CN101965072A - 全数字化电磁加热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全数字化电磁加热器，其包括电磁加热控制系统。所述电磁加热控制系统包括电流检测单元(1)、主控单元(2)、脉冲产生单元(3)和逆变单元(4)，所述电流检测单元(1)对电感负载的工作电流进行采样，并将采样电流送至所述主控单元(2)；所述主控单元(2)依据所述采样电流的大小控制所述脉冲产生单元(3)产生一脉宽；所述逆变单元(4)依据所述脉宽的大小控制其内部的开关管导通与截止进行逆变，产生作用于电感负载的交变电压。本发明中，主控单元对电感负载的工作参数进行实时监测，实现自动扫频，使电感负载工作在谐振状态，从而提高利了功率因素；且通过全数字化控制实现了过流保护、过压保护和过温保护功能。

Description

全数字化电磁加热器

技术领域

本发明涉及电磁加热技术领域，更具体地说，涉及一种全数字化电磁加器。

背景技术

近年来，电磁加热技术以效率高、节能减排的优势很快占据市场。目前，市场上使用的电磁加热器，其拓扑结构主要有三种：单管、半桥和全桥。对于单管拓扑结构的电磁加热器，一般都采用纯硬件的模拟电路进行控制，如采用555触发器，通过调节555触发器的控制引脚的电压阀值来改变脉宽的频率和占空比，进而调节电感负载的工作电流，且在电流过大时实现自动保护。但是，纯硬件控制的电磁加热器存在一些缺点：

1、输入电压波动时电压保护太敏感，不利于机器的正常运行；

2、自动调节能力差，抗干扰能力差；

3、功率因素低；

4、恒功率保护控制不完善，多台一起运行容易出现干扰而炸机。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种全数字化电磁加热器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种全数字化电磁加器，该全数字化电磁加器包括电磁加热控制系统，所述电磁加热控制系统包括电流检测单元1、主控单元2、脉冲产生单元3和逆变单元4，所述电流检测单元1对电感负载的工作电流进行采样，并将采样电流送至所述主控单元2；所述主控单元2依据所述采样电流的大小控制所述脉冲产生单元3产生一脉宽；所述逆变单元4依据所述脉宽的大小控制其内部的开关管导通与截止进行逆变，产生作用于电感负载的交变电压。

本发明所述的全数字化电磁加热器中，所述电磁加热控制系统还包括整流滤波单元5，所述整流滤波单元5对电源输入的市电进行整流滤波，并将得到的高压直流送至所述逆变单元4参与逆变。

本发明所述的全数字化电磁加热器中，所述逆变单元4包括至少一个开关管；所述开关管为绝缘栅双极晶体管Q。

本发明所述的全数字化电磁加热器中，所述电磁加热控制系统还包括报警指示单元6，所述报警指示单元6依据所述主控单元2发送的控制指令进行报警指示。

本发明所述的全数字化电磁加热器中，所述电流检测单元1包括短路过流保护电路，所述短路过流保护电路在所述采样电流达到阈值时产生脉冲封锁信号；所述主控单元2接收到所述脉冲封锁信号并控制所述脉冲产生单元3停止产生脉冲，并控制所述报警指示单元6产生报警指示。

本发明所述的全数字化电磁加热器中，所述电磁加热控制系统还包括温度监控单元7，所述温度监控单元7对系统的工作温度进行监控，在超出温度阈值时发送温度超标信号至所述主控单元2；所述主控单元2在接收到所述温度超标信号时控制所述脉冲产生单元3停止产生脉冲，并控制所述报警指示单元6产生报警指示。

本发明所述的全数字化电磁加热器中，所述电磁加热控制系统还包括电压检测单元8，所述电压检测单元8在采样电压超过电压阈值时发送电压超标信号至所述主控单元2；所述主控单元2在接收到所述电压超标信号时控制所述脉冲产生单元3调节所述脉宽的大小或占空比。

实施本发明的全数字化电磁加热器，具有以下有益效果：主控单元对电感负载的工作参数进行实时监测，实现自动扫频，使电感负载工作在谐振状态，从而提高利了功率因素；且通过全数字化控制实现了过流保护、过压保护和过温保护功能。

实施本发明的全数字化电磁加热器，在输入电压高于200V时可实现恒功率输出，在低于200V时可实现恒电流输出。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明全数字化电磁加热器的电磁加热控制系统的结构框图；

图2是图1所示电磁加热控制系统一优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明全数字化电磁加热器的电磁加热控制系统的结构框图。本发明的全数字化电磁加热器，包括电磁加热控制系统。所述电磁加热控制系统包括电流检测单元1、主控单元2、脉冲产生单元3、逆变单元4、整流滤波单元5、报警指示单元6、温度监控单元7和电压检测单元8。

其中，电流检测单元1对电感负载L的工作电流进行采样，并将采样电流送至主控单元2。主控单元2依据采样电流的大小控制脉冲产生单元3产生一脉宽。逆变单元4依据脉宽的大小控制其内部的开关管导通与截止进行逆变，产生作用于电感负载L的交变电压。整流滤波单元5对电源输入的市电进行整流滤波，并将得到的高压直流送至逆变单元4参与逆变。报警指示单元6依据主控单元2发送的控制指令进行报警指示。温度监控单元7对系统的工作温度进行监控，在超出温度阈值时发送温度超标信号至主控单元2，所述主控单元2在接收到所述温度超标信号时控制所述脉冲产生单元3停止产生脉冲，并控制所述报警指示单元6产生报警指示。电压检测单元8在采样电压超过电压阈值时发送电压超标信号至所述主控单元2，所述主控单元2在接收到所述电压超标信号时控制所述脉冲产生单元3调节所述脉宽的大小或占空比。

如图2所示，是图1所示电磁加热控制系统一优选实施例的结构示意图。本实施例中，主控单元2采用数字信号处理器实现了本发明电磁加热器的全数字化控制，其优选TMS320F28015/28022芯片。脉冲产生单元3实际是数字信号处理器受程序控制在其I/O口输出不同高低电平的脉冲。电流检测单元1通过采样电阻R对电感负载L的工作电流进行采样，并将采样电流送至主控单元2。电流检测单元1包括短路过流保护电路，短路过流保护电路在采样电流达到阈值时产生脉冲封锁信号，主控单元2接收到脉冲封锁信号时控制脉冲产生单元3停止产生脉冲，并控制报警指示单元6产生报警指示。

整流滤波单元5对电源输入的220V的市电进行整流滤波，本实施例中，采用桥式整流电路将电源提供的220V市电进行整流，再经滤波电路进行滤波，最终产生一高压直流，此高压直流送至逆变单元4参与逆变。

逆变单元4依据脉冲产生单元3产生的脉宽的大小控制其内部的开关管导通与截止进行逆变。在本实施例中，逆变单元4由一个开关管构成，此开关管优选为绝缘栅双极晶体管Q，绝缘栅双极晶体管Q导通电阻小，栅极耐压高。在脉冲产生单元3产生的脉宽为高电平时，绝缘栅双极晶体管Q导通，电容C进行充电，此时，整流滤波单元5最终输出的高压直流作用电感负载L上；在脉冲产生单元3产生的脉宽为低电平时，绝缘栅双极晶体管Q截止，电容C放电，此时，整流滤波单元5最终输出的高压直流无法作用电感负载L上，此时电感负载L与电容C进行自由振荡。

电感负载L与电容C并联构成LC谐振电路，在LC谐振电路自由谐振时，电感负载L两端的电压很高，再加上电网电压的变化，可使绝缘栅双极晶体管Q两端的电压高达上千伏。实际中，如果绝缘栅双极晶体管Q两端的电压太高，会使绝缘栅双极晶体管Q被击穿烧坏，因此解决控制系统的低高压问题是核心。在绝缘栅双极晶体管Q的源极和漏极之间串联有二极管，对绝缘栅双极晶体管Q起保护作用。

在本实施例中，通过对主控单元2的软件程序和算法的合理设计，可实现过流保护、过压保护、过温保护，且能够保证在电源输入的市电电压高于200V时恒功率输出，在低于200V时恒电流输出。以下均在电感负载L和电容C为一定值的情况下进行阐述。

过流保护实施方式：电流检测单元1通过采样电阻R对电感负载L的工作电流进行采样，电流检测单元1中的短路过流保护电路在采样电流达到阈值时产生脉冲封锁信号，主控单元2接收到脉冲封锁信号时控制脉冲产生单元3停止产生脉冲，并控制报警指示单元6产生相应的报警指示。

过压保护实施方式：当电源输入的市电电压高于200V时，绝缘栅双极晶体管Q两端的电压相比正常情况下升高，相应的，电压检测单元检测到的母线电压增加，该采样电压被送至主控单元2，主控单元2依据软件程序预先计算好的阈值对该采样电压的电压值进行判断分析，若该电压值大于阈值，发送电压超标信号至所述主控单元2，所述主控单元2在接收到所述电压超标信号时控制所述脉冲产生单元3调节输出脉宽，使脉宽的占空比或频率变化，直到采样电压的电压值不大于阈值，从而实现恒功率输出。

过温保护实施方式：温度监控单元7对系统的工作温度进行监控，在超出温度阈值时发送温度超标信号至主控单元2；主控单元2在接收到温度超标信号时控制脉冲产生单元3停止产生脉冲，并控制报警指示单元6产生相应的报警指示。

当电源输入的市电电压低于200V时，绝缘栅双极晶体管Q两端的电压相比正常情况下降低，相应的，电流检测单元1检测到的电感负载L的工作电流也减小，该采样电流被送至主控单元2，主控单元2依据软件程序预先计算好的阈值对该采样电流的电流值进行判断分析，若该电流值小于阈值，则主控单元2控制脉冲产生单元3调节输出的脉宽，使脉宽的占空比或频率增加，直到采样电流的电流值不小于阈值，从而实现恒电流输出。

本实施例中，主控单元2通过电流检测单元1对电感负载L的工作电流进行实时监测，实现自动扫频，使电感负载L工作在谐振状态，从而提高功率因素；主控单元2对电感负载L的工作参数进行实时监测，通过全数字化控制实现了过流保护、过压保护和过温保护功能，同时解决了系统保护太敏感的问题。

在其它实施例中，逆变单元4中的开关管可也依据实际情况选用三极管、金属氧化物半导体开关管等。

另外，本实施例的全数字化电磁加热器，还设有为主控单元2提供通信及供电等的仿真口、电源、晶振、复位电路、启动或停止按钮等相关设置。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种全数字化电磁加热器，包括电磁加热控制系统，所述电磁加热控制系统包括电流检测单元(1)、主控单元(2)、脉冲产生单元(3)和逆变单元(4)，其特征在于，

所述电流检测单元(1)对电感负载的工作电流进行采样，并将采样电流送至所述主控单元(2)；

所述主控单元(2)依据所述采样电流的大小控制所述脉冲产生单元(3)产生一脉宽；

所述逆变单元(4)依据所述脉宽的大小控制其内部的开关管导通与截止进行逆变，产生作用于电感负载的交变电压。

2.根据权利要求1所述的全数字化电磁加热器，其特征在于，所述电磁加热控制系统还包括整流滤波单元(5)，所述整流滤波单元(5)对电源输入的市电进行整流滤波，并将得到的高压直流送至所述逆变单元(4)参与逆变。

3.根据权利要求2所述的全数字化电磁加热器，其特征在于，所述逆变单元(4)包括至少一个开关管；所述开关管为绝缘栅双极晶体管(Q)。

4.根据权利要求3所述的全数字化电磁加热器，其特征在于，所述电磁加热控制系统还包括报警指示单元(6)，所述报警指示单元(6)依据所述主控单元(2)发送的控制指令进行报警指示。

5.根据权利要求4所述的全数字化电磁加热器，其特征在于，所述电流检测单元(1)包括短路过流保护电路，所述短路过流保护电路在所述采样电流达到阈值时产生脉冲封锁信号；所述主控单元(2)接收到所述脉冲封锁信号并控制所述脉冲产生单元(3)停止产生脉冲，并控制所述报警指示单元(6)产生报警指示。

6.根据权利要求4所述的全数字化电磁加热器，其特征在于，所述电磁加热控制系统还包括温度监控单元(7)，所述温度监控单元(7)对系统的工作温度进行监控，在超出温度阈值时发送温度超标信号至所述主控单元(2)；所述主控单元(2)在接收到所述温度超标信号时控制所述脉冲产生单元(3)停止产生脉冲，并控制所述报警指示单元(6)产生报警指示。

7.根据权利要求1所述的全数字化电磁加热器，其特征在于，所述电磁加热控制系统还包括电压检测单元(8)，所述电压检测单元(8)在采样电压超过电压阈值时发送电压超标信号至所述主控单元(2)；所述主控单元(2)在接收到所述电压超标信号时控制所述脉冲产生单元(3)调节所述脉宽的大小或占空比。

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