CN112911748B - 一种电磁加热设备的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种电磁加热设备的控制方法及装置，包括步骤如下：步骤1:控制单元MCU持续检测晶体管IGBT的反向电压Vce，并判断反向电压Vce是否高于保护电压阈值Vdet；步骤2:反向电压Vce处于正常范围，控制单元MCU不处理；步骤3:反向电压Vce高于保护电压阈值Vdet，控制单元MCU立即开启IGBT的控制输出信号；步骤4:反向电压Vce在之前的控制后，那么在IGBT关闭后，如果反向电压Vce又继续开始上升，晶体管IGBT保护电压阈值Vdet，控制单元MCU再次开启IGBT的控制输出信号；步骤5:反向电压Vce低于晶体管IGBT保护电压阈值Vdet后，停止下一个开关周期的驱动信号。本发明的有益效果是：控制单元MCU通过检测反向电压Vce而开启晶体管IGBT的控制输出信号，达到保护晶体管IGBT的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁加热系统技术领域，更具体而言，涉及一种电磁加热设备的控制方法及装置。
背景技术
相关的电磁加热系统中常见的有电磁炉和电磁饭煲等，功率器件晶体管IGBT工作于高频开关状态。在IGBT关断时，由于感应加热线圈L有电流不突变的特性，在IGBT集电极(C极)与发射极(E极)之间会产生很高的反向电压Vce。在实际应用中，IGBT会在典型浪涌的情况下工作；当浪涌发生，反向电压Vce高于CE两极的额定电压时，会造成IGBT损坏。
为了解决上述的问题，现有解决的技术方案如下：
方法一：控制板检测工作电源是否有浪涌发生，如果检测到浪涌则立即停止IGBT的控制输出信号，达到保护IGBT的目的。
方法二：控制板检测IGBT的反向电压Vce是否高于保护值，如果检测到反向电压Vce高于保护值则立即停止IGBT的控制输出信号，达到保护IGBT的目的。
上述的解决技术方案存在以下的缺点：
方法一：实际应用中，工作电源一般都存在脉冲干扰，为了保证加热系统稳定工作，一般控制板检测浪涌信号都有一定的阈值设置；所以浪涌检测并不能做到百分百保护。
而且当工作电源有能量较大的浪涌发生时且IGBT的控制输出信号处于关闭状态，此时IGBT集电极(C极)与发射极(E极)之间的反向电压叠加浪涌尖峰电压产生的Vce会很高，即使立即停止IGBT的控制输出信号也只能停止下一个开关周期的驱动信号。如果产生的Vce高于IGBT集电极(C极)与发射极(E极)的额定电压，会造成IGBT损坏。
方法二：如果浪涌瞬态产生的反向电压Vce远高于保护值，这种方法是滞后的处理方法，是不能达到保护IGBT的目的。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，为此，本发明的一个目的在于提出一种能达到保护晶体管IGBT的目的的电磁加热设备的控制方法及装置。
根据本发明的一种电磁加热设备的控制方法，包括步骤如下：步骤1:电磁加热设备工作过程中，控制单元MCU持续检测晶体管IGBT的反向电压Vce，并判断反向电压Vce是否高于保护电压阈值Vdet；
步骤2:反向电压Vce处于正常范围，控制单元MCU不处理；
步骤3:反向电压Vce高于保护电压阈值Vdet，控制单元MCU立即开启IGBT的控制输出信号，并根据Vce高于保护电压阈值Vdet的时间持续开启，对CE两极电压进行压制；
步骤4:反向电压Vce在之前的控制后仍没有低于设定的晶体管IGBT保护电压阈值Vdet，那么在IGBT关闭后，反向电压Vce又继续开始上升，最终会达到晶体管IGBT保护电压阈值Vdet, 控制单元MCU再次开启晶体管IGBT的控制输出信号；
步骤5:反向电压Vce低于晶体管IGBT保护电压阈值Vdet后，控制单元MCU停止下一个开关周期的驱动信号，并在一段时间后重新启动晶体管IGBT，达到保护晶体管IGBT的目的。
所述步骤3中，当晶体管IGBT将反向电压Vce调节到所需的电压阈值Vdet后，关闭IGBT的控制输出信号。
所述步骤4中，当这种情况发生时，控制单元MCU立即开启晶体管IGBT的控制输出信号，以调节反向电压Vce。
所述并持续停止2秒后重新启动晶体管IGBT。
所述步骤3中，根据Vce高于保护电压阈值Vdet的时间持续开启为晶体管IGBT的控制输出信号为0.2微秒至5微秒。
本发明公开的一种装置，所述包括L线、N线、第一线圈L1、第二线圈L2、整流桥和晶体管IGBT，整流桥、第一线圈L1和第二线圈L2相串联，晶体管IGBT的2脚连接于第二线圈L2的一端，L线和N线分别连接于整流桥上，其特征在于： L线还连接有控制单元MCU，控制单元MCU连接有驱动模块和IGBT反压检测模块，驱动模块的输出端连接于晶体管IGBT的1脚，IGBT反压检测模块连接于第二线圈L2和晶体管IGBT的2脚之间的公共端，控制单元MCU的输入端分别连接有过零检测单元和浪涌检测单元，过零检测单元和浪涌检测单元之间公共端连接于L线。
所述控制单元MCU连接有附加模块。
本发明的有益效果是：控制单元MCU通过检测反向电压Vce，闭环反馈动态开启IGBT的控制输出信号，延缓晶体管IGBT关断，以保持晶体管IGBT的CE两极的电压不变或低于保护电压阈值(钳位电压)，直到浪涌能量消散，达到保护晶体管IGBT的目的。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明的晶体管IGBT集电极的相位与门极的相位状态图；
图2是本发明的控制环路的数学模型图；
图3是本发明的负反馈控制后反向电压Vce和IGBT控制输出信号的关系图；
图4是装置的电路图；
图5是本发明的逻辑图；
图6是负反馈控制后反向电压Vce和IGBT控制输出信号的关系图。
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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1至图5描述根据本发明实施例的一种电磁加热设备的控制方法，包括步骤如下：步骤1:电磁加热设备工作过程中，控制单元MCU持续检测晶体管IGBT的反向电压Vce，并判断反向电压Vce是否高于保护电压阈值Vdet；
步骤2:反向电压Vce处于正常范围，控制单元MCU不处理；
步骤3:反向电压Vce高于保护电压阈值Vdet，控制单元MCU立即开启IGBT的控制输出信号，并根据Vce高于保护电压阈值Vdet的时间持续开启，对CE两极电压进行压制；
步骤4:反向电压Vce在之前的控制后仍没有低于设定的晶体管IGBT保护电压阈值Vdet，那么在IGBT关闭后，反向电压Vce又继续开始上升，最终会达到IGBT保护电压阈值(钳位电压)Vdet, 控制单元MCU再次开启晶体管IGBT的控制输出信号；
步骤5:反向电压Vce低于晶体管IGBT保护电压阈值Vdet后，控制单元MCU停止下一个开关周期的驱动信号，并在一段时间后重新启动晶体管IGBT，达到保护晶体管IGBT的目的。
所述步骤3中，当晶体管IGBT将反向电压Vce调节到所需的电压阈值Vdet后，关闭IGBT的控制输出信号。
所述步骤4中，当这种情况发生时，控制单元MCU立即开启晶体管IGBT的控制输出信号，以调节反向电压Vce。
所述并持续停止2秒后重新启动晶体管IGBT。
所述步骤3中，根据Vce高于保护电压阈值Vdet的时间持续开启为晶体管IGBT的控制输出信号为0.2微秒至5微秒。
其中电压阈值指钳位电压。
如图4所示，本发明的一种装置，所述包括L线、N线、第一线圈L1、第二线圈L2、整流桥和晶体管IGBT，整流桥、第一线圈L1和第二线圈L2相串联，晶体管IGBT的2脚连接于第二线圈L2的一端，L线和N线分别连接于整流桥上，其特征在于： L线还连接有控制单元MCU，控制单元MCU连接有驱动模块和IGBT反压检测模块，驱动模块的输出端连接于晶体管IGBT的1脚，IGBT反压检测模块连接于第二线圈L2和晶体管IGBT的2脚之间的公共端，控制单元MCU的输入端分别连接有过零检测单元和浪涌检测单元，过零检测单元和浪涌检测单元之间公共端连接于L线。
所述控制单元MCU连接有附加模块。例如：附加模块是通信模块或输入模块。
其中过零检测单元通过将由整流桥的全波整流所获得的脉冲电流电压与预定阈值相比较，在脉冲电流电压下降到预定阈值以下的情况下，过零检测单元将具有低电平的二进制信号输出至控制单元MCU。在脉冲电流电压超过预定阈值的情况下，过零检测单元将具有高电平的二进制信号输出至控制单元MCU。
其中浪涌检测单元检测是否出现浪涌脉冲，当浪涌检测单元检测到浪涌脉冲时，浪涌检测单元向控制单元MCU反馈信号，控制单元MCU控制晶体管IGBT的停止工作。
另外，由于控制板增加了可以检测IGBT反向电压的持续时间，所以可以快速的对晶体管IGBT的导通时间进行调节，到达保护的目的。
如用户在炒菜时提锅此时晶体管IGBT的导通时间会加长，当用户把锅具放回晶板后需要调整晶体管IGBT的导通时间使功率回到设定功率，但是需要一段反应时间，此时检测晶体管IGBT反向电压的持续时间可以快速调整晶体管IGBT的导通时间让功率回到设定功率，使晶体管IGBT处于高反压的时间减少有效的保护晶体管IGBT。
如图1所示，该控制方法的核心是通过检测反向电压Vce，延缓晶体管IGBT关断，限制di/dt和反向电压Vce。
一、该控制方法的目标是钳住IGBT的CE两极电压，使其不要到达太高的水平。如果晶体管IGBT关断时产生的反向电压Vce太高，或者太陡，都会使晶体管IGBT受到威胁。
二、晶体管IGBT在正常情况关断时会产生一定的反向电压Vce，但是数值处于正常范围，但在加热系统过载或工作在浪涌的情况下，产生的反向电压Vce非常高，此时晶体管IGBT非常容易损坏。
三、该控制方法通常在故障状态下才会动作，正常时不工作。
四、由于晶体管IGBT集电极的相位与门极的相位总是相反的，相差180度，门极开通时集电极电压下降如图1所示；所以该控制方法控制过程的本质是一个负反馈环路，利用了负反馈的原理，对CE两极电压进行压制，使之收敛于某一给定值(保护阈值)。
通过上述方法的负反馈数学模型分析：
如图2所示，该图2为控制环路的数学模型：
Vdet：环路给定值，实际为设定的晶体管IGBT保护电压阈值(钳位电压)；
Vce：被控对象，实际为晶体管IGBT的集电极电位；
P：环路的前向传递函数，可以理解为晶体管IGBT门极对集电极的影响能力，是IGBT芯片内部的行为；
G：环路的反馈传递函数，可以理解为控制单元MCU检测反向电压Vce的行为。
控制单元MCU通过检测反向电压Vce，闭环反馈动态开启晶体管IGBT的控制输出信号，延缓晶体管IGBT关断，以保持晶体管IGBT的CE两极的电压不变或低于保护电压阈值(钳位电压)，直到浪涌能量消散，达到保护晶体管IGBT的目的。如图5所示，负反馈控制后反向电压Vce和晶体管IGBT控制输出信号的关系图。通过最后测试， 起到本发明的目的。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种电磁加热设备的控制方法，其特征在于：包括步骤如下：
步骤1:电磁加热设备工作过程中，控制单元MCU持续检测晶体管IGBT的反向电压Vce，并判断反向电压Vce是否高于保护电压阈值Vdet；
步骤2:反向电压Vce处于正常范围，控制单元MCU不处理；
步骤3:反向电压Vce高于保护电压阈值Vdet，控制单元MCU立即开启IGBT的控制输出信号，并根据Vce高于保护电压阈值Vdet的时间持续开启，对CE两极电压进行压制；
步骤4:反向电压Vce在之前的控制后仍没有低于设定的晶体管IGBT保护电压阈值Vdet，那么在IGBT关闭后，反向电压Vce又继续开始上升，最终会达到IGBT保护电压阈值Vdet，控制单元MCU再次开启晶体管IGBT的控制输出信号；
步骤5:反向电压Vce低于晶体管IGBT保护电压阈值Vdet后，控制单元MCU停止下一个开关周期的驱动信号，并在一段时间后重新启动晶体管IGBT，达到保护晶体管IGBT的目的。
2.根据权利要求1所述一种电磁加热设备的控制方法，其特征在于：所述步骤3中，当晶体管IGBT将反向电压Vce调节到所需的电压阈值Vdet后，关闭IGBT的控制输出信号。
3.根据权利要求1所述一种电磁加热设备的控制方法，其特征在于：所述步骤4中，当这种情况发生时，控制单元MCU立即开启晶体管IGBT的控制输出信号，以调节反向电压Vce。
4.根据权利要求1所述一种电磁加热设备的控制方法，其特征在于：所述步骤5中，并持续停止2秒后重新启动晶体管IGBT。
5.根据权利要求1所述一种电磁加热设备的控制方法，其特征在于：所述步骤3中，根据Vce高于保护电压阈值Vdet的时间持续开启晶体管IGBT的控制输出信号为0.2微秒至5微秒。
6.一种用于权利要求1-5任一项所述控制方法的装置，所述包括L线、N线、第一线圈L1、第二线圈L2、整流桥和晶体管IGBT，整流桥、第一线圈L1和第二线圈L2相串联，晶体管IGBT的2脚连接于第二线圈L2的一端，L线和N线分别连接于整流桥上，其特征在于： L线还连接有控制单元MCU，控制单元MCU连接有驱动模块和IGBT反压检测模块，驱动模块的输出端连接于晶体管IGBT的1脚，IGBT反压检测模块连接于第二线圈L2和晶体管IGBT的2脚之间的公共端，控制单元MCU的输入端分别连接有过零检测单元和浪涌检测单元，过零检测单元和浪涌检测单元之间公共端连接于L线。
7.根据权利要求6所述一种装置，其特征在于：所述控制单元MCU连接有附加模块。
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