CN1802045A - 大功率电磁炉输出功率控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大功率电磁炉宽范围调节输出功率的装置；该装置是一种变频调功的装置，在最大功率输出时，LC回路(L为电磁炉的线盘的电感)处于串联谐振状态附近，其谐振频率略低于功率开关管的工作频率，使主回路LC呈感性负载，便增大回路感抗ωL，回路电流下降，同时回路的功率因素COSΦ下降，炉子的输出功率(P＝UICOSφ)中I和COSφ同时降低，造成输出功率(有功功率部分)下降，电磁炉线盘获得的功率P＝UICOSΦ进一步下降；反之，降低回路的工作频率，又会提高炉子的输出功率。所以输出功率越小，IGBT的发热就降低。这就解决了电磁炉发展的一个瓶颈。

Description

大功率电磁炉输出功率控制装置

技术领域

本发明涉及大功率电磁炉输出功率可以在较大范围内采用变频的方法进行调节，同时也可以避免功率开关管IGBT在高频运行条件下因开关损耗剧增而造成发热的弊病。

技术背景

目前市场销售的单灶电磁炉控制线路上，大都是采用单管IGBT自激振荡的模式，控制系统仅使用电流截止控制而不采用电流电压闭环控制和功率闭环控制，所以控制精度很差。通常输出功率均在2000瓦以下，而且功率调节范围较窄，输出功率会随着电网电压的波动而波动。不同锅具也会造成输出功率的大幅度波动。另外，单管电路只能满足IGBT零电压开通，不能保证零电压关闭，所以低功率输出时IGBT发热非常严重，在不得已情况下，只能采用间歇加热的方法。这对电磁炉的可靠运行造成负面影响。

发明内容

为解决前述存在的回题，本发明提供一种大功率电磁炉输出功率控制装置，包括主电路、变频电路和回路控制电路，主电路由整流滤波电路输入，连接至功率开关管，功率开关管与串联回路LC1、LC2连接，其中L是炉具的线盘电感，电容C1、C2与电感L构成的串联谐振回路，其谐振频率略低于功率开关管的驱动频率，在串联谐振回路串接有高频电流检测器CT2，作为电流闭环控制回路和电流限制回路的采样信号，在直流母线回路，串接有直流母线电流检测器，作为功率闭环控制采样信号。

功率开关管由一驱动电路驱动，驱动电路的工作频率受压控振荡器控制，压控振荡器的振荡频率，受电流比较器及功率调节器控制。

电流闭环控制电路由高频交流检测器、最大电流限制器和电流比较器构成，当功率开关管的工作电流大于额定值时，电流比较器输出控制电压给压控振荡器，升高其振荡频率。

功率闭环控制回路由直流母线电流检测器、乘法器和切换开关构成(切换开关实际上是一种电子开关)，切换开关的常闭触点与乘法器连接，常开触点与高频电流检测器连接，当电源电压低于额定值的80％时，切换开关的常闭触点断开，常开触点接通，回路处于恒电流闭环控制状态。

本发明的优点是，可以解决以下问题：

1，突破了传统单灶电磁炉输出功率的限制，使输出功率由2000瓦以下扩展到3000瓦(双管半挢式逆变电路)或5000-10000瓦(双管全挢式逆变电路)为生产大功率电磁炉开创新途径；

2，提高了输出功率控制精度，减少了输出功率随电网电压波动引起的波动，及适应锅具(如换锅)变动造成的输出功率变动；

3，当炉子功率向下调节时，电路始终处于感性负载状态，所以IGBT都能满足零电压开通。因此IGBT的开关损耗一直比较小，这就解决了低功率输出时IGBT的发热问题，实现了全功率范围的连续调节(连续加热)，使电磁炉更适应中国烹饪中的小火炖、焖等操作；

4，显著降低大功率电磁炉生产成本和提高运行的安全性、可靠性。

附图说明

附图1是本发明的主电路。

附图2是双闭环控制回路。

具体实施方式

请参阅附图1所示，主电路由整流电路1、滤波电路2输入，连接至功率开关管IGBT1、IGBT2，功率开关管IGBT1、IGBT2与串联回路LC1、LC2连接，电容C也可不要，其中L是炉具的线盘电感，电容C1、C2与电感L构成的串联谐振回路的谐振频率，略低于功率开关管的驱动频率。在串联谐振回路串接有高频交流检测器CT2，作为电流闭环控制回路的采样信号，在直流母线回路，串接有直流母线电流检测器CT1，作为功率闭环控制采样信号。

功率开关管IGBT1、IGBT2由一驱动电路6驱动，驱动电路6的工作频率受压控振荡器5控制，压控振荡器5的振荡率，受电流比较器9或功率调节器4所控制。

电流闭环控制电路由高频电流检测器8(CT2)和电流比较器9构成，高频电流检测器8(CT2)检测出功率开关管IGBT1、IGBT2电流，超过额定的设定值时，电流比较器输出一控制电压，改变压控制荡器VCO的振荡频率，升高其振荡频率，使主电路LC1呈感性负载，增大回路感抗ωL，回路电流下降，同时回路的功率因素COSΦ下降，炉子的输出功率(P＝UICOSφ)中I和COSφ同时降低，造成输出功率(有功功率部分)下降，电磁炉线盘获得的功率P＝UICOSΦ进一步下降；

功率闭环控制回路由直流母线电流检测器10(CT1)、乘法器11和切换开关12构成，切换开关12的常闭触点(右边的触点)与乘法器11连接，常开触点(左边的触点)与高频电流检测器8连接，当电源电压低于额定值的80％时，常闭触点断开，常开触点接通，回路处于恒电流闭环控制状态，此时，回路由输入信号3控制，输入信号3是由CPU芯片设置一组脉宽调制的脉冲串，每一个脉冲串有不同的占空比，经整流滤波后成为直流电压，控制压控振荡器的振荡频率，从而达到控制功率开关管的工作电流大小，输入信号3在正常电源电压时作为控制恒定的功率，但当电源电压低于80％时作为控制恒定的电流。

当输出功率在3KW以下时，整流电路中的虚线框内二极管可以不用，直接用单相230伏接在A-C端子上。如果输出功率大于3KW，则宜采用三相供电。

L_PC_P为泸波电容，主要是泸去25KHz以上的高频信号；

LC1的谐振频率通常为20KHz左右，而IGBT1和IGBT2的驱动频率则必须大于谐振频率。

CT1为低频电流传感器，可以是用无感分流器或霍尔电流传感器。CT2为高频电流传感器，一般用绕有线圈的铁氧体构成，但是也可以用霍尔电流传感器。CT2测得的是通过IGBT的电流，用以保护IGBT。而CT1测得的电流用以提供乘法器(功率传感器)运算。

电感L₂要求用带大气隙的铁芯绕制成的电感，它能在通过数十安培直流电流的情况下，铁芯不会饱和。

C_P为Tanδ(介质损耗角)极小的聚丙烯薄膜电容，要求介质损耗小，高频特性优良，C和C₁、C₂除有同样要求外，还要求耐高压特性。

在交流电源的输入端，还应该根据具体情况接入适当的EMC抗干扰滤波器。

本发明电路的特点是：在正常交流电压时，自动切换开关向右接通，此时由CPU来的主令信号，作为功率的给定信号，此时整个系统处于恒功率调节系统，也就是说输出功率不会随电源电压波动或锅具变化而变化。一旦电源电压低于80％额定值时，自动切换开关转向左边，此时系统处于恒电流闭环控制状态，它仍能保证IGBT电流不超过额定值，也就是说，当低电压时仍能保证IGBT不受损坏，但加热尚能维持一定功率。如果交流检测值超过了Imax则电流比较器马上翻转，它直接控制VCO使电流迅速下降。

这种采用硬件直接控制的方法，反应速度要比CPU闭环控制快得多，而且输出功率的稳定性甚佳，它几乎不受锅具变更或电源电压波动的影响。

Claims (4)

1、一种大功率电磁炉输出功率控制装置，包括主电路、变频电路和回路控制电路，其特征在于：主电路由整流滤波电路输入，连接至功率开关管，功率开关管与主回路串联电路LC1、LC2连接，其中L是炉具的线盘电感，电容C1、C2与电感L构成的串联谐振回路的谐振频率，略低于功率开关管的工作频率，使主电路呈感性负载，在串联谐振回路串接有高频交流检测器CT2，作为电流闭环控制回路的采样装置，在直流母线回路，串接有直流母线电流检测器CT1，作为功率闭环控制采样信号。

2、按权利要求1所述的大功率电磁炉输出功率控制装置，其特征在于：功率开关管由一驱动电路驱动，驱动电路的工作频率受压控振荡器控制，压控振荡器的振荡率，受电流比较器或功率调节器所控制。

3、按权利要求1所述的大功率电磁炉输出功率控制装置，其特征在于：电流闭环控制电路由高频交流检测器、最大电流限制器和电流比较器构成，当功率开关管的工作电流大于额定值时，电流比较器输出控制电压给压控振荡器，升高其振荡频率。

4、按权利要求1所述的大功率电磁炉输出功率控制装置，其特征在于：功率闭环控制回路由直流母线电流检测器、乘法器和切换开关构成，切换开关的常闭触点与乘法器连接，常开触点与高频电流检测器连接，当电源电压低于额定值的80％时，使切换开关的常闭触点断开，常开触点接通，回路处于恒电流闭环控制状态。

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