CN107277952B - 一种电磁加热装置的功率控制方法及烹饪装置 - Google Patents

一种电磁加热装置的功率控制方法及烹饪装置 Download PDF

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Abstract

本发明及一种电磁加热装置的功率控制方法及具有电磁加热的烹饪装置，采用主控芯片将电压包络分割为三个驱动阶段，对三个驱动阶段中的PWM信号开通时间进行修改，大大提升了电磁加热的功率范围，避免由于在加热过程中功率管损坏的问题。具体的，由于在电压包络内设置PWM信号开通时间较短的第二驱动阶段，使得电磁加热回路中的充放电时间变短，大大降低了功率管受到的放电反压值，避免其被击穿。并且由于充放电时间短，其EMI性能得到了改善，进一步提升了整机的性能。

Description

一种电磁加热装置的功率控制方法及烹饪装置
技术领域
本发明涉及厨房电器领域，尤其涉及一种电磁加热装置的功率控制方法及具有电磁加热的烹饪装置。
背景技术
电磁加热作为一种高效率的加热方式，已深入了厨房电器领域，但目前的电磁加热对于功率的控制主要采取PWM信号驱动，通过调节PWM信号的开通时间，进行功率调整，为方便控制，通常在同一个功率下，PWM信号的开通时间是一致的，当高功率时，由于PWM 信号的开通时间长，导致功率管(IGBT)的反压较高，经常引起功率管被击穿问题。此外，电磁加热装置的负载种类较多，不同负载产生的反压也不相同，有些负载的反压过高，也会造成功率管的击穿风险。
发明内容
本发明提供一种安全性能高、功率输出平稳的电磁加热装置的功率控制方法及具有电磁加热的烹饪装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种电磁加热装置的功率控制方法，电磁加热装置包括线圈、功率管、与线圈并联的振荡电容、设有PWM信号输出口的主控芯片，以及驱动功率管工作的驱动电路，主控芯片的 PWM信号输出口连接驱动电路，功率管处于工作状态下形成电压包络，所述主控芯片将电压包络分割为三个驱动阶段：
第一驱动阶段：所述主控芯片控制PWM信号输出的导通时间为t1；
第二驱动阶段：所述主控芯片控制PWM信号输出的导通时间为t2；
第三驱动阶段：所述主控芯片控制PWM信号输出的导通时间为t3；
其中，所述三个驱动阶段的持续时间之和为电压包络总时间T；所述t1和t3均大于t2；且第二驱动阶段位于第一驱动阶段和第三驱动阶段之间。
所述电压包络总时间T＝1/(2*电网频率)。
所述t1、t3为12us-30us；所述t2为12us-25us。
所述第一驱动阶段的持续时间为T1，T1时间结束进入第二驱动阶段，第二驱动阶段持续时间为T2，T2时间结束进入第三驱动阶段，第三驱动阶段持续时间为T3。
所述T1为2.5ms-4ms；所述T2为1ms-4ms；所述T3为2.5ms-4ms。
所述电磁加热装置还包括过零检测电路，主控芯片依据过零检测电路获取过零信号后，进入第一驱动阶段。
所述电磁加热装置还包括功率管反压检测电路，主控芯片内预设反压限值，若反压检测电路获取的反压值到达反压限值，电压包络由第一驱动阶段进入第二驱动阶段，其中该反压限值为1kV以上。
所述电磁加热装置还包括电流检测电路，主控芯片内预设电流限值，电流检测电路获取的电流值到达电流限值，电压包络由第一驱动阶段进入第二驱动阶段，其中该电流限值为9A 以上。
所述电磁加热装置的功率为1600瓦以上时，主控芯片控制电压包络分割为三个驱动阶段。
一种烹饪装置，包括机体、锅具、其特征在于，所述机体内设有上所述的电磁加热装置，锅具对应电磁加热装置的线圈放置。
本发明的有益效果：
本发明中所述三个驱动阶段中PWM信号输出的导通时间是指该阶段内的平均导通时间，或者单个PWM信号的导通时间。
本发明中所述t1和t3均大于t2；t1和t3可以相同，也可以不相同。
本发明中所述的功率管可以是IGBT，也可以是mos管。
本发明采用主控芯片将电压包络分割为三个驱动阶段，对三个驱动阶段中的PWM信号开通时间进行修改，大大提升了电磁加热的功率范围，避免由于在加热过程中功率管损坏的问题。具体的，由于在电压包络内设置PWM信号开通时间较短的第二驱动阶段，使得电磁加热回路中的充放电时间变短，大大降低了功率管受到的放电反压值，避免其被击穿。并且由于充放电时间短，其EMI性能得到了改善，进一步提升了整机的性能。
进一步地，本发明采用时间为分割基础，简化了电路结构，降低了成本。
进一步地，本发明采用过零信号作为进入第一驱动阶段的条件，准确度高，可控性更强。
进一步地，本发明采用对功率管的反压检测，以实现其进入第二驱动阶段的条件，避免其在电磁加热设备在低功率仍调用该程序，节约了主控芯片的存储空间，进一步降低成本。
同样道理，本发明采用电流值检测以实现其进入第二驱动阶段的条件。
本发明通过上述方案，使得所述电磁加热装置的功率为1600瓦以上时，更加稳定，特别是电磁加热装置单功率管驱动的加热功率可以提升到2000瓦以上，稳定在2200瓦。
本发明的一种烹饪装置，由于采用了上述的控制方法，大大提升了电磁加热的烹饪装置稳定性、可靠性及安全性能。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1是现有技术电压包络图；
图2是现有技术EMI曲线图；
图3是本发明一种电磁加热装置的功率控制方法的电压包络图；
图4是本发明一种电磁加热装置的功率控制方法的EMI曲线图；
图5是本发明一种电磁加热装置的功率控制方法第一种实施例的电路原理图；
图6是本发明一种电磁加热装置的功率控制方法第一种实施例的流程图；
图7是本发明一种电磁加热装置的功率控制方法的第二种实施例的电路框图；
图8是本发明一种电磁加热装置的功率控制方法第二种实施例的流程图；
图9是本发明一种电磁加热装置的功率控制方法的第三种实施例的电路框图；
图10是本发明一种电磁加热装置的功率控制方法的第三种实施例的流程图
图11是本发明一种电磁加热装置的功率控制方法的第四种实施例的流程图。
具体实施方式
本发明所述的一种电磁加热装置的功率控制方法及烹饪装置，由于在功率控制过程中，采用了降低PWM开通时间的第二驱动阶段，相对传统的电磁加热装置(参阅图1、图2)，使得电磁加热装置的功率范围增加，且提升了功率管的安全性能，同时降低了其在该阶段的 EMI干扰，大大提升了产品性能。
以下分实施例来阐述本发明的具体方案。
实施方式一：
请参阅图5、图6所示，本发明一种电磁加热装置的功率控制方法，所述的电磁加热装置包括线圈、功率管、与线圈并联的振荡电容、设有PWM信号输出口的主控芯片，以及驱动功率管工作的驱动电路，主控芯片的PWM信号输出口连接驱动电路。当功率管处于工作状态下形成电压包络。该电压包络可由示波器测试，以便于观察。
本发明控制方法的主要改进在于，所述主控芯片将电压包络分割为三个驱动阶段：
第一驱动阶段：所述主控芯片控制PWM信号输出的导通时间为t1；
第二驱动阶段：所述主控芯片控制PWM信号输出的导通时间为t2；
第三驱动阶段：所述主控芯片控制PWM信号输出的导通时间为t3；
其中，所述三个驱动阶段的持续时间之和为电压包络总时间T；所述t1和t3均大于t2；且第二驱动阶段位于第一驱动阶段和第三驱动阶段之间。
在本实施例中，所述的电压包络总时间T＝1/(2*电网频率)。具体的以220V/50Hz电压为例，那么单个电压包络的总时间为10ms。
具体的，本实施例中，所述t1、t3为12us-30us；所述t2为12us-25us。当然，t1和t3可以相等，也可以不相等。而对于该范围内的取值，主要依据加热功率的大小，但要满足所述 t1和t3均大于t2。
作为优选，本实施例以时间为基准，将电压包络分割为三个驱动阶段，即所述第一驱动阶段的持续时间为T1，T1时间结束进入第二驱动阶段，第二驱动阶段持续时间为T2，T2时间结束进入第三驱动阶段，第三驱动阶段持续时间为T3。作为优选实施例，本发明所述T1为2.5ms-4ms；所述T2为1ms-4ms；所述T3为2.5ms-4ms，满足T1+T2+T3＝10ms。最佳的取值为T1为4ms，T2为2ms；T3为4ms。此设计的好处在于，该电磁加热装置无论在哪个加热功率下，功率的控制均按此方法进行控制，以保证任意功率下的稳定性。当然，也可以仅设置在大功率工作时。同时也提升了电磁加热装置的负载适用性。
本发明通过上述方法的控制，通过示波器观察电压包络，产生如图3所示的电压包络图像，由传统的尖峰状(图1)，变成了顶部平缓的结构，进而降低了功率管被尖峰电压击穿的风险。并且，通过EMI测试，产生了如图4所述的图像，与图2相比，性能明显提升。由于EMI性能的提升，产品设计的空间也较大，电路成本降低。
实施方式二：
请参阅图7、图8所示，本发明一种电磁加热装置的功率控制方法的第二实施例，其与第一实施方式的区别在于：所述电磁加热装置还包括过零检测电路，主控芯片依据过零检测电路获取过零信号后，进入第一驱动阶段。
本实施例通过过零信号的检测，可以准确的控制各阶段加热时间，即起点时间准确，有效保证了各驱动阶段的有效执行。
本实施例的其它结构和有益效果均与实施方式一一致，这里不再赘述。
实施方式三：
请参阅图9、图10所示，本发明一种电磁加热装置的功率控制方法的第三实施例，其与第一实施方式的区别在于：所述电磁加热装置还包括功率管的反压检测电路，主控芯片内预设反压限值，若反压检测电路获取的反压值到达反压限值V0，电压包络由第一驱动阶段进入第二驱动阶段，其中该反压限值V0为1kV以上。具体的本实施例中的反压限值为1kV至1.3kV 之间，最佳值为1.1kV。
本实施例中使用反压限值作为驱动阶段的切换依据，而非采用实施例一的时间基数，如此，可以保证电磁加热装置无论在何种加热状态下，只要反压达到该预设反压限值，即可进入第二驱动阶段。
当然，本实施例也可以与实施例一组合，时间基数为划分依据的基础上，增加反压限值。
当然，本实施例也可以与实施例二组合，时间基数为划分依据的基础上，增加反压限值。
当然，至于第二驱动阶段至第三驱动阶段的切换，也可以依据时间，也可以依据反压限值作为判断。
本实施例的其它结构和有益效果均与实施方式一一致，这里不再赘述。
实施方式四：
请参阅图11所示，本发明一种电磁加热装置的功率控制方法的第四实施例，其与第一实施方式的区别在于：所述电磁加热装置还包括电流检测电路，主控芯片内预设电流限值I0，电流检测电路获取的电流值到达电流限值，电压包络由第一驱动阶段进入第二驱动阶段，其中该电流限值为9A以上。具体的本实施例中的电流限值为9A至12A之间，最佳值为9A。
本实施例中使用电流限值作为驱动阶段的切换依据，而非采用实施例一的时间基数，如此，可以保证电磁加热装置无论在何种加热状态下，只要电流值达到预设电流限值，即可进入第二驱动阶段。
当然，本实施例也可以与实施例一组合，时间基数为划分依据的基础上，增加电流限值。
当然，本实施例也可以与实施例二组合，过零检测基础上，增加电流限值。
当然，本实施例也可以与实施例三组合，增加电流限值。
当然，至于第二驱动阶段至第三驱动阶段的切换，也可以依据时间，也可以依据电流限值作为判断。
本实施例的其它结构和有益效果均与实施方式一一致，这里不再赘述。
进一步地，本发明也可以用功率作为进入三个驱动阶段的基础，所述电磁加热装置的功率为1600瓦以上时，主控芯片将电压包络分割为三个驱动阶段。具体的为1600-2500W，最佳为1800-2200W。
实施方式五：
本发明一种烹饪装置，其包括机体、锅具，所述机体内设有上述任一实施例的电磁加热装置，电磁加热装置的功率控制方法采用上述控制方法的任一或任两个或两个以上的组合。锅具对应电磁加热装置的线圈放置。
本发明一种烹饪装置的电磁加热装置由于采用了上述的控制方法，使得其功率控制更加平稳，产品的EMI性能、锅具的材质种类适应性大大提升。
以上所述，仅为本发明的两种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种电磁加热装置的功率控制方法，电磁加热装置包括线圈、功率管、与线圈并联的振荡电容、设有PWM信号输出口的主控芯片，以及驱动功率管工作的驱动电路，主控芯片的PWM信号输出口连接驱动电路，功率管处于工作状态下形成电压包络，其特征在于，所述主控芯片将电压包络分割为三个驱动阶段：
第一驱动阶段：所述主控芯片控制PWM信号输出的导通时间为t1；
第二驱动阶段：所述主控芯片控制PWM信号输出的导通时间为t2；
第三驱动阶段：所述主控芯片控制PWM信号输出的导通时间为t3；
其中，所述三个驱动阶段的持续时间之和为电压包络总时间T；所述t1和t3均大于t2；且第二驱动阶段位于第一驱动阶段和第三驱动阶段之间。
2.如权利要求1所述的一种电磁加热装置的功率控制方法，其特征在于，所述电压包络总时间T＝1/(2*电网频率)。
3.如权利要求1或2所述的一种电磁加热装置的功率控制方法，其特征在于，所述t1、t3为12us-30us；所述t2为12us-25us。
4.如权利要求3所述的一种电磁加热装置的功率控制方法，其特征在于，所述第一驱动阶段的持续时间为T1，T1时间结束进入第二驱动阶段，第二驱动阶段持续时间为T2，T2时间结束进入第三驱动阶段，第三驱动阶段持续时间为T3。
5.如权利要求4所述的一种电磁加热装置的功率控制方法，其特征在于，所述T1为2.5ms-4ms；所述T2为1ms-4ms；所述T3为2.5ms-4ms。
6.如权利要求4所述的一种电磁加热装置的功率控制方法，其特征在于，所述电磁加热装置还包括过零检测电路，主控芯片依据过零检测电路获取过零信号后，进入第一驱动阶段。
7.如权利要求3所述的一种电磁加热装置的功率控制方法，其特征在于，所述电磁加热装置还包括功率管的反压检测电路，主控芯片内预设反压限值，若反压检测电路获取的反压值到达反压限值，电压包络由第一驱动阶段进入第二驱动阶段，其中该反压限值为1kV以上。
8.如权利要求3所述的一种电磁加热装置的功率控制方法，其特征在于，所述电磁加热装置还包括电流检测电路，主控芯片内预设电流限值，电流检测电路获取的电流值到达电流限值，电压包络由第一驱动阶段进入第二驱动阶段，其中该电流限值为9A以上。
9.如权利要求4至8任意一项所述的一种电磁加热装置的功率控制方法，其特征在于，所述电磁加热装置的功率为1600瓦以上时，主控芯片将电压包络分割为三个驱动阶段。
10.一种烹饪装置，包括机体、锅具、其特征在于，所述机体内设有权利要求1至9任意一项所述电磁加热装置的功率控制方法的电磁加热装置，锅具对应电磁加热装置的线圈放置。
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