CN107027200A - 电磁加热装置及其加热控制电路和加热控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁加热装置及其加热控制电路和加热控制方法，其中加热控制电路包括：电压过零检测单元；谐振加热单元；整流滤波单元；功率开关管；驱动单元；对功率开关管的集电极电压进行放电处理的放电单元，放电单元的一端与功率开关管的集电极相连，放电单元的另一端接地；主控单元，主控单元分别与电压过零检测单元、驱动单元和放电单元的控制端相连，主控单元控制电磁加热装置以低功率间断加热方式运行时，在加热区间控制放电单元停止放电工作，并在停止加热区间控制放电单元进行放电工作以使功率开关管在下次加热开通时集电极电压降低至预设值，从而在间断加热时控制功率开关管在其集电极电压很低时开通，避免功率开关管硬开通。

Description

电磁加热装置及其加热控制电路和加热控制方法

技术领域

本发明涉及电磁加热技术领域，特别涉及一种电磁加热装置的加热控制电路、一种电磁加热装置的加热控制方法以及一种电磁加热装置。

背景技术

目前，单IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的电磁谐振电路通常采用并联谐振方式，并在采用实现电磁炉大功率运行的谐振参数时，如果在连续低功率段运行，则会出现以下问题：

(1)IGBT电压超前开通，开通瞬间会导致IGBT瞬态电流峰值高，容易超过IGBT电流峰值规格限制，损坏IGBT；

(2)IGBT会发热严重，需要加强对IGBT散热(如增大散热片、增加风机转速等)以实现IGBT的温升要求；

(3)如果采用开占空比加热方式下实现低功率，即采用断续加热方式，由于滤波电容存在，IGBT在下一周期开通时存在硬开通现象，容易导致IGBT烧毁。

发明内容

本发明旨在至少从一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种电磁加热装置的加热控制电路，通过增加放电单元以在电磁加热装置间断加热时能够控制功率开关管在其集电极电压很低时开通，避免功率开关管硬开通，降低功率开关管损坏的风险。

本发明的第二个目的在于提出一种电磁加热装置的加热控制方法。本发明的第三个目的在于提出一种电磁加热装置。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的一种电磁加热装置的加热控制电路，包括：电压过零检测单元，所述电压过零检测单元用于检测输入到电磁加热装置的交流电源的电压过零信号；谐振加热单元；整流滤波单元，所述整流滤波单元对所述交流电源进行整流滤波处理后供给所述谐振加热单元；用于控制所述谐振加热单元进行谐振工作的功率开关管；驱动单元，所述驱动单元与所述功率开关管的驱动端相连以驱动所述功率开关管的开通和关断；对所述功率开关管的集电极电压进行放电处理的放电单元，所述放电单元的一端与所述功率开关管的集电极相连，所述放电单元的另一端接地；主控单元，所述主控单元分别与所述电压过零检测单元、所述驱动单元和所述放电单元的控制端相连，所述主控单元在接收到低功率加热指令时根据所述电压过零信号输出驱动控制信号至所述驱动单元以控制所述电磁加热装置以间断加热方式运行，并在加热区间控制所述放电单元停止放电工作，以及在停止加热区间控制所述放电单元进行放电工作以使所述功率开关管在下次加热开通时所述集电极电压降低至预设值。

根据本发明实施例的电磁加热装置的加热控制电路，通过增加放电单元来对功率开关管的集电极电压进行放电处理，这样主控单元在接收到低功率加热指令时根据电压过零信号输出驱动控制信号至驱动单元以控制电磁加热装置以间断加热方式运行，并在加热区间控制放电单元停止放电工作，以及在停止加热区间控制放电单元进行放电工作以使功率开关管在下次加热开通时集电极电压降低至预设值，从而降低功率开关管在加热开通时的开通电流，避免功率开关管硬开通，减少功率开关管硬开通带来的损害，同时还避免功率开关管发热严重，提高了电磁加热装置的运行可靠性，并能拓宽电磁加热装置的加热功率范围。

根据本发明的一个实施例，所述放电单元包括：放电电阻，所述放电电阻的一端与所述功率开关管的集电极相连；放电控制开关，所述放电控制开关的一端与所述放电电阻的另一端相连，所述放电控制开关的另一端接地，所述放电控制开关的控制端与所述主控单元相连。

根据本发明的一个实施例，当所述主控单元在接收到高功率加热指令时根据所述电压过零信号控制所述电磁加热装置以连续加热方式运行，并控制所述放电单元处于停止工作状态。

根据本发明的一个实施例，所述功率开关管为IGBT，所述驱动控制信号为PPG脉冲。

根据本发明的一个实施例，所述电磁加热装置以间断加热方式运行时，所述主控单元输出至所述放电单元的控制信号的占空比为1/2或2/3。

为达到上述目的，本发明的第二方面实施例提出了一种电磁加热装置的加热控制方法，所述电磁加热装置包括谐振加热单元、用于控制所述谐振加热单元进行谐振工作的功率开关管、驱动所述功率开关管开通和关断的驱动单元、对所述功率开关管的集电极电压进行放电处理的放电单元，所述方法包括以下步骤：检测输入到所述电磁加热装置的交流电源的电压过零信号；在接收到低功率加热指令时，根据所述电压过零信号输出驱动控制信号至所述驱动单元以控制所述电磁加热装置以间断加热方式运行；在控制所述电磁加热装置进行间断加热的过程中，在加热区间控制所述放电单元停止放电工作，并在停止加热区间控制所述放电单元进行放电工作以使所述功率开关管在下次加热开通时所述集电极电压降低至预设值。

根据本发明实施例的电磁加热装置的加热控制方法，在接收到低功率加热指令时根据电压过零信号输出驱动控制信号至驱动单元以控制电磁加热装置以间断加热方式运行，在控制电磁加热装置进行间断加热的过程中，在加热区间控制放电单元停止放电工作，以及在停止加热区间控制放电单元进行放电工作以使功率开关管在下次加热开通时集电极电压降低至预设值，从而降低功率开关管在加热开通时的开通电流，避免功率开关管硬开通，减少功率开关管硬开通带来的损害，同时还避免功率开关管发热严重，提高了电磁加热装置的运行可靠性，并能拓宽电磁加热装置的加热功率范围。

根据本发明的一个实施例，在接收到高功率加热指令时，根据所述电压过零信号控制所述电磁加热装置以连续加热方式运行，并控制所述放电单元处于停止工作状态。

根据本发明的一个实施例，所述功率开关管为IGBT，所述驱动控制信号为PPG脉冲。

根据本发明的一个实施例，所述电磁加热装置以间断加热方式运行时，输出至所述放电单元的控制信号的占空比为1/2或2/3。

此外，本发明的实施例还提出了一种电磁加热装置，其包括上述的电磁加热装置的加热控制电路。

本发明实施例的电磁加热装置，通过在加热控制电路中增加放电单元来对功率开关管的集电极电压进行放电处理，这样在电磁加热装置以间断加热方式运行时，通过在停止加热区间控制放电单元进行放电工作以使功率开关管在下次加热开通时集电极电压降低至预设值，从而降低功率开关管在加热开通时的开通电流，避免功率开关管硬开通，减少功率开关管硬开通带来的损害，同时还避免功率开关管发热严重，提高了运行可靠性，并能拓宽加热功率范围。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的电磁加热装置的加热控制电路的方框示意图；

图2为根据本发明一个实施例的电磁加热装置高功率连续加热运行时的波形图；

图3为根据本发明一个实施例的电磁加热装置低功率间断加热运行时的波形图；

图4为根据本发明另一个实施例的电磁加热装置低功率间断加热运行时的波形图；以及

图5为根据本发明实施例的电磁加热装置的加热控制方法的流程图。

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。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的电磁加热装置的加热控制电路、电磁加热装置的加热控制方法以及电磁加热装置。

图1为根据本发明一个实施例的电磁加热装置的加热控制电路的方框示意图。如图1所示，该电磁加热装置的加热控制电路包括：电压过零检测单元10、谐振加热单元20、整流滤波单元30、功率开关管40、驱动单元50、放电单元60和主控单元70。

其中，电压过零检测单元10用于检测输入到电磁加热装置的交流电源(L，N)的电压过零信号，例如如图1所示，电压过零检测单元10与交流电源(L，N)相连。整流滤波单元30对交流电源进行整流滤波处理后输出脉动直流电供给谐振加热单元20，如图1所示，整流滤波单元30包括整流桥301以及滤波电感L1和滤波电容C1，谐振加热单元20包括谐振线圈L2和谐振电容C2，谐振线圈L2和谐振电容C2并联连接。功率开关管40用于控制谐振加热单元20进行谐振工作，其中，功率开关管40可以是IGBT，IGBT的集电极连接到并联的谐振线圈L2和谐振电容C2。

如图1所示，驱动单元50与功率开关管40的驱动端例如IGBT的门极相连以驱动功率开关管40的开通和关断，放电单元60的一端与功率开关管40的集电极相连，放电单元60的另一端接地，放电单元60用于对功率开关管40的集电极电压进行放电处理。主控单元70例如控制芯片分别与电压过零检测单元10、驱动单元50和放电单元60的控制端相连，主控单元70在接收到低功率加热指令时根据电压过零信号输出驱动控制信号至驱动单元50以控制电磁加热装置以间断加热方式运行，并在加热区间控制放电单元60停止放电工作，以及在停止加热区间控制放电单元60进行放电工作以使功率开关管40在下次加热开通时集电极电压降低至预设值。

进一步地，根据本发明的一个实施例，如图1所示，放电单元60包括：放电电阻R1和放电控制开关S1，放电电阻R1的一端与功率开关管40的集电极相连，放电控制开关S1的一端与放电电阻R1的另一端相连，放电控制开关S1的另一端接地，放电控制开关S1的控制端与主控单元70相连。其中，放电控制开关S1在主控单元70的控制下闭合时，放电单元60进行放电工作；放电控制开关S1在主控单元70的控制下断开时，放电单元60停止放电工作。

也就是说，本发明实施例的电磁加热装置的加热控制电路，通过设置放电控制开关S1，控制是否用放电电阻R1放电。当S1断开时，不启用电阻R1放电；当S1闭合时，启用R1放电。

根据本发明的一个实施例，当主控单元70在接收到高功率加热指令时根据电压过零信号控制电磁加热装置以连续加热方式运行，并控制放电单元60处于停止工作状态即控制放电控制开关S1处于断开状态。

具体而言，如图2所示，电磁加热装置以高功率连续加热运行时，S1处于断开状态，不启用R1放电，电磁加热装置以连续加热方式运行，即言，图2为电磁加热装置高功率加热运行时的波形图，从上向下依次为交流市电波形、电磁加热装置全周期加热波形、电磁加热装置全周期加热时控制S1的驱动波形。从图2可以看出，整个加热期间，S1处于断开状态。

如图3或图4所示，电磁加热装置以间断加热方式运行时，主控单元70输出至放电单元60的控制信号的占空比为1/2或2/3。也就是说，电磁加热装置以低功率间断加热运行时，主控单元控制S1以一定的占空比例如1/2或2/3通断，在停止加热期间启用电阻R1进行放电，在加热区间禁止S1闭合。其中，图3为根据本发明一个实施例的电磁加热装置高功率加热运行时的波形图，从上向下依次为交流市电波形、电磁加热装置的加热波形(1/2占空比)、电磁加热装置低功率间断加热时以1/2占空比控制S1的驱动波形；图4为根据本发明另一个实施例的电磁加热装置高功率加热运行时的波形图，从上向下依次为交流市电波形、电磁加热装置的加热波形(1/3占空比)、电磁加热装置低功率间断加热时以2/3占空比控制S1的驱动波形。

结合如图3和图4所示，低功率加热是以高功率间断加热方式实现，从而很好地解决了IGBT电压超前开通问题，同时S1闭合或断开都在交流电源的电压过零点附近动作，由于R1的放电作用，IGBT在电压过零点开始启动时不存在硬开通现象，避免IGBT损坏。

因此，本发明实施例的电磁加热装置的加热控制电路通过增加放电单元60实现电磁加热装置间断加热时，在停止加热区间通过控制S1闭合使得IGBT的集电极电压通过放电电阻R1进行放电，从而使得IGBT在下个加热周期启动时的集电极电压降低至预设值例如降低至将近为0，进而降低IGBT的脉冲电流，避免IGBT硬开通。

根据本发明的一个实施例，主控单元70输出到驱动单元50的驱动控制信号可以为PPG脉冲，主控单元70输出到放电单元60的控制信号可以是高低电平信号。

在本发明的实施例中，电磁加热装置可以是电磁炉、电磁压力锅或电磁电饭煲等电磁产品。

根据本发明实施例的电磁加热装置的加热控制电路，通过增加放电单元来对功率开关管的集电极电压进行放电处理，这样主控单元在接收到低功率加热指令时根据电压过零信号输出驱动控制信号至驱动单元以控制电磁加热装置以间断加热方式运行，并在加热区间控制放电单元停止放电工作，以及在停止加热区间控制放电单元进行放电工作以使功率开关管在下次加热开通时集电极电压降低至预设值，从而降低功率开关管在加热开通时的开通电流，避免功率开关管硬开通，减少功率开关管硬开通带来的损害，同时还避免功率开关管发热严重，提高了电磁加热装置的运行可靠性，并能拓宽电磁加热装置的加热功率范围。

图5为根据本发明实施例的电磁加热装置的加热控制方法的流程图。其中，该电磁加热装置包括谐振加热单元、用于控制所述谐振加热单元进行谐振工作的功率开关管、驱动所述功率开关管开通和关断的驱动单元、对所述功率开关管的集电极电压进行放电处理的放电单元。如图5所示，该电磁加热装置的加热控制方法包括以下步骤：

S1，检测输入到电磁加热装置的交流电源的电压过零信号。例如，可通过电压过零检测单元来检测交流电源的电压过零点信号。

S2，在接收到低功率加热指令时，根据电压过零信号输出驱动控制信号至驱动单元以控制电磁加热装置以间断加热方式运行。

S3，在控制电磁加热装置进行间断加热的过程中，在加热区间控制放电单元停止放电工作，并在停止加热区间控制放电单元进行放电工作以使功率开关管在下次加热开通时集电极电压降低至预设值。

根据本发明的一个实施例，在接收到高功率加热指令时，根据电压过零信号控制电磁加热装置以连续加热方式运行，并控制放电单元处于停止工作状态。

具体而言，如图1所示，放电单元包括放电电阻R1和放电控制开关S1。如图2所示，控制电磁加热装置以高功率连续加热运行时，S1处于断开状态，不启用R1放电，电磁加热装置以连续加热方式运行。从图2可以看出，整个加热期间，S1处于断开状态。

根据本发明的一些实施例，如图3或图4所示，电磁加热装置以间断加热方式运行时，输出至放电单元的控制信号的占空比为1/2或2/3。也就是说，控制电磁加热装置以低功率间断加热运行时，控制S1以一定的占空比例如1/2或2/3通断，在停止加热期间启用电阻R1进行放电，在加热区间禁止S1闭合。其中，低功率加热是以高功率间断加热方式实现，从而很好地解决了IGBT电压超前开通问题，同时S1闭合或断开都在交流电源的电压过零点附近动作，由于R1的放电作用，IGBT在电压过零点开始启动时不存在硬开通现象，避免IGBT损坏。

根据本发明的一个实施例，功率开关管可以为IGBT，输出到驱动单元的驱动控制信号可以为PPG脉冲，输出到放电单元的控制信号可以是高低电平信号。

在本发明的实施例中，在接收到低功率加热指令时，可采用丢波的方式控制功率开关管以使电磁加热装置进行间断加热，并在停止加热区间通过控制S1闭合使得IGBT的集电极电压通过放电电阻R1进行放电，从而使得IGBT在下个加热周期启动时的集电极电压降低至预设值例如降低至将近为0，进而降低IGBT的脉冲电流，避免IGBT硬开通。

具体地，根据本发明的一个示例，加热功率低于或等于1000W时，主控芯片默认为低功率状态，否则为高功率状态。需要说明的是，本实施例中是以1000W功率值来作为是否低功功率划界值，这个划界值在具体的产品中可以不同，一般情况下这个划界值在800W至1200W，即这个划界值可以是在800W至1200W区间的任一个值，低于设定的划界值就被认为是低功率或小功率。当用户控制电磁加热装置运行某小功率(例如600W)加热时，主控芯片控制S1可以以占空比2/3方式通断，电磁加热装置以大功率(例如1800W)间隔加热，如图4所示；当用户控制电磁加热装置运行某大功率(例如1800W)加热时，主控芯片控制S1处于断开状态，如图2所示。

根据本发明实施例的电磁加热装置的加热控制方法，在接收到低功率加热指令时根据电压过零信号输出驱动控制信号至驱动单元以控制电磁加热装置以间断加热方式运行，在控制电磁加热装置进行间断加热的过程中，在加热区间控制放电单元停止放电工作，以及在停止加热区间控制放电单元进行放电工作以使功率开关管在下次加热开通时集电极电压降低至预设值，从而降低功率开关管在加热开通时的开通电流，避免功率开关管硬开通，减少功率开关管硬开通带来的损害，同时还避免功率开关管发热严重，提高了电磁加热装置的运行可靠性，并能拓宽电磁加热装置的加热功率范围。

此外，本发明的实施例还提出了一种电磁加热装置，其包括上述的电磁加热装置的加热控制电路。

本发明实施例的电磁加热装置，通过在加热控制电路中增加放电单元来对功率开关管的集电极电压进行放电处理，这样在电磁加热装置以间断加热方式运行时，通过在停止加热区间控制放电单元进行放电工作以使功率开关管在下次加热开通时集电极电压降低至预设值，从而降低功率开关管在加热开通时的开通电流，避免功率开关管硬开通，减少功率开关管硬开通带来的损害，同时还避免功率开关管发热严重，提高了运行可靠性，并能拓宽加热功率范围。

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)

1.一种电磁加热装置的加热控制电路，其特征在于，包括：

电压过零检测单元，所述电压过零检测单元用于检测输入到电磁加热装置的交流电源的电压过零信号；

谐振加热单元；

整流滤波单元，所述整流滤波单元对所述交流电源进行整流滤波处理后供给所述谐振加热单元；

用于控制所述谐振加热单元进行谐振工作的功率开关管；

驱动单元，所述驱动单元与所述功率开关管的驱动端相连以驱动所述功率开关管的开通和关断；

对所述功率开关管的集电极电压进行放电处理的放电单元，所述放电单元的一端与所述功率开关管的集电极相连，所述放电单元的另一端接地；

主控单元，所述主控单元分别与所述电压过零检测单元、所述驱动单元和所述放电单元的控制端相连，所述主控单元在接收到低功率加热指令时根据所述电压过零信号输出驱动控制信号至所述驱动单元以控制所述电磁加热装置以间断加热方式运行，并在加热区间控制所述放电单元停止放电工作，以及在停止加热区间控制所述放电单元进行放电工作以使所述功率开关管在下次加热开通时所述集电极电压降低至预设值。

2.根据权利要求1所述的电磁加热装置的加热控制电路，其特征在于，所述放电单元包括：

放电电阻，所述放电电阻的一端与所述功率开关管的集电极相连；

放电控制开关，所述放电控制开关的一端与所述放电电阻的另一端相连，所述放电控制开关的另一端接地，所述放电控制开关的控制端与所述主控单元相连。

3.根据权利要求1或2所述的电磁加热装置的加热控制电路，其特征在于，当所述主控单元在接收到高功率加热指令时根据所述电压过零信号控制所述电磁加热装置以连续加热方式运行，并控制所述放电单元处于停止工作状态。

4.根据权利要求1所述的电磁加热装置的加热控制电路，其特征在于，所述功率开关管为IGBT，所述驱动控制信号为PPG脉冲。

5.根据权利要求1所述的电磁加热装置的加热控制电路，其特征在于，所述电磁加热装置以间断加热方式运行时，所述主控单元输出至所述放电单元的控制信号的占空比为1/2或2/3。

6.一种电磁加热装置，其特征在于，包括根据权利要求1-5中任一项所述的电磁加热装置的加热控制电路。

7.一种电磁加热装置的加热控制方法，其特征在于，所述电磁加热装置包括谐振加热单元、用于控制所述谐振加热单元进行谐振工作的功率开关管、驱动所述功率开关管开通和关断的驱动单元、对所述功率开关管的集电极电压进行放电处理的放电单元，所述方法包括以下步骤：

检测输入到所述电磁加热装置的交流电源的电压过零信号；

在接收到低功率加热指令时，根据所述电压过零信号输出驱动控制信号至所述驱动单元以控制所述电磁加热装置以间断加热方式运行；

在控制所述电磁加热装置进行间断加热的过程中，在加热区间控制所述放电单元停止放电工作，并在停止加热区间控制所述放电单元进行放电工作以使所述功率开关管在下次加热开通时所述集电极电压降低至预设值。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在接收到高功率加热指令时，在接收到高功率加热指令时，根据所述电压过零信号控制所述电磁加热装置以连续加热方式运行，并控制所述放电单元处于停止工作状态。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述功率开关管为IGBT，所述驱动控制信号为PPG脉冲。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电磁加热装置以间断加热方式运行时，输出至所述放电单元的控制信号的占空比为1/2或2/3。