CN106304449B

CN106304449B - 电磁感应加热系统以及温度检测方法

Info

Publication number: CN106304449B
Application number: CN201610820861.3A
Authority: CN
Inventors: 丘守庆; 许申生; 陈劲锋; 余卫金; 戚龙
Original assignee: Shenzhen Chk Co ltd
Current assignee: Shenzhen Chk Co ltd
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2036-09-12
Also published as: CN106304449A

Abstract

一种电磁感应加热系统，包括用于产生涡流、加热器具的振荡电路，用于检测LC谐振电路振荡频率并将频率变化发送到SOC集成电路中MCU的频率检测电路以及用于将开关元件的瞬间峰值电流信号发送到SOC集成电路中MCU、对开关元件进行保护的过载保护电路；振荡电路包括用于推算磁芯材质变化程度和计算温度变化的SOC集成电路，用于将反馈信号发送到SOC集成电路中MCU的振荡反馈电路，用于产生高值振荡频率的LC谐振电路以及开关元件，高值振荡频率在50K～100K；由以上方案可以选择合适的加热方法以达到对大功率开关元件保护的目的，也可以实现对电磁感应加热系统的温度的控制，设计巧妙，实用性强。

Description

电磁感应加热系统以及温度检测方法

技术领域

本发明涉及烹饪器具领域，尤其涉及一种电磁感应加热系统以及温度检测方法。

背景技术

电磁感应加热系统中不同的磁芯材料具有不同的磁导率，并且有些磁芯的磁导率还会因为温度的变化而相应变化，这些变化进而会影响到电磁感应加热系统的振荡频率变化，而谐振频率的变化进一步影响到大功率元件性能：若振荡频率发生急剧变化将会对大功率元件造成致命的伤害，如何通过检测磁芯材质的变化来选不同的加热方法、对某些不适合加热的材质加以控制、避免对电路元件造成不必要的伤害是本发明要解决的一个问题。

另一方面，加热温度的精确控制对于电磁加热系统来说也十分重要，现有技术中一般采用温度传感器实现，但是这种做法有一定的滞后性。

发明内容

本发明针对烹饪器具中的电磁加热系统中磁芯材质变化会对大功率开关元件造成伤害以及在加热过程中的温度控制的问题，提出了一种电磁感应加热系统。

本发明提出了一种电磁加热系统，包括用于产生涡流、加热器具的振荡电路，用于检测LC谐振电路振荡频率并将频率变化发送到SOC集成电路中MCU的检测电路以及用于将开关元件的瞬间峰值电流信号发送到SOC集成电路中MCU、对开关元件进行保护的过载保护电路；

所述振荡电路包括用于推算磁芯材质变化程度和计算温度变化的SOC集成电路，用于将反馈信号发送到SOC集成电路中MCU的振荡反馈电路，用于产生高值振荡频率的LC谐振电路以及开关元件，高值频率在50K-100K。

所述LC谐振电路包括谐振电容以及电感器；所述电感器包括用于产生磁力线的励磁线圈以及与所述励磁线圈一起产生无数小涡流的驱动被加热器中的分子高速运动产生热量的磁芯元件。

所述磁芯元件与所述励磁线圈同轴、靠近安装，且所述磁芯元件和所述励磁线圈之间间隔有间隙。

所述检测电路通过检测所述LC谐振电路的频率变化，并将检测结果发送到所述SOC集成电路中。

所述过载保护电路包括用于对所述开关元件和励磁线圈中的高频电流进行检测的高频互感器以及用于将所述高频电流的瞬间峰值电流信号传输给SOC集成电路进行处理的峰值电流检测电路。

所述SOC集成电路分别与所述振荡反馈电路、检测电路、过载保护电路中峰值电流检测电路和开关元件的一端连接，所述振荡反馈电路和检测电路的另一端与所述LC谐振电路连接，所述峰值检测电路另一端与高频互感器的二次绕组的一端连接，所述高频互感器串联连接在所述开关元件与所述励磁线圈的中间，所述LC谐振电路中的磁芯元件与所述励磁线圈同轴、靠近安装，所述谐振电容与所述励磁线圈并联连接。

所述SOC集成电路包括用于根据谐振频率变化对磁芯材质和温度进行推算的MCU。

一种电磁感应加热系统的温度检测方法，使用检测电路、励磁线圈、SOC集成电路、MCU、磁芯元件，包括以下步骤：

A、检测电路按照设定的次数检测励磁线圈产生的电感量；

B、SOC集成电路中的MCU根据步骤A中的电感量变化计算磁芯元件和被加热器的温度。

根据本发明所述的一种电磁感应加热系统的温度检测方法，所述励磁线圈与所述磁芯元件之间设有间隙。

本发明的电磁感应加热系统的频率检测模块将检测到的LC谐振电路的频率发送到SOC集成电路中，磁芯元件的磁导率随着温度的变化而变化，变化的磁导率进一步影响到LC谐振电路的频率变化，SOC集成电路中的MCU通过对接收到的频率进行推算，可知晓磁芯元件的材质变化；在磁芯元件材质一定的情况下，通过推算还可以知晓此时磁芯元件的温度的变化以及被加热器的温度；提供的温度检测方法以达到对大功率开关元件保护的目的，也可以实现对电磁感应加热系统的温度的控制，设计巧妙，实用性强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1示出了本发明实施例的电磁感应加热系统的示意图；

图2示出了本发明实施例的一种电磁感应加热系统的方法流程示意图；

具体实施方式

本发明要解决的技术问题是：一方面，电磁感应加热系统中不同的磁芯材料具有不同的磁导率，并且有些磁芯的磁导率还会因为温度的变化而相应变化，这些变化进而会影响到电磁感应加热系统的振荡频率变化，而谐振频率的变化进一步影响到大功率元件性能：若振荡频率发生急剧变化将会对大功率元件造成致命的伤害，如何通过检测磁芯材质的变化来选不同的加热方法、对某些不适合加热的材质加以控制、避免对电路元件造成不必要的伤害是本发明要解决的一个问题；另一方面，加热温度的精确控制对于电磁加热系统来说也十分重要，现有技术中一般采用温度传感器实现，但是这种做法有一定的滞后性。本发明提出的解决该技术问题的技术思路是：提出一种电磁加热系统100，包括用于产生涡流、加热器具的振荡电路110，用于检测LC谐振电路振荡频率并将频率变化发送到SOC集成电路中MCU的检测电路120以及用于将开关元件的瞬间峰值电流信号发送到SOC集成电路中MCU、对开关元件进行保护的过载保护电路130；LC谐振电路113产生高值频率，一般的电磁感应加热系统，工作频率约18K～25K，本发明中LC谐振电路产生的工作频率约为50K～100K，甚至更高，高值的工作频率才能适应磁芯元件的材质的变化。进一步地，在本发明中，磁芯元件和励磁线圈构成电感器；一方面，该电感器的电感量与磁芯元件的相对磁导率具有正相关函数关系、与LC谐振电路的谐振频率具有反相关函数关系；另一方面，而磁芯元件的相对磁导率与该磁芯元件的温度具有一元函数关系。进一步地，本发明中设有SOC集成电路111和检测电路120，SOC集成电路中设有MCU1111，检测电路120将LC谐振电路113的频率及其变化发送到MCU1111，MCU1111根据上述函数关系推算出磁芯元件材质、温度变化以及被加热器的温度变化。

图1示出了本发明实施例的电磁感应加热系统的示意图，如图1所示，该电磁感应加热系统包括用于产生涡流、加热器具的振荡电路110，用于检测LC谐振电路振荡频率并将频率变化发送到SOC集成电路中MCU的检测电路120以及用于将开关元件的瞬间峰值电流信号发送到SOC集成电路中MCU、对开关元件进行保护的过载保护电路130。在这里，振荡电路110包括包括用于推算磁芯材质变化程度和计算温度变化的SOC集成电路111，用于将反馈信号发送到SOC集成电路中MCU的振荡反馈电路112，用于产生高值振荡频率的LC谐振电路113以及开关元件114；振荡电路用来实现被加热器的热量的产生，主要是利用了电磁涡流的热效应，具体来说，流经励磁线圈1132中的交流电频率在50～100kHz。当励磁线圈1132中通以高频交流电时，线圈周围产生交变磁场，在高频交变磁场的作用下，被加热器产生大量的涡流，涡流驱动被加热器中的分子高速运动，使被加热器迅速释放出大量热量，电磁感应加热系统100的励磁线圈线圈以及磁芯元件自身并不是热源，也就是说电磁炉并不是利用热传导的方式来加热被加热器，而是通过电磁感应使得被加热器自身迅速产生热量。在这一过程中，励磁线圈1132实现了对磁芯元件1133的非接触式加热。可以理解，流过电感励磁线圈1132的电流为变化的电流。

进一步地，本发明中电磁感应加热系统的工作频率为50K～100K，电感器的电感量与磁芯元件1133的相对磁导率具有正相关函数关系、与LC谐振电路113的谐振频率具有反相关函数关系，可以看出，磁芯元件1133的磁导率与LC谐振电路113的谐振频率具有反相关函数关系，若为一般的电磁感应加热系统的工作频率18K～30K，在磁芯元件1133材质发生变化时，检测电路120的检测精度将会降低。本发明中产生的高值高值频率使得检测电路120更加适应于磁芯元件的材质的变化，并且检测精度高、噪音低。

进一步地，本发明设有过载保护电路130，因为不同的磁芯元件1133的磁导率变化将会影响到谐振频率的变化，谐振频率的急剧变化对大功率开关元件114的伤害是致命的，因此，过载保护电路130对大功率开关元件有着重要的保护作用，它包括峰值电流检测电路131以及高频互感器132，高频互感器132用于检测经过开关元件114和励磁线圈1132的高频电流，峰值电流检测电路131用于将瞬间峰值电流信号传输给SOC集成电路111，SOC集成电路111中的MCU1111进行判断计算，对开关元件114进行控制和保护。

进一步地，SOC集成电路111分别与振荡反馈电路112、检测电路120、过载保护电路中峰值电流检测电路131和开关元件的一端连接，振荡反馈电路112和检测电路120的另一端与LC谐振电路113连接，峰值检测电路131另一端与高频互感器132的二次绕组的一端连接，高频互感器132串联连接在开关元件与励磁线圈1132的中间，LC谐振电路113中的磁芯元件1133与励磁线圈1132同轴、靠近安装，谐振电容1131与励磁线圈1132和磁芯元件1133组成的电感器并联连接。

进一步地，如图1所示，LC谐振电路113包括谐振电容1131、用于产生磁力线的励磁线圈1132以及与励磁线圈1132一起产生大量涡流的驱动被加热器中的分子高速运动产生热量的磁芯元件1133，励磁线圈1132与磁芯元件1133组成电感器，磁芯元件1133与励磁线圈1132同轴、靠近安装，且磁芯元件1133和励磁线圈1132之间间隔有间隙。在这里，检测电路120为现有技术，可见于专利CN201220639073.1等。

磁芯元件1133温度T为：

其中，f为软磁磁芯元件1133的温度映射为磁芯元件1133的相对磁导率的映射关系；

l为励磁线圈1132的长度；

f₀为LC谐振电路113的谐振频率；

N为励磁线圈1132的匝数；

k为k系数，取决于励磁线圈1132的半径R与其长度l的比值，通过查k值表得到；k值表为公知常识，这里就不再赘述。

μ₀为真空磁导率，具体为4π×10^-7H/m；

C为谐振电容1131的电容量；

S为励磁线圈1132的截面积。

磁芯元件1133温度T的具体推导过程如下：

在LC谐振电路113中，有：

其中，f₀为LC谐振电路113的谐振频率；

L为电感器的电感量；

C为谐振电容1131的电容量。

在上述公式中，由于LC谐振电路113的谐振频率f₀可以由谐振检测模块8测量得到；谐振电容1131的电容量C已知，于是，电感器的电感量L便可计算得到。

而在电感器中，有经验公式：

其中，L为电感器的电感量；

μ₀为真空磁导率，具体为4π×10^-7H/m；

μ_s为磁芯元件1133的相对磁导率；

N为励磁线圈1132的匝数；

S为励磁线圈1132的截面积；

l为励磁线圈1132的长度；

k为k系数，取决于励磁线圈1132的半径R与其长度l的比值，可查k值表得到。

在电感器电感量的经验公式中，由于k、μ₀、N、S以及l都已知，这样，在计算得到L后，即可求得μ_s。

进一步地，在本实施例中，磁芯元件1133采用铁磁体或亚铁磁体。对于铁磁体或亚铁磁体，当温度在其居里点以下时，其相对磁导率μ_s与温度T存在一元函数关系，这样，相对磁导率μ_s与温度T的一元函数关系可以表示为：

μ_s＝f(T)； (3)

通过式子(1)、(2)和(3)，可以得到上述磁芯元件1133温度T的计算公式：

由公式(1)、(2)、(3)知不同的磁芯元件1133具有不同的磁导率，并且有些磁芯元件1133的磁导率还会随着温度的变化而变化，这些变化的磁导率都会影响到LC谐振电路113的电感的变化，进而影响到电磁感应加热系统100的振荡频率的变化，检测电路120将这些谐振频率的变化发送到集成电路中的MCU，经过计算和判断，即可知晓磁芯元件1133材质的变化；在磁芯元件1133材质不变的情况下，也可知晓磁芯元件1133此时的温度以及推算出被加热器的温度。

一种电磁感应加热系统的温度检测方法，使用检测电路120、励磁线圈1132、SOC集成电路111、MCU1111、磁芯元件1133、包括以下步骤：

A、检测电路120按照设定的次数检测励磁线圈1132产生的电感量；

B、SOC集成电路111中的MCU1111根据步骤A中的电感量变化计算磁芯元件1133和被加热器的温度。

检测电路120检测出励磁线圈与磁芯元件产生的电感量，MCU1111根据公式(1)计算出LC谐振电路的频率，由公式(3)MCU可以计算出磁芯元件1133的温度，磁芯元件与被加热器直接接触，由此可以推算出被加热器的温度，可以根据并对温度进行控制，励磁线圈1132与磁芯元件1133之间设有间隙，本方法通过计算励磁线圈的电感量的变化就可计算出被加热器的温度，实现了间接测量温度的目的，设计十分巧妙。

本发明的电磁感应加热系统的频率检测模块将检测到的LC谐振电路的频率发送到SOC集成电路中，磁芯元件的磁导率随着温度的变化而变化，变化的磁导率进一步影响到LC谐振电路的频率变化，SOC集成电路中的MCU通过对接收到的频率进行推算，可知晓磁芯元件的材质变化；在磁芯元件材质一定的情况下，通过推算还可以知晓此时磁芯元件的温度的变化以及被加热器的温度；由以上方案可以选择合适的加热方法以达到对大功率开关元件保护的目的，也可以实现对电磁感应加热系统的温度的控制，提供的对被加热器的间接温度测量方法，可以使用户根据需要对温度进行控制，设计巧妙，实用性强。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种电磁感应加热系统（100），其特征在于，包括用于通过LC谐振电路（113）与磁芯元件（1133）间产生涡流对被加热器加热的振荡电路（110），所述振荡电路（110）包括用于推算磁芯材质变化程度和计算温度变化的SOC集成电路（111），用于将反馈信号发送到SOC集成电路中MCU的振荡反馈电路（112），用于产生高值振荡频率的LC谐振电路（113）以及开关元件（114），所述电磁感应加热系统（100）还包括用于检测所述LC谐振电路（113）振荡频率并将其变化发送到所述SOC集成电路（111）中MCU的频率检测电路（120）以及用于将所述开关元件（114）瞬间峰值电流信号发送到SOC集成电路（111）中MCU、对开关元件（114）进行保护的过载保护电路（130）；所述高值振荡频率在50K~100K；

所述LC谐振电路（113）包括谐振电容（1131）以及电感器；所述电感器包括用于产生磁力线的励磁线圈（1132）以及与所述励磁线圈（1132）一起产生无数小涡流的驱动被加热器中的分子高速运动产生热量的磁芯元件（1133）；

频率检测电路（120）检测出电感量，SOC集成电路（111）根据公式（2）推算磁芯材质，根据公式（1）计算出LC谐振电路（113）的谐振频率，由公式（3）计算出温度；

式中，

为磁芯元件（1133）的温度映射为相对磁导率的映射关系；

为励磁线圈（1132）的长度；

为励磁线圈（1132）的匝数；

为系数，取决于励磁线圈（1132）的半径R与其长度

的比值；

为真空磁导率；

为谐振电容（1131）的电容量；S为励磁线圈（1132）的截面积；

为LC谐振电路（113）的谐振频率；

为电感器的电感量；

为磁芯元件（1133）的相对磁导率。

2.根据权利要求1所述的电磁感应加热系统（100），其特征在于，所述磁芯元件（1133）与所述励磁线圈（1132）同轴、靠近安装，且所述磁芯元件（1133）和所述励磁线圈（1132）之间间隔有间隙。

3.根据权利要求1所述的电磁感应加热系统（100），其特征在于，所述频率检测电路（120）通过检测所述LC谐振电路（113）的频率变化，并将检测结果发送到所述SOC集成电路（111）中。

4.根据权利要求1所述的电磁感应加热系统（100），其特征在于，所述过载保护电路（130）包括用于对所述开关元件（114）和励磁线圈（1132）中的高频电流进行检测的高频互感器（132）以及用于将所述高频电流的瞬间峰值电流信号传输给SOC集成电路（111）进行处理的峰值电流检测电路（131）。

5.根据权利要求1所述的电磁感应加热系统（100），其特征在于，所述SOC集成电路（111）分别与所述振荡反馈电路（112）、频率检测电路（120）、过载保护电路中峰值电流检测电路（131）和开关元件（114）的一端连接，所述振荡反馈电路（112）和频率检测电路（120）的另一端与所述LC谐振电路（113）连接，所述峰值电流检测电路（131）另一端与高频互感器的二次绕组的一端连接，所述高频互感器（132）串联连接在所述开关元件（114）与所述励磁线圈（1132）的中间，所述LC谐振电路中的磁芯元件（1133）与所述励磁线圈（1132）同轴、靠近安装，所述谐振电容（1131）与所述励磁线圈（1132）并联连接。

6.根据权利要求1所述的电磁感应加热系统（100），其特征在于，所述SOC集成电路（111）包括用于根据谐振频率变化对磁芯材质和温度进行推算的MCU（1111）。

7.一种电磁感应加热系统的温度检测方法，基于权利要求1所述的电磁感应加热系统（100）实现，其特征在于，包括以下步骤：

A、频率检测电路（120）按照设定的次数检测励磁线圈（1132）产生的电感量；

B、SOC集成电路（111）中的MCU（1111）根据步骤A中的电感量变化计算磁芯元件（1133）和被加热器的温度。

8.根据权利要求7的一种电磁感应加热系统的温度检测方法，其特征在于，所述励磁线圈与所述磁芯元件之间设有间隙。