CN108663566A - 电磁感应的谐振电压的检测装置和方法 - Google Patents

电磁感应的谐振电压的检测装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电磁感应领域，公开了电磁感应的谐振电压的检测装置和方法，该装置包括取样模块和控制器，取样模块的输出端与控制器的输入端相连接，取样模块的输入端输入电磁感应的谐振电压：取样模块用于将所述谐振电压进行降压，利用二极管和电容对降压后的谐振电压的峰值进行保持，并输出保持的谐振电压的峰值；控制器用于判断所述谐振电压是否过零，在谐振电压过零时，在预设时长内输出预设低电压以使取样模块的电容进行电荷释放，在预设时长后接收取样模块输入的谐振电压的峰值，对峰值进行模数转换并存储峰值。本发明能够检测谐振回路的谐振电压的峰值，为后续利用峰值进行功率开关控制，实现功率开关保护，提高设备可靠性提供便利。

Description

电磁感应的谐振电压的检测装置和方法
技术领域
本发明涉及电磁感应技术领域，具体地，涉及电磁感应的谐振电压的检测装置和方法。
背景技术
加热烹调器如电饭煲、电磁炉、电压力锅等越来越多的使用电磁感应方式来进行加热。电磁加热烹调器采用LC并联谐振方式，最大功率时其谐振电压往往高达1100多伏，非常接近功率开关管IGBT(绝缘删双极性晶体管)1200V的耐压极限。由于谐振电压的谐振频率高，电压变化大，现有的技术方案中还没有检测谐振电压的技术方法。现有技术方案采用电压比较器的方式来防止IGBT过压。在此方式中，只有一个谐振电压保护点，电路可靠性较低，功率开关管损坏率偏高。
发明内容
本发明的目的是提供一种电磁感应的谐振电压的检测装置和方法，以解决上述技术问题或者部分地解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种电磁感应的谐振电压的检测装置，该装置包括取样模块和控制器，所述取样模块的输出端与所述控制器的输入端相连接，所述取样模块的输入端输入电磁感应的谐振电压：所述取样模块用于将所述谐振电压进行降压，利用二极管和电容对降压后的谐振电压的峰值进行保持，并输出保持的谐振电压的峰值；所述控制器用于判断所述谐振电压是否过零，在所述谐振电压过零时，在预设时长内输出预设低电压以使所述取样模块的电容进行电荷释放，在预设时长后接收所述取样模块输入的谐振电压的峰值，对所述峰值进行模数转换并存储所述峰值。
优选地，所述取样模块包括第一电阻和第二电阻；所述第一电阻与所述第二电阻串联后接入所述取样模块的输入端；从所述第二电阻的两端输出降压后的谐振电压。
优选地，所述二极管的负极连接所述电容的一端，所述二极管的正极接入降压后的谐振电压的高压端，所述电容的另一端连接降压后的谐振电压的低压端；从所述电容的两端分别引出所述取样模块的输出端。
优选地，所述控制器还用于在所述谐振电压的峰值大于预设电压阈值时，减少输出所述谐振电压的功率开关的导通脉冲宽度；和/或所述控制器还用于在所述谐振电压的峰值小于预设电压阈值时，增加输出所述谐振电压的功率开关的导通脉冲宽度。
优选地，所述控制器还用于在所述谐振电压的峰值大于预设最大电压阈值时，将输出所述谐振电压的功率开关关闭。
根据本发明的另一方面，提供了一种电磁感应的谐振电压的检测方法，该方法包括：将所述谐振电压进行降压，利用二极管和电容对降压后的谐振电压的峰值进行保持，并输出保持的谐振电压的峰值；判断所述谐振电压是否过零；在所述谐振电压过零时，在预设时长内输出预设低电压以使所述电容进行电荷释放；在预设时长后接收保持的谐振电压的峰值，对所述峰值进行模数转换并存储所述峰值。
优选地，所述将所述谐振电压进行降压包括：通过第一电阻与第二电阻串联后在两端输入谐振电压来从第二电阻的两端获得降压后的谐振电压。
优选地，所述利用二极管和电容对降压后的谐振电压的峰值进行保持，并输出保持的谐振电压的峰值包括：通过将二极管的负极连接电容的一端，二极管的正极接入降压后的谐振电压的高压端，电容的另一端连接降压后的谐振电压的低压端来从电容的两端输出保持的谐振电压的峰值。
优选地，所述方法还包括：在所述谐振电压的峰值大于预设电压阈值时，减少输出所述谐振电压的功率开关的导通脉冲宽度；和/或在所述谐振电压的峰值小于预设电压阈值时，增加输出所述谐振电压的功率开关的导通脉冲宽度。
优选地，所述方法还包括：在所述谐振电压的峰值大于预设最大电压阈值时，将输出所述谐振电压的功率开关关闭。
通过上述技术方案，将所述谐振电压进行降压，利用二极管和电容对降压后的谐振电压的峰值进行保持，并输出保持的谐振电压的峰值；判断所述谐振电压是否过零；在所述谐振电压过零时，在预设时长内输出预设低电压以使所述电容进行电荷释放；在预设时长后接收保持的谐振电压的峰值，对所述峰值进行模数转换并存储所述峰值。如此，可以检测谐振回路的谐振电压的峰值，为后续利用该峰值进行功率开关控制，实现功率开关保护，提高设备可靠性提供便利。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明实施方式的电磁感应的谐振电压的检测装置的结构图；
图2是根据本发明实施方式的电磁感应的谐振电压的检测装置的电路示意图；
图3是根据本发明实施方式的电磁感应的谐振电压的检测装置的电压波形图；
图4是将如图3所示的一周期内电压波形在时间上拉长后的波形图；以及
图5是根据本发明实施方式的电磁感应的谐振电压的检测方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1是根据本发明实施方式的电磁感应的谐振电压的检测装置的结构图，该装置适于任何检测设备或者具有谐振电压的检测功能的家电设备中，例如具有谐振电压的检测功能的电饭煲、电磁炉、电压力锅等。如图1所示，该装置包括取样模块110和控制器120。取样模块110的输出端与控制器120的输入端相连接，取样模块110的输入端输入电磁感应的谐振电压。
取样模块110用于将谐振电压进行降压，利用二极管和电容对降压后的谐振电压的峰值进行保持，并输出保持的谐振电压的峰值。
在一实施例中，取样模块110包括第一电阻R1和第二电阻R2；第一电阻R1与第二电阻R2串联后接入取样模块110的输入端；从第二电阻R2的两端输出降压后的谐振电压。
在一实施例中，二极管D1的负极连接电容C1的一端，二极管D1的正极接入降压后的谐振电压的高压端，电容C1的另一端连接降压后的谐振电压的低压端。从电容C1的两端分别引出取样模块110的输出端。
举例而言，如图2所示，在使用谐振电压的电路中，0-310V的交流电经整流后输入电路，图2中的C0为滤波电容。LH为电磁感应加热线圈盘，CH为谐振电容。功率开关300(例如IGBT)用作能量转换开关。功率开关300导通时，电路从输入电流取得能量并储存在线圈盘LH中，功率开关300断开时，线圈盘LH与谐振电容CH谐振，并将能量以电磁感应方式送至负载。取样模块110的第一电阻R1和第二电阻R2组成降压比例，将功率开关300的C极0-1000多伏的谐振电压降低至0至5V的直流变化电压，以保证送至控制器120引脚的信号电压范围不会超出控制器端口限制电压。二极管D1和电容C1为峰值取样电路，取出信号电压的最高值。
控制器120用于判断谐振电压是否过零，在谐振电压过零时，在预设时长内输出预设低电压以使取样模块110的电容进行电荷释放，在预设时长后接收取样模块120输入的谐振电压的峰值，对峰值进行模数转换并存储峰值。
在一实施例中，控制器120还用于在谐振电压的峰值大于预设电压阈值时，减少输出谐振电压的功率开关的导通脉冲宽度。
在一实施例中，控制器120还用于在谐振电压的峰值小于预设电压阈值时，增加输出谐振电压的功率开关的导通脉冲宽度。
在一实施例中，控制器120还用于在谐振电压的峰值大于预设最大电压阈值时，将输出谐振电压的功率开关关闭。
举例而言，控制器120的ADC1引脚为控制器检测谐振电压的模数转换引脚，ADC1引脚端口模式在不同的阶段工作在不同的模式。在功率开关300的谐振电压过零后的预设时长T2内，控制器工作在推挽输出模式，输出预设低电平，用来将电容C1的电荷放掉。并且，ADC2、ADC3…ADCn引脚可为其他功能(如温度检测等)提供模数转换的引脚。在预设时长T2之后，控制器120工作在模拟输入模式，进行模数转换，将接收的谐振电压的峰值的模拟电压量转化为数字电压量。
以下以烹调器的谐振电压的检测装置为例对本发明进行举例说明。
电路如图2所示，电磁加热烹调器工作时，频率为50Hz的交流电源经滤波电容C0滤波后，在IGBT的C极(节点N2)产生如图3波形1所示的频率为100Hz、周期为10毫秒的包络波形。经取样模块的第一电阻R1和第二R2比例降压取样后节点N3的波形如图3中波形2所示。二极管D1和电容C1对谐振电压的峰值进行保持，输出的保持的谐振电压的峰值如图3中波形3所示。控制器的ADC1脚在模拟-数字转换阶段T1将输入的谐振电压峰值进行模数转换后存储峰值，控制器的ADC1脚在放电阶段T2输出低电压，以使得取样模块的电容C1进行放电。此外，在T2阶段控制器除ADC1脚外的其他脚向其他功能模块提供电压。
对于如图3所示的周期T为10毫秒的包络波形，在时间上拉长后的波形如图4所示，即将一周期10毫秒内的波形在时间轴上进行放大，获得包含波形细部特征的波形图。随着输入的电源电压(节点N1)的升高和降低，波形如图4中的波形4所示，IGBT的C极峰值电压(节点N2)也会升高和降低，波形如图4中的波形6所示，节点N3的电压经取样模块的第一电阻R1和第二电阻R2比例降压后，波形与节点N2的波形轮廓相同，只是电压幅值降低至5V以下。当节点N3的电压大于电容C1的电压时，二极管D1导通，对电容C1充电，电容C1的电压等于节点N3的电压；当节点N3的电压小于电容C1的电压时，二极管D1截止，电容C1的电压没有放电回路维持电压不变，所以经峰值取样电路后ADC1引脚的波形如图4中的波形8中的T1阶段所示，因此不断的重复对ADC1引脚进行模数转换可以获取谐振电路的峰值电压。
在整个10毫秒包络波形中的如图4所示的T1阶段，控制器ADC1引脚端口模式置为模拟输入模式，作模数转换使用，模数转换器持续的对ADC1引脚进行模数转换，转换结果储存在缓冲RAM中，因此在T1阶段结束尾端，控制器从模数转换器中读取到的电压值为谐振电压(节点N2)在10毫秒包络中最高点的值，即如图4所示的A点值。
在如图4所示的T2阶段，控制器ADC1引脚端口模式置为推挽输出模式，输出低电平，对储存在电容C1中的电荷进行放电，将电荷释放掉，为测量下一10毫秒的谐振电压作准备。同时，模数转换器使能其它的ADC通道，对其它ADC通道进行模数转换。转换结束后，再将ADC1引脚置为模拟输入模式，启动对ADC1引脚连续模数转换。举例而言，控制器检测过零标志位是否置1，如果是，则清除过零标志位，读取模数换结果存入Adc1Value内存地址单元；将ADC1引脚端口模式置为推挽输出模式，输出低电平，禁能ADC1通道，使能ADC2-ADCn通道，启动模数转换器序列转换，等待转换结束，并将转换结果存入Adc2Value-AdcnValue内存地址单元。之后，控制器将ADC1引脚端口模式置为模拟输入模式，使能ADC1通道，禁能ADC2-ADCn通道，启动模数转换器连续转换。
控制器每隔10毫秒在电压过零点(如图3所示的T2阶段开始点)读出的Adc1Value内存地址单元的值为谐振电压包络的最高点电压值，如图3中A点所示，控制器从而获知谐振回路的电压。控制器跟据烹饪负载及烹饪过程等情况设置灵活的限制值ADC_SET来控制谐振回路的电压。当控制器检测到谐振回路的电压值大于ADC_SET时，减少开关管IGBT的导通脉冲宽度，谐振回路中的谐振电压降低；当控制器检测到谐振回路的电压小于ADC_SET时，加大开关管IGBT的导通脉冲宽度，谐振回路中的谐振电压升高。从而将谐振电压稳定在ADC_SET电压点。
在如图3所示的T1阶段，也有另外一种机制确保谐振电压不会超压而损坏开关管IGBT。控制器的模数转换器中，有一极限值寄存器ADC_MAX，T1阶段的每次模数转换结束后的转换结果值都与限值寄存器ADC_MAX中值作比较，若转换结果值大于ADC_MAX值，则引发控制器进入中断。例如IGBT的极限电压为1200V，则置ADC_MAX为1100V的值，在每个谐振周期中，只要谐振电压超出1100V，则会触发控制器中断，在中断服务程序中，通过减少开关管IGBT的导通脉冲宽度或直接关断IGBT，从而确保谐振电压不会损坏开关管IGBT。
本发明的有益效果在于控制器可以检测谐振回路的谐振电压，并且能灵活控制谐振电压，确保功率开关有足够的电压安全范围，因此电路可靠性高，有利于降低功率开关因过压产生的损坏率。
图5是根据本发明实施方式的电磁感应的谐振电压的检测方法的流程图，该方法适于任何检测设备或者具有谐振电压的检测功能的家电设备中，例如具有谐振电压的检测功能的电饭煲、电磁炉、电压力锅等。
在步骤S510中，将谐振电压进行降压，利用二极管和电容对降压后的谐振电压的峰值进行保持，并输出保持的谐振电压的峰值。
在步骤S520中，判断谐振电压是否过零。
在步骤S530中，在谐振电压过零时，在预设时长内输出预设低电压以使电容进行电荷释放。
在步骤S540中，在预设时长后接收保持的谐振电压的峰值，对峰值进行模数转换并存储峰值。
在一实施例中，所述将谐振电压进行降压可包括：通过第一电阻与第二电阻串联后在两端输入谐振电压来从第二电阻的两端获得降压后的谐振电压。
在一实施例中，所述利用二极管和电容对降压后的谐振电压的峰值进行保持，并输出保持的谐振电压的峰值可包括：通过将二极管的负极连接电容的一端，二极管的正极接入降压后的谐振电压的高压端，电容的另一端连接降压后的谐振电压的低压端来从电容的两端输出保持的谐振电压的峰值。
在一实施例中，本发明中方法还可包括：在所述谐振电压的峰值大于预设电压阈值时，减少输出所述谐振电压的功率开关的导通脉冲宽度。
在一实施例中，本发明中方法还可包括：在所述谐振电压的峰值小于预设电压阈值时，增加输出谐振电压的功率开关的导通脉冲宽度。
在一实施例中，本发明中方法还可包括：在谐振电压的峰值大于预设最大电压阈值时，将输出谐振电压的功率开关关闭。
举例而言，在如图2所示的电路中，电磁加热烹调器工作时，频率为50Hz的交流电源经滤波电容C0滤波后，在IGBT的C极(节点N2)产生如图3波形1所示的频率为100Hz、周期为10毫秒的包络波形。经第一电阻R1和第二R2比例降压取样后节点N3的波形如图3中波形2所示。二极管D1和电容C1对谐振电压的峰值进行保持，输出的保持的谐振电压的峰值如图3中波形3所示。
控制器检测过零标志位是否置1，如果是，则清除过零标志位，读取模数换结果存入Adc1Value内存地址单元；将ADC1引脚端口模式置为推挽输出模式，输出低电平，禁能ADC1通道，使能ADC2-ADCn通道，启动模数转换器序列转换，等待转换结束，并将转换结果存入Adc2Value-AdcnValue内存地址单元。之后，控制器将ADC1引脚端口模式置为模拟输入模式，使能ADC1通道，禁能ADC2-ADCn通道，启动模数转换器连续转换。
控制器每隔10毫秒在电压过零点(如图3所示的T2阶段开始点)读出的Adc1Value内存地址单元的值为谐振电压包络的最高点电压值，如图3中A点所示，控制器从而获知谐振回路的电压。控制器跟据烹饪负载及烹饪过程等情况设置灵活的限制值ADC_SET来控制谐振回路的电压。当控制器检测到谐振回路的电压值大于ADC_SET时，减少开关管IGBT的导通脉冲宽度，谐振回路中的谐振电压降低；当控制器检测到谐振回路的电压小于ADC_SET时，加大开关管IGBT的导通脉冲宽度，谐振回路中的谐振电压升高。从而将谐振电压稳定在ADC_SET电压点。
在如图3所示的T1阶段，也有另外一种机制确保谐振电压不会超压而损坏开关管IGBT。控制器的模数转换器中，存在一极限值寄存器ADC_MAX，T1阶段的每次模数转换结束后的转换结果值都与限值寄存器ADC_MAX中值作比较，若转换结果值大于ADC_MAX值，则引发控制器进入中断。例如IGBT的极限电压为1200V，则置ADC_MAX为1100V的值，在每个谐振周期中，只要谐振电压超出1100V，则会触发控制器中断，在中断服务程序中，通过减少开关管IGBT的导通脉冲宽度或直接关断IGBT，从而确保谐振电压不会损坏开关管IGBT。
上述方法与前述装置相对应，上述方法的进一步的详细描述可参见前述装置中实施方式，在此不再赘述。
本发明的有益效果在于可以检测谐振回路的谐振电压，并且能灵活控制谐振电压，确保功率开关有足够的电压安全范围，因此电路可靠性高，有利于降低功率开关因过压产生的损坏率。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种电磁感应的谐振电压的检测装置，其特征在于，该装置包括取样模块和控制器，所述取样模块的输出端与所述控制器的输入端相连接，所述取样模块的输入端输入电磁感应的谐振电压：
所述取样模块用于将所述谐振电压进行降压，利用二极管和电容对降压后的谐振电压的峰值进行保持，并输出保持的谐振电压的峰值；
所述控制器用于判断所述谐振电压是否过零，在所述谐振电压过零时，在预设时长内输出预设低电压以使所述取样模块的电容进行电荷释放，在预设时长后接收所述取样模块输入的谐振电压的峰值，对所述峰值进行模数转换并存储所述峰值。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述取样模块包括第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻与所述第二电阻串联后接入所述取样模块的输入端；
从所述第二电阻的两端输出降压后的谐振电压。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述二极管的负极连接所述电容的一端，所述二极管的正极接入降压后的谐振电压的高压端，所述电容的另一端连接降压后的谐振电压的低压端；
从所述电容的两端分别引出所述取样模块的输出端。
4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述控制器还用于在所述谐振电压的峰值大于预设电压阈值时，减少输出所述谐振电压的功率开关的导通脉冲宽度；和/或
所述控制器还用于在所述谐振电压的峰值小于预设电压阈值时，增加输出所述谐振电压的功率开关的导通脉冲宽度。
5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述控制器还用于在所述谐振电压的峰值大于预设最大电压阈值时，将输出所述谐振电压的功率开关关闭。
6.一种电磁感应的谐振电压的检测方法，其特征在于，该方法包括：
将所述谐振电压进行降压，利用二极管和电容对降压后的谐振电压的峰值进行保持，并输出保持的谐振电压的峰值；
判断所述谐振电压是否过零；
在所述谐振电压过零时，在预设时长内输出预设低电压以使所述电容进行电荷释放；
在预设时长后接收保持的谐振电压的峰值，对所述峰值进行模数转换并存储所述峰值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述谐振电压进行降压包括：
通过第一电阻与第二电阻串联后在两端输入谐振电压来从第二电阻的两端获得降压后的谐振电压。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用二极管和电容对降压后的谐振电压的峰值进行保持，并输出保持的谐振电压的峰值包括：
通过将二极管的负极连接电容的一端，二极管的正极接入降压后的谐振电压的高压端，电容的另一端连接降压后的谐振电压的低压端来从电容的两端输出保持的谐振电压的峰值。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述谐振电压的峰值大于预设电压阈值时，减少输出所述谐振电压的功率开关的导通脉冲宽度；和/或
在所述谐振电压的峰值小于预设电压阈值时，增加输出所述谐振电压的功率开关的导通脉冲宽度。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述谐振电压的峰值大于预设最大电压阈值时，将输出所述谐振电压的功率开关关闭。
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