CN110708780A - 一种用于电磁加热控制的整流桥堆及电磁加热电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电磁加热控制的整流桥堆及电磁加热电路,所述整流桥堆包括封装体，被封装于封装体内的四个二极管芯片、以及连接四个二极管芯片的引脚组，所述引脚组包括两个独立连接二极管芯片一端的单引脚以及三个共同连接两个二极管芯片一端的复引脚，所述两个单引脚连接导通以输出全波整流信号；所述两个单引脚之一断开以输出半波整流信号。本发明的用于电磁加热控制的整流桥堆，制造简单，易于设计，适用性广；在整流桥堆基础上设计得到的电磁加热电路，实现了可靠的全波整流和半波整流之间的切换，优化了小功率加热的实现方式，降低了半波状态下的电流，延长了使用寿命。

Description

一种用于电磁加热控制的整流桥堆及电磁加热电路

技术领域

本发明属于烹饪器具技术领域，具体涉及一种用于电磁加热控制的整流桥堆及电磁加热电路。

背景技术

电磁加热器具由于其热效率高、加热速率快而广受欢迎。针对不同的加热需求，需要通过调整功率以调节加热工况。目前，电磁烹饪器具的小功率加热控制方式作为重要课题的之一有待开发。其中一种方式是通过全波整流输出大功率，半波整流输出小功率，并在电路中加之以全波和半波的切换方式。目前有一些现有技术着力于解决以上问题。

例如，在一种现有技术中，电磁加热系统包括整流模块、控制模块以及功率管和谐振模块，其中整流模块包括整流桥，功率控制电路还包括与整流桥相连的开关，所述开关在所述控制模块的控制下在第一端口和第二端口之间切换，以使得所述整流桥输出全波整流波形或半波整流波形，可以实现电磁炉功率加热。该方案能方便实现全波和半波的切换以实现大功率和小功率加热；但是由于与整流桥相连的开关需要在第一端口和第二端口之间切换，需要使用带切换功率的继电器或者使用两个继电器，这种方案结构复杂，体积大，成本高。

又如，另一方案中提出一种电磁炉连续小功率控制装置，采用单片机控制光电耦合器触发晶闸管，实现输入电压全波、半波的选择结构。该方案晶闸管本身需要增加光耦电路，电路复杂，且晶闸管本身有损耗较大、EMI难调、温升高、干扰大等问题。总体上还会明显降低电磁炉的能效。

再如，一现有方案中提出了一种电磁加热装置及电磁加热装置中功率开关管的驱动电路，其主要差异点在于多级电压的IGBT驱动方法。该方案利用不同电压下IGBT工作状态不同的特点实现，常规电磁炉IGBT一般工作在饱和导通状态，，当启动工作时，会产生较大的开关电流，该方案利用不同的驱动电压使IGBT在启动工作时，工作在放大状态，利用自身内阻，降低开关电流，从而降低了小功率时的噪音。该方案，由于有部分时间IGBT工作在放大状态，IGBT自身会产生较大的损耗，会影响IGBT的散热和寿命；增加脉冲导致的加剧IGBT损耗与实现低噪音之间的矛盾，另外变电压的方式降低电流也效果有限。

因此现有技术的改进，致力于在实现小功率加热的同时，保持低成本和方便设计，以及保证可靠性。

发明内容

为解决现在技术存在的上述问题，本发明提供了一种用于电磁加热控制的整流桥堆及电磁加热电路，通过改变整流的方式，以较低的成本实现可靠的全波和半波之间的切换，解决现有技术中存在的至少一个问题。

本发明采用的技术方案是：

一种用于电磁加热控制的整流桥堆，包括封装体，被封装于封装体内的四个二极管芯片、以及连接四个二极管芯片的引脚组，所述引脚组包括两个独立连接二极管芯片一端的单引脚以及三个共同连接两个二极管芯片一端的复引脚，所述两个单引脚连接导通以输出全波整流信号；所述两个单引脚之一断开以输出半波整流信号。通过整流桥堆结构的改变，延伸出两个便于操作的单引脚，两个单引脚之间便于切换全波整流和半波整流模式，相对于传统的整流桥堆，以精巧的结构延伸出第五只引脚，从而方便在电路实现快速接入，而切换的执行器件集成在电路即可，成本低、可靠性高。

作为一种实施方式，所述单引脚和复引脚包括伸出封装体之外的引脚端和位于封装体内的连接端，所述连接端之间以跳线连接有二极管芯片。引脚端便于接入电路，连接端便于二极管芯片连接后集成于封装体内，该设计灵活方便，连接可靠。

进一步，所述连接端共有8个，每个所述复引脚具有2个连接端，每个所述单引脚具有1个连接端。复引脚2个连接端、单引脚1个连接端的设计，共计8个连接端恰好可以连接4个二极管，在封装体内部构成桥式电路，简约的设计造成可靠的效果。

或者，所述引脚端平行间隔排列，相邻引脚端之间的距离为d，满足2.5mm≤d≤12mm。引脚端之间的距离d在2.5～12mm之间，以保证电气安全性和耐用性；当然，单引脚之间的距离、复引脚之间的距离，相邻单引脚与复引脚之间的距离，各有细分范围，以保证电气连接的安全性。

或者，所述引脚端包括2个输入端和3个输出端，所述2个单引脚的引脚端为输出端；或者所述引脚端包括3个输入端和2个输出端，所述2个单引脚的引脚端为输入端。输出和输入的端口，其中一个为火线L、一个为零线N、一个接正极、一个接负极，第五个端口接以上端口任一个，均可实现方案。

一种电磁加热电路，包含上述任一种的整流桥堆。本发明的整流桥堆具有独特的应用价值，可接入需要的电磁加热电路中。

作为一种实施方式，所述2个单引脚之间接入切换开关；所述切换开关通断以输出全波整流信号或半波整流信号之一。切换开关通断以输出全波整流信号或半波整流信号的方式方便高效，切换开关成本低，且过电流要求明确，易于选择规格。

作为一种实施方式，所述2个单引脚电连接后串接一个第五二极管，所述第五二极管并接有切换开关。作为替代方案，两个单引脚电连接后的全波整流波形，可以由串联一个二极管，并加以并联一个切换开关来达到同样的目的。

作为进一步的实施方式，所述切换开关为单刀单掷继电器。单刀单掷继电器结构简单，成本低，便于应用到本电路结构中。

作为一种实施方式，所述电磁加热电路包括火线L端、零线N端、正端、负端，所述火线L端和零线N端主回路上并接有压敏电阻、第一电容，所述正端接第一正极电压，所述负端串接第一电阻后接地。具体的电磁加热电路连接方式，还使半波整流和全波整流状态下的对过电流能力要求不提高很多，对电路元器件稳定性具有实际的好处，保障了电路的稳定性。

所述电磁加热电路包括主控单元、继电器驱动模块、IGBT，所述切换开关为继电器；所述主控单元发出IGBT驱动信号以驱动IGBT，主控模块发出继电器驱动信号以控制切换开关导通和关断。具体的电路实施使本发明的电磁加热电路使用性价比高，便于切换全波和半波。

本发明的有益效果是：本发明的用于电磁加热控制的整流桥堆，制造简单，易于设计，适用性广；在整流桥堆基础上设计得到的电磁加热电路，实现了可靠的全波整流和半波整流之间的切换，优化了小功率加热的实现方式，降低了半波状态下的电流，延长了使用寿命。具体如下：

1、由于改变桥堆内部结构，便于和IGBT等一起固定在一块散热片上，利于散热，降低IGBT温升，提高安全性；

2、当在半波工作时，由于主谐振电路电源电压较小，其电流也会较小，可以提升系统可靠性和寿命；

3、单刀单掷开关易于选择，不会承载过大电流，提高器件使用可靠性和寿命；

4、材料成本低，设计简单，易于应用。

附图说明

图1是现有技术下的全波整流波形图。

图2是现有技术下的半波整流波形图。

图3是现有技术整流桥堆内部集成的电路图。

图4是本发明实施例一整流桥堆封装体内部构造的示意图。

图5～图8是本发明实施例一的整流桥堆内部集成的4种实施电路图。

图9是本发明实施例一整流桥堆的一种应用电路。

图10是图9的电路的全波整流下的电流测试结果。

图11是图9的电路的半波整流下的电流测试结果。

图12是本发明实施例二的一种应用电路。

图13是本发明实施例三的一种应用电路。

其中：10-封装体，11-二极管芯片，12-跳线，200-切换开关，20-引脚组，21-单引脚，22-复引脚，23-引脚端，24-连接端，500主控单元。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

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”、“顺时针”、“逆时针”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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

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，或一体地连接；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。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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1～9所示，一种用于电磁加热控制的整流桥堆，用于电磁炉、电磁灶灯电磁加热器具的电控应用，也可用于应用全波或半波整流的IH加热器具如电饭煲、压力煲等。其中图1、图2分别展示了现有技术中全波整流输出的全波波形图和半波整流输出的半波波形图，图3为现有技术中整流桥的内部封装电路结构示意图，为便于将电路图对应封装体结构说明本发明实施例，增设封装外框100以区分被封装的部分和引脚部分。

如图4，一种用于电磁加热控制的整流桥堆，包括封装体10，被封装于封装体10内的四个二极管芯片11、以及连接四个二极管芯片11的引脚组20，所述引脚组20包括两个独立连接二极管芯片11一端的单引脚21以及三个共同连接两个二极管芯片11一端的复引脚22，所述两个单引脚21连接导通以输出全波整流信号；所述两个单引脚22之一断开以输出半波整流信号。通过整流桥堆结构的改变，延伸出两个便于操作的单引脚，两个单引脚之间便于切换全波整流和半波整流模式，相对于传统的整流桥堆，以精巧的结构延伸出第五只引脚，从而方便在电路实现快速接入，而切换的执行器件集成在电路即可，成本低、可靠性高。

具体地，图4展现的是封装体10内部的结构，封装体在图4中以虚线表示，所述单引脚21和复引脚22包括伸出封装体10之外的引脚端23和位于封装体内的连接端24，所述连接端24之间以跳线12连接有二极管芯片11；如此，引脚端23便于接入电路，连接端24便于二极管芯片连接后集成于封装体10内；所述连接端共有8个，每个所述复引脚22具有2个连接端，每个所述单引脚21具有1个连接端；具体结构上，连接端24可设置于单引脚21或复引脚22的上端被封装的部分，引脚的上端可以为框架结构，连接端24设于框架上，也可以为其他结构如多引脚上端为一整体，或者仅以引线连接的结构等，只要能实现整流桥式结构，在相应部位满足电气的连接和隔离，具体情形不再赘述。

所述引脚端23平行间隔排列，相邻引脚端23之间的距离为d，满足2.5mm≤d≤12mm，引脚端23之间的距离d在2.5～12mm之间，以保证电气安全性和耐用性；相对而言，单引脚21的引脚端之间的距离为2.5～10mm，复引脚22之间的距离d2在3～12mm，且大于单引脚21的引脚端之间的距离，因其间要接入开关或者其他元器件，以保障满足过电流能力要求，唯一的单引脚21与复引脚22的引脚端之间的距离，可参考单引脚21的引脚端之间的距离，或稍大于此值。

所述引脚端23包括2个输入端和3个输出端，所述2个单引脚21的引脚端23为输出端；或者所述引脚端23包括3个输入端和2个输出端，所述2个单引脚21的引脚端为输入端。输入端口为火线L、正极“+”，输出端口为零线N、负极“-”，第五个端口接以上端口任一个，组合形成多种方案，均可等效实现本发明的方案。

更为具体地，如图5～图8，为封装体内实施的4种电路结构图，封装外框100对应封装体10，封装外框100外部的引脚1、2、3、4对应5个引脚端23。

图3为现有技术整流桥堆电路图，封装外框100对应封装体10，D1、D2、D3、D4为四个二极管芯片，1、2、3、4对应为4个引脚端，对应2个输入端、2个输出端，在现有技术基础上，可设定：D1和D4之间3端口连接火线L，D2和D3之间的2端口连接零线N，D1和D2之间的1端口连接正极“+”，D3和D4之间连接负极“-”，构成现有技术中的整流桥。

图5为本发明的一种整流桥堆的实施电路图，相当于切断D1和D2之间导线，引出1端和2端作为单引脚，该情况下，1端和2端对应2个正极“+”，3端为N，4端为L，5端为“-”；

图6为本发明的第二种整流桥堆的实施电路图，相当于切断D3和D4之间导线，引出4端和5端作为单引脚，该情况下，4端和5端对应2个负极“-”，3端为L，2端为N，1端为“+”；特别地，该实施电路恰好对应图4中的整流桥堆封装体结构；

图7为本发明的第三种整流桥堆的实施电路图，相当于切断D1和D4之间导线，引出3端和4端作为单引脚，该情况下，3端和4端对应2个火线端L，2端为N，1端为“+”，5端为“-”；

图8为本发明的第四种整流桥堆的实施电路图，相当于切断D2和D3之间导线，引出2端和3端作为单引脚，该情况下，2端和3端对应2个零线端N，4端为L，1端为“+”，5端为“-”。

一种电磁加热电路，包含上述任一种的整流桥堆。本发明的整流桥堆具有独特的应用价值，可接入需要的电磁加热电路中。具体地所述2个单引脚21之间接入切换开关200；所述切换开关200通断以输出全波整流信号或半波整流信号之一；作为优选，所述切换开关200为单刀单掷继电器，单刀单掷继电器成本低，易于选型，适用性强，配合本发明的整流桥堆使用，只需满足过电流要求即可。

如图9，具体地，所述电磁加热电路包括火线L端、零线N端、正端、负端，包括主控单元500、继电器驱动模块、电流采样模块、电压采样模块、IGBT、谐振加热模块、滤波稳压模块；所述切换开关200为继电器K1，继电器优选单刀单掷继电器，图9中的1、2端口对应两“+”极的单引脚，在二极管D1和D3之间；所述继电器驱动模块、电流采样模块、电压采样模块集成于主控单元中，所述主控单元500发出IGBT驱动信号以驱动IGBT，该IGBT驱动信号为PPG信号；谐振加热模块包括谐振线圈L2、谐振电容C3；滤波稳压模块包括L1、电容C2；主控单元500接收电流采样模块、电压采样模块的电流采样信号和电压采样信号，并发出继电器驱动信号以控制切换开关200导通和关断；主控单元接收谐振加热模块的同步信号以使主控单元500在合适的时机进行电流采样、电压采样、发送PPG信号，或者驱动切换开关200开通和关断。

动作过程：(1)当切换开关闭合时，D1、D2、D3、D4组成全波整流模块，可以得到整流波形如图1所示；

(2)当切换开关断开时，D1、D3或D2、D4工作，整流模块工作在半波整流的模式下，可以得到整流波形如图2所示。

根据功率计算的公式可以得到：P＝I*U，指平均功率，由图1和图2可以看出U1_有效＝U1/(2^0.5)，U2＝U1_有效/2，在相同电流下，电压降低了一半，P2＝P1/2，如此即可实现小功率连续加热。

具体软件控制方式如图10-11所示：电磁加热工作时分为功率高功率档位和低功率档位(一般设定大于900W以上为大功率，900W以及900W以下为小功率连续加热档位)，控制思路：1)控制单元初始化完成以后，继电器(即切换开关)控制电平默认状态为低电平，工作在小功率的情况下，先停止IGBT驱动信号，延时一段时间后，继电器控制信号拉高，再延时一段时间(保证继电器可靠吸合)，进行检锅，确定锅具存在后，停止IGBT驱动信号，延时一段时间后继电器驱动信号拉低，进入半波整流模式，延时一段时间后，开通IGBT驱动信号，进行小功率加热。2)当工作在小功率工况切换到大功率工况时，首先停止IGBT驱动信号，延时一段时间后，继电器驱动信号置高，再延时一段时间，进行检锅，检测到锅具后，发出IGBT驱动信号起功率。3)从大功率切换到小功率时，重复步骤1)进行。

在继电器切换的过程中，电流采样、电压采样需要延时一段时间，稳定后采样，方可进行功率调节处理。

如图10-11，在全波时，IGBT启动电流达到102A，而半波时只有41A，仅为全波时40％。相比现有技术中，半波状态下的启动电流为全波时的将近80％以上，具有实质性的改善。

此外，电磁加热中IGBT的温度控制是重要的方面，IGBT温度过高会损坏IGBT，当IGBT温度高于一定温度(如90℃)，在大功率连续加热时比较容易出现IGBT温度过高的情况，此时可以先停止IGBT驱动信号输出，延时一段时间之后，继电器驱动信号置高，延时一段时间，进行检锅，检测到锅具之后，停止IGBT驱动信号，延时一段时间后继电器驱动信号拉低，进入半波整流模式，延时一段时间后，开通IGBT驱动信号，进行小功率加热。如此，便可以降低IGBT的温度。由于桥堆内部结构相对现有技术已经改变，便于和IGBT等一起固定在一块散热片上，以利于散热。

实施例二

实施例二在实施例一的整流桥堆的基础上，或者参照实施例一的电路结构，增加一个第五二极管D5，成为一种新的电路结构：

如图12，一种电磁加热电路，所述电磁加热电路包括火线L端、零线N端、正端、负端，整流桥的四端分别连接L、N、“+”、“-”；所述火线L端和零线N端主回路上并接有压敏电阻CNR1、第一电容C1，所述正端接第一正极电压V+，所述负端串接第一电阻R1后接地(接地端为“-”端)；所述2个单引脚电连接后串接一个第五二极管D5，所述第五二极管D5并接有切换开关，所述切换开关为继电器S1。

以上电路也可不采用本发明的五脚整流桥堆，而采用现有技术中的整流桥堆实现。其优点为电路简单，成本低，缺点为当功率较大时，对二极管要求较高，也不便于散热，可采用较高耐电流能力的二极管，并强化散热措施。

实施例三

实施例三在实施例二的电路基础上加以改进，成为一种新的电路结构：

如图13，一种电磁加热电路，所述电磁加热电路包括火线L端、零线N端、正端、负端，整流桥的其中三端分别连接L、“+”、“-”；所述火线L端和零线N端主回路上并接有压敏电阻CNR1、第一电容C1，所述正端接第一正极电压V+，所述负端串接第一电阻R1后接地。所述2个单引脚电连接后串接一个切换开关的一端，切换开关的另一端连接N端，切换开关的另一端和接地端(“-”端)之间，并接有第五二极管D5，所述切换开关为继电器S1。

以上电路也可不采用本发明的五脚整流桥堆，而采用现有技术中的整流桥堆实现。本实施例的优点为可不用改变桥堆，无定制化器件，能实现快速开发；缺点为需要考虑二极管本身散热和选型，对开关的过电流能力要求较高，对二极管D5的导通压降也有一定要求，防止D5和D4同时工作。

为保证全波整流时，D1、D2、D3、D4参与工作，并且降低二极管D5的性能要求和成本，D5的导通压降需大于D4，此时，当全波整流时，D5不参与工作，只有半波整流时D5参与工作，其最大工作电流小于等于全波整流工作的电流的一半。

以上，具体的电磁加热电路连接方式，使半波整流和全波整流状态下的对过电流能力要求不提高很多，对电路元器件稳定性具有显著的好处，保障了电路的稳定性，延长了使用寿命。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于电磁加热控制的整流桥堆，包括封装体，被封装于封装体内的四个二极管芯片、以及连接四个二极管芯片的引脚组，其特征在于：所述引脚组包括两个独立连接二极管芯片一端的单引脚以及三个共同连接两个二极管芯片一端的复引脚，所述两个单引脚连接导通以输出全波整流信号；所述两个单引脚之一断开以输出半波整流信号。

2.根据权利要求1所述的一种用于电磁加热控制的整流桥堆，其特征在于：所述单引脚和复引脚包括伸出封装体之外的引脚端和位于封装体内的连接端，所述连接端之间以跳线连接有二极管芯片。

3.根据权利要求2所述的一种用于电磁加热控制的整流桥堆，其特征在于：所述连接端共有8个，每个所述复引脚具有2个连接端，每个所述单引脚具有1个连接端。

4.根据权利要求2所述的一种用于电磁加热控制的整流桥堆，其特征在于：所述引脚端平行间隔排列，相邻引脚端之间的距离为d，满足2.5mm≤d≤12mm。

5.根据权利要求2所述的一种用于电磁加热控制的整流桥堆，其特征在于：所述引脚端包括2个输入端和3个输出端，所述2个单引脚的引脚端为输出端；或者所述引脚端包括3个输入端和2个输出端，所述2个单引脚的引脚端为输入端。

6.一种电磁加热电路，其特征在于：包含如权利要求1～5任一项所述的整流桥堆。

7.根据权利要求6所述的电磁加热电路，其特征在于：所述2个单引脚之间接入切换开关；所述切换开关导通以输出全波整流信号，所述切换开关断开以输出半波整流信号，使电磁加热电路降功率开通。

8.根据权利要求6所述的一种电磁加热电路，其特征在于：所述电磁加热电路包括火线L端、零线N端、正端、负端，所述火线L端和零线N端主回路上并接有压敏电阻、第一电容，所述正端接第一正极电压，所述负端串接第一电阻后接地。

9.根据权利要求7所述的一种电磁加热电路，其特征在于：所述2个单引脚电连接后串接一个第五二极管，所述第五二极管并接有切换开关。

10.根据权利要求7所述的一种电磁加热电路，其特征在于：所述电磁加热电路包括主控单元、继电器驱动模块、IGBT，所述切换开关为继电器；所述主控单元发出IGBT驱动信号以驱动IGBT，主控单元发出继电器驱动信号以控制切换开关导通和关断。

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