上电流的相位，产生触发信号的步骤具体为：

当采集电磁炉线盘线圈上电流的反相电流减小到第一参考电压时，产生第一触发信号；当采集电磁炉线盘线圈上电流的正相电流减小到第二参考电压时，产生第二触发信号。

7.根据权利要求6所述的半桥谐振电磁炉IGBT软启动方法，其特征在于，所述根据触发信号，产生相应的驱动信号的步骤具体为：

根据第一相位检测电路产生的第一触发信号产生第一驱动信号，根据第二相位检测电路产生的第二触发信号产生第二驱动信号。

8.根据权利要求7所述的半桥谐振电磁炉IGBT软启动方法，其特征在于，所述IGBT包括第一IGBT和第二IGBT，所述根据相应的驱动信号，驱动对应的IGBT的开启的步骤具体为：

根据处理模块产生的第一驱动信号，驱动第一IGBT的开启；根据处理模块产生的第二驱动信号，驱动第二IGBT的开启。

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