CN106332338A - 电磁加热系统以及电磁加热系统的驱动装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁加热系统以及电磁加热系统的驱动装置和方法，电磁加热系统包括谐振模块和第一整流模块，谐振模块包括IGBT管，驱动装置包括：驱动模块；第一电压检测模块，用于检测IGBT管的C极的电压以获取C极的电压极值；第二整流模块，用于将输入的交流电源转换成第二直流电；过零检测模块，通过检测第二直流电的电压以获取交流电源的过零信号；控制器，用于接收到过零信号时屏蔽第一电压检测模块，并输出预设占空比的控制信号至驱动模块，直至达到预设时间时，控制器使能第一电压检测模块以在C极的电压极值为极小值时通过驱动模块控制IGBT管开通。由此能够在C极电压振荡到极小值时控制IGBT管开通，从而降低IGBT管损耗和温升、提高系统稳定性。

Description

电磁加热系统以及电磁加热系统的驱动装置和方法

技术领域

本发明涉及电器技术领域，特别涉及一种电磁加热系统的驱动装置、一种电磁加热系统以及一种电磁加热系统的驱动方法。

背景技术

在相关技术中，电磁加热系统大多通过同步电路硬件触发方式对IGBT管进行驱动。图1是相关技术中同步电路的工作原理示意图，如图1所示，谐振电容C1’与加热线圈盘LH’并联，谐振电容C1’的左端a’与供电模块相连，谐振电容C1’的右端b与IGBT管Q1’的C极相连，谐振电容C1’左端a’的电压经同步电路10’中多个串联电阻分压之后得到第一电压信号Va’，谐振电容C1’右端b’的电压经同步电路10’中多个串联电阻分压之后得到第二电压信号Vb’，第一电压信号Va’输入到控制器20’内部比较器的同相输入端，第二电压信号Vb’输入到控制器20’内部比较器的反相输入端。

如图1所示，在谐振加热的过程中，当IGBT管Q1’开通时，电流从加热线圈盘LH’的左边流向右边，此时谐振电容C1’左端a’的电压被钳位在市电电压，谐振电容C1’右端b’的电压被IGBT管Q1’直接拉到地，此时Va’>Vb’。

当IGBT管Q1’关断时，基于电感效应，加热线圈盘LH’的电流不能突变，电流继续从左到右流动，并向谐振电容C1’充电，使谐振电容C1’右端b’的电压不断升高，直到LH’电流释放完毕。当LH’的电流为0时，C1’右端b’的电压达到最高值，此时Va’<Vb’。之后，谐振电容C1’开始向加热线圈盘LH’放电，电流从LH’的右端流向左端直到C1’的电能释放完毕，在C1’的电能释放完毕时，C1’左端a’的电压等于右端b’的电压。由于LH’有从右向左的电流流动，基于电感效应，LH’的电流继续从右向左流动，此时谐振电容C1’左端a’的电压被钳位在市电电压，谐振电容C1’右端b’的电压不断被拉低直到Vb’<Va’，在Vb’<Va’时，控制器20’内部的比较器产生一个上升沿的脉冲输出，触发PWM产生模块产生一个IGBT管Q1’的开通脉宽，如此重复上述过程以控制IGBT管Q1’开通或关断。

但是，相关技术存在的问题是，在低功率加热(即开通脉宽较小时)或市电电压较高时，谐振电容C1’右端b’的电压无法谐振到地，此时IGBT管Q1’将在一定电压下开通即硬开通，从而造成IGBT管Q1’的开通损耗较大、温升较高、使用寿命下降，并造成电磁加热系统的损耗较大。

综上，相关技术需要进行改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电磁加热系统的驱动装置，该电磁加热装置能够在C极电压振荡到极小值时控制IGBT管开通，降低IGBT管的损耗。

本发明的另一个目的在于提出一种电磁加热系统。本发明的又一个目的在于提出一种电磁加热系统的驱动方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种电磁加热系统的驱动装置，所述电磁加热系统包括谐振模块、用于将输入的交流电源转换成第一直流电以供给所述谐振模块的第一整流模块，所述谐振模块包括IGBT管，所述驱动装置包括：驱动模块，所述驱动模块与所述IGBT管的G极相连以对驱动所述IGBT管；第一电压检测模块，所述第一电压检测模块与所述IGBT管的C极相连，所述第一电压检测模块检测所述IGBT管的C极的电压以获取所述C极的电压极值；第二整流模块，所述第二整流模块的输入端与所述输入的交流电源相连，所述第二整流模块将所述输入的交流电源转换成第二直流电；过零检测模块，所述过零检测模块与所述第二整流模块的输出端相连，所述过零检测模块通过检测所述第二直流电的电压以获取所述交流电源的过零信号；控制器，所述控制器分别与所述过零检测模块、所述驱动模块和所述第一电压检测模块相连，所述控制器接收到所述过零信号时屏蔽所述第一电压检测模块，并输出预设占空比的控制信号至所述驱动模块，直至达到预设时间时，所述控制器使能所述第一电压检测模块以在所述C极的电压极值为极小值时通过所述驱动模块控制所述IGBT管开通。

根据本发明实施例提出的电磁加热系统的驱动装置，控制器接收到过零信号时屏蔽第一电压检测模块，并输出预设占空比的控制信号至驱动模块，直至达到预设时间时，控制器使能第一电压检测模块以在C极的电压极值为极小值时通过驱动模块控制IGBT管开通。由此，在电磁加热系统以任一功率加热时，该驱动装置均能在C极电压振荡到极小值时控制IGBT管开通，从而降低IGBT管的开通损耗、降低IGBT管的温升，并提高电磁加热系统的稳定性和降低功率损耗。

根据本发明的一个实施例，所述第一电压检测模块采用有源微分电路或无源微分电路。

根据本发明的一个实施例，所述第一电压检测模块包括：有源微分电路，所述有源微分电路的输入端与所述IGBT管的C极相连，所述有源微分电路根据所述IGBT管的C极的电压输出第一电压；过零电压比较电路，所述过零电压比较电路的第一输入端与所述有源微分电路的输出端相连，所述过零电压比较电路的第二输入端与第一参考电压提供端相连，所述过零电压比较电路对所述第一电压和所述第一参考电压进行比较以输出比较信号；与门电路，所述与门电路的第一输入端与所述过零电压比较电路的输出端相连，所述与门电路的第二输入端与所述控制器的控制输出端相连，所述与门电路的输出端与所述控制器的第一电压输入端相连，所述与门电路接收到所述控制器通过所述控制输出端输出的低电平信号时屏蔽所述比较信号。

根据本发明的一个实施例，所述有源微分电路具体包括：第一电容，所述第一电容的一端通过第一电阻和第二电阻连接到所述IGBT管的C极；第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一电容的另一端相连；第一运算放大器，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第三电阻的另一端相连，所述第一运算放大器的同相输入端接地；并联的第四电阻和第二电容，所述并联的第四电阻和第二电容连接在所述第一运算放大器的输出端和反相输入端之间。

根据本发明的一个实施例，所述过零电压比较电路具体包括：串联的第五电阻和第六电阻，所述串联的第五电阻和第六电阻之间的第一节点作为所述第一参考电压提供端；第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第一节点相连，所述第二运算放大器的输出端作为所述过零电压比较电路的输出端。

根据本发明的一个实施例，所述与门电路具体包括：第七电阻，所述第七电阻的一端与第一预设电源相连；第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第七电阻的另一端相连，所述第一二极管的阳极与所述第七电阻的另一端之间具有第二节点，所述第一二极管的阴极与所述第二运算放大器的输出端相连，所述第二节点作为所述与门电路的输出端；第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第二节点相连，所述第二二极管的阴极与所述控制器的控制输出端相连。

根据本发明的一个实施例，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器均采用双电源供电，所述双电源为第一预设电源和第二预设电源。

根据本发明的一个实施例，所述的电磁加热系统的驱动装置还包括：开关电源，所述开关电源与所述第二整流模块的输出端相连，所述开关电源分别将所述第二直流电转换成所述第一预设电源和所述第二预设电源。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种电磁加热系统，包括所述的电磁加热系统的驱动装置。

根据本发明实施例提出的电磁加热系统，通过上述实施例的驱动装置，电磁加热系统在以任一功率加热时均能在C极电压振荡到极小值时开通IGBT管，从而降低IGBT管的开通损耗、降低IGBT管的温升，并提高电磁加热系统的稳定性和降低功率损耗。

为达到上述目的，本发明又一方面实施例提出了一种电磁加热系统的驱动方法，包括以下步骤：所述第一电压检测模块检测所述IGBT管的C极的电压以获取所述C极的电压极值；将所述输入的交流电源转换成第二直流电，并通过检测所述第二直流电的电压以获取所述交流电源的过零信号；所述控制器接收到所述过零信号时屏蔽所述第一电压检测模块，并输出预设占空比的控制信号至所述驱动模块，直至达到预设时间时，所述控制器使能所述第一电压检测模块以在所述C极的电压极值为极小值时通过所述驱动模块控制所述IGBT管开通。

根据本发明实施例提出的电磁加热系统的驱动方法，控制器接收到过零信号时屏蔽第一电压检测模块，并输出预设占空比的控制信号至驱动模块，直至达到预设时间时，控制器使能第一电压检测模块以在C极的电压极值为极小值时通过驱动模块控制IGBT管开通。由此，在电磁加热系统以任一功率加热时，该驱动方法均能在C极电压振荡到极小值时控制IGBT管开通，从而降低IGBT管的开通损耗、降低IGBT管的温升，并提高电磁加热系统的稳定性和降低功率损耗。

附图说明

图1是相关技术的电磁加热系统的电路原理图；

图2是根据本发明实施例的电磁加热系统的驱动装置的方框示意图；

图3是根据本发明实施例的电磁加热系统的驱动装置的电路原理图；

图4是根据本发明一个实施例的开关电源的电路原理图；

图5是根据本发明一个实施例的电磁加热系统的驱动装置的工作原理的波形示意图；

图6是根据本发明一个实施例的过零检测模块的电路原理图；

图7是根据本发明实施例的电磁加热系统的方框示意图；

图8是根据本发明一个实施例的电磁加热系统的部分电路原理图；

图9是根据本发明一个实施例的第一温度检测模块的电路原理示意图；

图10是根据本发明一个实施例的第二温度检测模块的电路原理示意图；

图11是根据本发明一个实施例的风扇驱动模块的电路原理示意图；

图12是根据本发明实施例的控制器的示意图；

图13是根据本发明实施例的电磁加热系统的整体电路原理图；以及

图14是根据本发明实施例的电磁加热系统的驱动方法的流程图。

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来描述本发明实施例提出的电磁加热系统的驱动装置、电磁加热系统以及电磁加热系统的驱动方法。

图2是根据本发明实施例的电磁加热系统的驱动装置的方框示意图。如图2所示，电磁加热系统包括谐振模块2和第一整流模块3，第一整流模块3用于将输入的交流电源AC转换成第一直流电以供给谐振模块2。具体地，第一整流模块3可具有第一输入端和第二输入端，第一整流模块3的第一输入端可与交流电源AC的火线L相连，第一整流模块3的第二输入端可与交流电源AC的零线N相连。根据本发明的一个具体示例，第一整流模块3可为4个二极管构成的全桥整流电路。

如图3所示，谐振模块2包括IGBT管Q1，并且谐振模块2还包括谐振电容CH和加热线圈LH，谐振电容CH和加热线圈LH可并联连接，谐振电容CH的一端与第一整流模块3的输出端相连，谐振电容CH的另一端与IGBT管Q1的C极(集电极)相连，IGBT管Q1的E极(发射极)接地。其中，在电磁加热系统工作过程中，当IGBT管Q1开通时，加热线圈LH得到充电，以为谐振电容CH和加热线圈LH之间的振荡做准备，当IGBT管Q1关断时，谐振电容CH和加热线圈LH开始进行振荡，加热线圈LH产生交变磁场，交变磁场的磁力线大部分通过锅具，并在锅具的锅底中产生大量涡流，从而产生烹饪所需的热，实现谐振加热。

如图2所示，驱动装置1包括：驱动模块10、第一电压检测模块20、第二整流模块30、过零检测模块40和控制器50。

其中，驱动模块10与IGBT管Q1的G极(栅极)相连以驱动IGBT管Q1，根据本发明的一个具体示例，驱动模块10可采用图3中所示的电路结构；第一电压检测模块20与IGBT管Q1的C极相连，第一电压检测模块20检测IGBT管Q1的C极的电压以获取C极的电压极值，极值可包括极大值和极小值；第二整流模块30的输入端与输入的交流电源AC相连，第二整流模块30将输入的交流电源转换成第二直流电；过零检测模块40与第二整流模块30的输出端相连，过零检测模块40通过检测第二直流电的电压以获取交流电源AC的过零信号ZERO。根据发明的一个具体示例，第二整流模块30和过零检测模块40的电路原理图可如图6所示。

控制器50例如MCU(Micro Control Unit，微控制器)分别与过零检测模块40、驱动模块10和第一电压检测模块20相连，控制器50接收到过零信号ZERO时屏蔽第一电压检测模块20，并输出预设占空比的控制信号至驱动模块10，直至达到预设时间时，控制器50使能第一电压检测模块20以在C极的电压极值为极小值时通过驱动模块10控制IGBT管Q1开通。也就是说，控制器50在接收到过零信号之后的预设时间内，根据接收到的预设占空比的控制信号控制IGBT管Q1开通或关断，并在预设时间之后，根据第一电压检测模块20检测到的C极的电压控制IGBT管Q1开通或关断。

需要说明的是，预设时间可小于交流电源AC输出的交流电的周期时间，且控制信号的周期时间可小于预设时间。例如，控制信号可为50％占空比20kHz的PWM信号，交流电可为50Hz的正弦信号，预设时间可为1ms，由此，控制器50接收到过零信号时屏蔽第一电压检测模块20，并输出50％占空比20kHz的PWM信号至驱动模块10，直至达到1ms时，在1ms之后控制器50使能第一电压检测模块20。

具体而言，交流电源AC提供的交流电经过第一整流模块3后被整流成第一直流电，第一整流模块3将第一直流电提供给谐振模块2，以为电磁加热系统提供电能。在电磁加热系统进入加热状态时，控制器50首先通过过零检测模块40检测市电是否过零，当检测到市电过零即接收到过零信号时，控制器50屏蔽第一电压检测模块20的信号输出功能，并在预设时间内连续输出预设占空比的PWM信号至驱动模块10。当PWM信号的连续输出时间达到预设时间时，控制器50使能第一电压检测模块20的信号输出功能，进而切换到在C极的电压极值为极小值即C极电压震荡到极低点时，通过驱动模块10硬件驱动IGBT管Q1开通，从而IGBT管Q1的开关损耗最小。在使能第一电压检测模块20的信号输出功能的同时，控制器50继续通过过零检测模块40检测市电是否过零，当再次检测到市电过零时，控制器50屏蔽第一电压检测模块20的信号输出功能，并在预设时间内连续输出预设占空比的PWM信号至驱动模块10，如此循环执行上述过程。

由此，在电磁加热系统以任一功率加热时，该驱动装置1均能在C极电压振荡到极小值时控制IGBT管Q1开通，从而降低IGBT管的开通损耗、降低IGBT管的温升，并提高电磁加热系统的稳定性和降低功率损耗。

根据本发明的一些实施例，第一电压检测模块20可采用有源微分电路或无源微分电路，以实现C极的电压极值检测。应该理解的是，第一电压检测模块20也可采用其他的电压极值检测电路。在本发明实施例中，第一电压检测模块20优先采用有源微分电路，以提高系统的稳定性和可靠性，其中，有源微分电路具有响应频带宽的优点，当电磁加热系统的工作频率在20KHz-30KHz的范围内变化时，通过有源微分电路能够很好地找到电压极值，且时间偏差可以控制在ns级。

下面结合图3对本发明实施例的第一电压检测模块10的电路结构和工作过程进行详细描述。

如图3所示，第一电压检测模块20包括：有源微分电路21、过零电压比较电路22和与门电路23。

其中，有源微分电路21的输入端与IGBT管Q1的C极相连，有源微分电路21根据IGBT管Q1的C极的电压输出第一电压；过零电压比较电路22的第一输入端与有源微分电路21的输出端相连，过零电压比较电路22的第二输入端与第一参考电压Vr1提供端相连，过零电压比较电路22对第一电压和第一参考电压进行比较以输出比较信号；与门电路23的第一输入端与过零电压比较电路22的输出端相连，与门电路23的第二输入端与控制器50的控制输出端PWM1相连，与门电路23的输出端与控制器50的第一电压输入端Va相连，与门电路23接收到控制器50通过控制输出端PWM1输出的低电平信号时屏蔽比较信号。

需要说明的是，第一参考电压Vr1稍大于0V，以防止地电平不稳定造成输出频繁误翻转。

具体而言，有源微分电路21输出的第一电压将随着IGBT管Q1的C极电压的变化而变化。当控制器50的控制输出端PWM1输出低电平信号至驱动模块10时，IGBT管Q1处于开通状态，IGBT管Q1的C极电压被拉至地，有源微分电路21输出的第一电压约等于0V，但是，由于第一电压和第一参考电压Vr1均在0V左右，所以，过零电压比较电路22输出的比较信号很容易在高电平和低电平之间不断变化，控制器50根据IGBT管Q1开通过程中的比较信号对IGBT管进行控制很容易产生误触发，基于此，本发明实施例通过与门电路23屏蔽过零电压比较电路22此时输出的比较信号，具体地，控制输出端PWM1输出低电平信号至与门电路23的第二输入端，与门电路23在IGBT管Q1开通过程中一直输出低电平信号至控制器50的第一电压输入端Va，从而屏蔽了第一电压检测模块10在IGBT管Q1开通过程中的硬件控制功能，使得系统稳定工作。

在IGBT管Q1的开通时间满足当前占空比的要求时，控制器50的控制输出端PWM1输出高电平信号至驱动模块10，IGBT管Q1处于关断状态，同时控制输出端PWM1输出高电平信号至与门电路23的第二输入端，使能过零电压比较电路22，控制器50根据过零电压比较电路22输出的比较信号对IGBT管进行控制，即言，当控制器50根据比较信号判断C极的电压极值为极小值时，控制输出端PWM1将输出低电平信号至驱动模块10，以通过驱动模块10驱动IGBT管Q1开通，从而降低IGBT管的开通损耗。

具体地，有源微分电路21具体包括：第一电容C1、第三电阻R3、第一运算放大器U1、第四电阻R4和第二电容C2。

第一电容C1的一端通过第一电阻R1和第二电阻R2连接到IGBT管的C极，其中，第一电阻R1和第二电阻R2串联连接，串联的第一电阻R1和第二电阻R2还与串联的第八电阻R8和第九电阻R9串联，串联的第一电阻R1和第二电阻R2与串联的第八电阻R8和第九电阻R9之间具有第三节点，第三节点与第一电容C1的一端相连，这样，IGBT管Q1的C极电压经过第一电阻R1、第二电阻R2、第八电阻R8和第九电阻R9分压后通过第一电容C1的一端(左端)输入到有源微分电路21。

第三电阻R3的一端与第一电容C1的另一端相连；第一运算放大器U1的反相输入端与第三电阻R3的另一端相连，第一运算放大器的同相输入端接地；第四电阻R4和第二电容C2并联，并联的第四电阻R4和第二电容C2连接在第一运算放大器U1的输出端和反相输入端之间。

需要说明的是，在图3的实施例中，第一电容C1是微分电容，第四电阻R4是反馈电阻，第二电容C2是反馈电容，第四电阻R4用于对输入到第一运算放大器U1反相输入端的微分信号进行放大，C8用于稳定第一运算放大器U1输出端的输出信号。并且，可以根据公式f＝1/2πRC选取合适的第一电容C1的电容值和第三电阻R3的电阻值，其中，f可为20Khz-30Khz的谐振信号频率，R可为第三电阻R3的电阻值，C可为第一电容C1的电容值。进一步地，可再根据有源微分电路21的输出电压即第一电压的计算公式Vout＝-R4C1(dui/dt)计算出有源微分电路21输出的第一电压Vout，其中，R4为第四电阻的电阻值，C1为第一电容的电容值，ui为第三节点的电压，其反映IGBT管Q1的C极电压变化。

也就是说，IGBT的C极电压分压后的波形可通过第一电容C1一端进入第一电压检测模块10。第一电压检测模块10可实时检测输入的电压波形，并及时捕捉到电压波形的极值点，即C极电压的极大值和极小值。

进一步地，过零电压比较电路22具体包括：第五电阻R5、第六电阻R6和第二运算放大器U2。

其中，第五电阻R5和第六电阻R6串联，第五电阻R5的一端可与第一预设电源VCC(+5V)相连，第五电阻R5的另一端与第六电阻R6的一端相连，第六电阻R6的另一端接地，串联的第五电阻R5和第六电阻R6之间的第一节点作为第一参考电压Vr1提供端；第二运算放大器U2的同相输入端作为过零电压比较电路22的第一输入端与第一运算放大器U1的输出端相连，第二运算放大器U2的反相输入端作为过零电压比较电路22的第二输入端与第一节点相连，第二运算放大器U2的输出端作为过零电压比较电路22的输出端。

也就是说，有源微分电路21输出的第一电压Vout输入到第二运算放大器U2的同相输入端，第一电压Vout与第二运算放大器U2的反相输入端的第一参考电压Vr1进行比较，当第一电压Vout大于第一参考电压Vr1时，第二运算放大器U2输出高电平的比较信号，反之当第一电压小于或等于第一参考电压Vr1时，第二运算放大器U2输出低电平的比较信号。

进一步地，与门电路23具体包括：第七电阻R7、第一二极管D1和第二二极管D2。

其中，第七电阻R7的一端与第一预设电源VCC(+5V)相连；第一二极管D1的阳极与第七电阻R7的另一端相连，第一二极管D1的阳极与第七电阻R7的另一端之间具有第二节点，第一二极管D1的阴极作为与门电路23的第一输入端与第二运算放大器U2的输出端相连，第二节点作为与门电路23的输出端；第二二极管D2的阳极与第二节点相连，第二二极管D2的阴极作为与门电路23的第二输入端与控制器50的控制输出端PWM1相连。

也就是说，只有当第二运算放大器U2的输出端输出高电平信号且控制输出端PWM1输出高电平信号时，与门电路23的输出端才输出高电平信号，其他情况下与门电路23的输出端均输出低电平信号。即言，当第二运算放大器U2的输出端输出低电平信号且控制输出端PWM1输出低电平信号时，与门电路23的输出端输出低电平信号；当第二运算放大器U2的输出端输出高电平信号且控制输出端PWM1输出低电平信号时，与门电路23的输出端输出低电平信号；当第二运算放大器U2的输出端输出低电平信号且控制输出端PWM1输出高电平信号时，与门电路23的输出端输出低电平信号。

进一步地，控制器50内部可包括第一比较器L1和PWM产生电路51。第一比较器L1的反向输入端与第二参考电压Vr2提供端相连，第一比较器L1的正向输入端与门电路23的输出端相连，第一比较器L1输出端与PWM产生电路51相连；PWM产生电路51用于根据第一比较器L1的输出信号产生PWM信号并通过控制输出端PWM1输出。

其中，第二参考电压Vr2可由第十电阻R10和第十一电阻R11的分压提供。第十电阻R10和第十一电阻R11串联，第十电阻R10的一端可与第一预设电源VCC(+5V)相连，第十电阻R10的另一端与第十一电阻R11的一端相连，第十一电阻R11的另一端接地，串联的第十电阻R10和第十一电阻R11之间的第四节点作为第二参考电压Vr2提供端。

进一步地，第一运算放大器U1和第二运算放大器U2均采用双电源供电，双电源为第一预设电源VCC和第二预设电源VDD。优选地，第一预设电源VCC可提供+5V的电源；第二预设电源VDD可提供-5V的电源。

如图3所示，第一运算放大器U1的正电源端与第一预设电源VCC相连，第一运算放大器U1的负电源端与第二预设电源VDD相连；第二运算放大器U2的正电源端与第一预设电源VCC相连，第二运算放大器U2的负电源端与第二预设电源VDD相连。

更进一步地，电磁加热系统的驱动装置1还包括：开关电源60。开关电源60与第二整流模块30的输出端相连，开关电源60分别将第二直流电转换成第一预设电源VCC和第二预设电源VDD。具体地，开关电源60的电路原理图可如图4所示。另外，开关电源60还用于向控制器50提供第一预设电源VCC，开关电源60还可将第二直流电转换成第三预设电源VCC1，并将第三预设电源VCC1提供给驱动模块10。

如上所述，在谐振加热过程中，当IGBT导通处于导通状态时，谐振电容CH右端电压(即IGBT管Q1的C极电压)被拉到地，此时IGBT管Q1的C极电压约为0V。IGBT管Q1的C极电压经过第一电阻R1、第二电阻R2、第八电阻R8和第九电阻R9分压后通过第一电容C1的一端(左端)输入到有源微分电路21，根据有源微分电路21的第一电压的计算公式Vout＝-R4C1(dui/dt)，有源微分电路21输出的第一电压Vout约等于0V。第一电压Vout输入到第二运算放大器U2的同相输入端，并与第二运算放大器U2的反相输入端进行比较，第二运算放大器U2的输出端根据比较结果输出比较信号至与门电路23的第一输入端。此时，控制器50的控制输出端PWM1同时输出低电平信号至与门电路23的第二输入端，与门电路23的输出端输出低电平信号，这样与门电路23在IGBT管Q1开通期间将一直输出低电平信号，屏蔽第二运算放大器U2输出端的比较信号，进一步确保此时输入至控制器50内部第一比较器L1的同相输入端的信号是低电平信号，第一比较器L1输出没有电平翻转发生，即在IGBT管Q1开通期间屏蔽第一电压检测模块10的硬件控制功能，使系统稳定工作。

当IGBT导通处于关断状态时，电磁加热系统中加热线圈LH由于电感效应而不能发生电流突变，加热线圈LH中的电流继续维持从左到右的流动，并向谐振电容CH充电，使谐振电容CH右端(即IGBT管Q1的C极)电压以正弦关系不断升高，直到加热线圈LH上的电流释放完毕，当加热线圈LH的电流为0时，IGBT管Q1的C极电压达到最高。

在上述阶段，IGBT管Q1的C极经过第一电阻R1、第二电阻R2、第八电阻R8和第九电阻R9分压后通过第一电容C1的一端输入到有源微分电路21。根据有源微分电路21的第一电压的计算公式Vout＝-R4C1(dui/dt)可知，在C极电压上升到极大值之前，由于(dui/dt)>0，所以Vout<0，从而过零电压比较电路22的第二运算放大器U2输出低电平信号。并且，当C极电压上升到极大值时，由于(dui/dt)＝0，所以Vout＝0，第二运算放大器U2输出低电平信号。这样，虽然控制器50的控制输出端PWM1输出高电平信号至与门电路23的第二输入端，使能过零电压比较电路22，但由于第二运算放大器U2输出低电平信号，与门电路23的输出信号Vo依然为低电平信号。

在C极电压上升到极大值之后，谐振电容CH转为向加热线圈LH放电，加热线圈LH上的电流从LH的右端流向左端，直到谐振电容CH的电能释放完毕(此时谐振电容CH左端的电压等于右端的电压)，而由于加热线圈LH还有从右向左的电流流动，电感效应使加热线圈LH的电流继续从右向左流动。

在上述阶段，谐振电容CH的左端电压被钳位在市电电压，谐振电容CH的右端电压(即IGBT管Q1的C极电压)不断被拉低，并且谐振电容CH的右端呈正弦关系下降，直到加热线圈LH从右向左的电流降为0。根据有源微分电路21的第一电压的计算公式Vout＝-R4C1(dui/dt)可知，在C极电压从极大值下降的过程中第一电压Vout从0变到正电压(大于零)，Vout>0，从而第二运算放大器U2输出的比较信号从低电平跳变到高电平。此时与门电路23的第一输入端和第二输入端都输入高电平，与门电路23的输出信号Vo也从低电平跳变到高电平。与门电路23的输出信号Vo从低电平跳变成高电平的过程中触发控制器50内部的第一比较器L1输出端的输出信号从高电平跳变成低电平，产生一个下降沿的边沿触发，此时控制器50可以读取IGBT管的C极电压，这个电压就是C极的峰值电压(极大值)，当峰值电压大于预设电压例如12V时，控制器50可调整控制信号的占空比以减小IGBT管Q1在下一个周期的开通时间，降低下一周期C极的反向峰值电压，使IGBT管Q1的工作更可靠。

当C极电压变为0时，(dui/dt)＝0，由Vout＝-R11C1(dui/dt)可知，Vout＝0，第二运算放大器U2输出的比较信号从高电平跳变低电平，使与门电路23的输出信号也Vo从高电平跳变成低电平，Vo输入控制器50内部的第一比较器L1的正向输入端，并与第一比较器L1的反相输入端进行比较，第一比较器L1的反相输入端的电压由第十电阻R10和第十一电阻R11的分压提供，约为3.3V，这样，在Vo从高电平跳变成低电平的过程中触入控制器50内部的第一比较器L1输出端的输出从高电平跳变成低电平，产生一个下降沿的边沿触发，该边沿触发可触发控制器50内部的PWM产生电路51产生一个PWM导通脉宽，以控制IGBT管Q1导通。

如此，在每个谐振周期均重复上述过程，实现谐振加热，并在C极的电压极值为极小值时控制IGBT管Q1开通，从而降低IGBT管的开通损耗、降低IGBT管的温升，并提高电磁加热系统的稳定性和降低功率损耗。

另外，IGBT管Q1的C极电压的波形、控制输出端PWM1输出的PWM信号的波形、第二运算放大器U2输出的比较信号的波形和与门电路23的输出信号Vo的波形如图5所示。

综上所述，根据本发明实施例提出的电磁加热系统的驱动装置，控制器接收到过零信号时屏蔽第一电压检测模块，并输出预设占空比的控制信号至驱动模块，直至达到预设时间时，控制器使能第一电压检测模块以在C极的电压极值为极小值时通过驱动模块控制IGBT管开通。由此，在电磁加热系统以任一功率加热时，该驱动装置均能在C极电压振荡到极小值时控制IGBT管开通，从而降低IGBT管的开通损耗、降低IGBT管的温升，并提高电磁加热系统的稳定性和降低功率损耗。

本发明还提出了一种电磁加热系统，该电磁加热系统包括电磁加热系统的驱动装置1。

应当理解的是，上述关于驱动装置1的电路结构、工作原理等均已在图1至图6的实施例中详细描述，这里出于简洁的目的，不再一一赘述。

根据本发明的一个具体示例，该电磁加热系统可以应用到电磁炉、IH电饭煲、IH电压力锅、IH豆浆机、IH面包机、变频微波炉等电器中。

下面结合图7至图13对本发明实施例的电磁加热系统进行进一步地描述。

如图7、图8和图13所示，电磁加热系统还包括：第一电压采集模块4和电流采集模块5。其中，第一电压采集模块4与第二整流模块30的输出端相连，第一电压采集模块4用于采集第二直流电以输出第一检测信号，以使控制器50根据第一检测信号获取交流电源AC的电压；电流采集模块5用于采集流过IGBT管Q1的电流以输出第二检测信号CUR，以使控制器50根据第二检测信号获取IGBT管Q1的电流，控制器50根据交流电源AC的电压和IGBT管Q1的电流调整电磁加热系统的加热功率。

如图7所示，电磁加热系统还包括：第一温度检测模块61。其中，第一温度采集模块61与控制器50相连，第一温度采集模块61用于采集IGBT管Q1的温度。具体地，如图9所示，第一温度检测模块61可包括热敏电阻RT1，热敏电阻RT1固定在IGBT管Q1的预设距离之内，热敏电阻RT1的一端接地，热敏电阻RT1的另一端与第十二电阻R12的一端相连，第十二电阻R12的另一端与第一预设电源VCC相连，热敏电阻RT1与第十二电阻R12之间具有第五节点TIGBT，第五节点TIGBT与控制器50相连，以使控制器50根据第五节点TIGBT的电压获取IGBT管Q1的温度。

如图7所示，电磁加热系统还包括：第二温度采集模块62。其中，第二温度采集模块62与控制器50相连，第二温度采集模块62用于采集电磁加热系统内的温度。具体地，控制器50可通过图10所示的第二温度采集模块62的输出端TMAIN获取电磁加热系统内的温度。

如图7所示，电磁加热系统还包括：风扇驱动模块63，风扇驱动模块63与控制器50和电磁加热系统的风扇相连，风扇驱动模块63用于驱动风扇。具体地，如图11所示，风扇驱动模块63的输入端FAN与控制器50相连，风扇驱动模块63的输出端FAN2与风扇相连，控制器50可通过图11所示的风扇驱动模块63对风扇的转速进行调节。更具体地，控制器50可根据IGBT管Q1的温度和电磁加热系统内的温度对风扇的转速进行调节。

如图7所示，电磁加热系统还包括：通信接口电路7，通信接口电路7分别与控制器50和按键板相连，其中，控制器50通过通信接口电路7获取按键板接收到的操作指令，并根据操作指令调节电磁加热系统的运行参数，例如加热功率等。

另外，如图7所示，电磁加热系统还包括浪涌检测模块8、第二电压采集模块9和报警器91。其中，浪涌检测模块8用于检测交流电源AC是否发生浪涌以生成浪涌检测信号。具体地，浪涌检测模块8可如图8所示，浪涌检测模块8的输入端与第二整流模块30的输出端相连，浪涌检测模块8的第一输出端A和第二输出端B与控制器50相连。如图8所示，第二电压采集模块9的输入端与IGBT管Q1的C极相连，第二电压采集模块9的输出端与控制器50相连，第二电压采集模块9用于采集IGBT管Q1的C极电压以输出检测电压。

进一步地，控制器50可实时获取交流电源AC的电压、IGBT管Q1的电流、IGBT管Q1的C极电压、浪涌检测信号和电磁加热系统内的温度等，并在上述多个运行状态中的任一个发生异常(超过相应的预设值)时，控制电磁加热系统停止加热，并通过报警器91向用户进行报警。

此外，开关电源60还用于为第一温度检测模块61、第二温度采集模块62、风扇驱动模块63、通信接口电路7和报警器91供电。

本发明实施例又提出了一种电磁加热系统的驱动方法。

图14是根据本发明实施例的电磁加热系统的驱动方法的流程图。如图13所示，电磁加热系统的驱动方法包括以下步骤：

S1：第一电压检测模块检测IGBT管的C极的电压以获取C极的电压极值。

S2：将输入的交流电源转换成第二直流电，并通过检测第二直流电的电压以获取交流电源的过零信号。

S3：控制器接收到过零信号时屏蔽第一电压检测模块，并输出预设占空比的控制信号至驱动模块，直至达到预设时间时，控制器使能第一电压检测模块以在C极的电压极值为极小值时通过驱动模块控制IGBT管开通。

根据本发明实施例提出的电磁加热系统的驱动方法，控制器接收到过零信号时屏蔽第一电压检测模块，并输出预设占空比的控制信号至驱动模块，直至达到预设时间时，控制器使能第一电压检测模块以在C极的电压极值为极小值时通过驱动模块控制IGBT管开通。由此，在电磁加热系统以任一功率加热时，该驱动方法均能在C极电压振荡到极小值时控制IGBT管开通，从而降低IGBT管的开通损耗、降低IGBT管的温升，并提高电磁加热系统的稳定性和降低功率损耗。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电磁加热系统的驱动装置，其特征在于，所述电磁加热系统包括谐振模块、用于将输入的交流电源转换成第一直流电以供给所述谐振模块的第一整流模块，所述谐振模块包括IGBT管，所述驱动装置包括：

驱动模块，所述驱动模块与所述IGBT管的G极相连以驱动所述IGBT管；

第一电压检测模块，所述第一电压检测模块与所述IGBT管的C极相连，所述第一电压检测模块检测所述IGBT管的C极的电压以获取所述C极的电压极值；

第二整流模块，所述第二整流模块的输入端与所述输入的交流电源相连，所述第二整流模块将所述输入的交流电源转换成第二直流电；

过零检测模块，所述过零检测模块与所述第二整流模块的输出端相连，所述过零检测模块通过检测所述第二直流电的电压以获取所述交流电源的过零信号；

控制器，所述控制器分别与所述过零检测模块、所述驱动模块和所述第一电压检测模块相连，所述控制器接收到所述过零信号时屏蔽所述第一电压检测模块，并输出预设占空比的控制信号至所述驱动模块，直至达到预设时间时，所述控制器使能所述第一电压检测模块以在所述C极的电压极值为极小值时通过所述驱动模块控制所述IGBT管开通。

2.如权利要求1所述的电磁加热系统的驱动装置，其特征在于，所述第一电压检测模块采用有源微分电路或无源微分电路。

3.如权利要求1或2所述的电磁加热系统的驱动装置，其特征在于，所述第一电压检测模块包括：

有源微分电路，所述有源微分电路的输入端与所述IGBT管的C极相连，所述有源微分电路根据所述IGBT管的C极的电压输出第一电压；

过零电压比较电路，所述过零电压比较电路的第一输入端与所述有源微分电路的输出端相连，所述过零电压比较电路的第二输入端与第一参考电压提供端相连，所述过零电压比较电路对所述第一电压和所述第一参考电压进行比较以输出比较信号；

与门电路，所述与门电路的第一输入端与所述过零电压比较电路的输出端相连，所述与门电路的第二输入端与所述控制器的控制输出端相连，所述与门电路的输出端与所述控制器的第一电压输入端相连，所述与门电路接收到所述控制器通过所述控制输出端输出的低电平信号时屏蔽所述比较信号。

4.如权利要求3所述的电磁加热系统的驱动装置，其特征在于，所述有源微分电路具体包括：

第一电容，所述第一电容的一端通过第一电阻和第二电阻连接到所述IGBT管的C极；

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第一电容的另一端相连；

第一运算放大器，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第三电阻的另一端相连，所述第一运算放大器的同相输入端接地；

并联的第四电阻和第二电容，所述并联的第四电阻和第二电容连接在所述第一运算放大器的输出端和反相输入端之间。

5.如权利要求4所述的电磁加热系统的驱动装置，其特征在于，所述过零电压比较电路具体包括：

串联的第五电阻和第六电阻，所述串联的第五电阻和第六电阻之间的第一节点作为所述第一参考电压提供端；

第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第一节点相连，所述第二运算放大器的输出端作为所述过零电压比较电路的输出端。

6.如权利要求5所述的电磁加热系统的驱动装置，其特征在于，所述与门电路具体包括：

第七电阻，所述第七电阻的一端与第一预设电源相连；

第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第七电阻的另一端相连，所述第一二极管的阳极与所述第七电阻的另一端之间具有第二节点，所述第一二极管的阴极与所述第二运算放大器的输出端相连，所述第二节点作为所述与门电路的输出端；

第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第二节点相连，所述第二二极管的阴极与所述控制器的控制输出端相连。

7.如权利要求5所述的电磁加热系统的驱动装置，其特征在于，所述第一运算放大器和所述第二运算放大器均采用双电源供电，所述双电源为第一预设电源和第二预设电源。

8.如权利要求7所述的电磁加热系统的驱动装置，其特征在于，还包括：

开关电源，所述开关电源与所述第二整流模块的输出端相连，所述开关电源分别将所述第二直流电转换成所述第一预设电源和所述第二预设电源。

9.一种电磁加热系统，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的电磁加热系统的驱动装置。

10.一种如权利要求9所述的电磁加热系统的驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述第一电压检测模块检测所述IGBT管的C极的电压以获取所述C极的电压极值；

将所述输入的交流电源转换成第二直流电，并通过检测所述第二直流电的电压以获取所述交流电源的过零信号；

所述控制器接收到所述过零信号时屏蔽所述第一电压检测模块，并输出预设占空比的控制信号至所述驱动模块，直至达到预设时间时，所述控制器使能所述第一电压检测模块以在所述C极的电压极值为极小值时通过所述驱动模块控制所述IGBT管开通。