CN104703312B - 用于电磁炉的控制电路和控制方法、及其电磁炉 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于电磁炉的控制电路和控制方法、及其电磁炉，其中该控制电路包含斜坡信号发生器，通过包括在斜坡信号发生器中的谐振波峰控制电路对电磁炉主回路开关的谐振波峰电压进行采样，并利用采样得到的谐振波峰电压生成第一补偿电流，并且通过将谐振波峰控制电路生成的第一补偿电流与恒定电流相加利用电容器生成斜坡信号：差分积分电路，将与第一参考电压和第一电压信号的电压之间的电压差相应的电流进行积分获得第二电压信号；比较器，将作为斜坡信号的第三电压信号的电压与第二电压信号的电压进行比较以输出第一控制信号以便于控制电磁炉的主回路开关。通过该控制电路，可以有效控制谐振电压。

Description

用于电磁炉的控制电路和控制方法、及其电磁炉

技术领域

本发明一般地涉及家用电器领域，更具体地说，本发明涉及一种用于电磁炉的控制电路和控制方法、及其电磁炉。

背景技术

电磁炉是采用磁场感应涡流原理，它利用高频的电流通过环形线圈，从而产生无数封闭磁场力，使锅体本身自行快速发热，然后再加热锅内食物。当线圈中通过高频电流时，线圈周围产生高频交变磁场，当磁场磁力线通过导磁材料(如：铁质锅)的底部在高频交变磁场的作用下，铁质锅底既会产生无数小涡流，锅底迅速释放出大量的热量，达到加热目的，其工作示意图如图1所示。

图2是现有技术中电磁炉工作的主回路的示意图，由全波整流桥、LC滤波器、电磁线圈MC、电容器C0与开关W构成。这里，所述开关W为一绝缘栅双极型晶体管IGBT。

作为输入的交流电，经过全波整流桥后被全波整流，然后经过LC滤波器，形成正弦半波电压。开关W不断地导通和断开，W导通时经整流后的输入电压Vin加在电磁线圈MC两端，电磁线圈MC流过正向电流增加，W断开时电磁线圈MC与并联的电容器C0形成高频谐振，电磁线圈MC上电压反向，流经电磁线圈MC的电流减小，流过电磁线圈MC的电流的改变形成高频磁场。高频磁场产生的交变磁力线穿过锅具，在铁质锅体内形成涡流，使锅发热，因此交变磁力线对涡流产生了决定性的作用。

下面对图2的工作状态进行分析，了解图2这种架构是如何产生交变磁场。

工作状态一：图3中示出了开关W闭合时电磁炉工作电路的电流流向。

此时，开关W闭合，设定开关W的导通时间段为Ton，整流后半波电压经过电磁线圈和闭合的开关形成回路，电磁线圈MC是一个线性电感，流过电磁线圈MC的电流持续增加。

一般而言，由于开关W的导通时间Ton较小，因此流过电磁线圈MC的电流近似为线性增加，

L·Δi_L＝V_inputsinθ·T_on (1)

公式(1)中，通过电磁线圈MC的电流为Δi_L，θ为输入电压的相位角，Vinput为输入电压Vin的峰值。由于输入电压为一正弦波形电压，Vinput·sinθ为不同相位角下的输入电压值。

由公式(1)可得，

$\mathrm{\Δ}{i}_L=\frac{V_{\mathrm{input}}\sin \mathrm{\θ}\·T_{\mathrm{on}}}{L}---\left(2\right)$

工作状态二：图4中示出了开关W断开时电磁炉中电磁线圈MC和电容器C0构成的谐振回路的电流流向。

此时，开关W断开，设定开关W的断开时间段为Toff，开关W断开后，存储在电磁线圈MC中的能量转移到并联的谐振电容器C0，形成LC谐振回路。

谐振频率为： $f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}},$

其中，L为电磁线圈MC的电感值，C为与电磁线圈并联的谐振电容器C0的电容值。

当存储在电磁线圈MC中的能量全部转移到电容器C0上后，电容器C0电压最高，此时加在开关W上的电压达到谐振波峰。

$\frac{1}{2}C{(V_{\mathrm{PEAK}}-V_{\mathrm{input}}\sin \mathrm{\θ})}^2=\frac{1}{2}\mathrm{L\Δ}{i}_L^2---\left(3\right)$

将公式(2)代入公式(3)，可得：

$V_{\mathrm{PEAK}}=V_{\mathrm{input}}\sin \mathrm{\θ}\·(1+\frac{\mathrm{Ton}}{\sqrt{\mathrm{LC}}})---\left(4\right)$

因此，开关W上谐振电压的波峰V_PEAK也和输入电压一样呈现为正弦变化。当电磁炉的功率设定在最大时，开关W的导通时间Ton也达到最大，由于交流输入电压不稳定，具有一定的波动范围为176V～264V，若输入电压为高压264V，谐振的波峰会接近1200V，甚至达到开关W的耐压值，这样开关W有可能会过压损坏。

当谐振处于波峰时，可能会对开关W造成损坏；同样，当谐振处于波谷时，也可能对开关W造成不良影响。

当电容器C0上的能量全部转移到电感上形成负向的电流，电感的能量又全部转移到电容器C0上形成反向的电压，如图5所示，开关W上的电压将达到谐振波谷，此时：

V_VALLEY＝2·V_inputsinθ-V_PEAK (5)

将公式(4)代入公式(5)，可得：

$V_{\mathrm{VALLEY}}=V_{\mathrm{input}}\sin \mathrm{\θ}(1-\frac{\mathrm{Ton}}{\sqrt{\mathrm{LC}}})---\left(6\right)$

其中，V_VALLEY为谐振的波谷电压。从上述公式(6)可见，开关上谐振的波谷电压也和交流输入电压一样呈现为正弦变化。当电磁炉的功率设定在最小时，开关的导通时间Ton也最短；由于交流输入电压不稳定有一定的波动范围在176V～264V，若输入电压为高压264V，谐振的波谷电压会超过100V甚至更高，此时如果导通开关W，该开关W会因损耗过大而被损坏。

由上可见，若对开关W上的谐振电压进行控制，包括波峰电压和波谷电压，将会提高开关W的使用寿命，增强电磁炉使用时的安全性。

以上分析在回路阻抗近似为0的条件下进行，当有电磁炉负载接入时，回路阻抗会增加，但分析方法不变。

发明内容

为了解决上述问题的一个或多个，本发明提出了一种新的对电磁炉主回路开关的谐振电压的波峰和波谷进行控制的方法。

根据本发明的一方面，提供了一种用于电磁炉的控制电路，包括：第一控制单元，将与第一参考电压和第一电压信号的电压之间的电压差相应的电流进行积分获得第二电压信号，并将作为斜坡信号的第三电压信号的电压与第二电压信号的电压进行比较以输出第一控制信号；第二控制单元，将反映第四电压信号的电压变化的第五电压信号的电压与第一阈值电压进行比较以输出第二控制信号；第一逻辑控制单元，基于分别从第一控制单元和第二控制单元输出的第一控制信号和第二控制信号输出第三控制信号以对电磁炉主回路开关进行控制，其中，第一控制单元包括：谐振波峰控制电路，对电磁炉主回路开关的谐振波峰电压进行采样，利用采样得到的谐振波峰电压生成第一补偿电流，所述第一控制单元通过将谐振波峰控制电路生成的第一补偿电流与恒定电流相加利用电容器生成作为斜坡信号的第三电压信号。

根据本发明的另一方面，其中，所述第一控制单元还包括：谐振波谷控制电路，对电磁炉主回路开关的谐振波谷电压进行采样，利用采样得到的谐振波谷电压生成第二补偿电流，其中，所述第一控制单元通过将谐振波谷控制电路生成的第二补偿电流与恒定电流相减利用电容器生成作为斜坡信号的第三电压信号。

根据本发明的另一方面，其中，在谐振波峰控制电路中，通过第一RC积分电路将采样得到的谐振波峰电压输入第一电压控制电流源的正相输入端，并将第二参考电压输入第一电压控制电流源的反相输入端以生成第一补偿电流。

根据本发明的另一方面，其中，在谐振波谷控制电路中，通过第二RC积分电路将采样得到的谐振波谷电压输入第二电压控制电流源的正相输入端，并将第三参考电压输入第二电压控制电流源的反相输入端以生成第二补偿电流。

根据本发明的另一方面，其中，在谐振波峰控制电路和谐振波谷控制电路中，分别利用电压跟随器电路将采样得到的电压输入至第一RC积分电路和第二RC积分电路。

根据本发明的另一方面，其中，在谐振波峰控制电路中，将采样得到的谐振波峰电压与第四参考电压相比较来生成第一脉冲信号，利用第一脉冲信号对经整流的输入电压进行采样，并将整流的输入电压和采样得到的输入电压分别输入到第三电压控制电流源的正相输入端和反相输入端以生成第一补偿电流。

根据本发明的另一方面，其中，在谐振波谷控制电路中，将采样得到的谐振波谷电压与第五参考电压相比较来生成第二脉冲信号，利用第二脉冲信号对经整流的输入电压进行采样，并将经整流的输入电压和采样得到的输入电压分别输入到第四电压控制电流源的正相输入端和反相输入端以生成第二补偿电流。

根据本发明的另一方面，其中，该第一逻辑控制单元为RS触发器，第一控制信号输入到RS触发器的复位端，而第二控制信号输入到RS触发器的置位端，当第一控制信号为高电平时，从第一逻辑控制单元输出的第三控制信号为低电平，电磁炉主回路开关断开；当第二控制信号为高电平时，从第一逻辑控制单元输出的第三控制信号为高电平，电磁炉主回路开关导通。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制电路，包括：斜坡信号发生器，通过包括在斜坡信号发生器中的谐振波峰控制电路对电磁炉主回路开关的谐振波峰电压进行采样，并利用采样得到的谐振波峰电压生成第一补偿电流，并且通过将谐振波峰控制电路生成的第一补偿电流与恒定电流相加利用电容器生成斜坡信号；差分积分电路，将与第一参考电压和第一电压信号的电压之间的电压差相应的电流进行积分获得第二电压信号；比较器，将作为斜坡信号的第三电压信号的电压与第二电压信号的电压进行比较以输出第一控制信号以便于控制电磁炉的主回路开关。

根据本发明的另一方面，其中所述斜坡信号发生器还包括：谐振波谷控制电路，对电磁炉主回路开关的谐振波谷电压进行采样，利用采样得到的谐振波谷电压生成第二补偿电流，其中，所述斜坡信号发生器通过将谐振波谷控制电路生成的第二补偿电流与恒定电流相减利用电容器生成斜坡信号。

根据本发明的另一方面，其中，在谐振波峰控制电路中，通过第一RC积分电路将采样得到的谐振波峰电压输入第一电压控制电流源的正相输入端，并将第二参考电压输入第一电压控制电流源的反相输入端以生成第一补偿电流。

根据本发明的另一方面，其中，在谐振波谷控制电路中，通过第二RC积分电路将采样得到的谐振波谷电压输入第二电压控制电流源的正相输入端，并将第三参考电压输入第二电压控制电流源的反相输入端以生成第二补偿电流。

根据本发明的另一方面，其中，在谐振波峰控制电路和谐振波谷控制电路中，分别利用电压跟随器电路将采样得到的电压输入至第一RC积分电路和第二RC积分电路。

根据本发明的另一方面，其中，在谐振波峰控制电路中，将采样得到的谐振波峰电压与第四参考电压相比较来生成第一脉冲信号，利用第一脉冲信号对经整流的输入电压进行采样，并将经整流的输入电压和采样得到的输入电压分别输入到第三电压控制电流源的正相输入端和反相输入端以生成第一补偿电流。

根据本发明的另一方面，其中，在谐振波谷控制电路中，将采样得到的谐振波谷电压与第五参考电压相比较来生成第二脉冲信号，利用第二脉冲信号对经整流的输入电压进行采样，并将经整流的输入电压和采样得到的输入电压分别输入到第四电压控制电流源的正相输入端和反相输入端以生成第二补偿电流。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制方法，包括：将与第一参考电压和第一电压信号的电压之间的电压差相应的电流进行积分获得第二电压信号，并将作为斜坡信号的第三电压信号的电压与第二电压信号的电压进行比较以输出第一控制信号；将反映第四电压信号的电压变化的第五电压信号的电压与第一阈值电压进行比较以输出第二控制信号；基于分别第一控制信号和第二控制信号输出第三控制信号以对电磁炉主回路开关进行控制；其中，对电磁炉主回路开关的谐振波峰电压进行采样，利用采样得到的谐振波峰电压生成第一补偿电流；通过将生成的第一补偿电流与恒定电流相加，生成作为斜坡信号的第三电压信号。

根据本发明的另一方面，其中该控制方法还包括：对电磁炉主回路开关的谐振波谷电压进行采样，利用采样得到的谐振波谷电压生成第二补偿电流，通过将生成的第二补偿电流与恒定电流相减，生成作为斜坡信号的第三电压信号。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制方法，包括：对电磁炉主回路开关的谐振波峰电压进行采样，并利用采样得到的谐振波峰电压生成第一补偿电流，并且通过将生成的第一补偿电流与恒定电流相加，生成斜坡信号；将与第一参考电压和第一电压信号的电压之间的电压差相应的电流进行积分获得第二电压信号；将作为斜坡信号的第三电压信号的电压与第二电压信号的电压进行比较以输出第一控制信号以便于控制电磁炉的主回路开关。

根据本发明的另一方面，其中该控制方法还包括：对电磁炉主回路开关的谐振波谷电压进行采样，利用采样得到的谐振波谷电压生成第二补偿电流，通过将生成的第二补偿电流与恒定电流相减，生成斜坡信号。

根据本发明的另一方面，还提供了一种包括如上所述的控制电路的电磁炉。

通过采用本发明的技术方案，可以对电磁炉的谐振电压，包括波峰和波谷电压，进行及时有效的控制，从而增加了电磁炉的安全性。

附图说明

图1示出了电磁炉的工作示意图。

图2示出了电磁炉工作的主回路的示意图。

图3示出了在电磁炉主回路的开关导通时主回路的电流流向。

图4示出了在电磁炉主回路的开关断开时电磁炉中电磁线圈和电容器构成的谐振回路的电流流向。

图5示出了当电磁炉主回路的开关断开，因为谐振而在电容器上形成反向电压时的电流流向。

图6示出了根据本发明的电磁炉系统的控制电路的结构框图。

图7示出了图6中第一控制单元的示意性结构图。

图8示出了图6中第二控制单元的示意性结构图。

图9示出了根据本发明示例性实施例对电磁炉主回路开关上的谐振电压波峰进行控制前后的波形图对比。

图10示出了根据本发明示例性实施例对电磁炉主回路开关上的谐振电压波谷进行控制前后的波形图对比。

图11示出了根据本发明第一实施例对电磁炉主回路开关上的谐振电压的波峰和波谷进行控制的控制电路。

图12A示出了根据本发明第一实施例的控制电路下波峰采样脉冲信号、谐振电压、控制电磁炉主回路开关导通和断开的gate信号、斜坡信号ramp的波形图。

图12B示出了根据本发明第一实施例的控制电路下波谷采样脉冲信号、谐振电压、控制电磁炉主回路开关导通和断开的gate信号、斜坡信号ramp的波形图。

图13示出了根据本发明第二实施例对电磁炉主回路开关上的谐振电压的波峰和波谷进行控制的控制电路。

图14A示出了不加控制时的谐振电压波峰包络、在根据本发明第二实施例的控制电路进行控制时的谐振电压波峰包络、当谐振波峰电压大于第一参考电压时生成的脉冲信号的波形图。

图14B示出了不加控制时的谐振电压波谷包络、在根据本发明第二实施例的控制电路进行控制时的谐振电压波谷包络、当谐振波谷电压大于第二参考电压时生成的脉冲信号的波形图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来对本发明进行详细的描述。本领域技术人员应该理解，本发明所示的实施例只是示例性的，并不作为对本发明的限制。本领域技术人员应该理解，上述电路可以应用于任何可以应用的场合而不仅限于对电磁炉的功率进行控制。下面，为了描述简便而将该功率控制电路应用于电磁炉的功率控制。

图6中示出了电磁炉系统控制电路的原理图。该示图仅是示例，其不应不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员在该示图的基础上将可进行适应性地变化、替代和修改。

输入电流I_in是从电网端流入电磁炉系统的电流，当电磁炉主回路上的第一开关W导通时，有输入电流I_in流入电磁炉系统；当第一开关W断开时，输入电流I_in将停止流入电磁炉系统。如图6所示，将电流检测电阻Rs与第一开关W串联连接以连接到主回路中对输入电流I_in的大小进行检测。因为电压是电阻值和电流的乘积，所以电流检测电阻R_s上的电压V_cs也就反映了输入电流I_in的大小。

如图6所示，电磁炉系统控制电路包括第一控制单元610、第二控制单元620和逻辑控制单元630。其中，逻辑控制单元630根据第一控制单元610和第二控制单元620分别输出的控制信号，输出用于控制电磁炉主回路上开关W导通和断开的控制信号gate。

第一控制单元610接收与电磁炉的设定功率相应的参考电压Vref以及与电磁炉主回路上的电流大小相应的电压信号(例如，电流检测电阻Rs上的电压信号Vcs)，对与这些信号的电压差相应的电流进行积分，然后将获得的电压与斜坡信号ramp的电压进行比较以向逻辑控制单元630输出用于控制第一开关W断开的第一控制信号off，其中，第一控制信号off是电平信号，当第一控制信号off为高电平时，可控制电磁炉主回路上的第一开关W断开。

第二控制单元620接收在电磁炉主回路中经由并联的电磁线圈MC与电容器C0(MC与C0构成谐振电路)施加到第一开关W上的电压信号Vw，并将与该信号相应的电压与阈值电压V_th进行比较以向逻辑控制单元630输出用于控制第一开关W导通的第二控制信号on。其中，第二控制信号on为电平信号。当第二控制信号on为高电平时，可通过逻辑控制单元630控制第一开关W导通。

逻辑控制单元630基于分别从第一控制单元610和第二控制单元620输出的第一控制信号off和第二控制信号on输出用于控制第一开关W的导通和断开的第三控制信号gate。

作为示例，逻辑控制单元630是RS触发器，第一控制单元610的输出连接到RS触发器的复位端，而第二控制单元620的输出连接到RS触发器的置位端。也就是说，第一控制信号off输入到RS触发器的复位端而第二控制信号on输入到RS触发器的置位端。RS触发器的输出端Q连接至第一开关W的控制端以控制第一开关W的导通和断开。这里，仅作为示例而不作为限制，第一开关W可以为绝缘栅双极型晶体管开关。

图7中示出了第一控制单元610的示意性结构图。

作为示例，如图7所示，第一控制单元610包括差分积分电路710、第一比较器720和斜坡信号发生模块730。差分积分电路710包括运算跨导放大器gm和电容器C1。根据本发明示例性实施例，将与电磁炉的设定功率相应的参考电压Vref与反映电磁炉主回路的电流大小的电压信号(例如电流检测电阻Rs上的电压信号Vcs，下文中为了描述简便，用电压信号Vcs作为示例进行描述)输入到差分积分电路710以对与这两个电压信号的电压差相应的电流进行积分。其中，与设定功率相应的参考电压Vref输入到运算跨导放大器gm的正相输入端，而电压信号Vcs输入到运算跨导放大器gm的反相输入端以根据这两个输入信号之间的电压差来调节输出电流的大小。运算跨导放大器gm的输出端连接到电容器C1，从而利用电容器C1对通过运算跨导放大器gm输出的与输入到运算跨导放大器gm的两个电压信号的电压差相应的电流进行积分，得到电容器C1上的电压信号comp。另外，电容器C1的一端(也是电容器C1与运算跨导放大器gm的输出端相连接的一端)连接到第一比较器720的反相输入端，从而将comp信号输入到第一比较器720。

第一比较器720的正相输入端输入由斜坡信号发生模块730产生的斜坡信号ramp，从而将斜坡信号ramp的电压与comp信号的电压进行比较以向逻辑控制单元630输出第一控制信号off。当斜坡信号ramp的电压高于comp信号的电压时，从第一比较器720输出(也即从第一控制单元610输出)的第一控制信号off变为高电平，从而使得从逻辑控制单元630输出的第三控制信号gate变为低电平，因此电磁炉主回路上的第一开关W断开。

斜坡信号发生模块730可包括电容器C2、电流源、第二开关W1和谐振电压控制模块。谐振电压控制模块用于根据谐振的电压值，提供用于对电容器C2进行充电的补偿电流。斜坡信号ramp与第三控制信号gate同步变化。当第一开关W导通时，也即第三控制信号gate输出高电平时，第二开关W1断开，电流源输出的恒定电流i与谐振电压控制模块输出的补偿电流一并对电容器C2充电，斜坡信号ramp的电压逐渐上升；当第一开关W断开时，也即第三控制信号gate输出低电平时，第二开关W1导通，通过第二开关W1对电容器C2快速放电，斜坡信号ramp的电压急剧下降为0。

图8中示出了第二控制单元620的示意性结构图。

作为示例，第二控制单元620包括第二比较器、电容器C3、第一电阻器R1、第二电阻R2和第三电阻R3。其中，第二电阻器R2一端输入施加到开关W上的电压信号Vw，另一端连接至第三电阻R3与由电容器C3和第一电阻器R1所形成的串联电路构成的并联电路。第一电阻器R1与电容器C3相连接的节点连接到第二比较器的反相输入端，第二比较器的正相输入端输入阈值电压V_th。第二比较器的输出端连接至逻辑控制单元630以将从其输出的第二控制信号on输入到第一逻辑控制单元630。这里，电压信号Vw经过第二电阻器R2分压后的电压，经过电容器C3微分后产生代表谐振电压(第一开关W断开后的电压信号Vw)斜率的电流，该电流流过第一电阻器R1产生电压，因而，该流过第一电阻器R1产生的电压同样代表了谐振电压的斜率。该电压与阈值电压V_th一起送入第二比较器，当该电压小于阈值电压V_th时，代表谐振到了或接近波谷，第二比较器输出的第二控制信号on变为高电平，使得逻辑控制单元630上输出的控制信号gate变为高电平，从而使电磁炉主回路上的第一开关W导通。

根据本发明示例性实施例，在第一开关W断开之后，由电磁线圈MC和电容器C0构成的谐振电路产生谐振，第二控制单元620将反映施加到第一开关W上的电压信号的变化速率的电压(例如，第一电阻器R1上的电压)与阈值电压V_th进行比较，当该电压小于阈值电压V_th时，则表示谐振到了或接近波谷，第二控制单元620输出的第二控制信号on变为高电平，从而使得逻辑控制单元630输出的gate信号变为高电平，因此第一开关W导通。

从前述的公式(4)、公式(6)可见，第一开关W的谐振电压的波峰和波谷是时间Ton的函数，具体而言，谐振电压的波峰和波谷随Ton的增加分别增大和减小。当第一开关W的谐振电压波峰超过第一参考电压时，增大斜坡信号ramp的斜率，使斜坡信号ramp的电压超过comp信号的电压所需的时间Ton缩短，从而减小第一开关W上的谐振电压波峰；当第一开关W的谐振电压的波谷超过第二参考电压时，减小斜坡信号ramp的斜率，使斜坡信号ramp的电压超过comp信号的电压所需的时间Ton延长，从而减小第一开关W上的谐振电压的波谷。

图9示出了根据本发明示例性实施例对电磁炉主回路上的第一开关W的谐振电压波峰进行控制前后的波形图对比。若不加入谐振电压的波峰控制，第一开关W上谐振电压的波峰包络随经整流后的输入电压Vin的变化而呈现为正弦波；当输入电压Vin处于波峰时，谐振电压也将处于谐振电压波峰包络的波峰位置，此时谐振电压将会超过预先设定的第一参考电压。当加入波峰电压控制后，若谐振电压的波峰超过第一参考电压，将会通过增大斜坡信号ramp的斜率而减小Ton，使谐振电压的波峰被保持于第一参考电压。

图10示出了根据本发明示例性实施例对电磁炉主回路上的第一开关W的谐振电压波谷进行控制前后的波形图对比。若不对谐振电压的波谷进行控制，第一开关W上谐振电压的波谷随输入电压Vin的变化而呈现为正弦波；当输入电压Vin处于波峰时，谐振电压也将处于谐振电压波谷包络的波峰位置，此时的谐振电压将会超过第二参考电压。当加入波谷电压控制后，若谐振电压的波谷超过第二参考电压，将会通过减小斜坡信号ramp的斜率而延长Ton，使得谐振电压的波谷控制于第二参考电压。

由于在进行谐振电压的控制时，电磁炉系统需保持预先设定的功率，因此电磁炉中的电路系统会自动调节，使谐振的波峰电压和波谷电压分别保持于第一参考电压和第二参考电压附近的时间，相比较于未进行谐振电压控制的条件下谐振电压的波峰和波谷分别超过第一参考电压和第二参考电压的时间要更长。反映到波形图上，可以直观地看到，在加入谐振电压控制后，谐振波峰电压和波谷电压分别将更快地上升到第一参考电压和第二参考电压，并且分别从第一参考电压和第二参考电压下降的速度也将更快。

图11是根据本发明示例性实施例的图6中谐振电压控制模块的一种具体实现电路。本领域技术人员应该理解，图11所示的电路结构仅是示例，其不应不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员在实施例的基础上将可进行适应性地变化、替代和修改。

该谐振电压控制模块包含谐振波峰控制部分和谐振波谷控制部分；谐振波峰控制部分中各信号的波形如图12A所示，谐振波谷控制部分中各信号的波形如图12B所示。

谐振波峰控制部分中，第三开关K1的一端输入电磁炉主回路上的开关电压Vw，第三开关K1另一端与第四电容器C4相连，第四电容器C4的另一端接地。作为示例，第四电容器C4的电容值可为10pF。第三开关K1与第四电容器C4相连的一端，与第一跟随器电路的正相输入端相连。第三开关K1受波峰采样信号控制而导通或断开，波峰采样信号为一脉冲信号，如图12A所示，当Vw在每个周期内处于Vw的波峰位置时，该波峰采样信号为高电平，第三开关K1导通。当第三开关K1导通时，第四电容器C4与第三开关K1相连的一端为谐振电压Vw的波峰电压的瞬时值Vs1；当第三开关K1断开，第四电容器C4上仍保持该波峰电压Vs1，并输入第一跟随器电路的正相输入端。第一跟随器电路的输出端与其反相输入端相连，并连接至一个由第四电阻R4和第五电容器C5构成的RC积分电路，其中第四电阻R4与第五电容器C5相连接的节点与第一电压控制电流源vccs1的正相输入端相连。第五电容器C5上的电压Vc1输入第一电压控制电流源vccs1的正相输入端。第一参考电压ref1输入第一电压控制电流源的反相输入端，第一电压控制电流源vccs生成与电压Vc1与第一参考电压ref1之间的电压差值成正比例的第一补偿电流i1，第一补偿电流i1与电流源输出的恒定电流i相加之后，对电容器C2充电生成斜坡信号ramp。

作为另一示例，在上述谐振波峰控制部分中，也可以不需要该第一跟随器电路，其余部分的电路不变。即，第三开关K1与第四电容C4相连的一端，直接与第四电阻R4和第五电容C5组成的RC积分电路相连，第五电容器C5上的电压Vc1输入第一电压控制电流源vccs1的正相输入端。

在谐振波谷控制部分中，第四开关K2的一端输入电磁炉主回路上的开关电压Vw，另一端与第六电容器C6相连，第六电容器C6的另一端接地。作为示例，第六电容器C6的电容值可为10pF。第四开关K2与第六电容器C6相连的一端，与第二跟随器电路的正相输入端相连。第四开关K2受波谷采样信号控制而导通或断开，波谷采样信号为一脉冲信号，如图12B所示，当控制电磁炉主回路的开关W的gate信号的低电平在每个周期内接近于结束时，该波谷采样信号为高电平，第四开关K2导通。当第四开关K2导通时，第六电容器C6与第四开关K2相连的一端为谐振电压Vw的波谷电压Vs2；当第四开关K2断开，第六电容器C6上仍保持该波谷电压Vs2，并输入第二跟随器电路的正相输入端。第二跟随器电路的输出端与其反相输入端相连，并连接至由第五电阻R5和第七电容器C7构成的RC积分电路，其中第五电阻R5与第七电容器C7相连接的节点与第二电压控制电流源vccs2的正相输入端相连。第七电容器C7上的电压Vc2输入第二电压控制电流源vccs2的正相输入端。第二参考电压ref2输入第二电压控制电流源vccs2的反相输入端，第二电压控制电流源vccs2生成与电压Vc2与第二参考电压ref2之间的电压差值成正比例的第二补偿电流i2，第二补偿电流i2与电流源输出的恒定电流i相减之后，对电容器C2充电生成斜坡信号ramp。

在上述谐振波峰控制部分中，也可以不需要该第二跟随器电路，其余部分的电路不变。即，第五开关K3与第六电容C6相连的一端，直接与第五电阻R5和第七电容C7组成的RC积分电路相连，第七电容器C7上的电压Vc2输入第二电压控制电流源vccs2的正相输入端。

该第一实施例中，通过闭环的方法调节斜坡信号ramp的斜率，从而将谐振电压的波峰和波谷分别控制在第一参考电压和第二参考电压附近。其中谐振波峰和波谷控制部分中RC积分电路参数的选取，以及通过第一、第二电压控制电流源vccs1、vccs2产生电流i1、i2的比例选取将会影响到最终的波峰电压和波谷电压的控制效果。

图13是根据本发明第二实施例的图6中谐振电压控制模块的一种具体实现电路。本领域技术人员应该理解，图13所示的电路结构仅是示例，其不应不适当地限制权利要求书的范围。本领域的技术人员在该实施例的基础上可进行适应性的变化、替代和修改。

该第二实施例中的控制电路包含谐振波峰控制部分和谐振波谷控制部分；谐振波峰控制部分中各信号的波形如图14A所示，谐振波谷控制部分中各信号的波形如图14B所示。

在谐振波峰控制部分中，第五开关K3的一端输入电磁炉主回路上的开关电压Vw，另一端与第八电容器C8相连，第八电容器C8的另一端接地。作为示例，第八电容器C8的电容值可为10pF。第五开关K3与第八电容器C8相连的一端，与第三比较器的正相输入端相连。第五开关K3受波峰采样信号控制而导通或断开，与第一实施例相同，该波峰采样信号为一脉冲信号，当Vw在每个周期内处于波峰位置时，该波峰采样信号为高电平，第五开关K3导通。当第五开关K3导通时，第八电容器C8与第五开关K3相连的一端为谐振电压Vw的波峰电压的瞬时值Vs1；当第五开关K3断开时，第八电容器C8上仍保持该波峰电压Vs1，并输入第三比较器的正相输入端。第一参考电压ref1输入第三比较器的反相输入端。当电压Vs1大于第一参考电压ref1时，第三比较器输出一高电平的脉冲信号Ts1，输入电压Vin通过第六开关K4输入第九电容器C9，第九电容器C9的另一端接地。作为示例，第九电容器C9的电容值可为10pF。该脉冲信号Ts1控制该第六开关K4的导通和断开。当该脉冲信号Ts1为高电平时，第六开关K4导通，第九电容器C9上的电压(也即第九电容器C9与第六开关K4相连的一端的电压)为输入电压Vin的瞬时值V1；当第六开关K4断开，第九电容器C9上仍保持该电压V1，并输入第三电压控制电流源vccs3的反相输入端。该输入电压Vin输入第三电压控制电流源vccs3的正相输入端。第三电压控制电流源vccs3生成与输入电压Vin与电压V1之间的差值成正比例的第一补偿电流i1，第一补偿电流i1与电流源输出的恒定电流i相加之后，对电容器C2充电生成斜坡信号ramp。

在谐振波谷控制部分中，第七开关K5的一端输入电磁炉主回路上的开关W的电压Vw，另一端与第十电容器C10相连，第十电容器C10的另一端接地。作为示例，第十电容器C10的电容值可为10pF。第七开关K5与第十电容器C10相连的一端，与第四比较器的正相输入端相连。第七开关K5受波谷采样信号控制而导通或断开，与第一实施例相同，该波谷采样信号为一脉冲信号，当控制电磁炉主回路的开关W的gate信号的低电平在每个周期内接近于结束时，该波谷采样信号为高电平，第七开关K5导通。当第七开关K5导通时，第十电容器C10与第七开关K5相连的一端为谐振电压Vw的波谷电压Vs2；当第七开关K5断开时，第十电容器C10上仍保持该波谷电压Vs2，并输入第四比较器的正相输入端。第二参考电压ref2输入第四比较器的反相输入端。当电压Vs2大于第二参考电压ref2时，第四比较器输出一高电平的脉冲信号Ts2。输入电压Vin通过第八开关K6与第十一电容器C11相连，第十一电容器C11的另一端接地。作为示例，第十一电容器C11的电容值可为10pF。该脉冲信号Ts2控制该第八开关K6的导通和断开。当该脉冲信号Ts2为高电平时，第八开关K6导通，第十一电容器C11与第八开关K6相连的一端为输入电压的瞬时值V2；当第八开关K6断开，第十一电容器C11上仍保持该电压V2，并输入第四电压控制电流源vccs4的反相输入端。输入电压Vin输入第四电压控制电流源vccs4的正相输入端。第四电压控制电流源vccs4生成与电压Vin与电压V2之间的差值成正比例的第二补偿电流i2，第二补偿电流i2与电流源输出的恒定电流i相减之后，对电容器C2充电生成斜坡信号ramp。

若不加控制时的谐振电压的波峰越高，加入波峰控制时，谐振电压的波峰被“削平”得越多，为了保证电磁炉的功率不发生改变，反映到“削平”后的谐振电压的波形图上，电压Vs1上升到第一参考电压ref1的时间将更短。基于上述原因，若不加控制时的谐振电压的波峰越高，当加入波峰控制时，Vs1超过第一参考电压ref1时的时刻，即脉冲信号Ts1为高电平的时刻，对应于电压Vin的相位角越小。由于在相位角越小时，电压变化越快，因此相位角越小，叠加到电流i上的第一补偿电流i1越大，Ton时间减小得越多；基于相同的原因，若不加控制时的谐振电压的波谷越高，谐振电压的波谷超过第二参考电压ref2的时刻的相位角就会越小，与电流i相减的第二补偿电流i2越大，Ton时间增加得越多。

因此，第二实施例的控制电路下，电流补偿量的大小与不加入补偿条件下谐振电压的波峰和波谷的高低是相关的。输入第三、第四电压控制电流源vccs3、vccs4的两个电压的差值与产生第一、第二补偿电流i1、i2的比例，将影响到谐振电压的控制效果。

本领域技术人员应该理解，图11和图13所示的谐振控制模块包括谐振峰值控制部分和谐振谷底控制部分只是示例，谐振峰值控制部分和谐振谷底控制部分是相对独立的电路，本发明可以只包括谐振峰值控制部分或者谐振谷底控制部分。

上述两种实施例中的控制电路，可适用于不同功率等级的电磁炉，实现在全电压输入范围内谐振电压的波峰和/或波谷的控制。在实践中，上述的第一实施例和第二实施例的适用环境有所区别；在对谐振电压的波峰和波谷最大值的精度要求比较高，且能提供较大滤波RC时间常数的条件下，可以采用第一实施例的方式进行谐振电压的控制；在对谐振电压的波峰和波谷最大值的精度要求不高，且无法提供较大滤波RC时间常数的情况下，可以采用第二实施例的方式进行谐振电压的控制。

本发明的技术方案适用于不同功率等级的电磁炉系统，可在不影响电磁炉输出功率的前提下，有效的控制谐振电压的波峰，避免电磁炉主回路上的开关因为过压而损坏，同时还可以控制谐振电压的波谷，减小主回路上开关的开通损耗，避免电磁炉的开关炸机。

以上描述了本发明的优选实施例，但是，该实施例仅是示例性的，而不是要限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同物限定。此外，尽管已经详细描述了本发明及其优势，但应该理解，可以在不脱离所附权利要求限定的本发明主旨和范围的情况下，进行各种不同的改变、替换和更改；而且，本发明的范围并不仅限于本说明书中描述的系统、方法和步骤的实施例。作为本发明普通技术人员应理解，通过本发明，现有的或今后开发的用于执行和根据本发明所采用的技术方案基本相同的方式或获得基本相同结果的方法和步骤根据本发明可以被使用。

Claims (20)

1.一种用于电磁炉的控制电路，包括：

第一控制单元，将与第一参考电压和第一电压信号的电压之间的电压差相应的电流进行积分获得第二电压信号，并将作为斜坡信号的第三电压信号的电压与第二电压信号的电压进行比较以输出第一控制信号；

第二控制单元，将反映第四电压信号的电压变化的第五电压信号的电压与第一阈值电压进行比较以输出第二控制信号；

第一逻辑控制单元，基于分别从第一控制单元和第二控制单元输出的第一控制信号和第二控制信号输出第三控制信号以对电磁炉主回路开关进行控制，

其中，第一控制单元包括：

谐振波峰控制电路，对电磁炉主回路开关的谐振波峰电压进行采样，利用采样得到的谐振波峰电压生成第一补偿电流，

所述第一控制单元通过将谐振波峰控制电路生成的第一补偿电流与恒定电流相加利用电容器生成作为斜坡信号的第三电压信号。

2.如权利要求1所述的控制电路，其中，所述第一控制单元还包括：

谐振波谷控制电路，对电磁炉主回路开关的谐振波谷电压进行采样，利用采样得到的谐振波谷电压生成第二补偿电流，

其中，所述第一控制单元通过将谐振波谷控制电路生成的第二补偿电流与恒定电流相减利用电容器生成作为斜坡信号的第三电压信号。

3.如权利要求2所述的控制电路，其中，在谐振波峰控制电路中，通过第一RC积分电路将采样得到的谐振波峰电压输入第一电压控制电流源的正相输入端，并将第二参考电压输入第一电压控制电流源的反相输入端以生成第一补偿电流。

4.如权利要求3所述的控制电路，其中，

在谐振波谷控制电路中，通过第二RC积分电路将采样得到的谐振波谷电压输入第二电压控制电流源的正相输入端，并将第三参考电压输入第二电压控制电流源的反相输入端以生成第二补偿电流。

5.如权利要求4所述的控制电路，其中，在谐振波峰控制电路和谐振波谷控制电路中，分别利用电压跟随器电路将采样得到的电压输入至第一RC积分电路和第二RC积分电路。

6.如权利要求1所述的控制电路，其中，在谐振波峰控制电路中，将采样得到的谐振波峰电压与第四参考电压相比较来生成第一脉冲信号，利用第一脉冲信号对经整流的输入电压进行采样，并将整流的输入电压和采样得到的输入电压分别输入到第三电压控制电流源的正相输入端和反相输入端以生成第一补偿电流。

7.如权利要求2或6所述的控制电路，其中，在谐振波谷控制电路中，将采样得到的谐振波谷电压与第五参考电压相比较来生成第二脉冲信号，利用第二脉冲信号对经整流的输入电压进行采样，并将经整流的输入电压和采样得到的输入电压分别输入到第四电压控制电流源的正相输入端和反相输入端以生成第二补偿电流。

8.如权利要求1所述的控制电路，其中，该第一逻辑控制单元为RS触发器，第一控制信号输入到RS触发器的复位端，而第二控制信号输入到RS触发器的置位端，当第一控制信号为高电平时，从第一逻辑控制单元输出的第三控制信号为低电平，电磁炉主回路开关断开；当第二控制信号为高电平时，从第一逻辑控制单元输出的第三控制信号为高电平，电磁炉主回路开关导通。

9.一种控制电路，包括：

斜坡信号发生器，通过包括在斜坡信号发生器中的谐振波峰控制电路对电磁炉主回路开关的谐振波峰电压进行采样，并利用采样得到的谐振波峰电压生成第一补偿电流，并且通过将谐振波峰控制电路生成的第一补偿电流与恒定电流相加利用电容器生成斜坡信号；

差分积分电路，将与第一参考电压和第一电压信号的电压之间的电压差相应的电流进行积分获得第二电压信号；

比较器，将作为斜坡信号的第三电压信号的电压与第二电压信号的电压进行比较以输出第一控制信号以便于控制电磁炉的主回路开关。

10.如权利要求9所述的控制电路，其中所述斜坡信号发生器还包括：

谐振波谷控制电路，对电磁炉主回路开关的谐振波谷电压进行采样，利用采样得到的谐振波谷电压生成第二补偿电流，

其中，所述斜坡信号发生器通过将谐振波谷控制电路生成的第二补偿电流与恒定电流相减利用电容器生成斜坡信号。

11.如权利要求10所述的控制电路，其中，在谐振波峰控制电路中，通过第一RC积分电路将采样得到的谐振波峰电压输入第一电压控制电流源的正相输入端，并将第二参考电压输入第一电压控制电流源的反相输入端以生成第一补偿电流。

12.如权利要求11所述的控制电路，其中，

在谐振波谷控制电路中，通过第二RC积分电路将采样得到的谐振波谷电压输入第二电压控制电流源的正相输入端，并将第三参考电压输入第二电压控制电流源的反相输入端以生成第二补偿电流。

13.如权利要求12所述的控制电路，其中，在谐振波峰控制电路和谐振波谷控制电路中，分别利用电压跟随器电路将采样得到的电压输入至第一RC积分电路和第二RC积分电路。

14.如权利要求10所述的控制电路，其中，在谐振波峰控制电路中，将采样得到的谐振波峰电压与第四参考电压相比较来生成第一脉冲信号，利用第一脉冲信号对经整流的输入电压进行采样，并将经整流的输入电压和采样得到的输入电压分别输入到第三电压控制电流源的正相输入端和反相输入端以生成第一补偿电流。

15.如权利要求14所述的控制电路，其中，在谐振波谷控制电路中，将采样得到的谐振波谷电压与第五参考电压相比较来生成第二脉冲信号，利用第二脉冲信号对经整流的输入电压进行采样，并将经整流的输入电压和采样得到的输入电压分别输入到第四电压控制电流源的正相输入端和反相输入端以生成第二补偿电流。

16.一种控制方法，包括：

将与第一参考电压和第一电压信号的电压之间的电压差相应的电流进行积分获得第二电压信号，并将作为斜坡信号的第三电压信号的电压与第二电压信号的电压进行比较以输出第一控制信号；

将反映第四电压信号的电压变化的第五电压信号的电压与第一阈值电压进行比较以输出第二控制信号；

基于分别第一控制信号和第二控制信号输出第三控制信号以对电磁炉主回路开关进行控制；

其中，对电磁炉主回路开关的谐振波峰电压进行采样，利用采样得到的谐振波峰电压生成第一补偿电流，并通过将生成的第一补偿电流与恒定电流相加，生成作为斜坡信号的第三电压信号。

17.如权利要求16所述的控制方法，其中还包括：

对电磁炉主回路开关的谐振波谷电压进行采样，利用采样得到的谐振波谷电压生成第二补偿电流，并通过将生成的第二补偿电流与恒定电流相减，生成作为斜坡信号的第三电压信号。

18.一种控制方法，包括：

对电磁炉主回路开关的谐振波峰电压进行采样，并利用采样得到的谐振波峰电压生成第一补偿电流，并且通过将生成的第一补偿电流与恒定电流相加，生成斜坡信号；

将与第一参考电压和第一电压信号的电压之间的电压差相应的电流进行积分获得第二电压信号；

将作为斜坡信号的第三电压信号的电压与第二电压信号的电压进行比较以输出第一控制信号以便于控制电磁炉的主回路开关。

19.如权利要求18所述的控制方法，其中还包括：

对电磁炉主回路开关的谐振波谷电压进行采样，利用采样得到的谐振波谷电压生成第二补偿电流，并通过将生成的第二补偿电流与恒定电流相减，生成斜坡信号。

20.一种包括如权利要求1-15中的任一项权利要求所述的控制电路的电磁炉。