CN104302028B - 高频加热设备及其电源控制方法和电源控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高频加热设备的电源控制方法，其包括如下步骤：根据预设占空比的控制信号控制所述高频加热设备的开关器件进行工作；检测通过所述开关器件的实时电流；以及当所述实时电流大于等于预设电流参考值时，控制所述开关器件关断，直至所述控制信号的下一个开启窗口到来时控制所述开关器件开通。本发明的电源控制方法能够对高频加热设备的功率进行控制，同时还能够降低开关器件工作过程中的电流最大值，降低了对开关器件的要求，并能够对过流进行有效保护。本发明还公开了一种高频加热设备的电源控制装置和一种具有该电源控制装置的高频加热设备。

Description

高频加热设备及其电源控制方法和电源控制装置

技术领域

本发明涉及高频加热技术领域，特别涉及一种高频加热设备的电源控制方法以及一种高频加热设备的电源控制装置和具有该电源控制装置的高频加热设备。

背景技术

在微波炉等以磁控管作为负载的高频加热设备的电源中，为调节电源输出功率，往往需要采用改变主开关器件例如IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）的通断时间（频率或占空比）。传统方式中，一般采用电压控制模式，即根据输入电压的大小和所需输出功率，控制电路输出一定的脉冲宽度控制主开关器件的通/断时间，原则上，输入电压越高，IGBT的开通时间越小；输出功率越大，IGBT的开通时间越大。该控制方式较为复杂，且对软件时序要求严格，整个过程中电流最大值无法控制，对开关器件要求高。

现有技术中输入电压波形与IGBT的开关波形如图1所示，采用时序控制方式对IGBT驱动进行软件调节，根据设定的通断程序，控制器持续的进行控制主开关器件（如IGBT）的通断，如果达到预定的过流保护电压，则控制加热设备整个关闭，操作中止，这种控制方式中控制器资源耗费较大，也不能及时地进行过流保护。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种高频加热设备的电源控制方法，能够降低开关器件工作过程中的电流最大值，降低了对开关器件的要求，并且能对过流进行有效保护。

本发明的第二个目的在于提出一种高频加热设备的电源控制装置。本发明的第三个目的在于提出一种具有该电源控制装置的高频加热设备。

为达到上述目的，本发明第一方面的实施例提出的一种高频加热设备的电源控制方法，包括如下步骤：根据预设占空比的控制信号控制所述高频加热设备的开关器件进行工作；检测通过所述开关器件的实时电流；以及当所述实时电流大于等于预设电流参考值时，控制所述开关器件关断，直至所述控制信号的下一个开启窗口到来时控制所述开关器件开通。

根据本发明实施例的高频加热设备的电源控制方法，能够在每个开关周期对通过开关器件的电流实施最大值截止控制，从而降低开关器件工作过程中的电流最大值，降低了对开关器件的要求。并且，由于设定了预设电流参考值，能够对过流进行有效保护，保护高频加热设备的器件不受损坏。此外，还能大大节省控制器的资源，并增强了开关器件过流保护的实时性。

在本发明的一个实施例中，所述的电源控制方法，还包括：当所述实时电流小于所述预设电流参考值时，保持所述开关器件开通，直至所述控制信号的本开启窗口结束时控制所述开关器件关断，并在所述控制信号的下一个开启窗口到来时控制所述开关器件开通。

其中，所述控制信号为PWM信号。

优选地，所述开关器件可以为IGBT。

为达到上述目的，本发明第二方面的实施例提出的一种高频加热设备的电源控制装置，包括：电流检测模块，用于检测通过所述高频加热设备的开关器件的实时电流；控制模块，所述控制模块与所述电流检测模块相连，所述控制模块用于根据预设占空比的控制信号控制所述开关器件进行工作，并在所述实时电流大于等于预设电流参考值时控制所述开关器件关断，直至所述控制信号的下一个开启窗口到来时控制所述开关器件开通。

根据本发明实施例的高频加热设备的电源控制装置，能够在每个开关周期对通过开关器件的电流实施最大值截止控制，从而降低开关器件工作过程中的电流最大值，降低了对开关器件的要求。并且，由于设定了预设电流参考值，能够对过流进行有效保护，保护高频加热设备的器件不受损坏。此外，还能大大节省控制模块的资源，并增强了开关器件过流保护的实时性。

在本发明的一个实施例中，当所述实时电流小于所述预设电流参考值时，所述控制模块控制所述开关器件保持开通，直至所述控制信号的本开启窗口结束时控制所述开关器件关断，并在所述控制信号的下一个开启窗口到来时控制所述开关器件开通。

其中，所述控制信号为PWM信号。

优选地，所述开关器件为IGBT。

并且，在本发明的一个实施例中，所述的电源控制装置，还包括：滤波模块，所述滤波模块与所述电流检测模块相连，所述滤波模块用于对所述电流检测模块检测的实时电流进行过滤处理，以滤掉干扰信息。

具体地，在本发明的一个实施例中，所述控制模块包括：比较单元，所述比较单元与所述滤波模块相连，所述比较单元用于对过滤处理后的实时电流与所述预设电流参考值进行比较以生成比较信号；控制单元，所述控制单元与所述比较单元相连，所述控制单元用于根据所述比较信号对所述IGBT进行控制。

其中，所述的电源控制装置，还包括：驱动模块，所述驱动模块与所述控制单元和所述IGBT的G极分别相连，所述驱动模块在所述控制单元的控制下生成驱动信号以驱动所述IGBT的开通和关断。

此外，本发明的实施例还提出了一种高频加热设备，包括上述的电源控制装置。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术中输入电压波形与IGBT的开关波形示意图；

图2为根据本发明实施例的高频加热设备的电源控制方法的流程图；

图3为IGBT的实时电流未达到预设电流参考值时的IGBT的驱动波形和电流波形示意图；

图4为IGBT的实时电流达到预设电流参考值时的IGBT的驱动波形和电流波形示意图；

图5为根据本发明一个具体实施例的高频加热设备的电源控制方法的流程图；

图6为根据本发明实施例的高频加热设备的电源控制装置的电路示意图；以及

图7为根据本发明一个实施例的高频加热设备的电源控制装置的结构示意图。

附图标记：

电流检测模块101和控制模块102，开关器件103，整流桥DB1、电感L1和电容C14、采样电阻R25、电容C17、变压器T1、电阻R92和电阻R8、电容C3，滤波模块104，比较单元105和控制单元106，驱动模块107。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的高频加热设备的电源控制方法以及高频加热设备的电源控制装置和具有该电源控制装置的高频加热设备。

图2为根据本发明实施例的高频加热设备的电源控制方法的流程图。如图2所示，该高频加热设备的电源控制方法包括如下步骤：

S1，根据预设占空比的控制信号控制高频加热设备的开关器件进行工作。

在本发明的一个实施例中，开关器件可以为IGBT。

S2，检测通过开关器件的实时电流。

S3，当实时电流大于等于预设电流参考值时，控制开关器件关断，直至控制信号的下一个开启窗口到来时控制开关器件开通。

其中，控制信号为PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）信号。

在本发明的一个实施例中，上述的电源控制方法还包括：当实时电流小于预设电流参考值时，保持开关器件开通，直至控制信号的本开启窗口结束时控制开关器件关断，并在控制信号的下一个开启窗口到来时控制开关器件开通。其中，需要说明的是，每个开关周期的控制信号包括开启窗口和关闭窗口，当实时电流小于预设电流参考值时，在每个开关周期的开启窗口控制开关器件开通，在每个开关周期的关闭窗口控制开关器件关断。

也就是说，本发明的高频加热设备的电源控制方法采用电流控制模式，当通过开关器件例如IGBT的电流没有达到预设电流参考值时，控制电路根据输入电压和所需输出功率去控制开关器件(如IGBT)的开/关时间，此时，和电压控制模式相似。IGBT在控制电路输出的预设占空比的控制信号的控制下进行开通和关断，但当开关器件（如IGBT）的电流达到预设电流参考值时，开关器件（如IGBT）将被迅速关断（比预定时间提前关断）。

即言，在电流控制模式中，开关器件的关断受两个条件控制：1、IGBT的电流是否达到预设电流参考值；2、PWM信号的脉宽是否达到预设驱动脉宽即最大脉宽。只要满足上述条件之一，即1或者2满足时，控制IGBT关断。

具体运行过程可以分为如下阶段：首先，控制IGBT开通，此时通过IGBT的电流逐渐增加。接着，控制器判断IGBT的电流是否达到预设电流参考值例如设定最大值或者控制IGBT的PWM信号的脉宽是否达到开通脉宽的最大值。满足上述条件之一，控制IGBT关断，通过IGBT的电流逐渐下降。

其中，如图3所示，控制电路控制IGBT预定的关断时刻到了，但IGBT的电流未达到预设电流参考值iMAX时，IGBT的驱动波形Vg按照预设最大脉宽运行。如图3或图4所示，在t1时刻到t2时刻之间，控制电路输出高电平信号到IGBT的G极。而当IGBT的电流达到预设电流参考值iMAX时，无论控制IGBT的PWM信号的驱动脉宽有没有运行结束，IGBT的驱动波形Vg在预设电流参考值到达点变为低电平信号，如图4所示。

在本发明的一个具体实施例中，如图5所示，上述的高频加热设备的电源控制方法包括以下步骤：

S10，启动电源，开始PWM信号置高输出，即输出高电平信号，控制IGBT开通。

S20，检测IGBT的工作电流I1，即检测通过IGBT的电流。

S30，将I1与预设电流参考值I2进行比较，判断I1是否大于等于I2。若I1＜I2时，则执行步骤S40；若I1≥I2时，则执行步骤S50。

S40，PWM信号继续置高输出，直到达到最大驱动脉宽，进入步骤S50。

S50，PWM信号置低输出，即输出低电平信号，控制IGBT关断，然后等待下个周期PWM信号置高输出即控制信号的下一个开启窗口，即返回步骤S10。

综上所述，本发明的高频加热设备的电源控制方法与传统的电压控制模式相比，首先，由于对IGBT的电流在每个开关周期实施最大值截止控制，使得在有效值不变的情况下电流的瞬态最大值更小，因而IGBT可以用更小额定电流的型号产品。其次，由于最大电流更小，高频加热设备的变压器初级反向电动势也因此变小，与之连接的IGBT漏极最大电压也会更小，这样IGBT可以用额定电压更低的型号产品。再次，由于最大电流更小，变压器更不易出现饱和，因此变压器磁芯体积可以更小，降低成本。

根据本发明实施例的高频加热设备的电源控制方法，能够在每个开关周期对通过开关器件的电流实施最大值截止控制，从而降低开关器件工作过程中的电流最大值，降低了对开关器件的要求。并且，由于设定了预设电流参考值，能够对过流进行有效保护，保护高频加热设备的器件不受损坏。此外，还能大大节省控制器的资源，并增强了开关器件过流保护的实时性，控制方法简单可靠。

图6为根据本发明实施例的高频加热设备的电源控制装置的电路示意图。如图6所示，该高频加热设备的电源控制装置包括电流检测模块101和控制模块102。

其中，电流检测模块101用于检测通过高频加热设备的开关器件103的实时电流。其中，开关器件103可以为IGBT。

控制模块102与电流检测模块101相连，控制模块102用于根据预设占空比的控制信号控制开关器件103进行工作，并在实时电流大于等于预设电流参考值时控制开关器件103关断，直至控制信号的下一个开启窗口到来时控制开关器件103开通。其中，控制信号为PWM信号。

在本发明的一个实施例中，当实时电流小于预设电流参考值时，控制模块102继续输出高电平控制信号，控制开关器件103保持开通，直至控制信号的脉宽达到最大驱动脉宽时即控制信号的本开启窗口结束时，控制模块102输出低电平控制信号控制开关器件103关断，并在控制信号的下一个开启窗口到来时控制开关器件103开通。其中，需要说明的是，每个开关周期的控制信号包括开启窗口和关闭窗口，当实时电流小于预设电流参考值时，在每个开关周期的开启窗口控制模块控制开关器件开通，在每个开关周期的关闭窗口控制开关器件关断。

如图6所示，交流市电AC的输入端L、N与整流桥DB1相连，通过整流桥DB1将市电AC整流成直流电U，然后经过电感L1和电容C14组成的LC滤波电路进行滤波处理。电流检测模块101可以为采样电阻R25，采样电阻R25的一端接地，采样电阻R25的另一端与IGBT的E极相连，电容C17并联在IGBT的C极和E极之间，电容C17与变压器T1的初级绕组串联组成谐振电路。控制模块102的电流信号输入端与采样电阻R25的另一端相连，控制模块102的电压信号输入端与电阻R92和电阻R8之间的节点相连，电阻R92的一端连接在整流桥DB1和电感L1之间，电阻R92的另一端与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端接地，电阻R92和电阻R8之间的节点还与电容C3的一端相连，电容C3的另一端接地。

在本发明的一个实施例中，如图7所示，上述的电源控制装置还包括滤波模块104。其中，滤波模块104与电流检测模块101相连，滤波模块104用于对电流检测模块101检测的实时电流进行过滤处理，以滤除干扰信息。

并且，在本实施例中，如图7所示，控制模块102包括比较单元105和控制单元106。其中，比较单元105与滤波模块104相连，比较单元105用于对过滤处理后的实时电流与预设电流参考值进行比较以生成比较信号。控制单元106与比较单元105相连，控制单元106用于根据比较信号对IGBT进行控制。具体而言，如图7所示，本发明的电源控制装置主要包括电流采样电路、滤波分压电路、比较电路、控制芯片和功率控制电路，其中，预设电流参考值预置在比较电路中。电源启动后，电流采样电路采集流过IGBT的电流值即市电整流后流过电阻R25的电流，然后通过滤波分压电路过滤干扰信息，并将过滤后的电流信息通过比较电路与预设的电流参考值I2进行比较，进而控制芯片根据比较结果输出相应的控制信号，通过功率控制电路对IGBT进行控制。其中，控制模块102通过设定不同的预设电流参考值大小，从而可以实现对电路输出功率的控制。

因此说，本发明能够实现高频加热设备的功率控制，原理在于根据不同的功率，控制模块可以设置或计算不同的预设电流参考值，通过该设置，控制模块即能控制输出不同功率进行加热，同时由于设定了最大电流参考值，能够达到过流保护的功能，保护加热设备的器件。

如图6所示，上述的电源控制装置还包括驱动模块107，驱动模块107与控制模块102中的控制单元106和IGBT的G极相连，驱动模块107在控制单元106的控制下生成驱动信号以驱动IGBT的开通和关断。

在本发明的实施例中，控制模块通过比较检测到的流过IGBT的实时电流与预设电流参考值的大小决定是按照预设的占空比对IGBT进行关断操作还是提前关断。相比于传统的采用时序控制方法去对IGBT驱动进行软件调节的控制方式，则大大节省控制模块的资源，并增强了IGBT过流保护的实时性；并且相比于采用以输入电压实时值作为参考调节IGBT控制信号的控制方式，降低了整个过程中电流最大值，降低了对开关器件的要求。

根据本发明实施例的高频加热设备的电源控制装置，能够在每个开关周期对通过开关器件的电流实施最大值截止控制，从而降低开关器件工作过程中的电流最大值，降低了对开关器件的要求。并且，由于设定了预设电流参考值，能够对过流进行有效保护，保护高频加热设备的器件不受损坏。此外，还能大大节省控制模块的资源，并增强了开关器件过流保护的实时性。

此外，本发明的实施例还提出了一种高频加热设备，该高频加热设备包括上述的电源控制装置。其中，高频加热设备可以为微波炉、电磁炉等设备。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种高频加热设备的电源控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据预设占空比的控制信号控制所述高频加热设备的开关器件进行工作；

检测通过所述开关器件的实时电流；

当所述实时电流大于等于预设电流参考值时，控制所述开关器件关断以对所述开关器件的电流在每个开关周期实施最大值截止控制，直至所述控制信号的下一个开启窗口到来时控制所述开关器件开通；

当所述实时电流小于所述预设电流参考值时，保持所述开关器件开通，直至所述控制信号的本开启窗口结束时控制所述开关器件关断，并在所述控制信号的下一个开启窗口到来时控制所述开关器件开通。

2.如权利要求1所述的电源控制方法，其特征在于，所述控制信号为PWM信号。

3.如权利要求1所述的电源控制方法，其特征在于，所述开关器件为IGBT。

4.一种高频加热设备的电源控制装置，其特征在于，包括：

电流检测模块，用于检测通过所述高频加热设备的开关器件的实时电流；

控制模块，所述控制模块与所述电流检测模块相连，所述控制模块用于根据预设占空比的控制信号控制所述开关器件进行工作，并在所述实时电流大于等于预设电流参考值时控制所述开关器件关断以对所述开关器件的电流在每个开关周期实施最大值截止控制，直至所述控制信号的下一个开启窗口到来时控制所述开关器件开通，并且，当所述实时电流小于所述预设电流参考值时，所述控制模块控制所述开关器件保持开通，直至所述控制信号的本开启窗口结束时控制所述开关器件关断，并在所述控制信号的下一个开启窗口到来时控制所述开关器件开通。

5.如权利要求4所述的电源控制装置，其特征在于，所述控制信号为PWM信号。

6.如权利要求4所述的电源控制装置，其特征在于，所述开关器件为IGBT。

7.如权利要求6所述的电源控制装置，其特征在于，还包括：

滤波模块，所述滤波模块与所述电流检测模块相连，所述滤波模块用于对所述电流检测模块检测的实时电流进行过滤处理。

8.如权利要求7所述的电源控制装置，其特征在于，所述控制模块包括：

比较单元，所述比较单元与所述滤波模块相连，所述比较单元用于对过滤处理后的实时电流与所述预设电流参考值进行比较以生成比较信号；

控制单元，所述控制单元与所述比较单元相连，所述控制单元用于根据所述比较信号对所述IGBT进行控制。

9.如权利要求8所述的电源控制装置，其特征在于，还包括：

驱动模块，所述驱动模块与所述控制单元和所述IGBT的G极分别相连，所述驱动模块在所述控制单元的控制下生成驱动信号以驱动所述IGBT的开通和关断。

10.一种高频加热设备，其特征在于，包括如权利要求4-9任一项所述的电源控制装置。