CN115884455B - 电磁加热系统及其低待机功耗控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电磁加热系统，包括市电电源输入端、整流滤波电路单元、待机功耗控制电路单元、谐振电路单元、IGBT驱动电路单元、电源电路单元、同步电路单元、浪涌及高低压检测电路单元、主板微处理器、隔离驱动电路单元以及显示板微处理器，所述市电电源输入端、整流滤波电路单元与谐振电路单元之间依次电气连接，还提供了电磁加热系统的低待机功耗控制电路，本发明通过显示板MCU输出控制信号隔离驱动待机功耗控制电路中开关导通与关断，待机时切断对应的功能电路供电，降低整体待机功率，可实现待机功率更低，同时显示板与主板隔离信号驱动，人体接触操作面板时，使用安全性更好。

Description

电磁加热系统及其低待机功耗控制电路

技术领域

本发明涉及低功耗技术领域，具体为电磁加热系统及其低待机功耗控制电路。

背景技术

随着电气技术发展，高能效、低功耗、高安全性等要求提出，电器产品需满足相关认证指令。电磁加热方式具有高效节能等优点，越来越多电器产品都有应用及推广，例如电磁灶、IH电饭煲、IH多功能煎烤器等。为实现产品的安全性及性能可靠性，电路系统设计多种功能检测电路及反馈回路。

现有技术中，多种功能检测电路则对应控制电路架构也复杂，但是随之而来的问题是，在待机时，其每个功能电路单元均需要消耗一定的电量维持待机状态，因此，具有复杂电路结构的电器产品的待机功耗会比较大，难以实现低功耗待机。

电磁加热产品检测驱动等功能电路较多，对应的待机功耗也大，国内也有一些厂家通过调大各检测功能电路的输入阻抗来减低待机功耗，达到国内一级能效小于2W的待机功率要求，但很难满足欧洲ErP指令要求的小于0.5W低待机能耗要求。

现有技术的缺点：现有电磁加热系统的检测及功能电路较多，包括谐振电路、同步电路、IGBT驱动电路、浪涌及高低压检测电路等，较多的功能电路存在较大待机功耗，难以实现低功耗待机。有部分厂家为实现低待机功耗，采用增大各功能电路输入阻抗的方式，但待机功率调整有限，仅能满足国内电磁加热产品一级能效待机功率小于2W的要求。但较大的输入阻抗会造成功能电路动态响应变差，同时，难以通过EMC(电磁兼容)测试。对于某些出口欧美的电磁加热产品，要满足欧洲ErP指令要求的小于0.5W低功耗及UL/ETC、EMC、FCC等测试要求存在较大困难。因此我们需要提出电磁加热系统及其低待机功耗控制电路。

发明内容

本发明的目的在于提供电磁加热系统及其低待机功耗控制电路，通过显示板MCU输出控制信号隔离驱动待机功耗控制电路中开关导通与关断，待机时切断对应的功能电路供电，降低整体待机功率，可实现待机功率更低，同时显示板与主板隔离信号驱动，人体接触操作面板时，使用安全性更好，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：电磁加热系统，包括市电电源输入端、整流滤波电路单元、待机功耗控制电路单元、谐振电路单元、IGBT驱动电路单元、电源电路单元、同步电路单元、浪涌及高低压检测电路单元、主板微处理器、隔离驱动电路单元以及显示板微处理器；

所述市电电源输入端、整流滤波电路单元与谐振电路单元之间依次电气连接，所述市电电源输入端、整流滤波电路单元与谐振电路单元构成主负载加热工作电路，所述同步电路单元分别与谐振电路单元和主板微处理器电气连接，所述主板微处理器与IGBT驱动电路单元电气连接，所述IGBT驱动电路单元再与谐振电路单元电气连接；

所述电源电路单元与浪涌及高低压检测电路单元均和市电电源输入端连接，且浪涌及高低压检测电路单元与主板微处理器电气连接，所述电源电路单元与IGBT驱动电路单元和主板微处理器均电气连接；

所述待机功耗控制电路单元分别与整流滤波电路单元、电源电路单元和隔离驱动电路单元电气连接，所述显示板微处理器通过排线接口与隔离驱动电路单元电气连接。

优选的，所述同步电路单元用于检测谐振电路单元的工作状态信号，反馈至主板微处理器处理，根据同步信号状态信息输出对应PWM信号给IGBT驱动电路单元，并驱动谐振电路单元实时工作。

优选的，所述浪涌及高低压检测电路单元检测市电电压或浪涌尖峰信号至主板微处理器进行系统电压保护或浪涌保护处理。

优选的，市电经所述市电电源输入端送到电源电路单元，由电源电路单元转换后输出对应电压给主板微处理器和IGBT驱动电路单元供电。

本发明还提供了电磁加热系统的低待机功耗控制电路，所述谐振电路单元包括由电感线盘、C2和Q2构成的LC并联谐振电路，所述C2的两端连接有输出脚OUT1和OUT2。

所述IGBT驱动电路单元包括由R8、ZD1、R6、D3、Q3、Q5、R3、C4、Q4、R4、EC1、C1、D2组成的正逻辑推挽驱动电路，所述D3连接在Q3的发射极与集电极之间，所述R8与ZD1并联，且R8并联在Q2的基极与发射极之间，所述R6连接在ZD1与D3之间，所述R3和R4连接在Q4的基极与集电极之间，所述EC1和C1R4并联在R4的一端，C4连接在Q5的基极与集电极之间。

所述电源电路单元包括U1、U2、U3和T1，所述U2的5脚至8脚上连接有L3，所述L3的一端连接有D5，所述L3上并联有接地的EC4和EC5，所述U2的4脚上连接有由D6、EC6、D7和EC7组成的闭合回路，所述EC6连接在U2的1脚上，所述T1并联在D7上，且EC7上并联有C8，所述U1的输入端上并联有EC2和C6，所述EC2与T1之间连接有D4，所述U1的输出端上并联有接在显示板微处理器上的EC3和C5，所述C8的一端连接有Q6，所述U3的输入端上并联有接Q6上的在EC8和C9，所述Q6的基极与发射极之间连接有R14，所述Q6的基极上连接有R15，所述U3的输出端上并联有接在主板微处理器上的EC9和C10。

所述浪涌及高低压检测电路单元包括连接的D8和D10，所述D8和D10的接线端依次串联有R16、R17和R18，所述R18的一端分别连接有R19和R21，所述R19的一端并联有接地的R20和C12，所述C12的一端连接有D9，所述R21的一端并联有接地的R22和EC11，所述R18和R19上并联有C11。

所述主板微处理器包括U4，所述U4的7脚上连接有接地的EC10，所述U4的10脚接有5V，并连接有接地的C13，所述R19的一端接在U4的16脚上，所述R21的一端接在U4的12脚上。

所述隔离驱动电路单元包括U5，所述U5的1脚上接有R24，所述U5的2脚接在显示板微处理器上，所述U5的3脚上接有接地的R25。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明电路中设置功能导通开关，待机时切断各功能电路减少整体待机静态损耗，该保护点能达到的技术效果是易于实现待机低功耗，待机功率更低；

2、本发明无需按传统方式调大各检测功能电路输入阻抗，该保护点能达到的技术效果是确保各功能电路动态响应灵敏性，增加EMC测试参数余量，提升测试通过率，实用性强；

3、本发明显示板与主板微处理为独立供电，两者采用隔离驱动方式，该保护点能达到的技术效果是人体接触的操作面板(显示板)与主电源隔离，使用安全性更好。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明市电电源输入端、整流滤波电路单元、待机功耗控制电路单元、谐振电路单元和IGBT驱动电路单元的电路图；

图3为本发明电源电路单元的电路图；

图4为本发明同步电路单元的电路图；

图5为本发明浪涌及高低压检测电路单元的电路图；

图6为本发明主板微处理器的电路图；

图7为本发明隔离驱动电路单元的电路图；

图8为本发明电磁加热系统的低待机功耗控制电路的控制流程图。

图中：1、市电电源输入端；2、整流滤波电路单元；3、待机功耗控制电路单元；4、谐振电路单元；5、IGBT驱动电路单元；6、电源电路单元；7、同步电路单元；8、浪涌及高低压检测电路单元；9、主板微处理器；10、隔离驱动电路单元；11、显示板微处理器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：电磁加热系统，包括市电电源输入端1、整流滤波电路单元2、待机功耗控制电路单元3、谐振电路单元4、IGBT驱动电路单元5、电源电路单元6、同步电路单元7、浪涌及高低压检测电路单元8、主板微处理器9、隔离驱动电路单元10以及显示板微处理器11；

所述市电电源输入端1、整流滤波电路单元2与谐振电路单元4之间依次电气连接，所述市电电源输入端1、整流滤波电路单元2与谐振电路单元4构成主负载加热工作电路，所述同步电路单元7分别与谐振电路单元4和主板微处理器9电气连接，所述主板微处理器9与IGBT驱动电路单元5电气连接，所述IGBT驱动电路单元5再与谐振电路单元4电气连接；

所述电源电路单元6与浪涌及高低压检测电路单元8均和市电电源输入端1连接，且浪涌及高低压检测电路单元8与主板微处理器9电气连接，所述电源电路单元6与IGBT驱动电路单元5和主板微处理器9均电气连接；

所述待机功耗控制电路单元3分别与整流滤波电路单元2、电源电路单元6和隔离驱动电路单元10电气连接，所述显示板微处理器11通过排线接口与隔离驱动电路单元10电气连接。

所述同步电路单元7用于检测谐振电路单元4的工作状态信号，反馈至主板微处理器9处理，根据同步信号状态信息输出对应PWM信号给IGBT驱动电路单元5，并驱动谐振电路单元4实时工作。

所述浪涌及高低压检测电路单元8检测市电电压或浪涌尖峰信号至主板微处理器9进行系统电压保护或浪涌保护处理。

市电经所述市电电源输入端1送到电源电路单元6，由电源电路单元6转换后输出对应电压给主板微处理器9和IGBT驱动电路单元5供电。

显示板微处理器11通过隔离驱动电路单元10驱动待机功耗控制电路单元3中的电子开关导通或断开，进而控制主负载工作电路、IGBT驱动电路单元5、主板微处理器9的供电。

待机时，系统通过电子开关切断主负载工作回路(由整理滤波电路、谐振电路、同步电路组成)、主板MCU供电电路、IGBT驱动电路供电，实现系统低功耗待机。

实施例2

请参阅图2-7，本发明还提供了电磁加热系统的低待机功耗控制电路，所述谐振电路单元4包括由电感线盘、C2和Q2构成的LC并联谐振电路，所述C2的两端连接有输出脚OUT1和OUT2。

所述IGBT驱动电路单元5包括由R8、ZD1、R6、D3、Q3、Q5、R3、C4、Q4、R4、EC1、C1、D2组成的正逻辑推挽驱动电路，所述D3连接在Q3的发射极与集电极之间，所述R8与ZD1并联，且R8并联在Q2的基极与发射极之间，所述R6连接在ZD1与D3之间，所述R3和R4连接在Q4的基极与集电极之间，所述EC1和C1R4并联在R4的一端，C4连接在Q5的基极与集电极之间。

所述电源电路单元6包括U1、U2、U3和T1，所述U2的5脚至8脚上连接有L3，所述L3的一端连接有D5，所述L3上并联有接地的EC4和EC5，所述U2的4脚上连接有由D6、EC6、D7和EC7组成的闭合回路，所述EC6连接在U2的1脚上，所述T1并联在D7上，且EC7上并联有C8，所述U1的输入端上并联有EC2和C6，所述EC2与T1之间连接有D4，所述U1的输出端上并联有接在显示板微处理器11上的EC3和C5，所述C8的一端连接有Q6，所述U3的输入端上并联有接Q6上的在EC8和C9，所述Q6的基极与发射极之间连接有R14，所述Q6的基极上连接有R15，所述U3的输出端上并联有接在主板微处理器9上的EC9和C10。

所述浪涌及高低压检测电路单元8包括连接的D8和D10，所述D8和D10的接线端依次串联有R16、R17和R18，所述R18的一端分别连接有R19和R21，所述R19的一端并联有接地的R20和C12，所述C12的一端连接有D9，所述R21的一端并联有接地的R22和EC11，所述R18和R19上并联有C11。

所述主板微处理器9包括U4，所述U4的7脚上连接有接地的EC10，所述U4的10脚接有5V，并连接有接地的C13，所述R19的一端接在U4的16脚上，所述R21的一端接在U4的12脚上。

所述隔离驱动电路单元10包括U5，所述U5的1脚上接有R24，所述U5的2脚接在显示板微处理器11上，所述U5的3脚上接有接地的R25。

具体的，市电电源输入端1包含ACL1、ACN1接线柱，市电经保险FUSE1、继电器开关K1、前级CX1、L2滤波进入整流桥BR1整流，再经扼流圈L1、C3滤波后得+310V电压，然后接入电感线盘、C2、Q2构成的并联谐振电路，电流经Q3地、RJ1，回流至整流桥。RJ1为电流采样康铜丝，电流采样其他部分未标示。

谐振电路单元4由电感线盘、C2、Q2构成LC并联谐振电路；同步电路单元7的OUT1、OUT2网络与谐振电路单元4OUT1、OUT2连接，电感线盘与C2并联，谐振信号经R10、R11、R9与R12、R13分压信号输入至主板微处理器9中内置比较器进行信号处理，同步电路单元7用于谐振点波形信号采样。

IGBT驱动电路单元5主要由R8、ZD1、R6、D3、Q3、Q5、R3、C4、Q4、R4、EC1、C1、D2组成的正逻辑推挽驱动电路，此推挽电路用于驱动谐振电路IGBT开关工作。

浪涌及高低压检测电路单元8包括浪涌、电压采样两部份，ACL2、ACN1接入经D8、D10整流、R16、R17、R18串联分压后，分为两路，一路经R19、R20、C12滤波、D9钳位后再输送至微处理器9内部比较器做硬件浪涌尖峰保护，一路经R21、R22、EC11输送至微处理器9第12脚做AD电压采样，用于市电输入电压检测及过高、过低电压保护。

电源电路单元6为系统辅助电源部分，为系统内部电路或负载供电，例如+18V散热风扇、IGBT驱动电源、微处理及外围电路供电等。市电经ACL1经D5整流、EC4、L3、EC5滤波，输入至电源芯片U2、T1、EC7、C8、D7构成高压BUCK降压得+18V电压，D6、EC6为电源芯片U2辅助供电。+18V电源经Q6、EC8滤波输出至V-IGBT为IGBT驱动电路供电，V-IGBT电压再经U3三端稳压器LDO输出+5V为主板微处理器9供电；高频变压器T1副边电压经D4整流、EC2、C6滤波、U1三端稳压器LDO输出+5V1为显示板微处理器11供电；主板微处理器9与显示板微处理器11为独立供电。

待机功耗控制电路单元3由继电器RLY1、R2、D1、Q1、R23、R1构成；

隔离驱动电路单元10由光耦U5、R25、R24构成，系统工作时，显示板微处理器11的驱动信号通过隔离光耦U5驱动POWER-EN输出高电平，驱动三极管Q1导通，使能继电器开关K1吸合让整流滤波电路单元得电，进而电磁加热主负载工作电路得电；同时Q1导通时POWER处于低电平，使能Q6导通，V-IGBT得电，则IGBT驱动电路单元5得电，支路U3输出+5V为主板微处理器9供电。

待机时，继电器开关K1、Q6处于断开状态，切断整流滤波电路单元、谐振电路单元、IGBT驱动电路单元、主板MCU供电等供电回路以及切断浪涌高低压检测电路单元8的ACL2支路，降低待机整体待机功率，实现待机低功耗。为进步减低待机功耗，待机时显示板微处理器11外设关闭，处于休眠状态，整体待机功率可达0.2W以下。

进一步地，控制功能电路通断的电子元件为继电器、MOS管、三极管中任意一种。

综上，该电路通过显示板微处理器11的MCU输出控制信号隔离驱动待机功耗控制电路单元3中开关导通与关断，进而控制各功能电路单元是否通电工作来实现待机时低功耗控制，待机功率更低，无需按传统方式调大各检测功能电路输入阻抗，确保各电路动态响应灵敏性，增加EMC测试参数余量，提升测试通过率。显示板微处理器11与主板微处理器9独立供电，两者隔离信号驱动，人体接触的操作面板(按键显示板)时，使用安全性更好。

实施例3

请参阅图8，本发明还提供了电磁加热系统的低待机功耗控制电路的控制方法，具体操作如下：

上电系统初始化，进入待机状态，待机控制电路开关K1断开、主板辅助供电侧Q6断开，对应回路(整流滤波电路、谐振电路、IGBT驱动电路、同步电路、主板微处理器及外围)无电，辅助电源及给显示板MCU供电，待机时无按键操作，系统处于休眠状态。若有按键操作唤醒显示板微处理器11，按键开机工作，显示板发送开机使能信号，待机控制电路驱动继电器开关K1接通，辅助电源供电Q6导通，主负载工作电路(整流滤波电路、谐振电路)得电，IGBT驱动电路得电、主板微处理器9得电，开机工作。若工作结束或关机指令，系统返回待机模式，系统处于主回路开关K1、辅助电源Q6断开，切断对应功能电路，减低整体待机功率，实现待机低功耗。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.电磁加热系统，其特征在于：包括市电电源输入端（1）、整流滤波电路单元（2）、待机功耗控制电路单元（3）、谐振电路单元（4）、IGBT驱动电路单元（5）、电源电路单元（6）、同步电路单元（7）、浪涌及高低压检测电路单元（8）、主板微处理器（9）、隔离驱动电路单元（10）以及显示板微处理器（11）；

所述市电电源输入端（1）、整流滤波电路单元（2）与谐振电路单元（4）之间依次电气连接，所述市电电源输入端（1）、整流滤波电路单元（2）与谐振电路单元（4）构成主负载加热工作电路，所述同步电路单元（7）分别与谐振电路单元（4）和主板微处理器（9）电气连接，所述主板微处理器（9）与IGBT驱动电路单元（5）电气连接，所述IGBT驱动电路单元（5）再与谐振电路单元（4）电气连接；

所述电源电路单元（6）与浪涌及高低压检测电路单元（8）均和市电电源输入端（1）连接，且浪涌及高低压检测电路单元（8）与主板微处理器（9）电气连接，所述电源电路单元（6）与IGBT驱动电路单元（5）和主板微处理器（9）均电气连接；

所述待机功耗控制电路单元（3）分别与整流滤波电路单元（2）、电源电路单元（6）和隔离驱动电路单元（10）电气连接，所述显示板微处理器（11）通过排线接口与隔离驱动电路单元（10）电气连接；

所述同步电路单元（7）用于检测谐振电路单元（4）的工作状态信号，反馈至主板微处理器（9）处理，根据同步信号状态信息输出对应PWM信号给IGBT驱动电路单元（5），并驱动谐振电路单元（4）实时工作；

所述浪涌及高低压检测电路单元（8）检测市电电压或浪涌尖峰信号至主板微处理器（9）进行系统电压保护或浪涌保护处理；

市电经所述市电电源输入端（1）送到电源电路单元（6），由电源电路单元（6）转换后输出对应电压给主板微处理器（9）和IGBT驱动电路单元（5）供电；

所述谐振电路单元（4）包括由电感线盘、C2和Q2构成的LC并联谐振电路，所述C2的两端连接有输出脚OUT1和OUT2；

所述IGBT驱动电路单元（5）包括由R8、ZD1、R6、D3、Q3、Q5、R3、C4、Q4、R4、EC1、C1、D2组成的正逻辑推挽驱动电路，所述D3连接在Q3的发射极与集电极之间，所述R8与ZD1并联，且R8并联在Q2的基极与发射极之间，所述R6连接在ZD1与D3之间，所述R3和R4连接在Q4的基极与集电极之间，所述EC1和C1并联在R4的一端，C4连接在Q5的基极与集电极之间；

所述电源电路单元（6）包括U1、U2、U3和T1，所述U2的5脚至8脚上连接有L3，所述L3的一端连接有D5，所述L3上并联有接地的EC4和EC5，所述U2的4脚上连接有由D6、EC6、D7和EC7组成的闭合回路，所述EC6连接在U2的1脚上，所述T1并联在D7上，且EC7上并联有C8，所述U1的输入端上并联有EC2和C6，所述EC2与T1之间连接有D4，所述U1的输出端上并联有接在显示板微处理器（11）上的EC3和C5，所述C8的一端连接有Q6，所述U3的输入端上并联有接Q6上的EC8和C9，所述Q6的基极与发射极之间连接有R14，所述Q6的基极上连接有R15，所述U3的输出端上并联有接在主板微处理器（9）上的EC9和C10；

所述浪涌及高低压检测电路单元（8）包括连接的D8和D10，所述D8和D10的接线端依次串联有R16、R17和R18，所述R18的一端分别连接有R19和R21，所述R19的一端接有并联接地的R20和C12，所述C12的一端连接有D9，所述R21的一端接有并联接地的R22和EC11，所述R18和R19上并联有C11；

所述主板微处理器（9）包括U4，所述U4的7脚上连接有接地的EC10，所述U4的10脚接有5V，并连接有接地的C13，所述R19的一端接在U4的16脚上，所述R21的一端接在U4的12脚上；

所述隔离驱动电路单元（10）包括U5，所述U5的1脚上接有R24，所述U5的2脚接在显示板微处理器（11）上，所述U5的3脚上接有接地的R25。