CN1112833C

CN1112833C - 微机过零功率控制电磁灶及其控制方法

Info

Publication number: CN1112833C
Application number: CN 99116169
Authority: CN
Inventors: 黄明文; 郑学仁; 刘百勇; 吴朝晖
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 1999-05-04
Filing date: 1999-05-04
Publication date: 2003-06-25
Anticipated expiration: 2019-05-04
Also published as: CN1237077A

Abstract

本发明是微机过零功率控制电磁灶及其控制方法。它由键盘、指示灯、灶台面、机壳、电路板连接构成，电路由微机、过零脉冲发生电路、锅体温度检测电路、模块过热检测电路、蜂鸣器、显示器、键盘、受控开关、整流滤波电路、高频振荡电路、驱动器、电力变换模块、能量发射电路、直流电源等通过各自信号线相互连接构成；控制方法为市电为零时，过零脉冲电路输出电压跳变产生一过零脉冲，微机检测此脉冲后按预先设定控制受控开关导通或截止。本发明使电磁灶成本低、可靠性高、电热效率高、市场前景广阔。

Description

微机过零功率控制电磁灶及其控制方法

本发明是微机过零功率控制电磁灶及其控制方法。属微机控制技术领域。

电磁灶是利用电磁感应原理，由电路产生几十千赫兹的高频电磁场，在导磁锅体上产生涡流，利用涡流使锅体发热从而实现炉灶功能。过零控制，就是在开关的输入电压为零时发出控制信号使开关导通或截止。微机过零控制，就是使用微机执行软件程序来实现过零控制。微机过零控制电磁灶是用微机作为控制核心，采用微机过零控制技术控制电磁灶电力变换回路的工作时间与间歇时间比而控制输出功率的电磁灶。现有电磁灶的功率控制一般采用改变功率模块控制极(基极或栅极)高频方波的占空比(PWM)的方式，尚未有人使用过零控制技术。不管是纯电子线路的硬件过零控制还是微机过零控制都尚未有人使用。现有的PWM控制方式的缺点是电路比较复杂，调试比较困难。而且这种非过零控制方式在电路中会产生电压尖峰，不但会提高功率回路的成本，且不利于可靠性提高。

本发明的目的就是为了克服和解决现有的电磁灶只采用控制功率模块的高频方波占空比(PWM)的方式而存在控制电路复杂、调试较困难、功率回路成本高、可靠性差等的缺点和问题，研究、发明、设计一种能应用于电磁灶的功率控制上的较为简单、成本低、可靠性高的控制电路，并可通过硬件及软件程序结合实现过零功率控制方式的微机过零功率控制电磁灶及其控制方法。

本发明是通过下述方法和结构技术方案来实现的：电磁灶的外形结构示意图如图1所示，其工作原理方框图如图2所示，其电路结构方框图如图3所示。微机过零功率控制电磁灶由键盘1、指示灯2、灶台面3、机壳4、电路板共同组装连接构成，其相互连接关系为：键盘1及指示灯2装于机壳4的正面，灶台面3固装于机壳4的顶面中间，电路板固装于机壳4内，键盘1及指示灯2分别与机壳内电路板上微机相应的键盘输入电路、显示输出电路相电气连接，灶台面与电路板上相应的能量发射电路相感应连接；其中：电路由微机、过零脉冲发生电路、锅体温度检测电路、模块过热检测电路、蜂鸣器、显示器、键盘、受控开关、整流滤波电路5、6、高频振荡电路、驱动器、电力变换模块、能量发射电路、直流DC供电电源共同连接构成，其相互连接关系为：微机分别通过过零脉冲信号线、锅体温度检测信号线、模块过热检测信号线、键盘信号输入线分别与过零脉冲发生电路、锅体温度检测电路、模块过热检测电路、键盘相对应电气连接，同时，微机通过计算机总线分别与峰鸣器、显示器、受控开关相应电气连接，受控开关通过受控开关信号输出线与整流滤波电路5相电气连接，高频振荡电路通过高频振荡信号输出线与驱动器相电气连接，电力变换模块分别通过整流滤波信号线、驱动信号线、电力变换信号输出线分别与整流滤波电路5、驱动器、能量发射电路相对应电气连接，整流滤波电路6分别通过变压器输出电信号线、整流滤波输出信号线分别与变压器、直流DC供电源相应电气连接。其电路原理图如图4所示，其中：微机为MPU单片机，过零脉冲发生电路由比较器集成件IC₆、光电耦合器集成件IC₇、稳压二极管Z₁、Z₃、电阻R₁₂、R₁₉、R₂₆、电容C₄并串联连接构成；锅体温度检测电路由温敏开关器件SWT2构成；模块过热检测电路由温敏开关器件SWT、电阻R₂₂、电容C₇共同连接构成；蜂鸣器由接插件IO₁、I0₂、蜂鸣器器件BUZZ、晶体三极管Q₁、电阻R₁₈、电容C₆共同连接构成；显示器由发光二极管LED₁～LED₃、电阻R₂₈～R₃₀串并联连接构成，键盘由按键S₁～S₄并联连接构成；受控开关由光电晶闸管集成件IC₁、晶闸管TR₁、电阻R₁₁并联连接构成；整流滤波电路5由整流桥B₂、电感L₁、电阻R₉、电容C₈、C₉串并联连接构成；整流电路6由整流桥B₃、电容C₁₁并联连接构成；高频振荡电路由高频振荡集成件IC₄、电阻R₅～R₇、R₁₄、电位器RW、二极管D₆、D₇、电容C₁₄、C₁₆共同连接构成；驱动器由缓冲器集成件IC₅、电阻R1、R2并联连接构成；电力变换模块为功率模块IC₂，能量发射电路由电感L₂、电容C₁₀并联连接构成；直流DC供电电源由稳压器集成件IC₃、电阻R₁₃、电容C₁₂、C₁₃串并联连接构成。

其工作运行原理：市电经低压变压器降压，再整流滤波后分成两部分，一部分供给风扇工作，另一部分经DC供电源稳压后供给微机、显示器，键盘等低压电路；市电信号由过零脉冲发生电路处理后，产生过零脉冲输送给微机，微机检测到市电的过零脉冲，根据多种条件，特别是功率大小判定受控开关是否应该导通，并相应发送导通或截止信号到受控开关；市电通过受控开关和整流电路加到电力变换电路，电力变换电路将整流后的市电变成几十千赫兹高频高压信号，由能量发射电路将其变成电磁波向外发射；锅体接收到此电磁波后发热。锅体温度检测电路检测锅体温度，转换成电信号送给微机，模块过热检测电路检测电力变换模块是否超温，如果超温，就送信号给微机，由微机控制切断电力变换电路能量供应。键盘控制输出功率，四个按键四档功率，分别为 ①、②、③档，档为无功率输出，③档为满功率输出，①档、②档为中间档，每压按按键一次，蜂呜器叫一声。档的显示为三个LED指示灯全亮，①档为①号指示灯亮，②档为②号指示灯亮，③档为③号指示灯亮。

电磁灶中微机过零功率控制方法是：先将市电信号引到过零脉冲发生电路，当市电电压为零电压时，过零脉冲电路输出端的电压发生跳变从而输出一个过零脉冲，微机检测到此过零脉冲的跳变之后，根据预先设定的功率(还可加上其他条件，如各种保护)判断受控开关是否应该导通，如果应该导通，则微机向受控开关控制端输出导通信号，市电进入电磁灶高频高压回路，此时，能量发射电路向外发射电磁波；如果不应该导通，则微机输出截止信号，电磁灶无电磁波向外发射，受控开关导通时间与截止时间比决定了所发射的能量的平均功率；因为微机的程序(微机控制程序流程图如图5所示)执行需耗费一定时间，因此实际当中，导通或截止控制信号发出时，受控开关的输入电压在输入峰值电压10％以下均认为是微机过零功率控制。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：(1)电磁灶的高频高压工作部分对器件要求苛刻，将过零控制应用于电磁灶中将可降低器件要求，从而可降低成本；同时由软件程序进行过零控制而不采用纯电子线路的硬件过零控制，可进一步降低成本。过零控制同时控制导通时间与截止时间比，从而控制了电磁灶的输出功率：(2)微机过零功率控制电磁灶，功率/价格比比较高，对于最大功率1200W的电磁灶，硬件成本可限制在180元人民币以内，市场销售价目前在800元人民币左右，利润可观，市场前景十分广阔；(3)微机过零功率控制电磁灶，由于主回路的电源供给被微机直接控制，所以可以设计出许多有效的保护，而且因为采用智能芯片，能够方便地实现显示、报警等许多功能；(4)微机过零功率控制电磁灶具有电磁灶的的一切优点。它利用电磁感应原理加热，所以使用时无明火，灶台本身不发热，因而发生烫伤的可能性小，防止发生火灾、爆炸、中毒等事故。另外它还具有美观、清洁卫生的特点；(5)微机过零功率控制电磁灶可靠性比较高，功率模块烧毁的可能性比其它类型电磁灶小；(6)微机过零功率控制电磁灶电热效率非常高，经测量，可达90％以上，比其他类型加热器具的电热效律高出许多(柴火不到30％、煤气炉约40％、电热炉和微波炉约50％)，因此是节能型产品，如果配套生产电磁灶锅具，相信将来可以代替目前常用的煤气炉具。

下面对说明书附图可进一步说明如下：图1为电磁灶外形结构示意图，图2为微机过零功率控制电磁灶的工作原理方框图，图3为微机过零功率控制电磁灶的电路结构方框图，图4为微机过零功率控制电磁灶的电路原理图，图5为微机过零功率控制电磁灶的微机控制程序流程框图。各图中，1为键盘、2为指示灯、3为灶台面、4为电磁灶机壳；图中的NET₁、NET₂、NET₃、NET₄、NET₅、NET₆、NET₇、NET₁₀、NET₁₁、NET₁₂线端分别各自对应相连。

本发明的实施方式可为如下：(1)可按图1所示并采用现有传统的电磁灶的生产工艺、方法、材料，加工生产本微机过零功率控制电磁灶的机壳等灶体各部件；(2)按图4所示，绘制电路板，并选购和筛选元器件，进行装配电路板。例如：IC₁可选TLP666型或MOC3081型，IC₂可选1MBH60D型，IC₃可选7805型，IC₄可选555型，IC₅可选AN6721型，IC₆可选C339型，IC₇、IC₈可选TLP521-4型；微机MPU可选89C51型；(3)按图2～图4所示，进行总装连接，再按图5所示汇编微机控制软件程序；然后按上面说明书所述的工作运行原理和微机过零功率控制方法进行简单调试，便能较好地实施本发明。

Claims

1、一种包括指示灯、灶台面、机壳的电磁灶，其特征在它由键盘(1)、指示灯(2)、灶台面(3)、机壳(4)、电路板共同组装连接构成，其相互连接关系为：键盘(1)及指示灯(2)装于机壳(4)的正面，灶台面(3)固装于机壳(4)的顶面中间，电路板固装于机壳(4)内，键盘(1)及指示灯(2)分别与机壳内电路板上微机相应的键盘输入电路、显示输出电路相电气连接，灶台面与电路板上相应的能量发射电路相感应连接；其中：电路由微机、过零脉冲发生电路、锅体温度检测电路、模块过热检测电路、蜂鸣器、显示器、键盘、受控开关、整流滤波电路(5)、(6)、高频振荡电路、驱动器、电力变换模块、能量发射电路、直流DC供电电源、变压器、风扇共同连接构成，其相互连接关系为：微机分别通过过零脉冲信号线、锅体温度检测信号线、模块过热检测信号线、键盘信号输入线分别与过零脉冲发生电路、锅体温度检测电路、模块过热检测电路、键盘相对应电气连接，同时，微机通过计算机总线分别与蜂鸣器、显示器、受控开关相应电气连接，受控开关通过受控开关信号输出线与整流滤波电路(5)相电气连接，高频振荡电路通过高频振荡信号输出线与驱动器相电气连接，电力变换模块分别通过整流滤波信号线、驱动信号线、电力变换信号输出线分别与整流滤波电路5、驱动器、能量发射电路相对应电气连接，整流滤波电路(6)分别通过变压器输出电信号线、整流滤波输出信号线分别与变压器、风扇、直流DC供电电源相电气连接；市电通过市电源线分别与变压器、受控开关、过零脉冲发生电路相电气连接。

2、一种电磁灶的微机过零功率控制方法，其特征在于：步骤1：先将市电信号引到过零脉冲发生电路，当市电电压为零电压时，过零脉冲电路输出端的电压发生跳变从而输出一个过零脉冲；步骤2：微机检测到此过零脉冲的跳变之后，根据预先设定的功率判断受控开关是否应该导通，如果应该导通，则微机向受控开关控制端输出导通信号，市电进入电磁灶高频高压回路，此时，能量发射电路向外发射电磁波；步骤3：如果不应该导通，则微机输出截止信号，电磁灶无电磁波向外发射，受控开关导通时间与截止时间比决定了所发射的能量的平均功率。