CN106937424B - 一种电磁加热控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁加热控制电路。其特征在于包括配合连接的整流模块、谐振模块、电源模块和控制模块。本发明通过微控制器控制继电器改变整流桥的工作模式便可以做到更低的加热功率，从而实现了常规电磁加热控制电路不能达到的功率。

Description

一种电磁加热控制电路

技术领域

本发明涉及一种电磁加热控制电路。

背景技术

市面上很多电磁加热产品做的低功率是采用间歇加热方式实现，所谓间歇加热是指加热几秒停几秒，这样便有了低功率。对烹饪火力有高要求的消费者显然不满于这种加热，基于此原因研发出一种实现连续低功率加热的控制电路。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电磁加热控制电路的技术方案。

所述的一种电磁加热控制电路，其特征在于包括配合连接的整流模块、谐振模块、电源模块和控制模块；

所述整流模块包括滤波电容C1、共模电感L1、整流桥、继电器、滤波电感L2、滤波电容C3和电阻R1；电路输入端A和输入端B连接滤波电容C1和共模电感L1一端，共模电感L1另一端连接整流桥输入端，整流桥输入端即二极管D1阳极和二极管D2阴极与二极管D3阳极和二极管D4阴极，整流桥输出端连接继电器、滤波电感L2、滤波电容C3和电阻R1,整流桥输出端即二极管D1阴极和二极管D3阴极与二极管D2阳极和二极管D4阳极，继电器包括S1触点、S2触点、S3触点和弹片W，继电器的S1触点接二极管D2阳极和二极管D4阳极，继电器的S2触点接二极管D3阳极和二极管D4阴极，继电器的S3触点接电阻R1一端的G点，电阻R1的另一端的E点接滤波电容C3，E点为地线，滤波电容C3与滤波电感L2连接端为D点，滤波电感L2连接二极管D1阴极端为C点；

所述谐振模块包括谐振电容C2、线盘T和IGBT，谐振电容C2和线盘T并联，并联两端分别为M1点和N1点，M1点接IGBT的集电极c点，IGBT的发射极e点接地线，同时N1点与D点相连；

所述电源模块包括电源电路、二极管D5、二极管D6、电阻R2和电阻R3，二极管D5阳极和二极管D6阳极与整流桥的输入端分别连接，二极管D5阴极和二极管D6阴极连接电阻R2，电阻R2经电阻R3连接地线，电阻R2和电阻R3连接端为F点，电源电路的输入端连接二极管D5阴极和地线；

所述控制模块包括驱动电路、同步电路、微控制器和风扇，驱动电路的输入端连接微控制器，驱动电路的输出端连接IGBT的发射极e点和IGBT的基极g点，同步电路一端连接谐振电容C2的M1点和N1点，同步电路另一端连接微控制器，风扇连接微控制器；继电器的控制端连接微控制器，G点和F点均连接微控制器，F点为电压信号，G点为电流信号；

所述电源电路的输出端连接驱动电路和微控制器并为驱动电路和微控制器供电。

所述的一种电磁加热控制电路，其特征在于所述继电器的弹片W连接触点S1和触点S3，整流桥为全波整流模式；继电器的弹片W连接触点S2和触点S3，整流桥为半波整流模式。

所述的一种电磁加热控制电路，其特征在于所述微控制器内设有比较器，比较器比较同步信号输出PPG触发信号，PPG触发信号触发PPG输出，控制IGBT导通和关断。

所述一种利用电磁加热控制电路对电磁加热的控制方法，其特征在于流程如下：

a.微控制器控制PPG输出信号使IGBT开启；

b.等待一时间△t；

c.微控制器控制PPG输出信号使IGBT关闭；

d.等待PPG触发信号；

e. PPG输出信号控制驱动电路使IGBT开启；

f.等待一时间△t1；

g.返回流程c；

其中，△t为第一次触发时间，功率计算公式为P=K*U*△t1；K为常量系数，U为数字电压，△t1为微控制器根据计算恒功率得到的时间。

所述一种利用电磁加热控制电路实现全波整流模式的控制方法，其特征在于流程如下：

a1.微控制器控制继电器的弹片W连接触点S1和触点S3；

b1.微控制器控制PPG输出信号使IGBT开启；

c1.等待一时间△t；

d1.微控制器控制PPG输出信号使IGBT关闭；

e1.等待PPG触发信号；

f1. PPG输出信号控制驱动电路使IGBT开启；

g1.等待一时间△t1；

h1.返回流程d1；

其中，△t为第一次触发时间，功率计算公式为P=K*U*△t1；K为常量系数，U为数字电压，△t1为微控制器根据计算恒功率得到的时间。

所述一种利用电磁加热控制电路实现半波整流模式的控制方法，其特征在于流程如下：

a1.微控制器控制继电器的弹片W连接触点S2和触点S3；

b2.微控制器控制IGBT开启；

c2.等待一时间△t；

d2.微控制器控制IGBT关闭；

e2.等待PPG触发信号；

f2. PPG输出信号控制驱动电路使IGBT开启；

g2.等待一时间△t1；

h2.返回流程d2；

其中，△t为第一次触发时间，功率计算公式为P=K*U*△t1；K为常量系数，U为数字电压，△t1为微控制器根据计算恒功率得到的时间。

本发明通过其电路设计，能够实现连续低功率加热（半波整流）和常规加热（全波整流），当继电器的弹片W连接触点S1和触点S3，整流桥为全波整流模式，实现常规加热；继电器的弹片W连接触点S2和触点S3，整流桥为半波整流模式，实现低功率加热；因为半波整流后的电压为全波整流电压的一半，本发明通过改变电压从而达到改变加热功率大小的目的。

本发明可广泛应用于电磁加热领域，如电磁炉，饭煲，压力煲，豆浆机等。

附图说明

图1为本发明电路结构示意图；

图2为整流波形示意图；

图3为同步信号示意图；

图4为驱动信号示意图；

图5为半波整流U（ce）；

图6为半波整流IGBT器件ce两端的电压；

图7为半波整流U（ce）；

图8为半波整流IGBT器件ce两端的电压。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明：

一种电磁加热控制电路，包括配合连接的整流模块、谐振模块、电源模块和控制模块。

整流模块包括滤波电容C1、共模电感L1、整流桥、继电器、滤波电感L2、滤波电容C3和电阻R1；电路输入端A和输入端B连接滤波电容C1和共模电感L1一端，共模电感L1另一端连接整流桥输入端，整流桥输入端即二极管D1阳极和二极管D2阴极与二极管D3阳极和二极管D4阴极，整流桥输出端连接继电器、滤波电感L2、滤波电容C3和电阻R1,整流桥输出端即二极管D1阴极和二极管D3阴极与二极管D2阳极和二极管D4阳极，继电器包括S1触点、S2触点、S3触点和弹片W，继电器的S1触点接二极管D2阳极和二极管D4阳极，继电器的S2触点接二极管D3阳极和二极管D4阴极，继电器的S3触点接电阻R1一端的G点，电阻R1的另一端的E点接滤波电容C3，E点为地线，滤波电容C3与滤波电感L2连接端为D点，滤波电感L2连接二极管D1阴极端为C点。

谐振模块包括谐振电容C2、线盘T和IGBT，谐振电容C2和线盘T并联，并联两端分别为M1点和N1点，M1点接IGBT的集电极c点，IGBT的发射极e点接地线，同时N1点与D点相连。

电源模块包括电源电路、二极管D5、二极管D6、电阻R2和电阻R3，二极管D5阳极和二极管D6阳极与整流桥的输入端分别连接，二极管D5阴极和二极管D6阴极连接电阻R2，电阻R2经电阻R3连接地线，电阻R2和电阻R3连接端为F点，电源电路的输入端连接二极管D5阴极和地线。

控制模块包括驱动电路、同步电路、微控制器和风扇，驱动电路的输入端连接微控制器，驱动电路的输出端连接IGBT的发射极e点和IGBT的基极g点，同步电路一端连接谐振电容C2的M1点和N1点，同步电路另一端连接微控制器，风扇连接微控制器；继电器的控制端连接微控制器，G点和F点均连接微控制器，F点为电压信号，G点为电流信号。驱动电路和同步电路为常规电路，属于现有技术，在此不再赘述；微控制器也属于常用芯片，从本发明可以看出，微控制器中采用常规程序既能实现相应控制功能，在此不再赘述。

电源电路的输出端连接驱动电路和微控制器并为驱动电路和微控制器供电。

当继电器的弹片W连接触点S1和触点S3，整流桥为全波整流模式；继电器的弹片W连接触点S2和触点S3，整流桥为半波整流模式。

在微控制器内设有比较器，比较器比较同步信号输出PPG触发信号，PPG触发信号触发PPG输出，控制IGBT导通和关断。

本发明对半波整流或全波整流的控制，通过继电器切换使系统工作在全波整流模式或者半波整流模式，如图2所示，分别有交流电波形、半波整流波形和全波整流波形。

实现全波整流模式方式如下：

微控制器控制继电器的弹片W连接触点S1和触点S3，实现全波整流，全波整流电流走向如下：

当交流电A点大于B点即U(AB)为正轴波形，电流方向为A->二极管D1->C->D->E->G->S3->W->S1->二极管D4->B；

当交流电A点小于B点即U(AB)为负轴波形，电流方向为B->二极管D3->C->D->E->G->S3->W->S1->二极管D2->A。

实现半波整流方式如下：

微控制器控制继电器的弹片W连接触点S2和触点S3，实现半波整流，半波整流电流走向如下：

当交流电A点大于B点即U(AB)为正轴波形，电流方向为A->二极管D1->C->D->E->G->S3->W->S2->B；

当交流电A点小于B点即U(AB)为负轴波形，电流没有回路即截止状态，从而实现半波整流电压为全波整流电压的一半。

本发明对电磁加热的控制：N1、M1信号接入同步电路，同步电路将强电信号按比例减小，减小后的信号称做同步信号，同步信号连接微控制器内部比较器的两路引脚，比较器的输出信号由比较器的两路输入信号大小决定，其中比较器输出的下降沿为PPG触发信号，PPG触发信号连接PPG输出， PPG输出连接驱动电路，驱动电路连接IGBT的基极g点、发射极e点，这样电路中同步信号和IGBT驱动信号形成闭环的IGBT控制系统。IGBT有两种状态，状态一：IGBT开启，即IGBT的集电极c点和发射极e点导通，导通的条件是IGBT的基极g点、发射极e点为18V(电压范围可以是15v~18v)；状态二：IGBT关闭，即IGBT的集电极c点和发射极e点断开，断开的条件是IGBT基极g点、发射极e点为0v。

实现电磁加热流程如下：

a.微控制器控制PPG输出信号使)IGBT开启；

b.等待一定时间△t；

c.微控制器控制PPG输出信号使IGBT关闭；

d.等待PPG触发信号；

e. PPG输出信号控制驱动电路使IGBT开启；

f.等待一定时间△t1；

g.返回流程c；

说明：△t为第一次触发时间

功率计算公式为P=K*U*△t1；K为常量系数，U为数字电压，△t1为(14)微控制器根据计算恒功率得到的时间。

通过上述对整流方式的控制和对电磁加热的控制，下面具体描述低功率加热和常规功率加热控制：

常规功率加热即为整流桥工作在全波整流模式，低功率加热即为整流桥工作在半波整流模式。以我国市电为例，220v交流电，50hz频率，50hz频率换算周期时间为20ms。

常规功率加热控制流程（全波）如下：

a1.微控制器控制继电器的弹片W连接触点S1和触点S3；

b1.微控制器控制PPG输出信号使IGBT开启；

c1.等待一时间△t；

d1.微控制器控制PPG输出信号使IGBT关闭；

e1.等待PPG触发信号；

f1. PPG输出信号控制驱动电路使IGBT开启；

g1.等待一时间△t1；

h1.返回流程d1；

其中，△t为第一次触发时间，功率计算公式为P=K*U*△t1；K为常量系数，U为数字电压，△t1为微控制器根据计算恒功率得到的时间；

当电压U(AB)为正半轴电压时，U(CE)等于U(AB),即功率P(正半轴) = K*U(CE)*△t1；

当电压U(AB)为负半轴电压时，U(CE)等于U(AB),功率为P(负半轴) = K*U(CE)*△t1；

在电网20ms周期内的功率P(总)=P(正半轴) + P(负半轴)；

推导P(总) = 2*K*U(CE)*△t1；

电磁加热方案实际需考虑IGBT器件的温升问题，限定△t1的最大值△tmax和最小值△tmin，按照功率计算公式P(总)=2*K*U(CE)*△t1,从而有了全波整流模式下最大功率P=2*K*U(CE)*△tmax和最小功率P=2*K*U(CE)*△tmin。

低功率加热控制流程（半波）如下：

a1.微控制器控制继电器的弹片W连接触点S2和触点S3；

b2.微控制器控制IGBT开启；

c2.等待一时间△t；

d2.微控制器控制IGBT关闭；

e2.等待PPG触发信号；

f2. PPG输出信号控制驱动电路使IGBT开启；

g2.等待一时间△t1；

h2.返回流程d2；

其中，△t为第一次触发时间，功率计算公式为P=K*U*△t1；K为常量系数，U为数字电压，△t1为微控制器根据计算恒功率得到的时间；

当电压U(AB)为正半轴电压时，U(CE)等于U(AB),即功率P(正半轴) = K*U(CE)*△t1；

当电压U(AB)为负半轴电压时，U(CE)等于0,功率为P(负半轴) = 0；

在电网20ms周期内的功率P(总)=P(正半轴) + P(负半轴)；

推导P(总) = K*U(CE)*△t1；

软件程序限定△t1的最大值△tmax和最小值△tmin，按照功率计算公式P(总)=K*U(CE)*△t1,从而有了半波整流模式下最大功率P=K*U(CE)*△tmax和最小功率P=K*U(CE)*△tmin。

对比全波整流模式和半波整流模式，在半波整流模式下功率降低为全波整流模式的功率一半。

本发明通过微控制器控制继电器改变整流桥的工作模式便可以做到更低的加热功率，从而实现了常规电磁加热控制电路不能达到的功率。

Claims (4)

1.一种电磁加热控制电路，其特征在于包括配合连接的整流模块、谐振模块、电源模块和控制模块；

所述整流模块包括滤波电容C1、共模电感L1、整流桥、继电器、滤波电感L2、滤波电容C3和电阻R1；电路输入端A和输入端B连接滤波电容C1和共模电感L1一端，共模电感L1另一端连接整流桥输入端，整流桥输入端即二极管D1阳极和二极管D2阴极与二极管D3阳极和二极管D4阴极，整流桥输出端连接继电器、滤波电感L2、滤波电容C3和电阻R1,整流桥输出端即二极管D1阴极和二极管D3阴极与二极管D2阳极和二极管D4阳极，继电器包括S1触点、S2触点、S3触点和弹片W，继电器的S1触点接二极管D2阳极和二极管D4阳极，继电器的S2触点接二极管D3阳极和二极管D4阴极，继电器的S3触点接电阻R1一端的G点，电阻R1的另一端的E点接滤波电容C3，E点为地线，滤波电容C3与滤波电感L2连接端为D点，滤波电感L2连接二极管D1阴极端为C点；

所述谐振模块包括谐振电容C2、线盘T和IGBT，谐振电容C2和线盘T并联，并联两端分别为M1点和N1点，M1点接IGBT的集电极c点，IGBT的发射极e点接地线，同时N1点与D点相连；

所述电源模块包括电源电路、二极管D5、二极管D6、电阻R2和电阻R3，二极管D5阳极和二极管D6阳极与整流桥的输入端分别连接，二极管D5阴极和二极管D6阴极连接电阻R2，电阻R2经电阻R3连接地线，电阻R2和电阻R3连接端为F点，电源电路的输入端连接二极管D5阴极和地线；

所述控制模块包括驱动电路、同步电路、微控制器和风扇，驱动电路的输入端连接微控制器，驱动电路的输出端连接IGBT的发射极e点和IGBT的基极g点，同步电路一端连接谐振电容C2的M1点和N1点，同步电路另一端连接微控制器，风扇连接微控制器；继电器的控制端连接微控制器，G点和F点均连接微控制器，F点为电压信号，G点为电流信号；

所述电源电路的输出端连接驱动电路和微控制器并为驱动电路和微控制器供电；所述继电器的弹片W连接触点S1和触点S3，整流桥为全波整流模式；继电器的弹片W连接触点S2和触点S3，整流桥为半波整流模式；所述微控制器内设有比较器，比较器比较同步信号输出PPG触发信号，PPG触发信号触发PPG输出，控制IGBT导通和关断。

2.一种利用权利要求1所述的电磁加热控制电路对电磁加热的控制方法，其特征在于流程如下：

a.微控制器控制PPG输出信号使IGBT开启；

b.等待一时间△t；

c.微控制器控制PPG输出信号使IGBT关闭；

d.等待PPG触发信号；

e.PPG输出信号控制驱动电路使IGBT开启；

f.等待一时间△t1；

g.返回流程c；

其中，△t为第一次触发时间，功率计算公式为P＝K*U*△t1；K为常量系数，U为数字电压，△t1为微控制器根据计算恒功率得到的时间。

3.一种利用权利要求1所述的电磁加热控制电路实现全波整流模式的控制方法，其特征在于流程如下：

a1.微控制器控制继电器的弹片W连接触点S1和触点S3；

b1.微控制器控制PPG输出信号使IGBT开启；

c1.等待一时间△t；

d1.微控制器控制PPG输出信号使IGBT关闭；

e1.等待PPG触发信号；

f1.PPG输出信号控制驱动电路使IGBT开启；

g1.等待一时间△t1；

h1.返回流程d1；

其中，△t为第一次触发时间，功率计算公式为P＝K*U*△t1；K为常量系数，U为数字电压，△t1为微控制器根据计算恒功率得到的时间。

4.一种利用权利要求1所述的电磁加热控制电路实现半波整流模式的控制方法，其特征在于流程如下：

a1.微控制器控制继电器的弹片W连接触点S2和触点S3；

b2.微控制器控制IGBT开启；

c2.等待一时间△t；

d2.微控制器控制IGBT关闭；

e2.等待PPG触发信号；

f2.PPG输出信号控制驱动电路使IGBT开启；

g2.等待一时间△t1；

h2.返回流程d2；

其中，△t为第一次触发时间，功率计算公式为P＝K*U*△t1；K为常量系数，U为数字电压，△t1为微控制器根据计算恒功率得到的时间。

Images