CN202998534U - 一种电磁场发生器电路结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电磁场发生器电路结构，包括滤波保护电路、电压检测电路、整流滤波模块、CPU控制模块以及用于产生电磁场的电磁场产生模块，该滤波保护电路设置在整流滤波模块与市电输入之间，该电压检测电路与滤波保护电路相连而检测市电的输入电压，并将检测获得的电压信号输送至CPU控制模块，该电磁场产生模块与整流滤波模块和CPU控制模块均相连。本实用新型可以产生高频电流，从而提供给加热模块使用。

Description

一种电磁场发生器电路结构

技术领域

本实用新型涉及加热装置领域，更具体的说涉及一种电磁场发生器电路结构，其用于产生高频磁场，以供加热管能基于所产生的涡流而发热。

背景技术

目前在加热领域，人们研究开发出了一种可以实现水电分离的电磁热水管，诸如中国实用新型专利CN2713367Y，其将线圈紧绕在一段绝缘不导磁的水管外圈而组成一个螺旋管，并在该螺旋管内设置加热组件。如此，当往该线圈中通以高频电流时，该螺旋管内即产生高频交变磁场，该加热组件在高频交变磁场的作用下产生涡流发热，从而实现加热的功效。

但是，对于该高频磁场如何产生和设置，则未给予具体公开，目前通常是采用线圈与现有技术中的高频发生器直接相连的方式，如此具有成本高、容易损坏以及实际应用效率低等缺陷。

有鉴于此，本发明人针对现有技术中的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电磁场发生器电路结构，其可以用于产生高频交变磁场，并且还具有结构简单和成本低的特点。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种电磁场发生器电路结构，其中，包括滤波保护电路、电压检测电路、整流滤波模块、CPU控制模块以及用于产生电磁场的电磁场产生模块，该滤波保护电路设置在整流滤波模块与市电输入之间，该电压检测电路与滤波保护电路相连而检测市电的输入电压，并将检测获得的电压信号输送至CPU控制模块，该电磁场产生模块与整流滤波模块和CPU控制模块均相连。

进一步，该电磁场产生模块为单管电磁场发生器，其具有第一电容、自激振荡电路、第一IGBT管以及反馈检测电路，该第一电容并联设置在加热模块两端，该第一电容通过整流滤波模块与市电输入相连，该CPU控制模块与自激振荡电路相连并将其产生PWM控制信号发送至自激振荡电路，该第一IGBT管和反馈检测电路分别设置在自激振荡电路与第一电容之间，该反馈检测电路检测加热模块是否与第一电容相连并将反馈信号发送至自激振荡电路，该自激振荡电路在加热模块已加载时产生自激并通过第一IGBT管向并联的第一电容和负载电感提供高频信号。

进一步，该单管电磁场发生器还包括第二IGBT管和推挽电路，该第二IGBT管亦与第一电容相连，该推挽电路设置在第一IGBT管、第二IGBT管与自激振荡电路之间而使得第一IGBT管和第二IGBT管同时向并联的第一电容和负载电感提供高频信号。

进一步，该反馈检测电路为设置在第一IGBT管和第二IGBT管与自激振荡电路之间的第一反馈电阻R4和第二反馈电阻R5，该第一反馈电阻R4用于反馈整流后的电源电压，该第二反馈电阻R5用于反馈第一IGBT管和第二IGBT管的C极电压，并在C极电压过高时关闭第一IGBT管和第二IGBT管的驱动信号，该第一反馈电阻R4和第二反馈电阻R5还组成同步谐振频率跟踪信号反馈电路。

进一步，该电磁场产生模块为半波电磁场发生器，其具有第三IGBT管、第二电容、第四IGBT管、第三电容、38译码器以及具有互锁和可调节驱动信号功能的功能芯片，该整流滤波模块与市电输入相连而形成直流输入，该第三IGBT管、第二电容、第四IGBT管、第三电容以及加热模块一起组成H桥，该CPU控制模块与功能芯片相连并还通过38译码器而调节功能芯片所输出方波的频率，该第三IGBT管的门极和第四IGBT管的门极与功能芯片相连而分别接收功能芯片所产生的互锁方波。

进一步，该半波电磁场发生器还包括负载频率检测电路以及IGBT驱动芯片，该IGBT驱动芯片设置在CPU控制模块与功能芯片之间，该负载频率检测电路检测谐振回路的频率并将振荡频率反馈至CPU控制模块，该CPU控制模块则将通过IGBT驱动芯片产生驱动信号以使系统维持在谐振点上。

进一步，该电磁场产生模块为全桥电磁场发生器，其具有第四电容、第五IGBT管、第六IGBT管、第七IGBT管、第八IGBT管、他激转自激电路、第一锁相环、相差控制比较器以及第二锁相环，该整流滤波模块与市电输入相连而形成直流输入，该第五IGBT管、第六IGBT管、第七IGBT管、第八IGBT管与第四电容和加热模块一起组成H桥，该CPU控制模块通过他激转自激电路而与第一锁相环相连，该第一锁相环的输出与第五IGBT管的门极相连，该第一锁相环的输出还通过第一反相器而与第七IGBT管的门极相连；该第一锁相环通过相差控制比较器而与第二锁相环相连，该第二锁相环的输出与第六IGBT管的门极相连，该第二锁相环的输出还通过第二反相器而与第八IGBT管的门极相连。

进一步，该全桥电磁场发生器还包括电流传感器和过零比较器，该电流传感器串接在第四电容和加热模块上，该电流传感器将获得的感测信号通过过零比较器而传输至第一锁相环。

进一步，该全桥电磁场发生器还包括相差控制调节功率电路，该相差控制调节功率电路连接在相差控制比较器与CPU控制模块之间而改变相差控制比较器所输入直流电平的大小。

进一步，该电磁场产生模块还包括温度传感器和水流传感器，该温度传感器和水流传感器均与CPU控制模块相连。

采用上述结构后，本实用新型涉及的一种电磁场发生器电路结构，在滤波保护电路、整流滤波模块的作用下，将市电输入转化成为电磁场产生模块提供能量的直流电压，该电磁场产生模块则在CPU控制模块的控制下而实现控制其内部开关管的切换，进行产生可以供加热模块使用的高频电流。

附图说明

图1为本实用新型涉及一种电磁场发生器电路结构第一较佳实施例的具体电路图。

图2为本实用新型涉及一种电磁场发生器电路结构第二较佳实施例的具体电路图。

图3为本实用新型涉及一种电磁场发生器电路结构第三较佳实施例的具体电路图。

图中：

电磁场发生器电路结构 100

电磁场产生模块       10、70、80

第一电容             11      自激振荡电路       14

第一IGBT管          15      反馈检测电路       16

第二IGBT管          17      推挽电路           18

整流滤波模块         2       CPU控制模块       3

滤波保护电路         4       电压检测电路       5

保护电路             6

第三IGBT管         721

第四IGBT管         722      第二电容          731

第三电容            732

38译码器            75       功能芯片          76

负载频率检测电路    77       IGBT驱动芯片      78

第四电容             82

第五IGBT管         831      第六IGBT管        832

第七IGBT管         833      第八IGBT管        834

他激转自激电路       85

第一锁相环          861      第一反相器         8611

第二锁相环          862      第二反相器         8621

相差控制比较器      87       相差控制调节功率电路 871

电流传感器          881      过零比较器         882

加热模块            200      市电输入           300。

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的实用新型，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

本实用新型公开了一种电磁场发生器电路结构100，其包括滤波保护电路4、电压检测电路5、整流滤波模块2、CPU控制模块3以及用于产生电磁场的电磁场产生模块10、70、80，该滤波保护电路4设置在整流滤波模块2与市电输入300之间，该电压检测电路5与滤波保护电路4相连而检测市电的输入电压，并将检测获得的电压信号输送至CPU控制模块3，该电磁场产生模块10、70、80与整流滤波模块2和CPU控制模块3均相连。如此一旦市电输入300出现异常情况而电压过高时，该CPU控制模块3会切断后续操作

如图1所示，其为本实用新型第一较佳实施例的电路图；其中该电磁场产生模块10为单管电磁场发生器，其具有第一电容11、自激振荡电路14、第一IGBT管15以及反馈检测电路16。

该第一电容11并联设置在加热模块200两端，从而为加热模块200提供高频变化电压；该第一电容11通过整流滤波模块2与市电输入300相连，该整流滤波模块2对市电输入300进行整流滤波而为第一电容11提供直流能量供给。

该CPU控制模块3与自激振荡电路14相连，该CPU控制模块3会产生PWM控制信号，并将该PWM控制信号发送至自激振荡电路14，从而起到调节加热功率的作用；该第一IGBT管15和反馈检测电路16分别设置在自激振荡电路14与第一电容11之间，该反馈检测电路16检测加热模块200是否与第一电容11相连并将反馈信号发送至自激振荡电路14，该自激振荡电路14在加热模块200已加载时产生自激并通过第一IGBT管15向第一电容11提供高频信号。具体地，该反馈检测电路16可以采用在正式启动之前发出探测信号，并通过检测某个端口的衰减情况来判断，若衰减正常则由CPU控制模块3控制而正常工作。

这样，本实用新型在CPU控制模块3的控制下，并利用自激振荡电路14产生IGBT管的驱动信号，如此通过高频率地打开和关闭第一IGBT管15，即可使得第一电容11两端电压产生高频电压，从而使得加热模块200中的线圈能获得高频磁场而产生加热效果。

更优选地，该单管电磁场发生器还包括第二IGBT管17和推挽电路18，如此可以降低IGBT管的反压；该第二IGBT管17亦与第一电容11相连而使第一电容11两端产生高频电压，该推挽电路18则设置在第一IGBT管15、第二IGBT管17与自激振荡电路14之间，从而使得第一IGBT管15和第二IGBT管17同时接受自激振荡电路14的驱动信号，并向并联的第一电容11和加热模块200提供高频信号。对于该第一IGBT管15和第二IGBT管17，其均对应设置有保护的电路，具体如图1中的ZD1、R3以及ZD2和R2。

请再参照图1所示，该反馈检测电路16为设置在第一IGBT管15和第二IGBT管17与自激振荡电路14之间的第一反馈电阻R4和第二反馈电阻R5，该第一反馈电阻R4用于反馈整流后的电源电压，该第二反馈电阻R5用于反馈第一IGBT管15和第二IGBT管17的C极电压，即反压，并在C极电压过高时关闭IGBT管的驱动信号，其具体是通过第二反馈电阻R5反馈至比较器与标准电压进行比较，当IGBT电压过高时将直接关闭IGBT驱动。同时，第一反馈电阻R4和第二反馈电阻R5组成同步振荡频率跟踪信号反馈电路; 其具体是通过第一反馈电阻R4和第二反馈电阻R5反馈至比较器来监控振荡负载两端电压变化,来达到同步振荡频率跟踪信号的效果。

在本实施例中，本实用新型涉及的单管电磁场发生器还包括各种保护电路6，该保护电路6可以根据实际需要而进行设置，比如其可以为温度传感器、水流传感器和电流互感器，该温度传感器和水流传感器用于感测水流的温度和水流量，如此可以给CPU控制模块3信息，从而调整当前的加热功率，进而达到自动化控制的功效，该电流互感器则可以对加热实际情况进行反馈式控制，从而使实际加热效果达到额定加热功率；该各式保护电路6还可以包括过流、浪涌、EMC滤波以及能耗控制等保护电路6，具体则不一一阐述。

结合图1所示，本实施例的工作过程为：首先由CPU控制模块3向自激振荡模块（OPEN口）发送一个一定宽度高电平脉冲，然后由CPU控制模块3对Count口进行监控，检测其衰减状况，若衰减异常，则使得OPEN口一直被控制为低电平，关闭系统；若衰减正常（此时说明负载被正常加载），则由CPU控制模块3通过OPEN口进行启动；启动后则由CPU控制模块3进行PWM信号调整，从而改变驱动自激振荡电路14产生谐振,最终达到加热功率调整效果。与现有技术相比，本实用新型结构简单、成本低廉，而且由于设置有反馈检测电路16，如此可以自动检测加热模块200是否安装，并仅在安装时产生高频电压，从而具有使用效率高的特点。

如图2所示，其为本实用新型第二较佳实施例的电路图；其中，该电磁场产生模块70为半波电磁场发生器，其包括第三IGBT管721、第二电容731、第四IGBT管722、第三电容732、38译码器75以及具有互锁和可调节驱动信号功能的功能芯片76，在本实施例中，该功能芯片76采用的为SG3525。

该整流滤波模块2与市电输入300相连，从而对市电进行整流滤波并形成直流输入，该第三IGBT管721、第二电容731、第四IGBT管722、第三电容732以及加热模块200一起组成H桥，如此该第三IGBT管721的发射极和集电极与第二电容731能与加热模块200形成回路，该第四IGBT管722的发射极、集电极与第三电容732与加热模块200形成回路；该CPU控制模块73与功能芯片76相连并还通过38译码器75而调节功能芯片76所输出方波的频率，在CPU控制模块73的控制下，通过该38译码器75之后，可以控制SG3525的RT管脚输入阻抗大小，从而调节输出方波的频率；该第三IGBT管721的门极和第四IGBT管722的门极与功能芯片76相连而分别接收功能芯片76所产生的互锁方波，由于该SG3525输出的方波为互锁，故其可以驱动第三IGBT管721和第四IGBT管722轮流互锁导通，另外该两个方波之间还设置有死区时间可调的死区，从而可以防止两个IGBT管同时导通而烧毁。具体地，为了保护IGBT管，每一IGBT管都设置有保护电路，如图1所示，其中ZD2和R2以及ZD1和R3均是起到保护作用。

本实用新型在CPU控制模块3的控制下，利用功能模块产生互锁的两个方波信号，如此，第三IGBT管721和第四IGBT管722会分时导通，从而使得加热模块200的两端会产生高频电压，从而使得加热模块200中的线圈产生加热效果。由于是采用IGBT管分时导通的方式，如此两个IGBT管的反压会比较小，使用寿命较长。与现有技术相比，本实用新型结构简单、成本低廉；另外由于设置有38译码器75，如此可以实现对输出方波的频率进行调节，从而具有加热功率调节方便的功效。

如图2所示，该半波电磁场发生器还包括负载频率检测电路77以及IGBT驱动芯片78，该负载频率检测电路77检测谐振回路的频率并将振荡频率反馈至CPU控制模块3，该负载频率检测电路77具体是采用电流互感器的方式来实现，其检测谐振回路的波形个数，从而将振荡频率反馈至CPU控制模块3，该IGBT驱动芯片78设置在CPU控制模块3与功能芯片76之间，该CPU控制模块3则将通过IGBT驱动芯片78产生驱动信号，从而使系统始终维持在谐振点上。

本实施例在工作之前，还包括启动的步骤，如图2所示，该CPU控制模块3控制INT_CH端口输出高电平，从而使得功能芯片76的使能端能被上电；同时再通过Duty端口输出低电平，从而能输出一定频率的方波来启动电路。

如图3所示，其为本实用新型第三较佳实施例的电路图；其中，该电磁场产生模块80为全桥电磁场发生器，包括第四电容82、第五IGBT管831、第六IGBT管832、第七IGBT管833、第八IGBT管834、他激转自激电路85、第一锁相环861、相差控制比较器87以及第二锁相环862。

该整流滤波模块2与市电输入300相连，从而对市电进行整流滤波而形成直流电压输入，该第五IGBT管831、第六IGBT管832、第七IGBT管833、第八IGBT管834与第四电容82和加热模块200一起组成H桥，如此通过四个IGBT管的桥式开断，使得通过整流滤波模块2形成的直流电压变成高频方波，并加载到第四电容2和加热模块200上。

该CPU控制模块3通过他激转自激电路85而与第一锁相环861相连，该第一锁相环861的输出与第五IGBT管831的门极相连，该第一锁相环861的输出还通过第一反相器8611而与第七IGBT管833的门极相连，如此使得第五IGBT管831和第七IGBT管833之间呈互锁状态，即当第五IGBT管831打开时，第七IGBT管833截止，当第五IGBT管831截止时，第七IGBT管833打开。

该第一锁相环861还通过相差控制比较器87而与第二锁相环862相连，该第二锁相环862的输出与第六IGBT管832的门极相连，该第二锁相环862的输出还通过第二反相器8621而与第八IGBT管834的门极相连，该第六IGBT管832与第八IGBT管834之间呈互锁状态，通过该相差控制比较器87可以让第二锁相环862的输出与第一锁相环61的输出反向。

这样，本实用新型通过整流滤波模块2与市电输入300相连而形成直流输入，然后在第五IGBT管831、第六IGBT管832、第七IGBT管833和第八IGBT管834所形成桥式开关的作用下，从而使得第四电容82两端的电压呈方波状；该第一锁相环861、相差控制比较器87以及第二锁相环862则起到控制作用，从而确保四个IGBT管能顺序导通。如此与现有技术相比，本技术方案能准确地将直流电压转换为高频方波信号，并且具有结构简单、使用寿命长的特点。

对于该他激转自激电路85，其则是用于确保整个电磁场发生器能够顺利启动，具体是由于电路启动瞬间，电流反馈信号为0，第一锁相环861内部的压控振荡器始终处于最低频率处振荡，这样在启动时无法自动入锁，故借助于他激转自激电路85。具体地，在启动电路时，CPU控制模块3送入高电平至第一锁相环861的压控振荡器的使能端，压控振荡器开始工作，同时CPU控制模块3再送高电平给他激转自激电路85并启动之，此时随着电容C9的充电，第一锁相环861压控振荡器的控制端电压升高，压控振荡器输出频率从最大值fmax下降到最小值fmin。如此，只奥负载的固有谐振频率位于最大值fmax和最小值fmin之间，那么就会引起负载谐振，从而让第一锁相环861进行锁定状态；在本实施例中，二极管将转换电路与滤波电路隔离，第一锁相环61正常工作于无相差跟踪状态。

另外，该全桥电磁场发生器还包括电流传感器881和过零比较器882，该电流传感器881串接在第四电容82和加热模块200上，从而感应获得负载电流，该电流传感器881将获得的感测信号通过过零比较器882而传输至第一锁相环861；如此通过过零比较器882后，能产生与负载电流同频同相的方波，当该方波被输入至第一锁相环861后，如此可以进一步确保第一锁相环861和第二锁相环862所产生的功率管驱动信号与负载电流是同频同相的，也能保证在移相角一定的条件下，移相臂功率管的驱动控制信号与负载电流的相位关系，确保了负载频率的自动跟踪。

为了能达到调整输出功率的目的，该全桥电磁场发生器还包括相差控制调节功率电路871，该相差控制调节功率电路871连接在相差控制比较器87与CPU控制模块3之间，而用于改变相差控制比较器87所输入直流电平的大小；如此，如图3所示，其充分了利用了第一锁相环861在锁定状态时第6、7脚输出的锯齿波与输入方波信号的稳定相位关系，通过该相差控制调节功率电路871给出直流电平与锯齿波在相位控制比较器处比较而产生移相信号，并将移相后的信号送入第二锁相环862中，如此使得第一锁相环861、相差控制比较器87与第二锁相环862一起构成频率跟踪移相PWM控制电路，即通过调节相差控制调节功率电路871的输出，即可达到移相PWM控制，最终达到调整输出功率的目的。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (10)

1.一种电磁场发生器电路结构，其特征在于，包括滤波保护电路、电压检测电路、整流滤波模块、CPU控制模块以及用于产生电磁场的电磁场产生模块，该滤波保护电路设置在整流滤波模块与市电输入之间，该电压检测电路与滤波保护电路相连而检测市电的输入电压，并将检测获得的电压信号输送至CPU控制模块，该电磁场产生模块与整流滤波模块和CPU控制模块均相连。

2.如权利要求1所述的一种电磁场发生器电路结构，其特征在于，该电磁场产生模块为单管电磁场发生器，其具有第一电容、自激振荡电路、第一IGBT管以及反馈检测电路，该第一电容并联设置在加热模块两端，该第一电容通过整流滤波模块与市电输入相连，该CPU控制模块与自激振荡电路相连并将其产生PWM控制信号发送至自激振荡电路，该第一IGBT管和反馈检测电路分别设置在自激振荡电路与第一电容之间，该反馈检测电路检测加热模块是否与第一电容相连并将反馈信号发送至自激振荡电路，该自激振荡电路在加热模块已加载时产生自激并通过第一IGBT管向并联的第一电容和负载电感提供高频信号。

3.如权利要求2所述的一种电磁场发生器电路结构，其特征在于，该单管电磁场发生器还包括第二IGBT管和推挽电路，该第二IGBT管亦与第一电容相连，该推挽电路设置在第一IGBT管、第二IGBT管与自激振荡电路之间而使得第一IGBT管和第二IGBT管同时向并联的第一电容和负载电感提供高频信号。

4.如权利要求3所述的一种电磁场发生器电路结构，其特征在于，该反馈检测电路为设置在第一IGBT管和第二IGBT管与自激振荡电路之间的第一反馈电阻R4和第二反馈电阻R5，该第一反馈电阻R4用于反馈整流后的电源电压，该第二反馈电阻R5用于反馈第一IGBT管和第二IGBT管的C极电压，并在C极电压过高时关闭第一IGBT管和第二IGBT管的驱动信号，该第一反馈电阻R4和第二反馈电阻R5还组成同步谐振频率跟踪信号反馈电路。

5.如权利要求1所述的一种电磁场发生器电路结构，其特征在于，该电磁场产生模块为半波电磁场发生器，其具有第三IGBT管、第二电容、第四IGBT管、第三电容、38译码器以及具有互锁和可调节驱动信号功能的功能芯片，该整流滤波模块与市电输入相连而形成直流输入，该第三IGBT管、第二电容、第四IGBT管、第三电容以及加热模块一起组成H桥，该CPU控制模块与功能芯片相连并还通过38译码器而调节功能芯片所输出方波的频率，该第三IGBT管的门极和第四IGBT管的门极与功能芯片相连而分别接收功能芯片所产生的互锁方波。

6.如权利要求5所述的一种电磁场发生器电路结构，其特征在于，该半波电磁场发生器还包括负载频率检测电路以及IGBT驱动芯片，该IGBT驱动芯片设置在CPU控制模块与功能芯片之间，该负载频率检测电路检测谐振回路的频率并将振荡频率反馈至CPU控制模块，该CPU控制模块则将通过IGBT驱动芯片产生驱动信号以使系统维持在谐振点上。

7.如权利要求1所述的一种电磁场发生器电路结构，其特征在于，该电磁场产生模块为全桥电磁场发生器，其具有第四电容、第五IGBT管、第六IGBT管、第七IGBT管、第八IGBT管、他激转自激电路、第一锁相环、相差控制比较器以及第二锁相环，该整流滤波模块与市电输入相连而形成直流输入，该第五IGBT管、第六IGBT管、第七IGBT管、第八IGBT管与第四电容和加热模块一起组成H桥，该CPU控制模块通过他激转自激电路而与第一锁相环相连，该第一锁相环的输出与第五IGBT管的门极相连，该第一锁相环的输出还通过第一反相器而与第七IGBT管的门极相连；该第一锁相环通过相差控制比较器而与第二锁相环相连，该第二锁相环的输出与第六IGBT管的门极相连，该第二锁相环的输出还通过第二反相器而与第八IGBT管的门极相连。

8.如权利要求7所述的一种电磁场发生器电路结构，其特征在于，该全桥电磁场发生器还包括电流传感器和过零比较器，该电流传感器串接在第四电容和加热模块上，该电流传感器将获得的感测信号通过过零比较器而传输至第一锁相环。

9.如权利要求7所述的一种电磁场发生器电路结构，其特征在于，该全桥电磁场发生器还包括相差控制调节功率电路，该相差控制调节功率电路连接在相差控制比较器与CPU控制模块之间而改变相差控制比较器所输入直流电平的大小。

10.如权利要求1所述的一种电磁场发生器电路结构，其特征在于，该电磁场产生模块还包括温度传感器和水流传感器，该温度传感器和水流传感器均与CPU控制模块相连。

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