CN102802289B - 基于数字信号处理的电磁感应加热控制电路 - Google Patents
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本发明涉及电磁炉产品技术领域，尤其涉及基于数字信号处理的电磁感应加热控制电路，它包括主控制器、整流器、基于Buck的斩波器、逆变器、负载；所述整流器的输出端连接斩波器，斩波器的输出端连接逆变器，逆变器的输出端连接负载，所述主控制器连接所述斩波器和逆变器；所述逆变器包括作为开关器件的功率MOSFET，以及驱动及保护电路；能有效提高电磁炉的质量、安全性能、稳定性能、使用寿命和成本。
Description
技术领域
本发明涉及电磁炉产品技术领域，尤其涉及基于数字信号处理的电磁感应加热控制电路。
背景技术
电磁炉是利用电磁感应加热原理制成的电气烹饪器具，由高频感应加热线圈、高频电力转换装置、控制器及铁磁材料锅底炊具等部分组成。使用时，加热线圈中通入交变电流，线圈周围便产生一交变磁场，交变磁场的磁力线大部分通过金属锅体，在锅底中产生大量涡流，从而产生烹饪所需的热。电磁炉具有升温快、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、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。
在大功率电力电子设备中，对大功率电力电子器件的控制和保护电路设计至关重要。由于电磁炉的工作环境较为恶劣，控制和保护电路的优劣直接关系到产品的质量、安全性能、稳定性能、使用寿命和成本。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供基于数字信号处理的电磁感应加热控制电路，可有效提高电磁炉的质量、安全性能、稳定性能、使用寿命和成本。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
基于数字信号处理的电磁感应加热控制电路，它包括主控制器、整流器、基于Buck的斩波器、逆变器、负载；所述整流器的输出端连接斩波器，斩波器的输出端连接逆变器，逆变器的输出端连接负载，所述主控制器连接所述斩波器和逆变器。
所述逆变器包括作为开关器件的功率MOSFET，以及驱动及保护电路；所述驱动及保护电路包括集成芯片IXDD430、异或门CD4070、高速光耦6N137、高速反相器74LS06、稳压管D1、二极管VD、栅极电阻RG、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、电容C1、C2、C3、C4；所述IXDD430的Vdd端和En端连接+18V电源，IXDD430的Gnd端连接GND2，IXDD430的En端和Gnd端之间连接有C3，IXDD430的Out端连接RG的一端，RG的另一端连接功率MOSFET的栅极G和R6的一端，R6的另一端连接功率MOSFET的源极S；C4的正极连接功率MOSFET的源极S，C4的负极连接GND2；D1的负电极连接功率MOSFET的源极S，D1的正电极连接GND2；R5的一端接+18V电源，R5的另一端连接功率MOSFET的源极S；IXDD430的In端连接R4的一端，R4的另一端连接CD4070的J端，CD4070的Vdd端连接+5V电源；CD4070的A端、C2的正极以及R3的一端均连接VD的正极，VD的负极连接功率MOSFET的漏极D，C2的负极连接GND2，R3的另一端连接+5V电源；R2的一端连接+5V电源，R2的另一端连接CD4070的B端，CD4070的B端连接6N137的Out端，CD4070的VSS端连接GND2，6N137的VCC端和En端连+5V电源，6N137的Anode端连接74LS06的1Y端，6N137的Cathode端连接GND1，6N137的Gnd端连接GND2；74LS06的VCC端连接+5V电源和C1的一端，C1的另一端连接GND1，74LS06的Gnd端连接GND1，74LS06的1Y端连接R1的一端，R1的另一端连接74LS06的VCC端；74LS06的1A端接收来自主控制器的控制信号。
所述D1为5.1V的稳压管，VD选用高压超快恢复型二极管MUR1680A，RG的电阻值为10Ω，R1的电阻值为510Ω，R2的电阻值为300Ω，R3的电阻值为1KΩ，R4的电阻值为1KΩ，R5的电阻值为1KΩ，R6的电阻值为10KΩ，C1的电容值为0.1μF，C2的电容值为47μF，C3的电容值为0.3μF，C4的电容值为47μF。
它还包括用于采集斩波器输出电压和逆变器输出电流的采样电路，所述主控制器连接所述采样电路。
本发明有益效果为：本发明所述基于数字信号处理的电磁感应加热控制电路，简化了高速MOSFET工程应用中驱动电路的设计，又具有完整的保护，可提高系统的可靠性，能有效提高电磁炉的质量、安全性能、稳定性能、使用寿命和成本。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图。
图2为本发明的驱动及保护电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明所述基于数字信号处理的电磁感应加热控制电路，基于数字信号处理的电磁感应加热控制电路，它包括主控制器1、整流器3、基于Buck的斩波器4、逆变器5、负载6；所述整流器3的输出端连接斩波器4，斩波器4的输出端连接逆变器5，逆变器5的输出端连接负载6，所述主控制器1连接所述斩波器4和逆变器5；它还包括用于采集斩波器4输出电压和逆变器5输出电流的采样电路2，所述主控制器1连接所述采样电路2。三相交流电通过整流器3不空整流，滤波后得到直流电压，通过调节斩波器4的占空比，可以调节斩波器4的输出电压，进而调节逆变器5的输入功率。逆变器5采用数字锁相环技术，减少开关损耗，提高电源的利用效率。主控制器1为TMS320LF2407A，其丰富的片内外设为数字化设计提供硬件资源，其中DSP的PWM输出端口作为功率器件的控制信号来源，捕获单元捕获出输出电压和电流的相位参与数字锁相环运算。采样电路2采样感应加热电源的直流侧输出电压T1和输出电流T2进行数字功率调节。
所述逆变器5包括作为开关器件的功率MOSFET，以及驱动及保护电路51；所述驱动及保护电路51包括集成芯片IXDD430、异或门CD4070、高速光耦6N137、高速反相器74LS06、稳压管D1、二极管VD、栅极电阻RG、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、电容C1、C2、C3、C4；所述IXDD430的Vdd端和En端连接+18V电源，IXDD430的Gnd端连接GND2，IXDD430的En端和Gnd端之间连接有C3，IXDD430的Out端连接RG的一端，RG的另一端连接功率MOSFET的栅极G和R6的一端，R6的另一端连接功率MOSFET的源极S；C4的正极连接功率MOSFET的源极S，C4的负极连接GND2；D1的负电极连接功率MOSFET的源极S，D1的正电极连接GND2；R5的一端接+18V电源，R5的另一端连接功率MOSFET的源极S；IXDD430的In端连接R4的一端，R4的另一端连接CD4070的J端，CD4070的Vdd端连接+5V电源；CD4070的A端、C2的正极以及R3的一端均连接VD的正极，VD的负极连接功率MOSFET的漏极D，C2的负极连接GND2，R3的另一端连接+5V电源；R2的一端连接+5V电源，R2的另一端连接CD4070的B端，CD4070的B端连接6N137的Out端，CD4070的VSS端连接GND2，6N137的VCC端和En端连+5V电源，6N137的Anode端连接74LS06的1Y端，6N137的Cathode端连接GND1，6N137的Gnd端连接GND2；74LS06的VCC端连接+5V电源和C1的一端，C1的另一端连接GND1，74LS06的Gnd端连接GND1，74LS06的1Y端连接R1的一端，R1的另一端连接74LS06的VCC端；74LS06的1A端接收来自主控制器1的控制信号。其中，所述D1为5.1V的稳压管，VD选用高压超快恢复型二极管MUR1680A，RG的电阻值为10Ω，R1的电阻值为510Ω，R2的电阻值为300Ω，R3的电阻值为1KΩ，R4的电阻值为1KΩ，R5的电阻值为1KΩ，R6的电阻值为10KΩ，C1的电容值为0.1μF，C2的电容值为47μF，C3的电容值为0.3μF，C4的电容值为47μF。
如图2所示，上述驱动及保护电路51所采用的集成芯片IXDD430为IXYS公司生产的功率MOSFET专用驱动芯片，驱动速度快，能大大简化驱动电路的设计，其工作电流符合功率MOSFET对驱动电路的要求，且具有快速完整的保护，可提高系统的可靠性，并极大地缩小控制板的尺寸。另外，采用高速光耦6N137进行电气隔离，采用快速二极管和异或门CD4070构成过流保护电路，高速反相器74LS06可确保输入输出信号的一致性。当输入脉冲为低电平时，C点为高电平，B点亦为高电平，在功率MOSFET的栅极和源极之间加上+13V的驱动电压，驱动功率MOSFET导通；当输入脉冲为高电平时，C点为低电平，B点亦为低电平，但由于稳压管D1的存在，将在功率MOSFET的栅极和源极之间加上-5V的关断电压，关断功率MOSFET。RG用于抑制驱动时的浪涌，同时抑制误触发。在正常工作时，功率MOSFET导通漏极电源处于低电平，A点电位通过二极管VD回流至D点，因为漏极处于低电位，所以A点也处于低电位状态，而C点电平高低和输入相同，所以异或门的输出电平高低与输入相同，不对电路产生影响。当功率MOSFET过流时，漏极电压迅速上升，VD承受反压截止，由R3、C2作用，A点电位开始升高，直到使异或门输出低电平，使得B点变为低电平，从而使功率MOSFET承受-5V的反压而可靠关断，并处于截止状态，限制了过电流。
本发明所述基于数字信号处理的电磁感应加热控制电路，简化了高速MOSFET工程应用中驱动电路的设计，又具有完整的保护，可提高系统的可靠性，能有效提高电磁炉的质量、安全性能、稳定性能、使用寿命和成本。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (3)
1.基于数字信号处理的电磁感应加热控制电路，其特征在于：它包括主控制器（1）、整流器（3）、基于Buck的斩波器（4）、逆变器（5）、负载（6）；所述整流器（3）的输出端连接斩波器（4），斩波器（4）的输出端连接逆变器（5），逆变器（5）的输出端连接负载（6），所述主控制器（1）连接所述斩波器（4）和逆变器（5）；
所述逆变器（5）包括作为开关器件的功率MOSFET，以及驱动及保护电路（51）；所述驱动及保护电路（51）包括集成芯片IXDD430、异或门CD4070、高速光耦6N137、高速反相器74LS06、稳压管D1、二极管VD、栅极电阻RG、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、电容C1、C2、C3、C4；所述IXDD430的Vdd端和En端连接+18V电源，IXDD430的Gnd端连接GND2，IXDD430的En端和Gnd端之间连接有C3，IXDD430的Out端连接RG的一端，RG的另一端连接功率MOSFET的栅极G和R6的一端，R6的另一端连接功率MOSFET的源极S；C4的正极连接功率MOSFET的源极S，C4的负极连接GND2；D1的负电极连接功率MOSFET的源极S，D1的正电极连接GND2；R5的一端接+18V电源，R5的另一端连接功率MOSFET的源极S；IXDD430的In端连接R4的一端，R4的另一端连接CD4070的J端，CD4070的Vdd端连接+5V电源；CD4070的A端、C2的正极以及R3的一端均连接VD的正极，VD的负极连接功率MOSFET的漏极D，C2的负极连接GND2，R3的另一端连接+5V电源；R2的一端连接+5V电源，R2的另一端连接CD4070的B端，CD4070的B端连接6N137的Out端，CD4070的VSS端连接GND2，6N137的VCC端和En端连+5V电源，6N137的Anode端连接74LS06的1Y端，6N137的Cathode端连接GND1，6N137的Gnd端连接GND2；74LS06的VCC端连接+5V电源和C1的一端，C1的另一端连接GND1，74LS06的Gnd端连接GND1，74LS06的1Y端连接R1的一端，R1的另一端连接74LS06的VCC端；74LS06的1A端接收来自主控制器（1）的控制信号。
2.根据权利要求 1所述的基于数字信号处理的电磁感应加热控制电路，其特征在于：所述D1为5.1V的稳压管，VD选用高压超快恢复型二极管MUR1680A，RG的电阻值为10Ω，R1的电阻值为510Ω，R2的电阻值为300Ω，R3的电阻值为1KΩ，R4的电阻值为1KΩ，R5的电阻值为1KΩ，R6的电阻值为10KΩ，C1的电容值为0.1μF，C2的电容值为47μF，C3的电容值为0.3μF，C4的电容值为47μF。
3.根据权利要求 1所述的基于数字信号处理的电磁感应加热控制电路，其特征在于：它还包括用于采集斩波器（4）输出电压和逆变器（5）输出电流的采样电路（2），所述主控制器（1）连接所述采样电路（2）。
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