CN105517218B - 一种宽功率电磁加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽功率电磁加热装置。一种宽功率电磁加热装置，包括电磁加热装置主体，该电磁加热装置包括并联谐振电路和控制电路，控制电路产生驱动信号，驱动信号为矩形波，驱动信号包括第一信号，第一信号脉冲宽度在5us至50us之间，第一信号控制所述电磁加热装置输出高功率，包括市电相位检测电路，市电相位检测电路检测市电相位角度输出相位信号，控制电路根据所述相位信号在市电相位为谷值电位时产生第二信号，第二信号脉冲宽度在0.1us至2us之间，控制电路延时1.5ms±1ms后关闭第二信号，同时输出第一信号，控制电路延时20ms±5ms后关闭第一信号。

Description

一种宽功率电磁加热装置

技术领域

本发明涉及电磁加热装置，更为具体地说是对利用并联谐振电路产生电磁加热的装置的驱动信号的改进。

背景技术

目前，本发明所属技术领域的电磁加热装置常见的有电磁炉和电磁饭煲，它们利用高频电磁加热的原理，为我们提供了良好的灶具，现有技术包括一电磁加热装置主体，电磁加热装置主体包括并联谐振电路和控制电路，并联谐振电路的核心器件通常是IGBT，控制电路通常由单片机及外围元件实现。电磁加热装置的工作原理有许多文献叙述，例如专利号码2012101617809、2008202043143、2005200638254，这些文献的要点概括为，用约脉冲宽度6us去检锅，完成后从8us开始工作，逐步增加脉冲宽度，约5秒钟达到设定脉冲宽度，也就是达到设定功率，最大功率2500W时对应的脉冲宽度一般为28us，这些电路形态在电磁加热装置范围内获得广泛运用。但是，因为并联谐振电路结构的特点，对应地表现出的缺点是：有限的性能导致电磁加热装置功率变化范围有限，低功率的值通常在1000W左右，再低的值常用间歇工作的方式来实现，成本较低但是不方便顾客使用，性价比一般。例如专利号码2012101617809、2008202043143、2011202647658、2012200162924和2015202059387，这些文献提出的宽功率加热方式，有一定的效果，但是增加了一些结构空间，也增加了一些成本，安装实施不方便，性价比也一般，目前只能在有限的范围取得实际使用。

发明内容

本发明的目的在于，通过改进现有的电磁加热装置的驱动信号，进一步提升电磁加热装置的功能和性能，提供一种较高性价比的宽功率电磁加热装置。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：一种宽功率电磁加热装置，包括电磁加热装置主体，该电磁加热装置包括并联谐振电路和控制电路，控制电路产生驱动信号，驱动信号为矩形波，驱动信号包括第一信号，第一信号脉冲宽度在5us至50us之间，第一信号控制所述电磁加热装置输出高功率，包括市电相位检测电路，市电相位检测电路检测市电相位角度输出相位信号，控制电路根据所述相位信号在市电相位为谷值电位时产生第二信号，第二信号脉冲宽度在0.1us至2us之间，控制电路延时1.5ms±1ms后关闭第二信号，同时输出第一信号，控制电路延时20ms±5ms后关闭第一信号。

在一些实施方式中，第二信号脉冲宽度优选在0.2us至0.9us之间。

在一些实施方式中，第二信号脉冲宽度优选在0.3us至0.7us之间。

在一些实施方式中，市电相位检测电路为市电过零检测电路。

根据上述的内容，该技术领域的技术人员结合已有技术得知：

电磁加热装置主体包括机壳和按键及主电路板，主电路板上的并联谐振电路和控制电路等是已有技术，控制电路的输出与并联谐振电路联接，控制电路通常由单片机及外围电路来实现，控制电路产生第一矩形波信号，其脉冲宽度通常在5us至50us之间，这些也是已有技术，通常认为小于8us的脉冲宽度在实际工作中是非常危险的，实际测试中表明，用5us至8us工作几分钟可能会损坏电路，在驱动信号为小脉冲宽度时不能很好谐振，小脉冲宽度驱动信号只能用于检锅用途，因此脉冲宽度5us以下的驱动信号被现有技术认为是无用的且是非常危险的，但是，本发明电磁加热装置所述的第二信号的脉冲宽度在0.1us至2us之间，却不是已有技术，也不能被本行业技术人员已知或者推理得知，本发明的方案打破现有技术偏见，越过最危险的3us至7us区域，脉冲宽度在0.1us至2us之间有比较好的性能，脉冲宽度在0.2us至0.9us之间有更好的性能，本发明所述第二信号脉冲宽度以当前技术和需求优选在0.3us至0.7us之间，再明确的叙述是：本发明本质是创新地提供了脉冲宽度在0.1us至2us之间的驱动信号，让宽功率电磁加热装置有了更宽的工作范围，多了一个全新的工作模式，有效解决开关管的损耗及电压电流峰值，在加热功率控制方面有较优秀的效果，根据本发明宽功率电磁加热装置所述的第二信号去产生不同的功率状态，较佳的实施例和这种结合产生的优点却可以根据已有知识推理得知，用增加较少的成本，明显优化了电磁加热装置的工作环境，工作更稳定可靠，提高了可靠性，提供一种较高性价比的宽功率电磁加热装置，这样就实现了本发明的所述目的，综合叙述，本发明有较为明显的实质性特点和进步，打破了技术偏见，拓展了工作脉冲宽度的空间，为窄脉冲宽度信号在电磁加热装置的运用提供了指引，这种特点和进步是该人员根据已有技术不能进行推知与实现的，根据本发明本质技术作出各种适于实用的实施形态及优点却是显而易见和易于推知的。本发明是该技术领域的一个发明，而不是该技术领域的全部发明，不是已知或者不能推理得知的技术的形态，则是在本发明基础上形成一从属于本发明的新的发明创造。

附图说明

图1是本发明的第一优选实施例的方框示意图；

图2是已有技术第一信号的示意图；

图3是本发明第二信号的第一优选形态的示意图；

图4是已有技术的第一反压波形的示意图；

图5是已有技术的第二反压波形的示意图；

图6是本发明第一反压波形的示意图；

图7是本发明第二反压波形的示意图；

图8是本发明的第二优选实施例的方框示意图；

图9是本发明第二信号的第二优选形态的第一示意图；

图10是本发明第二信号的第二优选形态的第二示意图；

图11是本发明第二信号的第三优选形态的第一示意图；

图12是本发明第二信号的第三优选形态的第二示意图；

图13是本发明第二优选实施例的一反压波形示意图；

附图标记说明：

控制电路a1、锅具a2、市电输入点c1、反压点c2；

线盘L、电容C、开关管Q；

已有技术第一信号b1；

本发明第二信号b2；

已有技术第一信号脉冲宽度t1；

已有技术第一信号低电平时间t2；

本发明第二信号脉冲宽度t3；

本发明第二信号低电平时间t4；

反压点c2的输入电位u1；

已有技术第一反压波形d1、及其反压台阶h1、导通时间k1；

已有技术第二反压波形d2、及其反压台阶h2、导通时间k2；

本发明第一反压波形d3、及其反压台阶h3、导通时间k3；

本发明第二反压波形d4、及其反压台阶h4、导通时间k4；

反压台阶h4的示波器可见部分e1、示波器隐藏部分e2；

已有技术第一信号工作时间T1、T6；已有技术第一信号停止时间T2；

本发明第二信号工作时间T3、T4、T5；

市电相位信号f1；谷值电位g1；

的k4，从反压台阶h1、h2、h3和h4方面看，它们的关系是h1＜h2＜h3＜h4，与导通时间相反；从可靠性方面看，反压台阶越高可靠性越差，但是驱动信号b2的脉冲宽度＜2us把电流值限定在非常安全的范围内，也就说开关管Q在开通时虽然有近300V的电压，但是在电流值逐渐上升的初期就关闭开关管Q了，使得电压、电流和导通时间的乘积会有一个较小的值，此时以至于可以忽略反压台阶的影响，图4中因为导通时间k4非常小，以至于示波器不能显示波形e2，只能显示e1部分；而已有技术驱动信号b1的脉冲宽度＞5us，使得电压、电流和导通时间的乘积会有一个较大的值，这个值越大越危险。

最终在实际生产中，高功率1500W可以由已有技术去实现，低功率状态的驱动信号b2的脉冲宽度可以在0.1us至2us之间选择，综合当前各方面的技术，驱动信号b2的值在0.2us至0.9us之间会有一个较好的性价比，驱动信号b2的值在0.3us至0.7us之间会有一个最好的性价比，此时对应的占空比在0.3％至9％之间，及占空比在0.6％至4％之间，使本发明驱动信号单独连续工作几十分钟的功率为200W，实现保温等功能。

实施例2

以常用的电磁加热装置电磁炉作为第二优选实施例，电磁炉需要200W至1000W的功率值，只需要在第二优选实施例基础上再改良，其方框原理见图8，其优选驱动信号见图9，图9提供与已有技术的又一种组合形式，在图中，高功率的第一信号工作时间T1后，停止工作的时间T2，再转换为第二信号的工作时间T3，T1、T2和T3的值可以根据功率指标来选用，通常为20ms，T2也可以为零。这样，可以在第一优选实施例的200W和1500W的基础上，产生新的功率值，实现200至1500W之间功率的自由选择，图10为图9所述驱动信号提供了放大波形；图11提供了第二信号与已有技术第一信号的又一种组合形式，在图11中，驱动信号工作时间T4后，停止工作的时间T2，再转换为驱动信号的工作时间T4，T4和T2的值可以根据功率指标来选用，通常为20ms，T2也可以为零；这样，也可以在第一优选实施例的200W和1500W的基础上，产生新的功率值，实现200至1500W之间功率的自由选择，图12为图11所述驱动信号提供了放大波形，图13为图11所述驱动信号提供了c2点的反压波形；结合附图，为进一步提升性能，对第二信号和第一信号的工作时间启动点进行优化，在经过驱动信号停止工作的时间T2后反压点c2的输入电位u1为300V左右，在这种条件下启动第一信号会有很大的噪音“咔嗒”，启动第二信号也会有一点噪音“吱”，选择在谷值电位g1的位置启动第二信号或者第一信号工作可以减小噪音，图12，市电相位检测电路检测市电相位角度输出相位信号f1，控制

下面结合附图、已有技术和具体实施方式对本发明作更详细叙述。下面所述的每一实施例是本发明的一种表现形式，本发明的实施形态却并不局限于用于举例叙述的优选实施例，为了清楚显示出本发明的原理，所有附图进行了优化，不能限定图中的形状及比例关系。

具体实施方式

实施例1

以常用的电磁加热装置电磁饭煲作为第一优选实施例，其方框原理见图1，线盘L、电容C和开关管Q构成并联谐振电路，控制电路通常由单片机及外围电路来实现，电磁饭煲主体的其它部分和基本功能部分，例如电源系统、人机界面等不是本发明创新的要点，故省略；控制电路产生驱动信号去控制开关管Q工作，能量从市电输入点c1得到300V，在反压点c2处把u1产生脉冲电压，致线盘L产生高频交变磁场，使锅具a2感应发热；驱动信号通常是矩形波，通过单片机改变其脉冲宽度可以实现不同的功能，本发明的第二信号b2，其脉冲宽度t3可以实现本发明所述的目的和效果，对比第一信号能更好体现，图2中第一信号b1的脉冲宽度t1，低电平时间t2，图3中第二信号b2第一优选的脉冲宽度t3，低电平时间t4，t1的值通常为6us至30us，t2的值由电路参数产生，通常为15us至30us，因此占空比范围通常为20％-50％，t3的值优选为0.1us至2us，t4的值也由电路参数产生，通常为10us至30us，因此占空比的范围为0.3％-20％，对比图和文字所述明显得出本发明的驱动信号b2与已有技术驱动信号b1的脉冲宽度明显不同，驱动信号b2在实际生产中未曾使用，也未公开提出过，例如实现400W的低功率，第二信号优选为2us，实现300W的低功率，第二信号优选为1us，实现200W的低功率，第二信号优选为0.5us，正在使用的单片机有输出窄脉冲功能，则不增加成本，升级单片机只需要少量成本，这样的方式实现连续低功率加热的性价比较好。

下面结合图4、5、6、7对本发明作进一步分析，两种不同的驱动信号会有不同的效果产生，市电输入点c1的电压u1，通过并联谐振电路后，在反压点c2处产生脉冲电压的波形d1、d2、d3、d4，t1为15us时产生的反压波形d1，t1为6us时产生的反压波形d2，t3为2us时产生的反压波形d3，t3为0.1us时产生的反压波形d4，波形d1和d2相似，波形d3和d4相似，但是d1或者d2与d3或者d4却有明显区别，这说明虽然t1与t3区别只有几us，但是造成的结果却明显差异，从脉冲宽度t1和t3方面看，以及从波形上来看，波形d1的导通时间k1大于波形d2的k2，波形d2的导通时间k2大于波形d3的k3，波形d3的导通时间k3大于波形d4

电路a1接受相位相位信号f1后，根据市电的正弦波关系计算出谷值电位g1的时刻，谷值电位优选在180±30度或者360±30度，启动驱动信号最佳时刻在160度或者320度，关闭驱动信号最佳时刻在190度或者370度，市电相位检测电路从性能上选用电压比较器电路，从成本上选用过零检测电路，过零检测电路优选三极管开关电路，在谷值电位g1的位置启动第二信号工作，可以实现微小的噪音“沙沙”，利用第二信号启动工作时噪音小的优点，作为第一信号工作前的过渡也是较佳的实施方式，过渡时间优选在5us至3ms之间，结合图11、12、13，在工作时间T4中，第二信号和第一信号的比例可以进一步优化，例如，工作时间T4为20ms±5ms，其中第二信号工作时间T5最佳为1ms，第一信号工作时间T6为19ms；再具体叙述是，实现100W功率的驱动信号工作模式为：第一信号用脉冲宽度为0.5us连续工作；实现100W功率的驱动信号工作模式也可以为：在谷值电位g1的位置启动第二信号工作1ms后，启动第二信号工作20ms，停止工作60ms，再在谷值电位g1的位置启动第二信号工作1ms，依此循环；实现200W功率的驱动信号工作模式为：在谷值电位g1的位置启动第二信号工作1ms后，启动第二信号工作20ms，停止工作40ms，再在谷值电位g1的位置启动第二信号工作1ms，依此循环；实现400W功率的驱动信号工作模式为：在谷值电位g1的位置启动第二信号工作1ms后，启动第二信号工作20ms，停止工作20ms，再在谷值电位g1的位置启动第二信号工作1ms，依此循环；实现600W功率的驱动信号工作模式为：在谷值电位g1的位置启动第二信号工作1ms后，启动第二信号工作40ms，停止工作40ms，再在谷值电位g1的位置启动第二信号工作1ms，依此循环；实现800W功率的驱动信号工作模式为：在谷值电位g1的位置启动第二信号工作1ms后，启动第二信号工作40ms，停止工作20ms，再在谷值电位g1的位置启动第二信号工作1ms，依此循环；实现1000W功率的驱动信号工作模式为：在谷值电位g1的位置启动第二信号工作1ms后，启动第二信号工作60ms，停止工作20ms，再在谷值电位g1的位置启动第二信号工作1ms，依此循环；1000W功率的驱动信号工作模式为：第二信号连续工作；调节第二信号的脉冲宽度可以实现200W至1200W之间的任意功率值，从实际使用效果来看，这种方式为高速间歇加热模式，区别于第一优选实施例，也区别于并优于普通间歇加热模式，是一种模拟连续加热方式，实现了成本和性能都较好的效果。以功能和性能为目标，也可以结合已有技术使用，充分运用已有技术驱动信号、本发明驱动信号和停止工作这三种状态的组合，通过调节这三种信号之间的比例和启动时间来实施电磁加热装置的功率、噪音和性能的优化，用增加较少的成本，明显拓展电磁加热装置功率范围；现有技术的电磁加热装置主体已经使用的技术则可以酌情选用，以降低成本，使本发明驱动信号脉冲宽度的范围更合理。

综合来说，在以上所有实施例中，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术内容作任何形态上的限制，凡是依据本发明的技术本质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内，基于电子技术的普及和电磁加热原理的复杂及异议，没有限定所述电路的具体结构和具体参数，例如，不限定元件的型号、联接位置，也不限定波形的形态，实施本发明时，不能局限于本发明的表面内容，应根据本发明的本质是对驱动信号脉冲宽度的改进，在本申请案所述的内容及由此内容得到的启示指导下，充分运用已有技术，综合考虑诸多因素进行优化设计，对本发明进行各种适于实用、显而易见的改进或等同的替换，形成一从属于本发明的新的实施例，更好地实现本发明的目的和效果，在以电磁炉和电磁煲为主的电磁加热装置的运用中，增加了比较少的成本，却明显优化电磁加热装置的工作方式，进一步提高性能，提供一种较高性价比的电磁加热装置。工作稳定可靠，提高了可靠性，提供一种较高性价比的宽功率电磁加热装置。

Claims (3)

1.一种宽功率电磁加热装置，包括电磁加热装置主体，该电磁加热装置包括并联谐振电路和控制电路，所述控制电路产生驱动信号，其特征在于：所述驱动信号为矩形波，所述驱动信号包括第一信号，所述第一信号脉冲宽度在5us至50us之间，所述第一信号控制所述电磁加热装置输出高功率，包括市电相位检测电路，所述市电-相位检测电路检测市电相位角度输出相位信号，所述控制电路根据所述相位信号在市电相位为谷值电位时产生第二信号，所述第二信号脉冲宽度在0.2us至0.9us之间，所述控制电路延时1.5ms±1ms后关闭第二信号，同时输出第一信号，所述控制电路延时20ms±5ms后关闭第一信号。

2.根据权利要求1所述的宽功率电磁加热装置，其特征在于：所述第二信号脉冲宽度在0.3us至0.7us之间。

3.根据权利要求1所述的宽功率电磁加热装置，其特征在于：所述市电相位检测电路为市电过零检测电路。