CN103313451B - 一种用单片机自动跟踪谐振频率的电磁加热电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电磁加热领域内的一种用单片机自动跟踪谐振频率的电磁加热电路，包括滤波电容C1、谐振电容C3、励磁线圈L1以及单片机控制电路U2，滤波电容C1与谐振电容C3之间连接有推挽式功率开关电路，励磁线圈L1与单片机控制电路U2之间连接有电流取样转换电路，单片机控制电路U2与推挽式功率开关电路之间连接有推动电路U1，推挽式功率开关电路包括IGBT一Q1和IGBT二Q2，IGBT一Q1和IGBT二Q2均内含阻尼二极管，分别具有集电极C、发射极E和栅极G，单片机控制电路U2内置电压比较器，电流取样转换电路包括变压器Tr和与变压器Tr次级反向并联的两只二极管D2、D3，本发明具有较高的抗干扰能力，增强了电路工作的稳定性，可用于工业生产中的电磁加热。
Description
技术领域
本发明涉及电磁加热装置，特别涉及用单片机自动跟踪谐振频率的电磁加热电路，属于电磁加热领域。
背景技术
为提高电热转换效率，工业生产中大量采用电磁加热。在电磁加热过程中，加热对象的结构或温度总是在不断地变化，使电磁线圈的电感量不断地变化，电磁输出电路的谐振频率不断地变化。现有的电磁加热电路多采用单个功率管（IGBT）驱动励磁线圈，电路不能实现自动跟踪谐振频率或存在谐振频率跟踪范围小，抗干扰能力差，失谐易损坏IGBT功率管等缺陷，使电路频繁出现故障。
发明内容
本发明的目的是提供一种用单片机自动跟踪谐振频率的电磁加热电路，解决现有技术中的问题，提高电路的抗干扰能力，使其振荡频率同步范围大，延长IGBT功率管的使用寿命，增强电路工作的稳定性。
本发明的目的是这样实现的：一种用单片机自动跟踪谐振频率的电磁加热电路，包括滤波电容C1、谐振电容C3、励磁线圈L1以及单片机控制电路U2，所述滤波电容C1与谐振电容C3之间连接有推挽式功率开关电路，所述励磁线圈L1与单片机控制电路U2之间连接有电流取样转换电路，所述单片机控制电路U2与推挽式功率开关电路之间连接有推动电路U1，所述推挽式功率开关电路包括IGBT一Q1和IGBT二Q2，所述IGBT一Q1和IGBT二Q2均内含阻尼二极管，分别具有集电极C、发射极E和栅极G，所述单片机控制电路U2内置电压比较器，所述电流取样转换电路包括变压器Tr和与变压器Tr次级反向并联的两只二极管D2、D3。
作为发明的改进，所述IGBT一Q1的C极与直流电源正端V+相连，IGBT一Q1的E极与IGBT二Q2的C极相连，IGBT二Q2的E极与直流电源负端V-相连并接地；谐振电容C3的一端与IGBT一Q1的E极、IGBT二Q2的C极相连，谐振电容C3的另一端与励磁线圈L1串联，励磁线圈L1的另一端连接IGBT二Q2的E极并接地。
作为本发明的改进，所述推动电路U1设有控制信号输入端(U1-10、11、12)、一对高压侧输出接口(U1-7、5)和一对低压侧输出接口(U1-1、2)，推动电路U1的一个高压侧输出接口(U1-7)通过限流电阻R1与IGBT一Q1的G极相连，另一高压侧输出接口(U1-5)与IGBT一Q1的E极相连；推动电路U1的一个低压侧输出接口 (U1-1) 通过限流电阻R3与IGBT二Q2的G极相连，另一低压侧输出接口(U1-2)与IGBT二Q2的E极相连并接地。
作为本发明的改进，所述单片机控制电路U2有A和C两组，每组6个输入或输出端口，所述A端口包括一个电压比较器的同相输入端(U2-13)、反相输入端(U2-12)、一个复位信号输入端(U2-4)以及三个输出端(U2-2、3、11)；所述C端口预留不用；所述单片机控制电路U2的输出端口(U2-2、3、11)分别与推动电路U1的输入端(U1-10、11、12)相连。
作为本发明的改进，所述变压器Tr的初级为穿过磁环的励磁线圈L1，次级为缠绕在磁环上的线圈，所述次级两端分别与单片机控制电路U2内置电压比较器的同相输入端(U2-13)和反相输入端(U2-12)相连。
本发明工作时，本发明中谐振电容C3、励磁线圈L1与二只IGBT共同构成了推挽式功率开关电路，变压器TR次级与反向并联的两只二极管D2、D3构成的回路将振荡电路中变化的电流信号转换成对应的交变电压信号，并将电压限制在±0.7V左右，送如单片机内置的电压比较器输入端，使电压比较器输出高低电平，单片机U2处理后，从输出端输出控制信号到推动电路U1的输入端，从高压侧和低压侧输出控制信号，驱动二只IGBT功率管交替导通形成谐振输出功率。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明中的控制电路和推动电路由2片集成电路构成，电路极其简单；采用单片机自动跟踪谐振频率，谐振频率由励磁线圈L1、谐振电容C3参数决定，工作频率从几百赫兹至几十千赫兹范围内均能自动同步跟踪；当加热对象的结构或温度变化，使电磁线圈的电感量变化，电磁输出电路的谐振频率变化时，电路不会失谐而损坏IGBT功率管；采用过零触发技术，最大限度地降低了高电压、大电流对IGBT功率管的冲击，能有效提高IGBT功率管的工作寿命，且具有较高的抗干扰能力；推挽式功率开关电路可以选用低耐压IGBT功率管，实现低成本、低管耗。本发明可用于工业生产中的电磁加热。
附图说明
图1为本发明的电路框图。
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
如图1、图2所示的一种用单片机自动跟踪谐振频率的电磁加热电路，包括滤波电容C1、谐振电容C3、励磁线圈L1以及单片机控制电路U2，所述滤波电容C1与谐振电容C3之间连接有推挽式功率开关电路，所述励磁线圈L1与单片机控制电路U2之间连接有电流取样转换电路，所述单片机控制电路U2与推挽式功率开关电路之间连接有推动电路U1，所述推挽式功率开关电路包括IGBT一Q1和IGBT二Q2，所述IGBT一Q1和IGBT二Q2均内含阻尼二极管，分别具有集电极C、发射极E和栅极G，所述单片机控制电路U2内置电压比较器，所述电流取样转换电路包括变压器Tr和与变压器Tr次级反向并联的两只二极管D2、D3；
所述IGBT一Q1的C极与直流电源正端V+相连，IGBT一Q1的E极与IGBT二Q2的C极相连，IGBT二Q2的E极与直流电源负端V-相连并接地；谐振电容C3的一端与IGBT一Q1的E极、IGBT二Q2的C极相连，谐振电容C3的另一端与励磁线圈L1串联，励磁线圈L1的另一端连接IGBT二Q2的E极并接地；
所述推动电路U1设有控制信号输入端(U1-10、11、12)、一对高压侧输出接口(U1-7、5)和一对低压侧输出接口(U1-1、2)，推动电路U1的一个高压侧输出接口(U1-7)通过限流电阻R1与IGBT一Q1的G极相连，另一高压侧输出接口(U1-5)与IGBT一Q1的E极相连；推动电路U1的一个低压侧输出接口 (U1-1) 通过限流电阻R3与IGBT二Q2的G极相连，另一低压侧输出接口(U1-2)与IGBT二Q2的E极相连并接地；
所述单片机控制电路U2有A和C两组，每组6个输入或输出端口，所述A端口包括一个电压比较器的同相输入端(U2-13)、反相输入端(U2-12)、一个复位信号输入端U2-4以及三个输出端(U2-2、3、11)；所述C端口预留不用；所述单片机控制电路U2的输出端口(U2-2、3、11)分别与推动电路U1的输入端(U1-10、11、12)相连；
所述变压器Tr的初级为穿过磁环的励磁线圈L1，次级为缠绕在磁环上的线圈，所述次级反向并联两只二极管D2、D3后两端分别与单片机控制电路U2内置电压比较器的同相输入端U2-13和反相输入端U2-12相连。
本发明工作时：
1）通电，单片机复位后开始工作，输出端(U2-3、11)为低电平，(U2-2)为高电平，送推动电路U1的输入端(U1-10、11、12)，使高压侧输出端口(U1-7、5)为高电平，低压侧输出端口(U1-1、2)为低电平，Q1导通， Q2截止，V+经Q1的C端、E端、C3、L1、Tr初级、地到V-，对C3充电；变压器Tr初级同名端电压为正，异名端为负，耦合到次级同名端电压为正，异名端为负，使单片机内置的电压比较器同相输入端(U2-13)大于反相输入端(U2-12)，比较器输出高电平，单片机处理后继续保持输出不变；当L1中的电流为零时，C3电压达到正最高值，形成正半周输出电流；
2）C3通过Q1的阻尼二极管、C1、地、Tr次级、L1放电，变压器Tr初级同名端电压为负，异名端为正，耦合到次级同名端电压为负，异名端为正，使单片机内置的电压比较器同相输入端(U2-13)小于反相输入端(U2-12)，比较器输出低电平，单片机处理后，使(U2-2、3)为低电平，(U2-11)为高电平，送推动电路U2的输入端(U2-10、11、12)，使高压侧输出端口(U1-7、5)为低电平，低压侧输出端口(U1-1、2)为高电平，Q1截止， Q2导通；C3通过Q2的C端、E端、地、Tr初级、L1放电，放电完毕后，励磁线圈L1对C3进行反向充电，当L1中的电流为零时， C3电压达到负最高值，形成负半周输出电流；
3）C3通过L1、Tr次级、地、Q2的阻尼二极管放电；变压器Tr初级同名端电压为正，异名端为负，耦合到次级同名端电压为正，异名端为负，使单片机内置的电压比较器同相输入端(U2-13)大于反相输入端(U2-12)，比较器输出高电平，单片机处理后，使(U2-3、11)为低电平，(U2-2)为高电平，送推动电路U1的输入端(U1-10、11、12)，使高压侧输出端口(U1-7、5)为高电平，低压侧输出端口(U1-1、2)为低电平，Q1导通， Q2截止……，如此反复，形成谐振输出功率。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种用单片机自动跟踪谐振频率的电磁加热电路，包括滤波电容（C1）、谐振电容（C3）、励磁线圈（L1）以及单片机控制电路（U2），其特征在于，所述滤波电容（C1）与谐振电容（C3）之间连接有推挽式功率开关电路，所述励磁线圈（L1）与单片机控制电路（U2）之间连接有电流取样转换电路，所述单片机控制电路（U2）与推挽式功率开关电路之间连接有推动电路（U1），所述推挽式功率开关电路包括IGBT一（Q1）和IGBT二（Q2），所述IGBT一（Q1）和IGBT二（Q2）均内含阻尼二极管，分别具有集电极C、发射极E和栅极G，所述单片机控制电路（U2）内置电压比较器，所述电流取样转换电路包括变压器（Tr）和与变压器（Tr）次级反向并联的两只二极管（D2、D3）。
2.根据权利要求1所述的一种用单片机自动跟踪谐振频率的电磁加热电路，其特征在于，所述IGBT一（Q1）的C极与直流电源正端V+相连，IGBT一（Q1）的E极与IGBT二（Q2）的C极相连，IGBT二（Q2）的E极与直流电源负端V-相连并接地；谐振电容（C3）的一端与IGBT一（Q1）的E极、IGBT二（Q2）的C极相连，谐振电容（C3）的另一端与励磁线圈（L1）串联，励磁线圈（L1）的另一端连接IGBT二（Q2）的E极并接地。
3.根据权利要求1或2所述的一种用单片机自动跟踪谐振频率的电磁加热电路，其特征在于，所述推动电路（U1）设有控制信号输入端(U1-10、11、12)、一对高压侧输出接口(U1-7、5)和一对低压侧输出接口(U1-1、2)，推动电路（U1）的一个高压侧输出接口(U1-7)通过限流电阻（R1）与IGBT一（Q1）的G极相连，另一高压侧输出接口(U1-5)与IGBT一（Q1）的E极相连；推动电路（U1）的一个低压侧输出接口 (U1-1) 通过限流电阻（R3）与IGBT二（Q2）的G极相连，另一低压侧输出接口(U1-2)与IGBT二（Q2）的E极相连并接地。
4.根据权利要求1或2所述的一种用单片机自动跟踪谐振频率的电磁加热电路，其特征在于，所述单片机控制电路（U2）有A和C两组，每组6个输入或输出端口，所述A端口包括一个电压比较器的同相输入端（U2-13）、反相输入端（U2-12）、一个复位信号输入端（U2-4）以及三个输出端（U2-2、3、11）；所述C端口预留不用；所述单片机控制电路（U2）的输出端口 (U2-2、3、11)分别与推动电路（U1）的输入端(U1-10、11、12)相连。
5.根据权利要求1或2所述的一种用单片机自动跟踪谐振频率的电磁加热电路，其特征在于，所述变压器（Tr）的初级为穿过磁环的励磁线圈（L1），次级为缠绕在磁环上的线圈，所述次级反向并联两只二极管D2、D3后两端分别与单片机控制电路（U2）内置电压比较器的同相输入端（U2-13）和反相输入端（U2-12）相连。
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