CN102647104A - 一种半桥谐振电路的功率控制装置及控制方法 - Google Patents

一种半桥谐振电路的功率控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种半桥谐振电路的功率控制装置及其控制方法，包括电连接的中央处理器MCU和半桥谐振电路，其中半桥谐振电路由2个绝缘栅双极型晶体管IGBT、加热线圈和谐振电容组成，中央处理器MCU产生驱动信号PWM，PWM连接到IGBT的驱动使能端以控制半桥谐振电路的通断，保持PWM的频率固定，通过调整PWM的占空比来控制半桥谐振电路的通断，从而实现半桥谐振电路输出功率的调节。本发明半桥谐振电路上桥开通时间越长，其输出功率越高。采用本发明的控制装置和控制方法，能有效地保证多个电磁加热炉头工作频率相同，从而降低噪声。

Description

一种半桥谐振电路的功率控制装置及控制方法
技术领域
本发明属于电磁加热的技术领域，特别是涉及一种半桥谐振电路的功率控制装置及其控制方法。
背景技术
目前，在电磁加热领域，半桥加热方式功率控制采取的控制方法是调整IGBT驱动信号的脉冲调制宽度（PWM，Pulse Width Modulation）来控制输出功率的大小，如一串理想的驱动信号PWM脉冲周期序列（方波）一个周期的时间是T0=T1+T2，其中T0决定PWM信号的频率f，正脉冲（高电平）的持续时间是T1，低电平的持续时间是T2。驱动信号PWM控制着IGBT的通断，PWM为高电平时，IGBT开通，PWM为低电平时，IGBT截止。而占空比D(Duty Ratio)= T1/（T2+T1），即为正脉冲的持续时间T1与脉冲总周期T0的比值，现有电磁加热中一般PWM的占空比固定， 例如取D=0.5，而PWM信号的频率越低，系统输出功率则越高。
在多头电磁灶中，多个炉头加热时，根据用户选择炉头的工作状态，各个炉头工作功率不同时，每个炉头输出功率不同,其所对应驱动信号的频率f不同。因此多个炉头同时工作时，不同频率的驱动信号使得各个炉头工作频率不同，此时不同频率的磁场相互干扰作用于锅具时会产生尖锐刺耳的噪声，这样的噪声往往令用户无法接受，目前较多采取的措施是尽量增加相邻炉头间的距离。然而该措施受电磁灶大小的限制，所以调节范围有限，效果有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种能可靠有效地保证多头电磁灶的各个工作炉头的工作频率相同，从而降低噪声的半桥谐振电路的功率控制装置及其控制方法。
为解决上述技术问题，本发明第一个技术方案是：
提供一种半桥谐振电路的功率控制装置，包括电连接的中央处理器MCU和半桥谐振电路，其中半桥谐振电路由2个绝缘栅双极型晶体管IGBT、加热线圈和谐振电容组成，中央处理器MCU产生驱动信号PWM，PWM连接到IGBT的驱动使能端以控制半桥谐振电路的通断，且PWM的频率固定。
所述中央处理器MCU包括存储单元，其用于存储预先设定的PWM的频率以及输出功率与工作状态监测信号的对应关系表格。
本发明第二个技术方案是：
提供上述半桥谐振电路的功率控制装置的控制方法，驱动信号PWM采用固定的频率，通过调整PWM的占空比来调节半桥谐振电路中的IGBT通断时间，从而实现半桥谐振电路输出功率的调节。
上述半桥谐振电路的功率控制方法，具体包括如下步骤：
步骤A、预设PWM的频率，预设输出功率与工作状态监测信号所对应的关系表格，写入中央处理器MCU的存储单元；
步骤B、获取用户从控制面板上的档位选择的所需加热功率；
步骤C、中央处理器MCU实时监测系统输出状态，根据关系表格的目标值逐步调整PWM的占空比；
步骤D、根据预设的PWM的频率和调整后的PWM的占空比产生所需的驱动信号PWM；
步骤E、中央处理器MCU通过PWM驱动信号控制对应的IGBT的通断，实现输出功率的调节。
所述驱动信号PWM为两路信号，分别控制半桥谐振电路中的上下桥IGBT的通断。
与现有技术相比，本发明相对于现有技术的有益效果是：
本发明的中央处理器MCU产生驱动信号PWM，PWM连接到半桥谐振电路的IGBT的驱动使能端，保持PWM的频率固定，通过调整PWM的占空比来调节IGBT的通断时间，半桥谐振电路的上桥开通时间越长，输出功率越高，从而实现半桥谐振电路输出功率调节。本发明采用固定频率来控制半桥谐振电路，有效地保证多个电磁加热炉头工作频率相同，降低噪声。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施1的电路示意图；
图2为本发明实施1的驱动信号的波形图；
图3为本发明控制方法的流程图；
图4为本发明两个不同档位的驱动信号的波形图；
图5为本发明实施2的电路示意图；
图6为本发明实施2的驱动信号的波形图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明单个炉头加热实施例的电路图，包括电连接的中央处理器MCU和半桥谐振电路，其中半桥谐振电路由2个绝缘栅双极型晶体管IGBT(101、102)、加热线圈L1和谐振电容C1、C2组成。中央处理器MCU产生驱动信号PWM，PWM连接到IGBT的驱动使能端以控制半桥谐振电路的通断，且PWM的频率固定。
上述中央处理器MCU包括存储单元，其用于存储预先设定的PWM的频率以及输出功率与工作状态监测信号的对应关系表格。
中央处理器MCU产生的驱动信号PWM的波形图见图2。其中驱动信号PWM的频率f0固定。驱动信号PWM为一组上下桥两路PWM，分别控制半桥谐振电路中的上下桥IGBT的通断，该两路驱动信号PWM的脉冲宽度T0固定。
上桥IGBT101的T0=T1+T2， T1为一个周期中高电平时间，为上桥IGBT101开通时间，T2为周期中低电平时间，即上桥IGBT关断时间。占空比D为T1与(T1+T2)的比值。
而下桥IGBT102 的TO=TI’+T2’，下桥IGBT102开通时间为T1’，T2’为下桥IGBT102关断时间。占空比D为T1’与(T1’+ T2’)的比值。
下面结合图3控制方法的流程图描述如下：
预先设定一个PWM合适的固定频率，将功率与工作状态监测信号所对应的表格写入中央处理器MCU的存储单元。
当用户选择所需档位时，显示板根据档位查询到所需功率信息，并将其发送给中央处理器MCU，同时检测到系统输出状态为电流。
如当用户第一次选择档位G1，显示板根据该档位G1查询到所需功率P1信息，并将其发送给中央处理器MCU，中央处理器MCU查询预设的关系表格中功率P1所对应的目标电流I1，然后与监测到的当前电流I1’比较，根据对比结果调整占空比，使得I1’=I1，此时中央处理器MCU根据预先设定的固定频率f0和调整后的占空比D1产生所需PWM1。
此时D1=1/2，即该炉头IGBT开通的时间是1/2*T0，此时炉头输出功率P1。
当用户调节炉头的火力档位为G2时，显示板根据该档位G2查询到所需功率P2信息，并将其发送给中央处理器MCU，中央处理器MCU查询预设的关系表格中功率P2所对应的目标电流I2，然后与监测到的当前电流I2’比较，根据对比结果调整占空比，使得I2’= I2，中央处理器根据预先设定的固定频率f0和调整后的占空比D2产生所需PWM2，此时D2=3/4，即该炉头上桥IGBT开通的时间是3/4*T0，此时炉头输出功率P2。两个不同档位的驱动信号波形图见图4。
图5为本发明2个炉头（A，B）加热实施例的电路图。其具有两个中央处理器（MCU1和MCU2）。该两个中央处理器预设的驱动信号的频率均为fX。当用户选择炉头A的火力档位A1，其对应的功率为AP1，此时调整后的占空比DA1=2/3，MCU1根据频率fX和占空比DA1=2/3产生所需的驱动信号PWMA1的波形图见图5。用户选择炉头B的火力档位B1，其对应的功率为BP1，此时调整后的占空比DB1=1/3，MCU2根据频率fX和占空比DB1=1/3产生所需的驱动信号PWMB1的波形图见图6。
本发明中央处理器MCU根据所接收到的信息，与监测到的系统输出状态对比，根据对比结果调整占空比，中央处理器根据预设的频率和调整好的占空比产生所需驱动信号PWM，且保持PWM的频率固定，PWM连接到IGBT的驱动使能端以控制半桥谐振电路的通断，从而实现半桥谐振电路输出功率的调节。
本发明半桥谐振电路上桥臂开通时间越长，其输出功率越高。采用本发明的控制装置和控制方法，能有效地保证多个电磁加热炉头工作频率相同，从而降低噪声。

Claims (5)

1.一种半桥谐振电路的功率控制装置，包括电连接的中央处理器MCU和半桥谐振电路，其中半桥谐振电路由2个绝缘栅双极型晶体管IGBT、加热线圈和谐振电容组成，中央处理器MCU产生驱动信号PWM，PWM连接到IGBT的驱动使能端以控制半桥谐振电路的通断，且PWM的频率固定。
2.根据权利要求1所述的半桥谐振电路的功率控制装置，其特征在于，所述中央处理器MCU包括存储单元，其用于存储预先设定的PWM的频率以及输出功率与工作状态监测信号的对应关系表格。
3.一种半桥谐振电路的功率控制方法，其特征在于，驱动信号PWM采用固定的频率，通过调整PWM的占空比来调节半桥谐振电路中的IGBT通断时间，从而实现半桥谐振电路输出功率的调节。
4.根据权利要求3所述的半桥谐振电路的功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A、预设PWM的频率，预设输出功率与工作状态监测信号所对应的关系表格，写入中央处理器MCU的存储单元；
步骤B、获取用户从控制面板上的档位选择的所需加热功率；
步骤C、中央处理器MCU实时监测系统输出状态，根据关系表格的目标值逐步调整PWM的占空比；
步骤D、根据预设的PWM的频率和调整后的PWM的占空比产生所需的驱动信号PWM；
步骤E、中央处理器MCU通过驱动信号PWM控制对应的IGBT的通断，实现输出功率的调节。
5.根据权利要求4所述的半桥谐振电路的功率控制方法，其特征在于，所述驱动信号PWM为两路信号，分别控制半桥谐振电路中的上下桥IGBT的通断。
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