CN113079602B - 一种大功率数字变频电磁炉用变压电源 - Google Patents

一种大功率数字变频电磁炉用变压电源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大功率数字变频电磁炉用变压电源，包括降压变压器、电源变压器、第一整流器、第二整流器和电源接口，电源接口用于连接电网；第一整流器的交流侧连接电源接口，直流侧连接逆变电路的直流侧，逆变电路的交流侧连接降压变压器的原边，降压变压器的副边连接所述电热管；第一整流器交流侧连接电源接口的线路上设置有启动开关，启动开关可在断电后的设定时长后控制电源接口与第一整流器之间的连接断开。本发明所提供的技术方案，采用低压交流电为电热管供电，从而降低电热管被高压电损坏的概率，提高烧烤炉的安全性。并且当出现断电时，设定时长后控制启动开关断开，从而提高烧烤炉使用的便捷性以及烧烤炉的安全性。

Description

一种大功率数字变频电磁炉用变压电源
技术领域
本发明涉及烧烤炉供电控制领域，具体涉及一种大功率数字变频电磁炉用变压电源。
背景技术
烧烤炉是一种常见的炊具，用于烧烤烹饪。传统的烧烤炉以炭为燃料，但是随着环境问题的日益严重，很多地方，尤其是城市，已经禁止使用煤炭作为烧烤燃料，因此电烧烤炉便营运而生。
电烧烤炉中设置有电热管，当电热管通电时会产生热量，用户可采用该热量对食物进行烧烤。在使用过程中，出现断电则电热管停止工作，当再次上电时将会继续工作。如果上电时没有人在周围看护，可能会造成火灾、爆炸等事故，存在较大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种大功率数字变频电磁炉用变压电源，以解决现有技术中烧烤炉安全性较差的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大功率数字变频电磁炉用变压电源，包括降压变压器、电源变压器、第一整流器、第二整流器和电源接口，电源接口用于连接电网；所述第一整流器的交流侧连接电源接口，直流侧连接逆变电路的直流侧，逆变电路的交流侧连接所述降压变压器的原边，降压变压器的副边用于连接电热管；
所述第一整流器交流侧连接电源接口的线路上设置有启动开关，启动开关的结构包括壳体、顶板、永磁铁和电磁铁；电源变压器的原边连接所述逆变电路的交流侧，副边连接所述第二整流器的交流侧；继电器的线圈部分设置在第二整流器直流侧的正极与负极之间，线圈部分与关闭开关、电磁铁、蓄电池串联形成回路；所述继电器为断电延时继电器，所述关闭开关为常闭手动开关；
所述壳体内设置有腔体，电磁铁固定设置在腔体的底部，在壳体顶部与电磁铁对应的位置设置有通孔；所述永磁铁从通孔中穿过，其位于腔体内的一端设置有限位块，位于腔体外的一端固定连接所述顶板；所述腔体内还设置有至少两个长度沿腔体顶部到底部延伸的限位柱，所述限位块上设置有供限位柱穿过的穿孔，且在在各限位柱上在限位块与腔体底部之间的位置设置有相应的复位弹簧；
所述顶板通过连接条连接启动开关的触点部分，启动开关的触点部分设置在电源接口连接第一整流器交流侧的线路上。
进一步的，所述启动开关的触点部分包括三个依次分布用于作为触点的金属条，各金属条之间通过绝缘的连接块连接；所述电源接口包括是三个用于连接三相电源的电源子接口，三个金属条分别设置在三个电源子接口连接第一整流器交流侧的线路上。
进一步的，所述启动开关的触点部分包括两个依次分布用于作为触点的金属条，金属条之间通过绝缘的连接块连接；所述电源接口包括是两个用于连接两相电源的子电源接口，两个金属条分别设置在两个电源字接口连接第一整流器交流侧的线路上。
进一步的，所述逆变电路的结构包括两个IGBT器件，第一电容器和第二电容器串联后连接在第一整流器直流侧正极和负极之间；第一IGBT器件的阳极连接第一整流器直流侧的正极，阴极连接第二IGBT器件的阳极，第二IGBT的阴极连接第一整流器直流侧的负极；所述降压变压器原边的一端连接第一电容器与第二电容器之间的线路，另一端连接第一IGBT器件阴极与第二IGBT器件阳极之间的线路，控制器连接第一IGBT器件和第二IGBT器件的控制端。
进一步的，所述控制器连接有电流互感器和电压互感器，其中电流互感器设置在电源接口连接第一整流器交流侧的线路上，电压互感器设置在逆变电路交流侧连接降压变压器的线路上。
进一步的，所述控制器连接有蜂鸣器。
进一步的，所述降压变压器的原边设置有放电电路，放电电路包括并联设置的放电电阻和放电电容器。
进一步的，所述第一整流器的直流侧设置有滤波电容器。
本发明所提供的技术方案，采用低压交流电为电热管供电，从而降低电热管被高压电损坏的概率，提高烧烤炉的安全性。并且本发明所提供的技术方案，当出现断电时，在继电器的延时的期间内启动开关保持闭合，在延时结束后启动开关断开，从而提高烧烤炉使用的便捷性以及烧烤炉的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例中电热管供电线路的结构示意图；
图2是本发明实施例中IGBT模块IG1的结构示意图；
图3是本发明实施例中启动开关的结构示意图；
图4是本发明实施例中限位块的结构示意图；
图5是本发明实施例中启动开关顶板的俯视图
图6是本发明实施例中控制器的外围电路的结构示意图；
图7是本发明实施例中驱动芯片的外围电路的结构示意图。
具体实施方式
本实施例提供一种大功率数字变频电磁炉用变压电源，将从电网获取的电压转化为低压电为电热管供电以保证其安全性，设置开关电路以保证整个烧烤炉的安全性。
本实施例所提供的大功率数字变频电磁炉用变压电源，其结构示意图如图1所示，包括电源接口、整流滤波电路、逆变电路和降压变压器。
电源接口包括G1子接口、G2子接口和G3子接口，分别用于连接电网的A、B、C三相电源；整流滤波电路的结构包括第一整流器DB1和滤波电容器CZ1，第一整流器DB1连接电源接口，滤波电容器CZ1设置在第一整流器DB1直流侧的正极与负极之间。
逆变电路的结构包括IGBT模块IG1，IGBT模块IG1共有七个引脚，且在IGBT模块IG1中设置有两个IGBT器件，如图2所示，其中第一IGBT器件的发射极连接IGBT模块IG1的引脚2和引脚7，门极连接IGBT模块IG1的引脚6，集电极连接模块IG1的引脚1和引脚5；第二IGBT器件的发射极连接IGBT模块IG1的引脚1和引脚5，集电极连接IGBT模块IG1的引脚3，门极连接IGBT模块IG1的引脚4。
电容器CX1和电容器CX2串联后连接在第一整流器DB1直流侧正极和负极之间。模块IG1的引脚2连接第一整流器DB1直流侧的负极，引脚3连接第一整流器DB1直流侧的正极，引脚1连接降压变压器T1原边的一端，降压变压器T1原边的另一端连接电容器CX1和电容器CX2之间的线路，降压变压器T1的副边连接电热管。
电源变压器T2的原边连接逆变电路的交流侧，副边连接第二整流器DB2的交流侧，继电器KA1的线圈部分设置在第二整流器DB2直流侧的正极和负极之间。停止开关SB1、继电器KA0的常开触点和电磁铁LG串联后连接在蓄电池的正极和负极之间。本实施例中的继电器KA0为断电延时继电器，其延时的时长为设定时长。
在电源接口连接第一整流器DB1的线路上设置有启动开关SB0，其结构如图3所示，该启动开关SB0包括顶板10、永磁铁11、复位弹簧12、限位块13、壳体21和电磁铁31，电磁铁31即为图1中的电磁铁LG，该电磁铁31的线圈内设置有铁芯32。
壳体21内设置有腔体22，电磁铁22固定设置在该腔体22的底部，在该腔体22的顶部与电磁铁31对应的位置设置有通孔211。永磁铁11的一端与顶板10固定连接，另一端与限位块13固定连接，且限位块13设置在腔体内，永磁铁11从通孔211中穿过。
在腔体22内设置有量限位柱23，限位柱23的长度沿腔体22顶部到底部的方向延伸；在限位块12上设置有供限位柱23穿过的穿孔120，如图4所示，当限位柱23穿设在穿孔120中时，限位块可在腔体22内沿腔体22顶部到底部的方向上下滑动。在限位柱23上设置有复位弹簧24，复位弹簧24设置在限位块13与腔体22底部的空间中。
顶板10通过连接条410连接触点部分，如图5所示，触点部分包括第一金属片421、第二金属片422和第三金属片423，第一金属片421与第二金属片422之间通过第一连接块411，第二金属片422与第三金属片423之间通过第二连接块412连接。第一金属片421、第二金属片422和第三金属片423分别作为G1子接口、G2子接口和G3子接口与第一整流器DB1交流侧之间的触点。
电流互感器PT1的一次侧设置在G3接口连接第一整流器DB1交流侧的线路上，可变电阻RT1与电阻R9串联后与电容器C0、二极管D1并联设置在电流互感器PT1的二次侧；电流互感器PT1的二次侧的一端通过线路IAD连接控制器，且连接的线路上设置有电阻R7；电流互感器PT1的二次侧的另一端连接公共地GND，连接的线路上设置有并联的二极管D2和电阻R8，且电路IAD与公共地GND之间设置有电容器C1。
电压互感器PT2的一次侧设置在降压变压器T1原边连接电容器CX1与电容器CX2的线路上，二次侧并联设置有电阻R1和电阻R2，且电压互感器PT2的二次侧的一端通过线路VHA连接控制器，另一端通过线路VHB连接控制器。
本实施例的降压变压器T1处还设置有第一放电电路和第二方放电电路，其中第一放电电路包括电阻R3、电阻R4和电容器CJ1，电阻R3和电阻R4串联后与电容器CJ1并联；第二放电电路包括电阻R5、电阻R6和电容器CJ2，电阻R5和电阻R6串联后与电容器CJ2并联。第一放电电路的一端连接第一整流器DB1的负极，另一端连接IGBT模块IG1的引脚1；第二放电电路的一端连接第一整流器DB1的正极，另一端连接IGBT模块IG1的引脚1。
本实施例中控制器采用的是型号为STM32F103RCT6的单片机，通过型号为2ED020I12_F2的驱动芯片U3连接模块IG1。控制器的外围电路如图6所示，驱动芯片的外围电路如图7所示。
在图6中，芯片U1是型号为STM32F103RCT6的单片机，芯片U2是型号为LM339的比较器芯片。芯片U1的引脚5和引脚6之间设置有晶振Y1，引脚7通过上拉电阻R24连接3.3V电源，通过电容器C8连接公共地GND，引脚8通过线路IAD连接电流互感器PT1，且IAD线路上设置有电阻R25，引脚8还通过电容器C9连接公共地GND，芯片U1通过线路IAD获取电流互感器PT1检测到的电源接口G3与第一整流器DB1交流侧之间的电流。
芯片U1的引脚9连接有线路UAD，引脚10通过电阻R26连接接口CN1的其中一个引脚，通过电容器C11连接公共地；接口CN1的另一个引脚连接3.3V地电源，且连接电阻R26的引脚还通过下拉电阻R28公共地GND。芯片U1的引脚12、引脚18、引脚31、引脚47、引脚28、引脚60、引脚63连接公共地GND，其中引脚28连接公共地GND的线路上设置有下拉电阻R32，引脚60连接公共地GND的线路上设置有下拉电阻R23；芯片U1的引脚13、引脚19、引脚32、引脚48和引脚64连接3.3V电源，且引脚48还通过电容器C7连接公共地GND。芯片U2的引脚23通过线路OUTB连接驱动芯片U3，引脚40通过线路FULL连接驱动芯片U3和比较器芯片U2，引脚41通过线路OUTA连接驱动芯片U3，引脚51通过线路STAR连接驱动芯片U3，其引脚40还通过上拉电阻R27连接3.3V电源，通过电容器C10连接公共地GND。
芯片U2的引脚25通过电容器C15连接公共地GND，电阻R37和电阻R38串联后与电容器C15并联；电阻R37与电阻R38的连接点通过电容器C16连接公共地GND，并通过电阻R45连接线路POT；芯片U2的引脚24连接线路PANT，引脚29连接线路FAN2，引脚30连接线路PA7。
电源VCC通过电阻R44、电阻R40串联成的分压电路连接芯片U1的引脚27，蜂鸣器B1电源端的正极连接电源VCC，负极连接电阻R44与电阻R40之间的线路，当芯片U1将引脚27的电位拉低时，蜂鸣器B1得电并开始发出声音。
芯片U2的引脚12连接公共地GND，引脚11、引脚5和引脚7连接3.3V电源，引脚1通过线路FULL连接芯片U1的引脚40，引脚14连接芯片U1的14，且芯片U2的引脚14还通过上拉电阻R29连接3.3V电源芯片U2的引脚2连接芯片U1的引脚17，且通过上拉电阻R30连接3.3V电源。芯片U2的引脚3连接电源VCC，且通过电容器C12连接公共地GND。
二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10连接成桥式电压变换电路，该电压变换电路直流侧的正极通过串联的电阻R35、电阻R36连接芯片U1的引脚15，负极连接公共地GND；电阻R35与电阻R36之间的线路通过串联的电阻R41、电阻R43连接公共地GND；芯片U2的引脚4连接R35与电阻R36之间的线路，并通过电容器R13连接公共地GND；芯片U2的引脚6通过电阻R43连接公共地GND。
二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10连接成桥式电压变换电路的交流侧的一端连接电阻R39，电阻R39的另一端通过上拉电阻R31连接电源VCC，通过下拉电阻R42接地，并连接芯片U2的引脚8；二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10连接成桥式电压变换电路的交流侧的另一端连接电阻R33，电阻R33的另一端通过上拉电阻R31连接电源VCC，并连接芯片U2的引脚9。芯片U2的引脚8和引脚9之间连接有并联设置的电阻R34和电容器C14，且引脚8通过线路VIHA连接电压互感器PT2的一端，引脚9通过线路VIHB连接电压互感器PT2的另一端。电压互感器PT2检测到降压变压器T1原边两端的电压信号后，通过芯片U2比较得出降压变压器T1原边两端的电压值并发送给芯片U1。
在图7中，H-9V电源为第一电源中电压值为-9V的电源，H15V电源是第一电源中电压值为15V的电源，QHGND是第一电源中的参考电位；H-9V电源通过并联的电容器E2和电容器C3连接参考电位QHGND，H15V电源通过并联的电容器E1和电容器C4连接参考电位QHGND。L-9V电源为第二电源中电压值为-9V的电源，L15V电源是第二电源中电压值为15V的电源，QLGND是第二电源中的参考电位；L-9V电源通过并联的电容器E4和电容器C5连接参考电位QLGND，L15V电源通过并联的电容器E3和电容器C6连接参考电位QHGND。电容器E1、电容器E2、电容器E和3电容器E4均为电解电容器。
驱动芯片U3的引脚17连接电源VCC，引脚1、引脚2、引脚3、引脚7、引脚11、引脚13连接公共地GND，其中引脚2与公共地GND之间设置有下拉电阻R11，引脚3与公共地GND之间设置有下拉电阻R18。驱动芯片U3的引脚2还通过电阻R19连接线路OUTA，通过线路OUTA连接芯片U1的引脚41；驱动芯片U3的引脚4、引脚5、引脚14和引脚15均通过线路FULL连接芯片U1的引脚40；驱动芯片U3的引脚6和引脚16通过线路STAR连接芯片U1的引脚51，且通过下拉电阻R16连接公共地GND；驱动芯片U3的引脚13还通过电阻R15连接线路OUTB，并通过线路OUTB连接芯片U1的引脚23。驱动芯片U3的引脚14和引脚15均通过线路FULL连接芯片U1的引脚40。
驱动芯片U3的引脚22连接H-9V电源，引脚24连接H15V电源，引脚31连接L-9V电源，引脚33连接L15V电源，引脚21连接参考电位QHGND，引脚32连接参考电位QLGND；引脚20通过电阻R10、二极管D3和二极管D4连接参考电位QHGND，引脚30通过电阻R17、二极管D5和二极管D6连接线路HH。电阻R13和电阻R14并联后设置在驱动芯片U3的引脚23和引脚25之间，引脚25通过下拉电阻R12连接参考电位QHGND，并通过线路IG6连接IGBT模块IG1的引脚7。电阻R21和电阻R22并联后设置在驱动芯片U3的引脚34和引脚36之间，引脚36通过下拉电阻R20连接参考电位QLGND，并通过线路IG4连接IGBT模块IG1的引脚5。IGBT模块IG1的引脚6连接参考电位QHGND，引脚4连接参考电位QLGND。作为控制器的芯片U1通过与驱动芯片U3之间的连接，向驱动芯片U3发送控制信号，驱动芯片U3根据控制信号控制IGBT模块IG1中两个IGBT器件的导通状态，使两个IGBT器件交替导通，从而实现电压逆变功能。
本实施例所提供的大功率数字变频电磁炉用变压电源，其工作原理为：
用户按动顶板10，使G1子接口、G2子接口和G3子接口与第一整流器DB1交流侧之间的触点闭合，第一整流器DB1得电，其直流侧输出直流电压；
逆变电路将第一整流器DB1直流侧的电流逆变呈交流电，为降压变压器T1的原边和电源变压器T3的原边供电；
降压变压器T1得电后，其副边输出的低压交流电为电热管供电；
电源变压器T3得电后，其副边输出的电压为第二整流器DB2的交流侧供电，第二整流器DB2的直流侧输出直流电，为继电器KA0的线圈部分供电；继电器KA0的线圈部分得电后，其常开触点闭合，电磁铁LG得电并产生磁场，与永磁铁11相互吸引，使启动开关SB0保持闭合，使G1子接口、G2子接口和G3子接口与第一整流器DB1交流侧保持连接；
当出现断电时，在继电器KA0的延时作用下，设定时长内G1子接口、G2子接口和G3子接口与第一整流器DB1交流侧保持连接；
延时设定时长到之后，继电器KA0的常开触点断开，电磁铁31失电，在复位弹簧12的作用下启动开关SB0复位。
当需要关闭烧烤炉时，按下关闭开关SB1，电磁铁LG失电，与永磁铁11之间的吸力消失，在复位弹簧24的作用下启动开关SB0复位，电源接口与第一整流器DB1之间的连接断开。
以上公开的本发明的实施例只是用于帮助阐明本发明的技术方案，并没有尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种大功率数字变频电磁炉用变压电源，其特征在于，包括降压变压器、电源变压器、第一整流器、第二整流器和电源接口，电源接口用于连接电网；所述第一整流器的交流侧连接电源接口，直流侧连接逆变电路的直流侧，逆变电路的交流侧连接所述降压变压器的原边，降压变压器的副边用于连接电热管；
所述第一整流器交流侧连接电源接口的线路上设置有启动开关，启动开关的结构包括壳体、顶板、永磁铁和电磁铁；电磁铁得电时产生磁场，与永磁铁相互吸引，使得启动开关闭合，电源变压器的原边连接所述逆变电路的交流侧，副边连接所述第二整流器的交流侧；继电器的线圈部分设置在第二整流器直流侧的正极与负极之间，继电器的常开触点与关闭开关、电磁铁、蓄电池串联形成回路；所述继电器为断电延时继电器，所述关闭开关为常闭手动开关；继电器的线圈部分得电后，其常开触点闭合；当其断电后，在延时设定时长过后，所述常开触点断开；
所述壳体内设置有腔体，电磁铁固定设置在腔体的底部，在壳体顶部与电磁铁对应的位置设置有通孔；所述永磁铁从通孔中穿过，其位于腔体内的一端设置有限位块，位于腔体外的一端固定连接所述顶板；所述腔体内还设置有至少两个长度沿腔体顶部到底部延伸的限位柱，所述限位块上设置有供限位柱穿过的穿孔，且在各限位柱上在限位块与腔体底部之间的位置设置有相应的复位弹簧；
所述顶板通过连接条连接启动开关的触点部分，启动开关的触点部分设置在电源接口连接第一整流器交流侧的线路上。
2.根据权利要求1所述的大功率数字变频电磁炉用变压电源，其特征在于，所述启动开关的触点部分包括三个依次分布用于作为触点的金属条，各金属条之间通过绝缘的连接块连接；所述电源接口包括三个用于连接三相电源的电源子接口，三个金属条分别设置在三个电源子接口连接第一整流器交流侧的线路上。
3.根据权利要求1所述的大功率数字变频电磁炉用变压电源，其特征在于，所述启动开关的触点部分包括两个依次分布用于作为触点的金属条，金属条之间通过绝缘的连接块连接；所述电源接口包括两个用于连接两相电源的子电源接口，两个金属条分别设置在两个子电源接口连接第一整流器交流侧的线路上。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的大功率数字变频电磁炉用变压电源，其特征在于，所述逆变电路的结构包括两个IGBT器件，第一电容器和第二电容器串联后连接在第一整流器直流侧正极和负极之间；第一IGBT器件的阳极连接第一整流器直流侧的正极，阴极连接第二IGBT器件的阳极，第二IGBT的阴极连接第一整流器直流侧的负极；所述降压变压器原边的一端连接第一电容器与第二电容器之间的线路，另一端连接第一IGBT器件阴极与第二IGBT器件阳极之间的线路，控制器连接第一IGBT器件和第二IGBT器件的控制端。
5.根据权利要求4所述的大功率数字变频电磁炉用变压电源，其特征在于，所述控制器连接有电流互感器和电压互感器，其中电流互感器设置在电源接口连接第一整流器交流侧的线路上，电压互感器设置在逆变电路交流侧连接降压变压器的线路上。
6.根据权利要求4所述的大功率数字变频电磁炉用变压电源，其特征在于，所述控制器连接有蜂鸣器。
7.根据权利要求1所述的大功率数字变频电磁炉用变压电源，其特征在于，所述降压变压器的原边设置有放电电路，放电电路包括并联设置的放电电阻和放电电容器。
8.根据各权利要求1所述的大功率数字变频电磁炉用变压电源，其特征在于，所述第一整流器的直流侧设置有滤波电容器。
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