CN102378425B - 一种电磁炉及其加热控制电路、自动/半自动烹饪设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁炉及其加热控制电路、自动/半自动烹饪设备，所述加热控制电路包括线圈驱动电路及与所述线圈驱动电路相连的控制信号发生电路，所述控制信号发生电路包括存储有控制参数变化曲线的存储单元；所述控制信号发生电路根据从所述存储单元中读取的所述控制参数变化曲线，产生控制信号输入到所述线圈驱动电路，控制所述线圈驱动电路以驱动电磁炉输出对应的热功率。本发明可以对电磁炉的加热过程实施良好的控制，使得电磁炉适用范围更加广泛。

Description

一种电磁炉及其加热控制电路、自动/半自动烹饪设备

技术领域

本发明涉及一种电磁炉及其加热控制电路、电磁加热的自动/半自动烹饪设备。

背景技术

电磁炉作为一种新兴的烹饪工具而日渐为人们所接受，与传统烹饪工具，例如燃气式炉灶的明火烹调方式不同，电磁炉采用电磁感应原理，通过电子线路板组成部分产生高频交流电施加在电磁线圈上而产生交变磁场、当电磁炉配锅(通常为含铁锅具)放置在电磁炉上时，锅具切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流，也即涡流。涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能。可见，电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，与依靠传导方式加热的传统燃气式炉灶相比，具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射等优点，因而具有良好的应用前景。

现有的在应用电磁炉对烹调物料的加热过程中，当需要采用不同的火候对物料进行加热时，其基本上都是人工操作，由操作者根据经验判断，到什么阶段，该采用什么样的火候，根据不同的烹饪方法(例如炒、烧、炸等)和不同的菜式等需要，人工调节加热功率，因此，现有的电磁炉，无法对加热过程进行良好的控制，以适应于不同烹饪方式的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种电磁炉及其加热控制电路、电磁加热的自动/半自动烹饪设备，能够对烹饪中的加热过程实施良好的控制，以满足不同烹饪方式的需要。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种电磁炉加热控制电路，包括线圈驱动电路及与上述线圈驱动电路相连的控制信号发生电路，上述控制信号发生电路包括存储有控制参数变化曲线的存储单元；上述控制信号发生电路根据从上述存储单元中读取的上述控制参数变化曲线，产生控制信号输入到上述线圈驱动电路，控制上述线圈驱动电路以驱动电磁炉输出对应的热功率。

在上述加热控制电路的一种实施例中，上述控制信号发生电路包括控制电路和与上述控制电路相连的频率转换电路，上述控制电路，读取并根据上述存储单元中存储的上述控制参数变化曲线，产生所需的控制信号，并将该控制信号输出到上述频率转换电路，上述频率转换电路，对输入的控制信号进行频率转换而得到电磁线圈谐振频率控制信号，上述频率控制信号被送入到线圈驱动电路控制上述线圈驱动电路以驱动电磁炉输出对应的热功率。

在上述加热控制电路的一种实施例中，上述的频率转换电路为电压/频率转换电路、表征电流的频率/电磁线圈谐振频率转换电路或PWM/频率转换电路。

在上述加热控制电路的一种实施例中，还包括反馈电路，上述反馈电路与上述控制信号发生电路相连。

上述的控制电路为闭环控制电路；该闭环控制电路对上述反馈电路所输入的反馈信号进行闭环处理而产生控制信号并输出到上述的线圈驱动电路。

上述的闭环处理，是通过在闭环控制电路中运行闭环控制算法实现的，主要过程是：设定被控参数目标值，然后根据被控目标的被控参数的当前值反馈与被控参数目标值的比较结果，产生相应的控制调节信号，通过控制调节信号将被控目标的被控参数向被控参数目标值靠近。在本例中，被控目标即电磁线圈，被控参数为电磁线圈中的高频交流电，被控参数目标值例如可以是设定的输出热功率，对设定的输出热功率进行换算，例如可以通过实验测量得到该输出热功率对应所需的电压信号目标值，将由电流信号采集电路反馈并经信号调理电路调理后得到的电压信号输入值与所述电压信号目标值进行比较，则可得出需要的电压控制信号。

在上述加热控制电路的一种实施例中，上述反馈电路包括电流信号采集电路及信号调理电路，上述电流信号采集电路与上述信号调理电路相连，上述信号调理电路与上述控制信号发生电路相连。

在上述加热控制电路的一种实施例中，上述信号调理电路包括转换电路，上述转换电路为电流/电压转换电路、电流/表征电流的频率转换电路或电流/PWM转换电路。

在上述加热控制电路的一种实施例中，上述信号调理电路还包括低通滤波电路，上述低通滤波电路连接在上述转换电路及上述控制信号发生电路之间。

在上述加热控制电路的一种实施例中，上述信号调理电路还包括信号放大电路，上述的信号放大电路连接在转换电路及上述低通滤波电路之间。

本发明还提供了一种电磁炉，包括上述任一种的加热控制电路。

本发明也提供了一种电磁加热的自动/半自动烹饪设备，包括上述任一种的加热控制电路。

本发明的有益效果在于：通过设置与线圈驱动电路相连的控制信号发生电路，由控制信号发生电路根据存储的控制参数变化曲线，产生相应的控制信号，控制线圈驱动电路以驱动电磁炉输出对应的热功率。从而能够对电磁炉的加热过程实施良好的自动程序控制，根据不同的烹饪需要而自动输出适宜的热功率。本发明并设置了反馈电路和闭环控制电路，从而可以对电磁炉的加热功率实施精确的自动闭环控制。

附图说明

图1为本发明一种实施例的加热曲线示意图；

图2为本发明一种实施例的拟合图1中的加热曲线对应的频率变化曲线示意图；

图3为本发明一种实施例的加热控制电路结构图；

图4为本发明另一种实施例的加热控制电路结构图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例的一种电磁炉加热控制电路，包括线圈驱动电路及与上述线圈驱动电路相连的控制信号发生电路，上述控制信号发生电路包括存储有控制参数变化曲线的存储单元；上述控制信号发生电路根据从上述存储单元中读取的上述控制参数变化曲线，产生控制信号输入到上述线圈驱动电路，控制上述线圈驱动电路以驱动电磁炉输出对应的热功率。

本发明的构思是：根据烹饪需要和实验设定相应的电磁加热方式及其加热曲线，控制电磁炉自动按照该预先设定的加热曲线(如图1所示，其为一种加热曲线)对菜肴进行加热。

所述加热曲线可以是根据不同烹饪方法(例如炒、烧、炸等)和不同菜式等的需要，通过模拟其烹饪加热过程和加热特点而得到的。

所述加热曲线也可以是通过模拟其它类型热源(例如明火、蒸汽、红外等)的加热规律和加热过程而得到的。

电磁炉一般是通过加热线圈盘来进行加热，以用来实现烹饪。其基本的工作原理是，工作电源经过整流器转换为直流电，再经高频电力转换装置从直流电变为20～30kHz的高频交流电，该高频交流电被施加在加热线圈盘的加热线圈上，其磁力线穿透电磁炉的陶瓷台板(微晶板)而作用于烹饪用的电磁炉锅(一般为金属锅)上，金属锅体在此高频交变磁场作用，因电磁感应产生涡流，涡流克服金属锅体内阻而流动时完成电能向热能的转换，所产生的焦耳热即烹调的热源。

由此可见，电磁炉的热功率与加热线圈中的交变磁场强度有关，而交变磁场强度又与施加在加热线圈，也即电磁线圈上的高频交流电有关，我们知道，电磁线圈是一种感性负载，其感抗为Z＝SL，其中，L为电磁线圈的电感值，S＝2πf，f为施加在电磁线圈上的高频交流电的频率。如此，根据电压电流公式I＝U/Z可知，当施加电压固定时，只要控制电磁线圈上的高频交流电频率，即可相应控制电磁线圈上的高频交流电的大小，进而控制电磁线圈中的交变磁场强弱，从而达到控制电磁炉的热功率目的。

由以上对电磁炉的工作原理分析可知，可以通过控制电磁线圈上的高频交流电频率来控制电磁炉的热功率。根据图1的加热曲线，可以得到相应的高频交流电频率变化曲线如图2所示，图2中，横坐标表示时间，纵坐标表示电磁线圈上的高频交流电频率，类似的，该频率变化曲线，大致分为两个阶段，在第一阶段，频率随时问而呈指数减小趋势，当达到一定时间(大致在15～20秒)，频率趋于稳定。

为此，本发明实施例的电磁炉加热控制电路，通过在存储单元中存储图2所示的频率变化曲线，并根据该频率变化曲线产生相应的控制信号，控制电磁线圈上的高频交流电频率。需要注意的是，存储单元并非一定要存储频率变化曲线这种形式，也可以是其他控制参数变化曲线，如下文示例，当首先产生电压控制信号时，则存储单元中可以存储电压变化曲线。

如图3所示，电磁炉加热控制电路，包括线圈驱动电路及控制信号发生电路，线圈驱动电路与控制信号发生电路相连。控制信号发生电路包括控制电路和与其相连的频率转换电路，在图3的示例中，频率转换电路为电压/频率转换电路。控制电路，读取并根据存储单元中存储的电压变化曲线，在不同时刻输出相应的电压控制信号，并将该电压控制信号输出到电压/频率转换电路，电压/频率转换电路，例如为压控振荡器，对输入的电压控制信号进行电压/频率转换而得到不同时刻的对应频率控制信号，频率控制信号被送入到线圈驱动电路以控制线圈驱动电路生成相应的驱动信号驱动电磁线圈。需要注意的是，在本文中，如非特别指出，频率是指电磁线圈谐振频率；频率控制信号即指电磁线圈谐振频率控制信号。控制电路例如可以是单片机，频率变化曲线可以存储在单片机的存储单元，例如ROM或者FLASH中，也可以存储在独立的存储单元，由单片机在需要时从中读取。频率转换电路，除了上述的电压/频率转换电路，也可以是表征电流的频率/电磁线圈谐振频率转换电路(注意到此处的转换是频率到频率的转换，前一频率是表征电流的频率；后一频率是电磁线圈谐振频率，也即本文非特别指出时所指的频率)或PWM/频率转换电路。

如上所述，在频率变化的第二阶段，频率基本不再随时间而变化，而是趋于稳定。为了能够更为精确地控制高频交流电的频率，可以使用闭环控制技术。如图4所示，通过采集电磁线圈的电流信号作为反馈，产生相应的控制信号对输入到线圈驱动电路的驱动信号进行控制，从而控制电磁线圈的交变磁场强度，以精确控制电磁炉的热功率。

图4中，电磁炉控制电路包括反馈电路、控制信号发生电路及线圈驱动电路。其中，反馈电路包括电流信号采集电路和信号调理电路，电流信号采集电路在本例中使用霍尔(Hall)传感器，由霍尔传感器采集电磁线圈的电流信号。

由于电流信号通常较难处理，因而可以首先对电流信号进行信号调理。即，将采集到的电流信号输出到与电流信号采集电路相连的信号调理电路，信号调理电路主要包括转换电路，转换电路可以为电流/电压转换电路、电流/表征电流的频率转换电路或电流/PWM转换电路。进一步的，可以设置低通滤波电路来进行低通滤波，低通滤波电路连接在转换电路和控制信号发生电路之间连接低通滤波电路。更进一步，还可以设置信号放大电路用来进行信号放大，信号放大电路连接在转换电路及低通滤波电路之间。

在图4的示例中，信号调理电路包括依次相连的电流/电压转换电路、信号放大电路和低通滤波电路，以便依次对输入的电流信号进行电流/电压转换、对转换后的电压信号进行信号放大、对放大的电压信号进行低通滤波。

信号调理完毕后，信号调理电路将调理后的电压信号输出到与信号调理电路相连的控制信号发生电路，控制信号发生电路包括依次相连的闭环控制电路和电压/频率转换电路。闭环控制电路，根据输入的调理后信号，利用闭环控制算法计算得出电压控制信号并将该电压控制信号输出到电压/频率转换电路，闭环控制算法，主要过程是：设定被控参数目标值，然后根据被控目标的被控参数的当前值反馈与被控参数目标值的比较结果，产生相应的控制调节信号，通过控制调节信号将被控目标的被控参数向被控参数目标值靠近。在本例中，被控目标即电磁线圈，被控参数为电磁线圈中的高频交流电，被控参数目标值例如可以是设定的输出热功率，对设定的输出热功率进行换算，例如可以通过实验测量得到该输出热功率对应所需的电压信号目标值，将由电流信号采集电路反馈并经信号调理电路调理后得到的电压信号输入值与所述电压信号目标值进行比较，则可得出需要的电压控制信号。也就是说，由存储单元中可以读取当前时刻的电压信号目标值，由电流信号采集电路采集、信号调理电路调理，可以得到能够表征电磁炉当前输出热功率的电压信号当前值，将电压信号目标值与电压信号当前值比较，得到二者的差异，则产生相应的电压控制信号，控制线圈驱动电路驱动电磁炉电磁线圈输出相应的热功率，该热功率对应的电压信号当前值向电压信号目标值趋近。

电压/频率转换电路对输入的电压控制信号进行电压/频率转换而得到频率控制信号，频率控制信号被送入到线圈驱动电路以控制线圈驱动电路生成相应的驱动信号驱动电磁线圈。由于根据电磁线圈的电流信号反馈，通过闭环控制得出频率控制信号来控制线圈驱动电路驱动电磁线圈，这样通过精确地控制交变频率，保持频率变化曲线第二阶段的频率稳定。

上述加热控制电路，适用于电磁炉，或者电磁加热的自动/半自动烹饪设备。通过加热控制电路对电磁炉或者电磁加热的自动/半自动烹饪设备的家人过程实施良好的控制，使其可以模拟例如燃气加热的各种加热方式，满足不同的烹饪需要，大大地扩展了电磁炉的适用范围，使得电磁炉具有更加广泛的应用前景。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电磁炉加热控制电路，其特征在于，包括线圈驱动电路、反馈电路及与所述线圈驱动电路相连的控制信号发生电路，所述反馈电路与所述控制信号发生电路相连，所述控制信号发生电路包括控制电路和存储有控制参数变化曲线的存储单元；

所述控制电路根据从所述存储单元中读取的所述控制参数变化曲线，产生控制信号输入到所述线圈驱动电路，控制所述线圈驱动电路以驱动电磁炉输出对应的热功率；

所述控制电路为闭环控制电路，所述闭环控制电路对所述反馈电路所输入的反馈信号进行闭环处理而产生控制信号并输出到所述线圈驱动电路；

所述控制参数变化曲线为加热曲线，所述加热曲线是根据不同烹饪方法和不同菜式的需要，通过模拟其烹饪加热过程和加热特点而得到。

2.如权利要求1所述的加热控制电路，其特征在于，所述控制信号发生电路还包括与所述控制电路相连的频率转换电路，所述控制电路将该控制信号输出到所述频率转换电路，所述频率转换电路，对输入的控制信号进行频率转换而得到电磁线圈谐振频率控制信号，所述频率控制信号被送入到线圈驱动电路控制所述线圈驱动电路以驱动电磁炉输出对应的热功率。

3.如权利要求2所述的加热控制电路，其特征在于：所述的频率转换电路为电压/频率转换电路、表征电流的频率/电磁线圈谐振频率转换电路或PWM/频率转换电路。

4.如权利要求3所述的加热控制电路，其特征在于：所述反馈电路包括电流信号采集电路及信号调理电路，所述电流信号采集电路与所述信号调理电路相连，所述信号调理电路与所述控制信号发生电路相连。

5.如权利要求4所述的加热控制电路，其特征在于：所述信号调理电路包括转换电路，所述转换电路为电流/电压转换电路、电流/表征电流的频率转换电路或电流/PWM转换电路。

6.如权利要求5所述的加热控制电路，其特征在于：所述信号调理电路还包括低通滤波电路，所述低通滤波电路连接在所述转换电路及所述控制信号发生电路之间。

7.如权利要求6所述的加热控制电路，其特征在于：所述信号调理电路还包括信号放大电路，所述的信号放大电路连接在转换电路及所述低通滤波电路之间。

8.一种电磁炉，其特征在于，包括如权利要求1～7任一所述的加热控制电路。

9.一种电磁加热的自动/半自动烹饪设备，其特征在于，包括如权利要求1～7任一所述的加热控制电路。