CN104717772A - 用于电磁炉过流保护的控制电路和控制方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于电磁炉过流保护的控制电路和控制方法，所述控制电路包括：采样电路，对第一电压信号进行采样并将经采样的第一电压信号作为第一输出电压信号输出；差分放大电路，获得第一电压信号与第一输出电压信号之间的电压差相应的电压；比较器，将该电压与第一阈值电压进行比较，当该电压大于第一阈值电压时，输出第一控制信号以便于断开电磁炉主回路中的第一开关。本发明通过采用模拟电路控制的方式，对电磁炉系统进行及时的过流保护，使电磁炉系统的安全性大为提高。

Description

用于电磁炉过流保护的控制电路和控制方法

技术领域

本发明一般地涉及家用电器领域，更具体地说，本发明涉及一种对电磁炉的过流保护的控制电路和控制方法。

背景技术

电磁炉是采用磁场感应涡流原理，利用高频电流通过环形线圈，从而产生无数封闭磁场力，使锅体本身自行快速发热，从而加热锅内食物。当线圈中通过高频电流时，线圈周围产生高频交变磁场。在高频交变磁场中产生的磁力线通过导磁材料(如：铁质锅)的底部，使铁质锅底产生无数小涡流，从而使锅底迅速释放出大量的热量，达到加热目的。电磁炉的工作示意图如图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，当开关W导通时，输入电压加在电磁线圈两端，电磁线圈流过正向电流增加，当开关W断开时，电磁线圈与并联的电容形成高频谐振，电磁线圈上电压反向，流经电磁线圈的电流减小，流过线圈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。

市场上常见的电磁炉加热的控制方案就是利用上述的主回路架构，通过以微控制单元(MCU)为核心的数字控制电路实现功率调节和保护。由于输入功率等于输入电压与输入电流的乘积，其中，输入电压为电网电压，基本固定，所以通过控制输入的平均电流，即可控制整个系统的功率。输入电流是指从电网端流入系统的电流，当开关W导通时，输入电流流入，当开关W断开时，输入电流停止流入，所以通过控制开关W上的电流，即可通过控制输入电流从而控制输入功率。在数字控制的环路中，将采样输入电压和流过开关W的平均电流得到的结果进行A/D转换，得到相应的数字信号；微控制单元MCU将输入电压与输入电流相乘以计算功率，通过将计算结果与设定功率相比较，对开关W的导通时间Ton进行调节，这里，Ton的变化范围被MCU控制，每个导通时间Ton对应一个功率。这种控制方案全部采用数字电路进行控制，因为通过数字电路进行控制时，运算需要时间，因而对于瞬间电流与瞬间电压的控制往往滞后。

图3是在电磁炉工作中发生浪涌时的电压波形，输入电压V_in电压冲高，加在电磁线圈电感上的电压升高，通过电感的电流的斜率增大，因为数字电路控制的滞后反应，导通时间T_on不会实时地发生改变。因为电流斜率增大，如果导通时间T_on不变，那么T_on结束时，电流I_pk将比上一周期显著增加，根据开关W上的电压V_W将会增大，如果V_W超过开关W的耐压，开关W将会炸毁，这种情况在输入电压Vin发生浪涌时将不可避免；上述计算V_W的公式中，V_W为开关W的集电极电压峰值，I_pk为流过开关W的集电极-发射极CE电流峰值，L为电磁炉线圈电感，C为并联在电磁炉电感上的电容。即使MCU通过外加输入电压侦测电路检测到电压发生了浪涌，但MCU经过运算，最快判断需要保护开关W的运算时间是1.3us，因此断开开关W的指令发出最少具有1.3us的延迟，所以利用微控制单元MCU来对开关W进行过流保护是电磁炉安全性的一个瓶颈。

发明内容

根据本发明的示例性实施例，本发明的过流保护电路通过采用模拟电路控制，对电磁炉系统进行及时过流保护，使电磁炉系统的安全性大为提高；同时，对电磁炉的开关器件的电压，采用动态的电压阈值进行监控，可对电磁炉系统提供在所有功率和相位条件下的过流保护。

根据本发明的一方面，提供了一种控制电路，包括：采样电路，对第一电压信号进行采样并将经采样的第一电压信号作为第一输出电压信号输出；差分放大电路，获得与第一电压信号与第一输出电压信号之间的电压差相应的电压；比较器，将该电压与第一阈值电压进行比较，当该电压大于第一阈值电压时，输出第一控制信号以便于断开电磁炉主回路中的第一开关。

根据本发明的另一方面，其中，采样电路包括由运算放大器构成的电压跟随器、开关和第一电容器，该电压跟随器的输出端通过开关与第一电容器相连，第一电容器的另一端接地，第一电容器上的电压信号作为第一输出电压信号输入到差分放大电路；第一电压信号输入至该运算放大器的正相输入端；用于控制该开关导通和断开的第一采样信号的周期与控制电磁炉主回路上的第一开关导通和断开的第二控制信号的周期相同，并用于对第一电压信号的峰值电压进行采样。

根据本发明的另一方面，其中，采样电路包括由运算放大器构成的电压跟随器、两组开关电路和分别与该两组开关电路相连的第二电容器、第三电容器，其中第二电容器和第三电容器上的电压信号分别输入到该差分放大电路，第一电压信号输入至该运算放大器的正相输入端，两组开关电路内的开关分别被第二采样信号和第三采样信号控制，该第二采样信号和第三采样信号的周期分别为控制电磁炉主回路上的第一开关导通和断开的第二控制信号的周期的两倍，第二采样信号和第三采样信号叠加起来构成所述控制电磁炉主回路上的第一开关导通和断开的第二控制信号，两组开关电路中的任一组在导通时将第一电压信号输入到差分放大电路，并将两组开关电路中的另一组对第一电压信号进行采样获得的经采样的第一电压信号作为第一输出电压信号输入到差分放大电路以便该差分放大电路获得与第一电压信号和第一输出电压信号之间的电压差相应的电压。

根据本发明的另一方面，其中，第一电压信号与电磁炉主回路上的电流相应。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制电路，包括：第一控制单元，将与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；将与第一电压信号与对第一电压信号进行采样获得的第一输出电压信号之间的电压差相应的电压与第一阈值电压进行比较以输出第二控制信号；由第一控制信号和第二控制信号得到第三控制信号；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二阈值电压进行比较以输出第四控制信号；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三控制信号和第四控制信号输出第五控制信号。

根据本发明的另一方面，其中，第一控制单元包括：差分积分电路，包括第一运算跨导放大器和第一电容器，其中，通过第一运算跨导放大器生成与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并通过第一电容器对该电流进行积分以获得第二电压信号；第一比较器，将第三电压信号与第二电压信号进行比较以输出第一控制信号，其中，当第三电压信号的电压大于第二电压信号的电压时，第一控制信号变为高电平，其中，当第五控制信号为高电平时，第三电压信号的电压上升；当第五控制信号为低电平时，第三电压信号的电压变为零。

根据本发明的另一方面，其中，第一控制单元还包括过流保护模块，所述过流保护模块获得与第一电压信号与对第一电压信号进行采样获得的第一输出电压信号之间的电压差相应的电压并将该电压与第一阈值电压进行比较以输出第二控制信号，其中，当该电压大于第一阈值电压时，第二控制信号变为高电平。

根据本发明的另一方面，其中，第一控制单元还包括：

第二逻辑控制单元，由第一控制信号和第二控制信号得到第三控制信号，其中，第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号为电平信号，当第一控制信号或第二控制信号为高电平时，第三控制信号为高电平。

根据本发明的另一方面，其中，第二控制单元包括第二电容器、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第二比较器，其中，第二电阻器一端输入第四电压信号，另一端连接至第三电阻器和由第二电容器和第一电阻器所形成的串联电路构成的并联电路，并且第二电容器与第一电阻器相连接的节点处产生的第五电压信号输入至第二比较器以与第二阈值电压进行比较并输出第四控制信号，其中，当第二阈值电压大于第五电压信号的电压时，第四控制信号变为高电平。

根据本发明的另一方面，其中，第三控制信号、第四控制信号和第五控制信号为电平信号，其中，当第三控制信号为高电平时，第五控制信号为低电平，当第四控制信号为高电平时，第五控制信号为高电平。

根据本发明的另一方面，其中，逻辑控制单元为RS触发器，其中，第三控制信号输入到RS触发器的复位端，而第四控制信号输入到RS触发器的置位端。

根据本发明的另一方面，其中，所述第五控制信号用于驱动连接在电磁炉主回路中的第一开关，第一电压信号与电磁炉主回路上的电流相应，第四电压信号与施加到电磁炉主回路的该第一开关上的电压相应，参考电压与电磁炉的设定功率相应。

根据本发明的另一方面，其中，所述过流保护模块包括：采样电路，对第一电压信号进行采样并将经采样的第一电压信号作为第一输出电压信号输出；差分放大电路，获得与第一电压信号与第一输出电压信号之间的电压差相应的电压；比较器，将该电压与第一电压差进行比较，当该电压大于第一电压差时，输出第二控制信号以便于断开电磁炉主回路中的第一开关。

根据本发明的另一方面，其中，采样电路包括由运算放大器构成的电压跟随器、第二开关和第三电容器，该电压跟随器的输出端通过开关与第三电容器相连，第三电容器的另一端接地，第三电容器上的电压信号作为第一输出电压信号输入到差分放大电路；第一电压信号输入至该运算放大器的正相输入端；用于控制该第二开关导通和断开的第一采样信号的周期与控制电磁炉主回路上的第一开关导通和断开的第五控制信号的周期相同并用于对第一电压信号的峰值电压进行采样。

根据本发明的另一方面，其中，采样电路包括由运算放大器构成的电压跟随器、两组开关电路和分别与该两组开关电路相连的第四电容器、第五电容器，其中，第四电容器和第五电容器上的电压信号分别输入到该差分放大电路，第一电压信号输入至该运算放大器的正相输入端，两组开关电路内的开关分别被第二采样信号和第三采样信号控制，该第二采样信号和第三采样信号的周期分别为控制电磁炉主回路上的第一开关导通和断开的第五控制信号的周期的两倍，第二采样信号和第三采样信号叠加起来构成所述控制电磁炉主回路上的第一开关导通和断开的第五控制信号，两组开关电路中的任一组在导通时将第一电压信号输出到差分放大电路，并将与两组开关电路中的另一组在导通时对第一电压信号进行采样获得的经采样的第一电压信号作为第一输出电压信号输入到差分放大电路以便该差分放大电路获得与第一电压信号和第一输出电压信号之间的电压差相应的电压。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制方法，包括：对第一电压信号进行采样并将经采样的第一电压信号作为第一输出电压信号输出；获得与第一电压信号与第一输出电压信号之间的电压差相应的电压；将该电压与第一阈值电压进行比较，当该电压大于该第一阈值电压时，输出第一控制信号以断开电磁炉主回路的第一开关。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制方法，包括：将与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；获得与第一电压信号与对第一电压信号进行采样获得的第一输出电压信号之间的电压差相应的电压，并将该电压与第一阈值电压进行比较以输出第二控制信号；由第一控制信号和第二控制信号得到第三控制信号；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二阈值电压进行比较以输出第四控制信号；基于第三控制信号和第四控制信号输出第五控制信号。

根据本发明的另一方面，其中，当第三电压信号的电压大于第二电压信号的电压时，第一控制信号变为高电平。

根据本发明的另一方面，其中，当与第一电压信号与对第一电压信号进行采样获得的第一输出电压信号之间的电压差相应的电压大于第一阈值电压时，第二控制信号变为高电平。

根据本发明的另一方面，其中，由第一控制信号和第二控制信号得到第三控制信号，并且，第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号为电平信号，当第一控制信号或第二控制信号为高电平时，第三控制信号为高电平。

根据本发明的另一方面，其中，通过电容器和电阻器串联连接所形成的串联电路生成反映第四电压信号的电压的变化的第五电压信号，其中，当第二阈值电压大于第五电压信号的电压时，第四控制信号变为高电平。

根据本发明的另一方面，其中，第三控制信号、第四控制信号和第五控制信号为电平信号，其中，当第三控制信号为高电平时，第五控制信号为低电平，当第四控制信号为高电平时，第五控制信号为高电平。

根据本发明的另一方面，其中，当第五控制信号为高电平时，第三电压信号的电压上升；当第五控制信号为低电平时，第三电压信号的电压变为零。

根据本发明的另一方面，其中，所述第五控制信号用于驱动连接在电磁炉主回路中的第一开关，第一电压信号与电磁炉主回路上的电流相应，第四电压信号与施加到电磁炉主回路的该第一开关上的电压相应，参考电压与电磁炉的设定功率相应。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括如上所述的控制电路的电磁炉。

附图说明

图1示出了现有技术中电磁炉的工作原理示意图。

图2是现有技术中电磁炉主回路的示意图。

图3示出了电磁炉的工作电流发生浪涌时的波形。

图4示出了根据本发明示例性实施例的电磁炉功率控制电路的示意图。

图5A示出了根据本发明示例性实施例的电流检测电压的波形和阈值设置。

图5B示出了根据本发明示例性实施例的电磁炉过流保护阈值的设置。

图6A示出了根据本发明示例性的第一实施例的过流保护模块460的具体实现电路。

图6B示出了电磁炉开关的控制信号Gate、图6A所示的过流保护模块460的开关控制信号S1以及电磁炉主回路中的电流检测电压Vcs的波形图。

图7A示出了根据本发明的第二实施例的过流保护模块460的具体实现电路。

图7B示出了如图7A所示的过流保护模块460的开关控制信号S1和S2和电磁炉开关的控制信号Gate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。

图4中示出了利用模拟控制电路对电磁炉系统进行过流保护的原理图。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，当开关W导通时，有输入电流I_in流入电磁炉系统；当开关W断开时，输入电流I_in将停止流入电磁炉系统。如图4所示，将电流检测电阻Rs与开关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4所示，电磁炉功率控制电路包括第一控制单元410、第二控制单元420和第一逻辑控制单元430。当然，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进行过流保护。下面，为了描述简便，而将该过流保护电路应用于电磁炉功率控制中。

作为示例，第一控制单元410包括功率控制模块、过流保护模块460和第二逻辑控制单元470。

功率控制模块接收与设定功率相应的参考电压V_ref以及反映电磁炉系统的电流大小的电压信号(例如，电流检测电阻R_s上的电压信号V_cs)，对与这些电压信号的差相应的电流进行积分，然后将积分后获得的电压与斜坡信号ramp的电压进行比较以输出用于控制开关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，可通过逻辑控制模块输出电平信号，以控制电磁炉主回路上的开关W断开。

过流保护模块460接收反映电磁炉系统的电流大小的电压信号(例如，电流检测电阻R_s上的电压信号V_cs反映了流进开关W的电流)，将该电压信号的电压与第一阈值电压V_thoc进行比较以输出用于控制开关W断开的第二控制信号OCP off；其中，第二控制信号OCP off是电平信号，当第二控制信号OCP off为高电平时，可通过第二逻辑控制单元470输出电平信号，以控制电磁炉主回路上的开关W断开。

如图4所示，第一控制单元410包括差分积分电路440、第一比较器450、过流保护模块460和第二逻辑控制单元470；其中，功率控制模块由差分积分电路440和第一比较器450构成。

差分积分电路440包括第一运算跨导放大器gm和电容器C1。根据本发明示例性实施例，将与设定功率相应的电压V_ref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R_s上的电压信号V_cs，下文中为了描述简便，用电压信号V_cs作为示例进行描述)输入到差分积分电路440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，与设定功率相应的电压V_ref输入到第一运算跨导放大器gm的正相输入端，而电压信号V_cs输入到第一运算跨导放大器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。第一运算跨导放大器gm的输出端连接到电容器C1，从而利用电容器C1对从第一运算跨导放大器gm输出的电流进行积分，得到电容器C1上的电压信号comp。另外，电容器C1的一端(即电容器C1与第一运算跨导放大器gm相连接的一端)连接到第一比较器450的反相输入端，从而将comp信号输入到第一比较器450。

第一比较器450的正相输入端输入斜坡信号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第二逻辑控制单元470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450输出的第一控制信号off变为高电平，使得从第二逻辑控制单元470输出的第三控制信号变为高电平。此时，第二控制单元470输出的高电平的第三控制信号输入第一逻辑控制单元430，使第一逻辑控制单元430输出的控制信号gate变为低电平，因此电磁炉主回路上的开关W断开。这里，当开关W导通时，斜坡信号ramp的电压将逐渐上升；当开关W断开时，斜坡信号ramp的电压将下降为0。

过流保护模块460将电压信号V_CS与第一阈值电压V_thoc进行比较，并向第二逻辑控制单元470输出第二控制信号OCP off。这里，第二控制信号OCP off是电平信号，当电压信号V_CS的电压高于第一阈值电压V_thoc时，从过流保护模块460输出的第二控制信号OCP off将变为高电平，通过第二逻辑控制单元470输出高电平信号，以控制电磁炉主回路上的开关W断开。在发生浪涌时，输入电压将快速升高，电流快速增大，若不能及时断开开关W，通过开关W的电流将很快增长至开关W的额定安全电流。此时，通过过流保护模块460快速发出第二控制信号OCP off以断开开关W，可对电磁炉系统提供实时的保护。

作为示例，第二逻辑控制单元470为一个或门，第一比较器450和过流保护模块460的输出作为该或门的两个输入。即，当第一比较器450输出的第一控制信号off和过流保护模块460输出的第二控制信号OCP off至少一个为高电平时，第二逻辑控制单元470输出的第三控制信号将变为高电平。

第二控制单元420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)施加到开关W上的电压信号V_W，并将与该信号相应的电压与第二阈值电压V_th进行比较以向第一逻辑控制单元430输出用于控制开关W导通的第四控制信号valley on。其中，第四控制信号valley on为电平信号。当第四控制信号valley on为高电平(即在开关W断开后的电压信号V_W的谷底)时，可通过第一逻辑控制单元430控制开关W导通。

作为示例，第二控制单元420包括第二比较器480、电容器C2、第一电阻器R1、第二电阻R2和第三电阻R3。其中，第二电阻器一端输入施加到开关W上的电压信号V_W，另一端连接至第三电阻R3和由第二电容器C2和第一电阻器R1所形成的串联电路构成的并联电路。电阻器R1与电容器C2相连接的节点连接到第二比较器480的反相输入端，第二比较器480的正相输入端输入第二阈值电压V_th。第二比较器480的输出端连接至第一逻辑控制单元430以将从其输出的第四控制信号valley on输入到第一逻辑控制单元430。电压信号V_W经过第二电阻器R2后的电压，经过电容器C2微分后产生代表谐振电压(开关W断开后的电压信号V_W)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。该电压与第二阈值电压V_th一起送入第二比较器480，当该电压小于第二阈值电压V_th时，代表谐振到了或接近谷底，第二比较器480输出的第四控制信号valley on变为高电平，使得第一逻辑控制单元430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开关W导通。

根据本发明示例性实施例，在开关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420将反映施加到开关W上的电压信号的变化速率的电压(例如，第一电阻R1上的电压)与第二阈值电压V_th进行比较，当该电压小于第二阈值电压V_th时，则表示谐振达到或接近谷底，第二控制单元420输出的第四控制信号valley on变为高电平，从而使得第一逻辑控制单元430输出的gate信号变为高电平，因此开关W导通。

基于分别从第一控制单元410和第二控制单元420输出的第三控制信号和第四控制信号，第一逻辑控制单元430输出用于控制开关W的导通和断开的gate信号。

作为示例，第一逻辑控制单元430是RS触发器，第一控制单元410的输出连接到RS触发器的复位端，而第二控制单元420的输出连接到RS触发器的置位端。也就是说，第三控制信号输入到RS触发器的复位端而第四控制信号valley on输入到RS触发器的置位端。RS触发器的Q端连接至开关W的控制端以控制开关W的导通和断开。作为示例，开关W可以为绝缘栅双极型晶体管IGBT。

这里，本领域的技术人员应该理解，上面给出的电路仅作为示例的目的，本发明所述的过流保护模块460可以与其他开关控制电路相结合来对电磁炉开关W进行控制以进行过电流保护。也就是说，本发明所示的过流保护模块460可以独立于上面所述的功率控制模块、第二逻辑控制单元470和第二控制单元420而与其他控制电路相结合来控制电磁炉的开关W。

图5A、图5B中示出了本发明中所设置的第一阈值电压V_thoc的示意图。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。

如图5A所示，Gate信号用于控制开关W的导通和断开。当Gate信号为高电平时，开关W导通，电磁线圈流过的正向电流增加，流过电阻Rs的电流增加，因而电压V_cs增大，当前采样周期内电压V_cs的第一阈值电压V_thoc是通过在上一采样周期内采样得到的电压V_cs的基础上叠加电压ΔV得到。

如图5B所示，采样得到的电压V_cs的包络为一正弦波形。在上一采样周期内采样得到的电压V_cs的基础上叠加电压ΔV，得到当前采样周期内电压V_cs的第一阈值电压V_thoc。

由于在电磁炉系统正常工作的条件下，V_cs不会发生突变，通过将上一采样周期采样的电压V_cs叠加电压ΔV作为当前采样周期内第一阈值电压V_thoc的方式，可对电磁炉系统提供在所有功率和相位条件下的过流保护。当在电压发生浪涌时，由于差分积分电路440存在一定延迟，第一比较器450输出的第一控制信号off还未变成高电平；此时，由于输入电压升高，电流随之增大，V_cs会冲高而超过第一阈值电压V_thoc，从而可在电压发生浪涌时使第二控制信号OCP off变为高电平，控制开关W断开以提供快速的过流保护。采用这种过流保护的方式，过流保护模块460的反应延迟时间在100ns以内；而电压发生浪涌时，数字控制电路发出指令最少1.3us的延迟。因此发生浪涌时这种过流保护方式较数字控制，反映保护时间大为提前，及时可靠。

相比上述方式而言，若将第一阈值电压V_thoc设为某个固定值，例如，将第一阈值电压V_thoc设定为V_CSmax+ΔV，其中V_CSmax为电压Vcs在其包络的波峰电压；当在如图5B所示的包络的底部或半腰处发生浪涌时，将可能无法及时断开开关W而提供保护。

图6A示出了根据本发明示例性的第一实施例的过流保护模块460的一种具体实现电路。本领域技术人员应该理解，图6A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示图的基础上将可进行适应性地变化、替代和修改。

图6B示出了电磁炉开关的控制信号Gate、图6A所示的过流保护模块460中的开关控制信号S1，以及电磁炉主回路中的电流检测电压Vcs的波形图。

作为示例，图6A所示的示例性电路包括电压跟随采样电路610，差分放大电路620和第三比较器630。

采样电路610包括一个电压跟随器、开关k1和一个采样电容C3。该电压跟随器包含一个运算放大器，电压信号V_cs输入该运算放大器的正相输入端，该运算放大器的反相输入端与其输出端相连，运算放大器的输出即为该电压跟随器的输出。该电压跟随器的输出端通过该开关k1与该采样电容C3相连。由于电压跟随器的放大倍数恒小于且接近于1，因此该电压跟随器的输出电压近似为V_cs。电压跟随器可将其正相输入端和输出端的电路进行隔离。

电压跟随器的输出端与开关k1相连，开关k1的另一端与采样电容C3串联，C3的另一端接地。开关k1受如图6B中的采样信号S1控制而导通或断开，其中该采样信号S1的周期与控制开关W导通和断开的Gate信号的周期相同，当Gate信号为高电平且该高电平信号接近于结束时，S1为高电平。当S1为高电平时，开关k1导通；当S1为低电平时，开关k1断开，此时采样电容C3保持开关k1导通时电压跟随器的输出电压，该被保持的电压V_cs为Gate信号的每个周期内的峰值电压V_{cs_pk}。

作为一个示例，差分放大电路620包括第二运算跨导放大器gm1和第四电阻器R4。该开关k1与采样电容C3相连接的节点，与该第二运算跨导放大器gm1的反相输入端相连，第二运算跨导放大器gm1的反相输入为采样电路610的输出电压V_{cs_pk}，即Gate信号的上一周期内的电压峰值；Gate信号当前周期内的电压V_cs(也即电流检测电阻Rs上的电压)输入第二运算跨导放大器gm1的正相输入端，该第二运算跨导放大器gm1的输出端与第四电阻R4串联，R2的另一端接地。

差分放大电路620的输出端与第四电阻R4相连的节点与第三比较器630的正相输入端相连，第三比较器630的反相输入端的输入为图5A中所示的电压ΔV，输出为第二控制信号OCP off。第二运算跨导放大器gm1根据V_{cs_pk}和V_cs之间的电压差值，根据设定的比例生成电流；该电流经过第四电阻R4，产生压降；因此，差分放大电路620输出与V_{cs_pk}和V_cs之间的电压差相应的电压，当该电压大于第三比较器630的反相输入端的输入ΔV时，第二控制信号OCP off变为高电平，控制开关W断开。

在第一实施例中，虽可在电压发生浪涌时，及时使第二控制信号OCPoff变为高电平而断开开关W，但该实施例中仅使用了一个采样电容C3。当在采样信号S1为高电平时，若电压发生浪涌，将错过检测，无法使第二控制信号OCP off变为高电平。

图7A示出了根据本发明示例性的第二实施例的过流保护模块460的另一种具体实现电路。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。

图7B示出了如图7A所示的过流保护模块460的开关控制信号S1和S2以及电磁炉开关的控制信号Gate的波形图。

作为示例，图7A所示的示例性电路包括采样电路710，差分放大电路720和第四比较器730。

采样电路710包括一个电压跟随器、两组开关电路和分别与该两组开关电路相连的电容C4、C5。该电压跟随器包含一个运算放大器，电压Vcs作为该运算放大器正相输入端的输入，该运算放大器的反相输入端与其输出端相连。运算放大器的输出即为该电压跟随器的输出。由于电压跟随器的放大倍数恒小于且接近于1，因此该电压跟随器的输出电压近似为Vcs。电压跟随器可将其正相输入端和输出端的电路进行隔离。

两组开关电路及与其相连的电容之间的连接关系如图7A所示。每组开关电路中，分别包括三个开关，第一个开关与后两个并联的开关串联，在串联的连接节点处，连接有一个采样电容。作为示例，第一组开关电路包括采样电容C4，第二组开关电路包括C5，采样电容C4、C5的另一端接地。两组开关电路中的第一个开关分别被第二采样信号S2或第三采样信号S3控制；每组开关电路的两个并联开关分别被第二采样信号S2或第三采样信号S3控制。第一组开关电路的并联开关中被第二采样信号S2控制的开关，与第二组开关电路的并联开关中被第三采样信号S3控制的开关相连，作为该采样电路的第一输出端；第一组开关电路的并联开关中被第三采样信号S3控制的开关，与第二组开关电路的并联开关中被第二采样信号S2控制的开关相连，作为该采样电路的第二输出端。当第二采样信号S2或第三采样信号S3为高电平时，相应的一组开关电路导通。

如图7B所示，采样信号S2、S3的周期均为Gate信号的两倍，且每个周期内，S2或S3为高电平的时间长度与Gate信号在其每个周期内为高电平的时间相等。当S2为高电平时，S3为低电平；且当S3为高电平时，S2为低电平。因此，Gate信号可视为采样信号S2和S3的叠加。

差分放大电路720包括一个第三运算跨导放大器gm2及一个第五电阻R5，其连接方式与第一实施例中的差分放大电路620的连接方式相同。采样电路710的第一输出端与该差分放大器的正相输入端相连，采样电路710的第二输出端与该差分放大器的反相输入端相连。由图7A中的电路结构可见，当Gate信号为高电平时，无论是S2还是S3为高电平，两组开关电路有且仅有一组处于导通状态；且无论哪一组开关电路导通，电压跟随器的输出电压V_cs将被输入至差分放大电路720中第三运算跨导放大器gm2的正相输入端，而上一采样周期内采样得到的峰值电压V_{cs_pk}将被输入至第三运算跨导放大器gm2的反相输入端。

第四比较器730的正相输入端的输入为差分放大电路720的输出，反相输入端的输入为图5A中所示的电压ΔV，输出为第二控制信号OCP off。第三运算跨导放大器gm2根据V_{cs_pk}和V_cs之间的电压差值，根据设定的比例生成电流；该电流经过第五电阻R5，产生压降；因此，差分放大电路720输出与V_{cs_pk}和V_cs之间的电压差相应的电压，当该电压大于第四比较器730的反相输入端的输入ΔV时，第二控制信号OCP off变为高电平，控制开关W断开。

根据本发明的示例性实施例，通过采用上述的过流保护模块，可对电磁炉的开关电压进行实时监控，并在该开关的电压超过预先设定的阈值时，及时发出控制信号以断开该开关，从而为该电磁炉提供及时的过流保护。

另外，根据本发明示例性实施例，本发明采用功率控制模块和第二控制单元从而利用闭环调节开关的导通时间控制电磁炉的功率，使电磁炉在任何设定功率下都可以处于连续工作状态，实现了电磁炉在全电压输入范围内不间断地连续工作，实现高功率因数的电磁炉系统。另外，根据本发明示例性实施例，通过采用闭环方式的模拟电路可更精确快速地控制电磁炉的功率。

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，可以在不背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 (25)

1.一种控制电路，包括：

采样电路，对第一电压信号进行采样并将经采样的第一电压信号作为第一输出电压信号输出；

差分放大电路，获得与第一电压信号与第一输出电压信号之间的电压差相应的电压；

比较器，将该电压与第一阈值电压进行比较，当该电压大于第一阈值电压时，输出第一控制信号以便于断开电磁炉主回路中的第一开关。

2.如权利要求1所述的控制电路，其中，采样电路包括由运算放大器构成的电压跟随器、开关和第一电容器，该电压跟随器的输出端通过开关与第一电容器相连，第一电容器的另一端接地，第一电容器上的电压信号作为第一输出电压信号输入到差分放大电路；第一电压信号输入至该运算放大器的正相输入端；用于控制该开关导通和断开的第一采样信号的周期与控制电磁炉主回路上的第一开关导通和断开的第二控制信号的周期相同，并用于对第一电压信号的峰值电压进行采样。

3.如权利要求1所述的控制电路，其中，采样电路包括由运算放大器构成的电压跟随器、两组开关电路和分别与该两组开关电路相连的第二电容器、第三电容器，其中第二电容器和第三电容器上的电压信号分别输入到该差分放大电路，第一电压信号输入至该运算放大器的正相输入端，两组开关电路内的开关分别被第二采样信号和第三采样信号控制，该第二采样信号和第三采样信号的周期分别为控制电磁炉主回路上的第一开关导通和断开的第二控制信号的周期的两倍，第二采样信号和第三采样信号叠加起来构成所述控制电磁炉主回路上的第一开关导通和断开的第二控制信号，两组开关电路中的任一组在导通时将第一电压信号输入到差分放大电路，并将两组开关电路中的另一组对第一电压信号进行采样获得的经采样的第一电压信号作为第一输出电压信号输入到差分放大电路以便该差分放大电路获得与第一电压信号和第一输出电压信号之间的电压差相应的电压。

4.如权利要求1-3中任一项所述的控制电路，其中，第一电压信号与电磁炉主回路上的电流相应。

5.一种控制电路，包括：

第一控制单元，将与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；将与第一电压信号与对第一电压信号进行采样获得的第一输出电压信号之间的电压差相应的电压与第一阈值电压进行比较以输出第二控制信号；由第一控制信号和第二控制信号得到第三控制信号；

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二阈值电压进行比较以输出第四控制信号；

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三控制信号和第四控制信号输出第五控制信号。

6.如权利要求5所述的控制电路，其中，第一控制单元包括：

差分积分电路，包括第一运算跨导放大器和第一电容器，其中，通过第一运算跨导放大器生成与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并通过第一电容器对该电流进行积分以获得第二电压信号；

第一比较器，将第三电压信号与第二电压信号进行比较以输出第一控制信号，其中，当第三电压信号的电压大于第二电压信号的电压时，第一控制信号变为高电平，其中，当第五控制信号为高电平时，第三电压信号的电压上升；当第五控制信号为低电平时，第三电压信号的电压变为零。

7.如权利要求6所述的控制电路，其中，第一控制单元还包括过流保护模块，所述过流保护模块获得与第一电压信号与对第一电压信号进行采样获得的第一输出电压信号之间的电压差相应的电压并将该电压与第一阈值电压进行比较以输出第二控制信号，其中，当该电压大于第一阈值电压时，第二控制信号变为高电平。

8.如权利要求7所述的控制电路，其中，第一控制单元还包括：

第二逻辑控制单元，由第一控制信号和第二控制信号得到第三控制信号，其中，第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号为电平信号，当第一控制信号或第二控制信号为高电平时，第三控制信号为高电平。

9.如权利要求8所述的控制电路，其中，第二控制单元包括第二电容器、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器和第二比较器，其中，第二电阻器一端输入第四电压信号，另一端连接至第三电阻器和由第二电容器和第一电阻器所形成的串联电路构成的并联电路，并且第二电容器与第一电阻器相连接的节点处产生的第五电压信号输入至第二比较器以与第二阈值电压进行比较并输出第四控制信号，其中，当第二阈值电压大于第五电压信号的电压时，第四控制信号变为高电平。

10.如权利要求9所述的控制电路，其中，第三控制信号、第四控制信号和第五控制信号为电平信号，其中，当第三控制信号为高电平时，第五控制信号为低电平，当第四控制信号为高电平时，第五控制信号为高电平。

11.如权利要求9所述的控制电路，其中，逻辑控制单元为RS触发器，其中，第三控制信号输入到RS触发器的复位端，而第四控制信号输入到RS触发器的置位端。

12.如权利要求5所述的控制电路，其中，所述第五控制信号用于驱动连接在电磁炉主回路中的第一开关，第一电压信号与电磁炉主回路上的电流相应，第四电压信号与施加到电磁炉主回路的该第一开关上的电压相应，参考电压与电磁炉的设定功率相应。

13.如权利要求7所述的控制电路，其中，所述过流保护模块包括：

采样电路，对第一电压信号进行采样并将经采样的第一电压信号作为第一输出电压信号输出；

差分放大电路，获得与第一电压信号与第一输出电压信号之间的电压差相应的电压；

比较器，将该电压与第一电压差进行比较，当该电压大于第一电压差时，输出第二控制信号以便于断开电磁炉主回路中的第一开关。

14.如权利要求13所述的控制电路，其中，采样电路包括由运算放大器构成的电压跟随器、第二开关和第三电容器，该电压跟随器的输出端通过开关与第三电容器相连，第三电容器的另一端接地，第三电容器上的电压信号作为第一输出电压信号输入到差分放大电路；第一电压信号输入至该运算放大器的正相输入端；用于控制该第二开关导通和断开的第一采样信号的周期与控制电磁炉主回路上的第一开关导通和断开的第五控制信号的周期相同并用于对第一电压信号的峰值电压进行采样。

15.如权利要求13所述的控制电路，其中，采样电路包括由运算放大器构成的电压跟随器、两组开关电路和分别与该两组开关电路相连的第四电容器、第五电容器，其中，第四电容器和第五电容器上的电压信号分别输入到该差分放大电路，第一电压信号输入至该运算放大器的正相输入端，两组开关电路内的开关分别被第二采样信号和第三采样信号控制，该第二采样信号和第三采样信号的周期分别为控制电磁炉主回路上的第一开关导通和断开的第五控制信号的周期的两倍，第二采样信号和第三采样信号叠加起来构成所述控制电磁炉主回路上的第一开关导通和断开的第五控制信号，两组开关电路中的任一组在导通时将第一电压信号输出到差分放大电路，并将与两组开关电路中的另一组在导通时对第一电压信号进行采样获得的经采样的第一电压信号作为第一输出电压信号输入到差分放大电路以便该差分放大电路获得与第一电压信号和第一输出电压信号之间的电压差相应的电压。

16.一种控制方法，包括：

对第一电压信号进行采样并将经采样的第一电压信号作为第一输出电压信号输出；

获得与第一电压信号与第一输出电压信号之间的电压差相应的电压；

将该电压与第一阈值电压进行比较，当该电压大于该第一阈值电压时，输出第一控制信号以断开电磁炉主回路的第一开关。

17.一种控制方法，包括：

将与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；获得与第一电压信号与对第一电压信号进行采样获得的第一输出电压信号之间的电压差相应的电压，并将该电压与第一阈值电压进行比较以输出第二控制信号；由第一控制信号和第二控制信号得到第三控制信号；

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二阈值电压进行比较以输出第四控制信号；

基于第三控制信号和第四控制信号输出第五控制信号。

18.如权利要求17所述的控制方法，其中，当第三电压信号的电压大于第二电压信号的电压时，第一控制信号变为高电平。

19.如权利要求18所述的控制方法，其中，当与第一电压信号与对第一电压信号进行采样获得的第一输出电压信号之间的电压差相应的电压大于第一阈值电压时，第二控制信号变为高电平。

20.如权利要求19所述的控制方法，其中，由第一控制信号和第二控制信号得到第三控制信号，并且，第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号为电平信号，当第一控制信号或第二控制信号为高电平时，第三控制信号为高电平。

21.如权利要求20所述的控制方法，其中，通过电容器和电阻器串联连接所形成的串联电路生成反映第四电压信号的电压的变化的第五电压信号，其中，当第二阈值电压大于第五电压信号的电压时，第四控制信号变为高电平。

22.如权利要求21所述的控制方法，其中，第三控制信号、第四控制信号和第五控制信号为电平信号，其中，当第三控制信号为高电平时，第五控制信号为低电平，当第四控制信号为高电平时，第五控制信号为高电平。

23.如权利要求17所述的控制方法，其中，当第五控制信号为高电平时，第三电压信号的电压上升；当第五控制信号为低电平时，第三电压信号的电压变为零。

24.如权利要求16所述的控制方法，其中，所述第五控制信号用于驱动连接在电磁炉主回路中的第一开关，第一电压信号与电磁炉主回路上的电流相应，第四电压信号与施加到电磁炉主回路的该第一开关上的电压相应，参考电压与电磁炉的设定功率相应。

25.一种包括如权利要求1-15中的任一项权利要求所述的控制电路的电磁炉。