CN201119038Y - 电磁炉的控制装置 - Google Patents

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CN201119038Y CNU2007200595328U CN200720059532U CN201119038Y CN 201119038 Y CN201119038 Y CN 201119038Y CN U2007200595328 U CNU2007200595328 U CN U2007200595328U CN 200720059532 U CN200720059532 U CN 200720059532U CN 201119038 Y CN201119038 Y CN 201119038Y
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Abstract

本实用新型是一种电磁炉的控制装置。包括有中央处理单元(1)、整流电路(2)、功率逆变电路(3)、LC谐振电路(4)，其特征在于还包括有电源开关管控制电路(5)、过零检测电路(6)及自激振荡回路(7)，其中整流电路(2)的输入端接市电，其输出端连接电源开关管控制电路(5)的输入端；过零检测电路(6)的输入端与市电连接，其输出端与中央处理单元(1)的输入端连接，中央处理单元(1)的输出端与电源开关管控制电路(5)的输入端连接；功率逆变电路(3)的输入端分别与电源开关管控制电路(5)的输出端、自激振荡回路(7)的输出端及LC谐振电路(4)的输出端连接，其输出端又分别与LC谐振电路(4)的输入端及功率输出端连接。本实用新型在电磁炉常规加热电路的基础上增加了过零检测电路、自激振荡回路和电源开关管控制电路。利用交流电有过零的特性，在过零的时候实现绝缘场效应晶体管的开通和关断，以一个正弦波的半波为时间单位，周期进行绝缘场效应晶体管开通和关断来调节占空比，以实现连续低功率加热。

Description

电磁炉的控制装置
技术领域：
本实用新型是一种电磁炉的控制装置，特别是一种可以实现连续从小功率到大功率加热的电磁炉控制装置，属于电磁炉控制装置的改造技术。
背景技术：
现有市面上主流的电磁炉，其控制装置的主电路是通过桥式整流器将交流市电转换为直流电，再经过功率逆变电路和LC谐振电路(电感电容组成的谐振电路)，在电磁线圈上产生高频的交变磁场，输出功率，使得加热容器发热。其LC谐振电路(电感电容组成的谐振电路)中，由于电磁线圈和谐振电容参数是固定不变的，即谐振频率f固定不变，只能输出大功率来加热，若想实现小功率连续加热时，须调整工作频率偏离谐振频率，但这样做使得IGBT(绝缘场效应晶体管)处于硬开关状态，会造成IGBT(绝缘场效应晶体管)开关损耗大，IGBT(绝缘场效应晶体管)发热严重，特别是在功率降到800W以下时，IGBT(绝缘场效应晶体管)将会工作在临界状态，影响电磁炉的可靠性和安全性，所以不能同时保证小功率连续加热状态下正常工作，目前市场上主流电磁炉连续功率输出基本上都只能在800W～2100W之间，从而使电磁炉的应用受到一定程度上的限制。
实用新型内容：
本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种可以实现连续从小功率到大功率加热的电磁炉控制装置。本实用新型构思新颖，电路组成简单、安全、可靠。
本实用新型的技术方案是：包括有中央处理单元1、整流电路2、功率逆变电路3、LC谐振电路4、电源开关管控制电路5、过零检测电路6及自激振荡回路7，其中整流电路2的输入端接市电，其输出端连接电源开关管控制电路5的输入端；过零检测电路6的输入端与市电连接，其输出端与中央处理单元1的输入端连接，中央处理单元1的输出端与电源开关管控制电路5的输入端连接；功率逆变电路3的输入端分别与电源开关管控制电路5的输出端、自激振荡回路7的输出端及LC谐振电路4的输出端连接，其输出端又分别与LC谐振电路4的输入端及功率输出端连接。
上述整流电路2为桥式整流电路。
上述LC谐振电路4为电感电容组成的谐振电路。
上述电源开关管控制电路5是绝缘场效应晶体管开关电路，或者是可控硅开关控制电路，或是三极管控制电路，或是金属氧化物半导体场效应晶体管控制电路。
上述电源开关管控制电路5包括可控硅SCR10，电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15和三极管Q10、Q11，可控硅SCR10的A极与整流电路2的输出端连接，K极与功率逆变电路3的输入端连接，G极通过电阻R11与三极管Q10的C极连接；三极管Q10的E极与可控硅SCR10的A极相连接，三极管Q10的B极与E极之间通过电阻R10相连；电阻R12与R13串联，且其一端与三极管Q10的B极连接，另一端与三极管Q11的C极连接；三极管Q11的B极通过电阻R14与中央处理单元1的控制信号CTR的输出端连接，同时与三极管Q11的E极通过电阻R15相连接，三极管Q11的E极接地。
上述过零检测电路6包括二极管D01、D02，电阻R01、R02、R03、R04、R05，三极管Q01、Q02和电容C01，二极管D01、D02分别连接在市电的输入端；分压电阻R01、R02串联，且其一端接地，另一端与二极管D01、D02连接；三极管Q01的B极连接在串联电阻R01、R02的中间，C极通过电阻R03接+5V电源，E极接地；三极管Q02的B极与三极管Q01的C极连接，C极通过电阻R04与+5V电源连接，E极接地；电阻R05一端与三极管Q02的C极连接，另一端与中央处理单元1的INT0信号输入端连接，同时经电容C01接地。
上述自激振荡回路7包括比较器A1，电阻R20、R21、R22、R23、R24，二极管D20、D21、D22，电容C20，比较器A1的正极与电磁炉的同步信号电路连接，并通过电阻R20与电磁炉的的脉宽调制信号积分信号电路连接；二极管D22、D23串联，二极管D23的阳极与比较器A1的正极相连，二极管D22阴极与比较器A1的输出端连接，并通过电阻R24与+18V电源相连；电阻R21的一端与比较器A1的正极连接，另一端与二极管D20的阴极连接，二极管D20的阳极与比较器A1的负极连接，并通过电容C20接地；电阻R22的一端与比较器A1的负极连接，另一端与二极管D21的阳极连接，二极管D21的阴极与比较器A1的输出端连接；电阻R23的一端与二极管D21的阳极连接，另一端与+5V电源连接；比较器A1的输出端与电磁炉的驱动电路连接，并与功率逆变电路3的信号输入端相连接。
本实用新型由于采用的结构，采用电源开关管控制电路，过零检测电路控制电源输入开通/关断比例的方式，调节占空比，实现电磁炉从小功率到大功率连续输出，有效解决了普通电磁炉在小功率加热时出现的IGBT(绝缘场效应晶体管)发热严重的问题，可实现电磁炉从低于100W到高于2000W之间连续功率输出功能，同时提高了电磁炉工作的安全性和可靠性。本实用新型是一种构思新颖，电路组成简单、安全、可靠，能实现电磁炉从小功率到大功率的连续加热，更加自由控制电磁炉加热功率的电磁炉的控制装置。
附图说明：
图1为现有技术电磁炉加热电路的原理框图；
图2为本实用新型的原理框图；
图3为本实用新型实施例的电路原理图；
图4为本实用新型实施例的电压波形图。
具体实施方式：
实施例：
本实用新型的原理图如图2所示，包括有中央处理单元1、整流电路2、功率逆变电路3、LC谐振电路4、电源开关管控制电路5、过零检测电路6及自激振荡回路7，其中整流电路2的输入端接市电，其输出端连接电源开关管控制电路5的输入端；过零检测电路6的输入端与市电连接，其输出端与中央处理单元1的输入端连接，中央处理单元1的输出端与电源开关管控制电路5的输入端连接；功率逆变电路3的输入端分别与电源开关管控制电路5的输出端、自激振荡回路7的输出端及LC谐振电路4的输出端连接，其输出端又分别与LC谐振电路4的输入端及功率输出端连接。本实施例中，上述整流电路2为桥式整流电路。
上述LC谐振电路4为电感电容组成的谐振电路。上述电源开关管控制电路5是绝缘场效应晶体管开关电路，或者是可控硅开关控制电路，或是三极管控制电路，或是金属氧化物半导体场效应晶体管控制电路。
本实施例中，本实用新型的电路图如图3所示，上述电源开关管控制电路5包括可控硅SCR10，电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15和三极管Q10、Q11，可控硅SCR10的A极与整流电路2的输出端连接，K极与功率逆变电路3的输入端连接，G极通过电阻R11与三极管Q10的C极连接；三极管Q10的E极与可控硅SCR10的A极相连接，三极管Q10的B极与E极之间通过电阻R10相连；电阻R12与R13串联，且其一端与三极管Q10的B极连接，另一端与三极管Q11的C极连接；三极管Q11的B极通过电阻R14与中央处理单元1的控制信号CTR的输出端连接，同时与三极管Q11的E极通过电阻R15相连接，三极管Q11的E极接地。
上述过零检测电路6提供过零脉冲信号，决定开通和关断的触发时间，其包括二极管D01、D02，电阻R01、R02、R03、R04、R05，三极管Q01、Q02和电容C01，二极管D01、D02分别连接在市电的输入端；分压电阻R01、R02串联，且其一端接地，另一端与二极管D01、D02连接；三极管Q01的B极连接在串联电阻R01、R02的中间，C极通过电阻R03接+5V电源，E极接地；三极管Q02的B极与三极管Q01的C极连接，C极通过电阻R04与+5V电源连接，E极接地；电阻R05一端与三极管Q02的C极连接，另一端与中央处理单元1的INT0信号输入端连接，同时经电容C01接地。
上述自激振荡回路7可以是分立器件组成电路，也可以是集成电路，本实施例中，自激振荡回路(7)包括比较器A1，电阻R20、R21、R22、R23、R24，二极管D20、D21、D22，电容C20，比较器A1的正极与电磁炉的同步信号电路连接，并通过电阻R20与电磁炉的脉宽调制信号积分信号电路连接；二极管D22、D23串联，二极管D23的阳极与比较器A1的正极相连，二极管D22阴极与比较器A1的输出端连接，并通过电阻R24与+18V电源相连；电阻R21的一端与比较器A1的正极连接，另一端与二极管D20的阴极连接，二极管D20的阳极与比较器A1的负极连接，并通过电容C20接地；电阻R22的一端与比较器A1的负极连接，另一端与二极管D21的阳极连接，二极管D21的阴极与比较器A1的输出端连接；电阻R23的一端与二极管D21的阳极连接，另一端与+5V电源连接；比较器A1的输出端与电磁炉的驱动电路连接，并与功率逆变电路3的信号输入端相连接。电磁炉的同步信号电路、脉宽调制信号积分信号电路、电磁炉的驱动电路与现有电磁炉相同，故作为公知技术不予赘述。
本实用新型的工作原理如下：当电磁炉接通市电后，由过零检测电路产生100Hz的过零脉冲信号给MCU(单片机)单元；经MCU(单片机)单元运算处理后，由电源开关管控制电路控制主回路的开通和关断，从而控制功率输出的开通和关断。由自激振荡回路保证电压过零时IGBT(绝缘场效应晶体管)的稳定启动，稳定功率启动和功率输出，以降低启动时候的噪音。如图4所示，给电磁炉输入50Hz交流市电，整流后形成100Hz直流电，经过零检测电路，每10ms(毫秒)得到一个脉冲信号，周期T0＝10ms。这个脉冲信号进入MCU(单片机)单元的中断检测端口，MCU(单片机)单元把这个脉冲信号作为同步信号，从检测到脉冲信号瞬间，根据用户设定的功率要求，通过电源开关管控制电路控制电源输入的Ton(开通时间)和Toff(关断时间)。本实施例中，电源开关管控制电路采用SCR(可控硅)开关控制电路，Ton(开通时间)为可控硅导通，即功率开通时间；Toff(关断时间)为关断到下一个脉冲到达的时间，即：周期T＝Ton(开通时间)+Toff(关断时间)。Ton(开通时间)＝Non(开通次数)×10ms，Toff(关断时间)＝Noff(关断次数)×10ms，Non(开通次数)、Noff(关断次数)根据不同的功率要求，可以设定为不同的参数值。
在Ton(开通时间)期间，可控硅导通，电源电路导通，按照正常功率输出。在Toff(关断时间)期间，可控硅关闭，电源电路关断，停止功率输出。电磁炉需要加大功率输出则增加Ton(开通时间)的时间，需要减小功率输出则减少Ton(开通时间)的时间。在Ton(开通时间)达到最大值后，即一直导通。如需继续增加功率，则通过调整输出的PWM(脉宽调制信号)，实现较大功率的输出。

Claims (7)

1、一种电磁炉的控制装置，包括有中央处理单元(1)、整流电路(2)、功率逆变电路(3)、LC谐振电路(4)，其特征在于还包括有电源开关管控制电路(5)、过零检测电路(6)及自激振荡回路(7)，其中整流电路(2)的输入端接市电，其输出端连接电源开关管控制电路(5)的输入端；过零检测电路(6)的输入端与市电连接，其输出端与中央处理单元(1)的输入端连接，中央处理单元(1)的输出端与电源开关管控制电路(5)的输入端连接；功率逆变电路(3)的输入端分别与电源开关管控制电路(5)的输出端、自激振荡回路(7)的输出端及LC谐振电路(4)的输出端连接，其输出端又分别与LC谐振电路(4)的输入端及功率输出端连接。
2、根据权利要求1所述的电磁炉的控制装置，其特征在于上述整流电路(2)为桥式整流电路。
3、根据权利要求1所述的电磁炉的控制装置，其特征在于上述LC谐振电路(4)为电感电容组成的谐振电路。
4、根据权利要求1所述的电磁炉的控制装置，其特征在于上述电源开关管控制电路(5)是绝缘场效应晶体管开关电路，或者是可控硅开关控制电路，或是三极管控制电路，或是金属氧化物半导体场效应晶体管控制电路。
5、根据权利要求4所述的电磁炉的控制装置，其特征在于上述电源开关管控制电路(5)包括可控硅SCR10，电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15和三极管Q10、Q11，可控硅SCR10的A极与整流电路(2)的输出端连接，K极与功率逆变电路(3)的输入端连接，G极通过电阻R11与三极管Q10的C极连接；三极管Q10的E极与可控硅SCR10的A极相连接，三极管Q10的B极与E极之间通过电阻R10相连；电阻R12与R13串联，且其一端与三极管Q10的B极连接，另一端与三极管Q11的C极连接；三极管Q11的B极通过电阻R14与中央处理单元(1)的控制信号CTR的输出端连接，同时与三极管Q11的E极通过电阻R15相连接，三极管Q11的E极接地。
6、根据权利要求1所述的电磁炉的控制装置，其特征在于上述过零检测电路(6)包括二极管D01、D02，电阻R01、R02、R03、R04、R05，三极管Q01、Q02和电容C01，二极管D01、D02分别连接在市电的输入端；分压电阻R01、R02串联，且其一端接地，另一端与二极管D01、D02连接；三极管Q01的B极连接在串联电阻R01、R02的中间，C极通过电阻R03接+5V电源，E极接地；三极管Q02的B极与三极管Q01的C极连接，C极通过电阻R04与+5V电源连接，E极接地；电阻R05一端与三极管Q02的C极连接，另一端与中央处理单元(1)的INT0信号输入端连接，同时经电容C01接地。
7、根据权利要求1所述的电磁炉的控制装置，其特征在于上述自激振荡回路(7)包括比较器A1，电阻R20、R21、R22、R23、R24，二极管D20、D21、D22，电容C20，比较器A1的正极与电磁炉的同步信号电路连接，并通过电阻R20与电磁炉的的脉宽调制信号积分信号电路连接；二极管D22、D23串联，二极管D23的阳极与比较器A1的正极相连，二极管D22阴极与比较器A1的输出端连接，并通过电阻R24与+18V电源相连；电阻R21的一端与比较器A1的正极连接，另一端与二极管D20的阴极连接，二极管D20的阳极与比较器A1的负极连接，并通过电容C20接地；电阻R22的一端与比较器A1的负极连接，另一端与二极管D21的阳极连接，二极管D21的阴极与比较器A1的输出端连接；电阻R23的一端与二极管D21的阳极连接，另一端与+5V电源连接；比较器A1的输出端与电磁炉的驱动电路连接，并与功率逆变电路(3)的信号输入端相连接。
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