CN103607799A - 电磁感应加热装置和电磁炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电磁感应加热装置和一种电磁炉，其中电磁感应加热装置包括：控制器，向驱动电路和相位比较器输出脉宽调制信号，以及在接收到相位比较模拟信号时，调节脉宽调制信号的频率，以使脉宽调制信号的频率大于或等于电磁转换电路上的电流频率；驱动电路，在接收到脉宽调制信号时，向电磁转换电路发送驱动信号；电磁转换电路，在接收到驱动信号后，将电能转化为磁能；电流采样电路，采集电磁转换电路上的电流信号给相位比较器；相位比较器，比较脉宽调制信号的相位与电磁转换电路上的电流的相位，并通过相位比较器向控制器输出相位比较模拟信号。使电磁感应加热装置中的控制器可采用带模数转换功能的单片机来替代价格昂贵的DSP处理器。

Description

电磁感应加热装置和电磁炉

技术领域

本发明涉及电磁感应加热技术领域，具体而言，涉及一种电磁感应加热装置和一种具有该电磁感应加热装置的电磁炉。

背景技术

目前对具有半桥或全桥拓扑结构的电磁炉进行功率控制时，一般来说微控器的驱动频率要严格大于或者等于系统回路的谐振频率，否则谐振回路的IGBT（绝缘栅双极型晶体管）工作处于硬开通状态（C极电压为非零电压时，IGBT开通），因此IGBT将会急剧发热，甚至有烧坏的风险。在实际应用中，系统回路的谐振频率受锅具、盘间距、温度的改变而改变，所以微控器必须要知道此时输出的驱动频率是否低于谐振回路的谐振频率。要解决这个问题目前都使用高性能DSP（Digital SignalProcessing）处理芯片进行相位检测和处理，但是DSP芯片价格高，成本昂贵。

因此需要一种新的电磁感应加热技术，能够采用相对低廉的电路来达到控制驱动频率大于或等于谐振频率的目的。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出了一种电磁感应加热装置，能够采用结构简单、成本较低廉的电路来达到控制驱动频率大于或等于谐振频率的效果。

本发明的另一个目的在于提出了一种电磁炉。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例，提出了一种电磁感应加热装置，包括：控制器，用于在接收到来自外部的开启信号时，分别向驱动电路和相位比较器输出脉宽调制信号，以及在接收到来自所述相位比较器的相位比较模拟信号时，调节输出至所述驱动电路的脉宽调制信号的频率，以使所述脉宽调制信号的频率大于或等于电磁转换电路内的电流频率；所述驱动电路，连接至所述控制器，在接收到所述脉宽调制信号时，向电磁转换电路发送驱动信号；所述电磁转换电路，连接至所述驱动电路，在接收到所述驱动信号后，将电场能转换成磁场能电磁波；电流采样电路，连接至所述电磁转换电路和所述相位比较器，采集所述电磁转换电路上的电流信号，并将所述电流信号发送至所述相位比较器；所述相位比较器，连接至所述控制器，比较所述脉宽调制信号的相位与所述电磁转换电路上的电流的相位，并通过所述相位比较器的第一输出端向所述控制器输出相位比较模拟信号。

在本实施例中，利用相位比较器，能够使控制器用普通的单片机来替代DSP芯片，同样能够实现控制驱动频率大于或等于谐振频率，解决谐振回路中的开关元件处于硬开通状态的问题，有效降低开关元件的开通损耗；同时能够降低电磁感应加热装置的成本，并且增加的电流采样电路和相位比较器也简化了电磁感应加热装置的电路结构。

根据本发明的一个实施例，所述电流采样电路包括：电流互感器，用于获取所述电磁转换电路上的电流信号；电流采样电阻，与所述电流互感器并联，用于将所述电流信号转换成电压信号，并将所述电压信号输入至所述相位比较器。

根据本发明的一个实施例，所述电流采样电路还可以包括：信号处理电路，与所述电流采样电阻并联，用于调节输入至所述相位比较器的电压信号。

为了保证输入相位比较器的信号符合相位比较器的信号输入要求，因此需要对采样的电压信号进行处理之后再输入至相位比较器，例如若采样电压信号的电压范围是0V到10V之间，为了满足相位比较器的要求，将该采用电压信号的电压范围处理成-5V到+5V之间。

根据本发明的一个实施例，所述信号处理电路为信号偏移电阻，所述信号偏移电阻包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与所述电流采样电阻连接，另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述相位比较器的输入端连接，所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的一端均接地。

根据本发明的一个实施例，所述电流互感器的中心抽头接地。这样可以无需设置信号偏移电阻，进一步简化相位检测电路的结构。

根据本发明的一个实施例，所述电流采样电路还可以包括：耦合电容，设置在所述相位比较器与所述电流采样电阻之间，用于隔离所述电流信号中的直流成分。

为了减少输入至相位比较器的信号受其他信号的干扰，可以增加耦合电容，去除噪声，除此之外，该耦合电容还能够进一步保护相位比较器。

根据本发明的一个实施例，所述控制器通过第一输出端连接至所述驱动电路，输出一路不带死区的脉宽调制信号至所述驱动电路；所述驱动电路外接电阻，用于产生死区波形，所述驱动电路将所述死区波形叠加在所述不带死区的脉宽调制信号上，生成所述驱动信号，其中所述驱动电路根据所述电阻的阻值确定死区的时间长度。

根据本发明的一个实施例，所述控制器通过第一输出端和第二输出端连接至所述驱动电路，输出两路带死区的互补脉宽调制信号至所述驱动电路。

当控制器仅输出一路不带死区的脉宽调制信号时，需要驱动电路来生成死区波形，从而生成带有死区的驱动信号，并且驱动电路的外置电阻确定了死区的长度，而在本实施例中的驱动电路与上一实施例中的驱动电路不同，由于控制器本身能够产生带死区的脉宽调制信号，因此驱动电路不需要产生死区波形。

根据本发明的一个实施例，还可以包括：滤波电路，连接在所述相位比较器的输出端与所述控制器之间，用于对所述相位比较模拟信号进行过滤。

根据本发明的一个实施例，所述滤波电路为RC滤波电路。

根据本发明的一个实施例，所述控制器包括模数转换电路，用于将所述相位比较模拟信号转换成数字信号。

根据本发明的一个实施例，所述相位比较器还包括第二输出端，用于向所述控制器输出中断信号，使所述控制器中断，以快速响应所述相位比较模拟信号。

增加一路中断输入，可以使控制器能够快速响应相位比较器输出的相位比较模拟信号，加快处理速度。

根据本发明的一个实施例，所述电磁转换电路为半桥谐振电路，包括两个开关元件、加热线圈、谐振电容和滤波电容，其中，所述驱动电路输出两路驱动信号至所述两个开关元件，所述两路驱动信号分别用于控制所述两个开关元件的通断，两个所述谐振电容之间的连接节点与所述加热线圈的一端连接，所述加热线圈的另一端连接至两个所述开关元件之间的连接节点。

根据本发明的一个实施例，所述电磁转换电路为全桥谐振电路。

根据本发明的一个实施例，所述相位比较器为锁相环芯片。

根据本发明的第二方面的实施例，电磁炉，包括如上述任一技术方案中所述的电磁感应加热装置。

根据本发明的电磁感应加热装置能够控制驱动电路的驱动频率大于或等于谐振电路的谐振频率，并且采用价格低廉的电流采样电路和相比比较器，使得可用普通的单片机替代原有的价格昂贵的DSP芯片，从而降低了电磁感应加热装置的制造成本，采用该电磁感应加热装置的电磁炉也具有相同的技术效果。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的电磁感应加热装置的示意图；

图2示出了根据本发明的另一实施例的电磁感应加热装置的示意图；

图3示出了根据本发明的又一实施例的电磁感应加热装置的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了根据本发明的一个实施例的电磁感应加热装置的示意图。

如图1所示，根据本发明的实施例的电磁感应加热装置可以包括：控制器102、驱动电路104、电磁转换电路106、电流采样电路108和相位比较器110。

控制器102用于在接收到来自外部的开启信号（例如开始加热的开启信号）时，分别向驱动电路104和相位比较器110输出脉宽调制信号，以及在接收到来自相位比较器110的相位比较模拟信号时，调节输出至驱动电路104的脉宽调制信号的频率，以使脉宽调制信号的频率大于或等于电磁转换电路106上的电流频率；驱动电路104连接至控制器102，在接收到脉宽调制信号时，向电磁转换电路106发送驱动信号；电磁转换电路106连接至驱动电路104，在接收到驱动信号后，将电场能转换成磁场能电磁波；电流采样电路108连接至电磁转换电路106和相位比较器110，采集电磁转换电路106上的电流信号，并将电流信号发送至相位比较器110；相位比较器110连接至控制器102，比较脉宽调制信号的相位与电磁转换电路106上的电流的相位，并通过相位比较器110的第一输出端120向控制器102输出相位比较模拟信号。

在本实施例中，利用相位比较器110，能够使控制器102用普通的单片机来替代价格昂贵的DSP芯片，同样能够实现控制驱动频率大于或等于谐振频率，解决电磁转换电路106中的开关元件处于硬开通状态的问题，有效降低开关元件的开通损耗；同时能够降低电磁感应加热装置的成本，并且增加的电流采样电路和相位比较器也简化了电磁感应加热装置的电路结构。

为了使输入至控制器102的相位比信号满足要求，需要增加滤波电路112。该滤波电路112连接在相位比较器110的输出端与控制器102之间，用于对从相位比较器110输出的相位比较模拟信号进行过滤。

上述电磁转换电路106可以是半桥拓扑结构，如图2所示，该电磁转换电路106为半桥谐振电路，包括两个开关元件（22和24）、加热线圈28、谐振电容（30和32）和滤波电容34，其中，驱动电路104输出两路驱动信号至上述两个开关元件（22和24），两路驱动信号分别用于控制两个开关元件的通断，两个谐振电容（30和32）之间的连接节点与加热线圈28的一端连接，该加热线圈28的另一端与所述两个开关元件之间的连接节点连接。

继续参考图2，图1中的电流采样电路108包括：电流互感器26，用于获取电磁转换电路106上的电流信号；电流采样电阻38，与电流互感器26并联，用于将电流信号转换成电压信号，并将电压信号输入至相位比较器110。

优选的，电流采样电路108还可以包括：信号处理电路，与电流采样电阻38并联，用于调节输入至相位比较器110的电压信号。

为了保证输入至相位比较器110的信号符合相位比较器110的信号输入要求，因此需要对采样的电压信号进行处理之后再输入至相位比较器110，例如若采样电压信号的电压范围是0V到10V之间，为了满足相位比较器110的要求，将该采用电压信号的电压范围处理成-5V到+5V之间。

根据本发明的一个实施例，所述信号处理电路为信号偏移电阻，所述信号偏移电阻包括第一电阻40和第二电阻42，所述第一电阻40的一端与电流采样电阻38连接，另一端与第二电阻42的一端连接，第二电阻42的另一端与所述相位比较器110的输入端连接，所述第一电阻40的另一端和所述第二电阻42的一端均接地。

根据本发明的一个实施例，所述电流采样电路108还可以包括：耦合电容44，设置在相位比较器110与电流采样电阻38之间，用于过滤所述电流信号中的直流成分。

为了减少输入至相位比较器的信号受其他信号的干扰，可以增加耦合电容，去除噪声，除此之外，该耦合电容还能够进一步保护相位比较器。

优选的，图1中的滤波电路112为RC滤波电路，包括一个电阻46和一个电容48。

根据本发明的一个实施例，控制器102包括模数转换电路（图中国未示出），用于将相位比较模拟信号转换成数字信号。

根据本发明的一个实施例，所述相位比较器110还包括第二输出端122，用于向控制器102输出中断信号，使控制器102中断，以处理所述相位比较模拟信号。

相位比较器经相位比较后还输出一路信号到控制器102的INT外部中断输入引脚。此路输出的是电平信号，使控制器102能快速接收到相位比较器的信号，以进行瞬间反应以保护。

根据本发明的一个实施例，相位比较器110优选为锁相环芯片。

本发明通过控制器102至少输出两路脉宽调制信号（两路带死区的互补信号送到驱动电路，或者至少一路不带死区的信号）到驱动电路104，取其中一路信号到相位比较器110中；电磁转换电路106的电流互感器26采样出谐振回路106的电流信号，然后传输至相位比较器110，通过对驱动信号和电流信号进行相位比较，向滤波电路112输出相位比较模拟信号，经滤波电路112的处理后，将模拟直流电平信号（即模拟直流电平信号）给控制器102作ADC模数转换，控制器102从而获知输出的脉冲信号与电磁转换电路106电流的相位差距，进而获得驱动频率与谐振频率的差距，控制器102调整输出的驱动信号的频率，使驱动频率大于或者等于系统回路的谐振频率，以防止开关元件（即绝缘栅双极型晶体管）硬开通，硬开通将导致开关元件开通温度高、损耗大，使用寿命缩短。

图3示出了根据本发明的又一实施例的电磁感应加热装置的示意图。

如图3所示，图3所示的电磁感应加热装置的主要区别有四点：

1、控制器102通过第一输出端连接至驱动电路104，输出一路不带死区的脉宽调制信号给驱动电路104。

2、驱动电路外接电阻48，用于产生死区波形，电阻48的阻值确定了死区的长度，驱动电路将该死区波形叠加在不带死区的脉宽调制信号上，从而得到带死区的驱动信号，例如控制器102输出的脉宽调制信号的周期是10μ，死区的时间长度是2μ，则叠加后的驱动信号为周期为10μ的驱动信号，其中2μ是死区，剩余8μ是原脉宽调制信号。

3、电流互感器的中心抽头接地，这样就无需增加图2中的偏置电阻（40和42）。

图3所示的电磁感应加热装置同样能够实现相位检测并且用普通的单片机来代替DSP芯片，电路结构进一步被简化。

本发明通过上述相位检测电路（相位比较器110和滤波电路112），使得控制器可以选用普通的带ADC功能的单片机，从而替代价格昂贵的DSP处理器，降低产品成本。

根据本发明的电磁炉，包括如上述任一技术方案中所述的电磁感应加热装置。

根据本发明的电磁感应加热装置能够控制驱动电路的驱动频率大于或等于谐振电路的谐振频率，并且采用价格低廉的电流采样电路和相比比较器，使得可用普通的单片机替代原有的价格昂贵的DSP芯片，从而降低了电磁感应加热装置的制造成本，采用该电磁感应加热装置的电磁炉也具有相同的技术效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种电磁感应加热装置，其特征在于，包括：

控制器，用于在接收到来自外部的开启信号时，向驱动电路和相位比较器分别输出脉宽调制信号，以及在接收到来自所述相位比较器的相位比较模拟信号时，调节输出至所述驱动电路的脉宽调制信号的频率，以使所述脉宽调制信号的频率大于或等于电磁转换电路内的电流频率；

所述驱动电路，连接至所述控制器，在接收到所述脉宽调制信号时，向电磁转换电路发送驱动信号；

所述电磁转换电路，连接至所述驱动电路，在接收到所述驱动信号后，将电场能转换成磁场能电磁波；

电流采样电路，连接至所述电磁转换电路和所述相位比较器，采集所述电磁转换电路上的电流信号，并将所述电流信号发送至所述相位比较器；

所述相位比较器，连接至所述控制器，比较所述脉宽调制信号的相位与所述电磁转换电路上的电流的相位，并通过所述相位比较器的第一输出端向所述控制器输出相位比较模拟信号。

2.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，还包括：

滤波电路，连接在所述相位比较器的输出端与所述控制器之间，用于对所述相位比较模拟信号进行滤波处理。

3.根据权利要求2所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述滤波电路为RC滤波电路。

4.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述相位比较器为锁相环芯片。

5.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述电流采样电路包括：

电流互感器，用于获取所述电磁转换电路上的电流信号；

电流采样电阻，与所述电流互感器并联，用于将所述电流信号转换成电压信号，并将所述电压信号输入至所述相位比较器。

6.根据权利要求5所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述电流采样电路还包括：

信号处理电路，与所述电流采样电阻并联，用于调节输入至所述相位比较器的电压信号。

7.根据权利要求6所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述信号处理电路为信号偏移电阻，所述信号偏移电阻包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与所述电流采样电阻连接，另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述相位比较器的输入端连接，所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的一端均接地。

8.根据权利要求5所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述电流互感器的中心抽头接地。

9.根据权利要求5所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述电流采样电路还包括：

耦合电容，设置在所述相位比较器与所述电流采样电阻之间，用于隔离所述电流信号中的直流成分。

10.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述控制器通过第一输出端连接至所述驱动电路，输出一路不带死区的脉宽调制信号至所述驱动电路；

所述驱动电路外接电阻，用于产生死区波形，所述驱动电路将所述死区波形叠加在所述不带死区的脉宽调制信号上，生成所述驱动信号，其中所述驱动电路根据所述电阻的阻值确定死区的时间长度。

11.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述控制器通过第一输出端和第二输出端连接至所述驱动电路，输出两路带死区的互补脉宽调制信号至所述驱动电路。

12.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述控制器包括模数转换电路，用于将所述相位比较模拟信号转换成数字信号。

13.根据权利要求1所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述相位比较器还包括第二输出端，用于向所述控制器输出中断信号，使所述控制器中断，以快速响应所述相位比较模拟信号。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述电磁转换电路为半桥谐振电路，包括两个开关元件、加热线圈、谐振电容和滤波电容，

其中，所述驱动电路输出两路驱动信号至所述两个开关元件，所述两路驱动信号分别用于控制所述两个开关元件的通断，两个所述谐振电容之间的连接节点与所述加热线圈的一端连接，所述加热线圈的另一端连接至两个所述开关元件之间的连接节点。

15.根据权利要求1至13中任一项所述的电磁感应加热装置，其特征在于，所述电磁转换电路为全桥谐振电路。

16.一种电磁炉，其特征在于，包括如权利要求1至15中任一项所述的电磁感应加热装置。

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