CN101925209B - 硬件恒功率控制电路及电磁感应加热设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子电路技术领域，公开了一种硬件恒功率控制电路和电磁感应加热设备，所述硬件恒功率控制电路与主电路相连接，包括用于检测主电路中工作电流的电流检测电路、用于产生比较电压的电压检测反相放大电路以及用于产生振荡电流的振荡电路；还包括运算放大电路，其设置有第一运算放大器；所述第一运算放大器的反相输入端与所述电流检测电路连接，同相输入端与电压检测反相放大电路连接，输出端与振荡电路连接以调节振荡电路导通的占空比。所述电磁感应加热设备采用上述硬件恒功率控制电路，提高了控制电路的响应速度和可靠性，有效保护电路元件，延长元件的使用寿命。

Description

硬件恒功率控制电路及电磁感应加热设备

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种硬件恒功率控制电路及使用该硬件恒功率控制电路的电磁感应加热设备。

背景技术

常用的电磁加热设备如电磁炉、IH电饭煲等都包含恒功率控制电路，大多采用软件控制方案，其原理示意图如图1所示。首先，通过电流互感器等检测主电路的电流信号，通过整流滤波后输入微处理芯片MCU中进行A/D转换，同时将交流电压转换为直流电平，并输入相应MCU进行A/D转换。所述MCU通过计算得出设备的输出功率，然后将输出功率与设定值进行比较，根据两者的差值放大后的控制信号，输入至振荡电路，调节振荡电路的占空比，使设备实现恒功率工作。

上述恒功率控制方案采用软件处理的方式进行调节，信号传送和处理时间长，功率调节速度慢，当发生过电流时，往往会因其“惯性”导致晶体管等重要元件烧毁，造成恒功率控制效果不可靠。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种硬件恒功率控制电路及电磁感应加热设备，旨在采用硬件电路实现电磁感应加热设备的恒功率的控制。

本发明提出一种硬件恒功率控制电路，与主电路相连接，包括：用于检测主电路中工作电流的电流检测电路、用于产生比较电压的电压检测反相放大电路以及用于产生振荡电流的振荡电路；还包括运算放大电路，其设置有第一运算放大器；

所述第一运算放大器的反相输入端与所述电流检测电路连接，同相输入端与恒压电路连接，输出端与振荡电路连接以调节振荡电路的占空比；

所述电压检测反相放大电路包括第二运算放大器，采用反相闭环连接方式，且其反相输入端与主电路连接，同相输入端输入一参考电压，输出端与所述第一运算放大器的同相输入端连接。

优选地，所述电流检测电路包括一互感器，互感器的次级线圈的一端接地，另一端通过整流分压电路后连接至所述第一运算放大器的反相输入端。

优选地，所述第一运算放大器为LM324。

优选地，所述第二运算放大器为LM324。

本发明还提供一种电磁感应加热设备，包括用于调节所述振荡电路导通时序的同步电路和用于将振荡电流所引起的电磁变化转换成热能的谐振电路；还包括硬件恒功率控制电路，与主电路相连接；所述硬件恒功率控制电路包括：用于检测主电路中工作电流的电流检测电路、用于产生比较电压的电压检测反相放大电路以及用于产生振荡电流的振荡电路；还包括运算放大电路，其设置有第一运算放大器；

所述第一运算放大器的反相输入端与所述电流检测电路连接，同相输入端与恒压电路连接，输出端与振荡电路连接以调节振荡电路中振荡电流的占空比；

所述电压检测反相放大电路包括第二运算放大器，采用反相闭环连接方式，且其反相输入端与主电路连接，同相输入端输入一参考电压，输出端与所述第一运算放大器的同相输入端连接。

优选地，还包括绝缘栅双极型晶体管IGBT，所述IGBT的集电极与谐振电路连接；所述IGBT的栅极设置有驱动电路。

本发明至少具有以下有益效果：

1、所述硬件恒功率控制电路采用硬件电路，避免了传统控制电路中由软件控制出现的复杂的信号转换过程，缩短了信号处理时间，提高了控制的响应速度和可靠性。

2、所述电磁感应加热设备采用本发明的硬件恒功率控制电路，通过直接调节振荡电路的占空比来调节设备的功率，而避免了采用控制主电路的电流或电压的方式，因而具有安全可靠的优点，还可延长电路中各元器件的使用寿命。

附图说明

图1是现有技术中恒功率控制电路结构示意图；

图2是本发明的一个实施例中硬件恒功率控制电路的电路结构示意图；

图3是本发明的一个实施例中硬件恒功率控制电路的原理示意图；

图4是本发明的一个实施例中电磁感应加热设备的电路结构示意图。

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

以下结合附图及较佳实施例进一步说明本发明的结构及原理，以便更直观地理解其发明实质。

图2是本发明的一个实施例中硬件恒功率控制电路的电路方框图。

参照图2，本发明的硬件恒功率控制电路包括电流检测电路10、电压检测反相放大电路电路20、运算放大电路30和振荡电路40，电流检测电路10与运算放大电路30的一个输入端连接；电压检测反相放大电路电路20的输入端与主电路连接，输出端与运算放大电路的另一个输入端连接；运算放大电路30的输出端与振荡电路40连接，以将输出的控制信号控制振荡电路40的占空比，实现控制主电路中负载的功率的目的。

本实施例的硬件恒功率控制电路采用纯硬件的方式控制主电路负载的功率，避免了使用软件或复杂芯片进行控制，从而避免了软件或芯片控制方法中需经常使用A/D转换导致的信号传输流程复杂、信号处理时间长等弊端。因而本发明的硬件恒功率控制电路具有结构简单，控制可靠和成本低的特点。

图3是本发明的一个实施例中硬件恒功率控制电路的原理图。

参照图3，电流检测电路10包括互感器CT1，互感器CT1感应主电路中的电流后，其次级线圈一端接地，另一端经由R4和C2组成的RC滤波电路和电位器VR1分压后与运算放大电路30连接。运算放大电路包括第一运算放大器U1B，其型号为LM324，该第一运算放大器U1B的反相输入端6与电流检测电路10连接，U1B的同相输入端5与电压检测反相放大电路电路20的输出端连接，U1B的输出端7则通过一电阻R11与振荡电路40连接。

电压检测反相放大电路20包括一采用反相闭环连接方式的第二运算放大器U1D，其型号为LM324，电阻R5为反馈电阻。U1D的反相输入端13经由C1和R2组成的RC滤波电路与主电路连接，U1D的同相输入端12连接一参考电压，U1D的输出端14输出比较电压后加载到第一运算放大器U1B的同相输入端5。

本实施例的硬件恒功率控制电路的原理是：

当主电路中的电流增大时，U1B的反相输入端6电压信号增大，U1B的输出端7输出电压降低，该电压输入至振荡电路40中，降低振荡电路40的占空比，从而降低主电路中负载的功率，使主电路中电流减小，达到恒功率控制的目的。

当主电路中的电流减小时，U1B的反相输入端6电压信号减小，U1B的输出端7输出电压升高，该电压输入至振荡电路40中，升高振荡电路40的占空比，从而使主电路中负载的功率增大，从而主电路中电流增大，达到恒功率控制的目的。

当主电路中的电压增大时，U1B的同相输入端5电压信号降低，U1B的输出端7输出电压降低，该电压输入至振荡电路40中，降低振荡电路的占空比，从而降低主电路中负载的功率，主电路中电流减小，达到恒功率控制的目的。

当主电路中的电压减小时，U1B的同相输入端5电压信号升高，U1B的输出端7输出电压升高，该电压输入至振荡电路40中，升高振荡电路40的占空比，从而使主电路中负载的功率增大，从而主电路中电流增大，达到恒功率控制的目的。

上述过程将使负载的功率处于动态的调节状态，最终使负载的功率保持在一个恒定的范围或数值之内，该数值可以预先设定。

如上所述，本发明的恒功率控制电路即是根据主电路中的电流大小，再通过调节振荡电流的占空比来改变负载的实际功率的，使负载的功率保持在一个恒定的范围或数值之内，实现恒功率控制。

图4是本发明的一个实施例中电磁感应加热设备的电路方框图。

本发明还提供一种电磁感应加热设备，该设备采用图2中所示的硬件恒功率控制电路以使设备处于恒功率工作状态。

参照图4，本实施例的电磁感应加热设备可以是电磁炉，感应式IH电饭煲等，包括整流滤波电路90、谐振电路50、同步电路60和硬件恒功率控制电路。其中，谐振电路50是负载电路，用于将电磁能通过加热负载内部产生涡流转化为热能。谐振电路50经整流滤波电路与外电源连接，并分别与同步电路60和绝缘栅双极型晶体管IGBT70连接。同步电路60与振荡电路40连接，根据谐振电路50的负载功率调节所述振荡电路的导通时序。以电磁炉为例，当电磁炉上没有锅具或其它烹饪容器时，由软件控制振荡电路停止工作，反之，则振荡电路正常工作，且导通时序和导通率根据锅具等是否放偏以及其材质的不同进行自动控制调节。IGBT70是大功率晶体管，控制谐振电路50的工作状态，由IGBT驱动电路80驱动。硬件恒功率控制电路的结构和原理同图3所示实施例相同，此处不再重复。

以下以电磁炉为例详细说明其恒功率控制的工作过程。

接通电源，放上锅具后，电磁炉开始工作。同步电路60、振荡电路40、谐振电路50、IGBT70及其驱动电路80通电后正常工作。同步电路60根据锅具的位置和材质自动调节振荡电路40的导通时序，从而调节谐振电路50的功率。硬件恒功率控制电路中的电流检测电路10通过互感器CT1感应电磁炉主电路中的电流，并将感应电流经滤波分压后输入到第一运算放大器U1B的反相输入端6中，电压检测反相放大电路20与主电路连接，通过由第二运算放大器U1D组成的反相闭环放大电路将输出电压加载到第一运算放大器U1B的同相输入端5中，第一运算放大器U1B经比较放大后，经其输出端将控制电平信号输入到振荡电路40中，进而调节振荡电路的占空比，从而改变谐振电路的功率，即实现恒功率控制。

主电路的电流经常会因外电源的供电不稳定造成波动。当主电路中的电流增大时，U1B的反相输入端6电压信号增大，U1B的输出端7引脚输出电压降低，该电压输入至振荡电路中，降低振荡电路的占空比，从而降低负载电路(即谐振电路50)的功率，主电路中电流减小，实现恒功率控制。

当主电路中的电流减小时，U1B的反相输入端6电压信号减小，U1B的输出端7输出电压升高，该电压输入至振荡电路中，升高振荡电路的占空比，使负载电路的功率增大，从而主电路中电流增大，实现恒功率控制。

当主电路中的电压增大时，U1B的同相输入端5电压信号降低，U1B的输出端7输出电压降低，该电压输入至振荡电路40中，降低振荡电路的占空比，从而降低主电路中负载的功率，主电路中电流减小，达到恒功率控制的目的。

当主电路中的电压减小时，U1B的同相输入端5电压信号升高，U1B的输出端7输出电压升高，该电压输入至振荡电路40中，升高振荡电路的占空比，从而使主电路中负载的功率增大，从而主电路中电流增大，达到恒功率控制的目的。

上述过程将使负载的功率处于动态的调节状态，最终使负载的功率保持在一个恒定的范围或数值之内。当然，该范围或数值可以预先设置或在任何时候自行调节。

综上所述，本发明的硬件恒功率控制电路因采用纯硬件的方式进行功率控制，无需经过复杂的信号转换或传输流程，可实现快速和可靠的控制，而且控制过程中无较大的电流或电压冲击，可有效保护电路元件，延长其使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，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 (7)

1.一种硬件恒功率控制电路，与主电路相连接，包括：用于检测主电路中工作电流的电流检测电路、用于产生比较电压的电压检测反相放大电路以及用于产生振荡电流的振荡电路；其特征在于，还包括运算放大电路，其设置有第一运算放大器；

所述第一运算放大器的反相输入端与所述电流检测电路连接，同相输入端与电压检测反相放大电路连接，输出端与振荡电路连接以调节振荡电路导通的占空比；

所述电压检测反相放大电路包括第二运算放大器，采用反相闭环连接方式，且其反相输入端与主电路连接，同相输入端输入一参考电压，输出端与所述第一运算放大器的同相输入端连接。

2.如权利要求1所述的硬件恒功率控制电路，其特征在于，所述电流检测电路包括一互感器，互感器的次级线圈的一端接地，另一端通过整流分压电路后连接至所述第一运算放大器的反相输入端。

3.如权利要求1或2所述的硬件恒功率控制电路，其特征在于，所述第一运算放大器为LM324。

4.如权利要求3所述的硬件恒功率控制电路，其特征在于，所述第二运算放大器为LM324。

5.一种电磁感应加热设备，包括用于调节所述振荡电路导通时序的同步电路和用于将振荡电流所引起的电磁变化转换成热能的谐振电路；其特征在于，还包括硬件恒功率控制电路，与主电路相连接；所述硬件恒功率控制电路包括：用于检测主电路中工作电流的电流检测电路、用于产生比较电压的电压检测反相放大电路以及用于产生振荡电流的振荡电路；还包括运算放大电路，其设置有第一运算放大器；

所述第一运算放大器的反相输入端与所述电流检测电路连接，同相输入端与电压检测反相放大电路连接，输出端与振荡电路连接以调节振荡电路导通的占空比；

所述电压检测反相放大电路包括第二运算放大器，采用反相闭环连接方式，且其反相输入端与主电路连接，同相输入端输入一参考电压，输出端与所述第一运算放大器的同相输入端连接。

6.如权利要求5所述的电磁感应加热设备，其特征在于，所述硬件恒功率控制电路为权利要求2至4中任一所述的硬件恒功率控制电路。

7.如权利要求5所述的电磁感应加热设备，其特征在于，还包括绝缘栅双极型晶体管IGBT，所述IGBT的集电极与谐振电路连接；所述IGBT的栅极设置有驱动电路。

Images