CN209659649U - 电磁加热电路及电磁炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种电磁加热电路及电磁炉，该电磁加热电路，包括：谐振加热电路(10)、电平转换电路(20)、微控制单元(30)、充放电驱动电路(40)以及滤波电容C1，谐振加热电路(10)包括功率开关管(11)；其中，电平转换电路(20)分别与微控制单元(30)和充放电驱动电路(40)连接；滤波电容C1分别与充放电驱动电路(40)和功率开关管(11)连接；充放电驱动电路(40)用于在电平转换电路(20)输出高电平时，向滤波电容C1充电，驱动功率开关管(11)导通；滤波电容C1用于在电平转换电路(20)输出低电平时，通过充放电驱动电路(40)放电，驱动功率开关管(11)截止。本实用新型可以使功率开关管在断开时快速进入截至状态。

Description

电磁加热电路及电磁炉

技术领域

本实用新型涉及家电技术领域，尤其涉及一种电磁加热电路及电磁炉。

背景技术

电磁炉是一种常见的用于加热的家用电器。电磁炉在工作时，利用高频交流电通过线圈盘以使放置在电磁炉上的锅具底部产生涡流，从而对电磁炉上设置的锅具进行加热。

现有技术中，电磁炉的工作电路主要包括整流电路、EMC滤波电路、谐振加热电路、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT) 驱动电路、IGBT以及控制芯片。工作时，市电经整流电路和EMC滤波电路作用在谐振加热电路上，为谐振加热电路提供电能。控制芯片可以控制IGB T驱动电路的工作，以提供合理的IGBT导通起点，使得谐振加热电路产生谐振电流，从而谐振加热电路的线圈盘产生周期性变化的磁场。

为了限制IGBT的瞬间尖峰电流，保护IGBT免遭损坏，在IGBT的栅极设置有滤波电容C1，同时，在IGBT不开通时，需要该滤波电容C1快速放电，使IGBT进入截止状态。然而，目前的滤波电容C1的放电速度较慢，使得IGBT无法快速进入截止状态，影响电磁加热的转换效率。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种电磁加热电路及电磁炉，以克服滤波电容C1 的放电速度较慢，使得IGBT无法快速进入截止状态的问题，提高电磁加热的转换效率。

第一方面，本实用新型提供一种电磁加热电路，包括：谐振加热电路、电平转换电路、微控制单元、充放电驱动电路以及滤波电容C1，所述谐振加热电路包括功率开关管；其中，

所述电平转换电路分别与所述微控制单元和所述充放电驱动电路连接；

所述滤波电容C1分别与所述充放电驱动电路和所述功率开关管连接；

所述充放电驱动电路用于在所述电平转换电路输出高电平时，向所述滤波电容C1充电，驱动所述功率开关管导通；

所述滤波电容C1用于在所述电平转换电路输出低电平时，通过所述充放电驱动电路放电，驱动所述功率开关管截止。

本实用新型提供的电磁加热电路，包括：谐振加热电路、电平转换电路、微控制单元、充放电驱动电路以及滤波电容C1，谐振加热电路包括功率开关管；其中，电平转换电路分别与微控制单元和充放电驱动电路连接；滤波电容C1分别与充放电驱动电路和功率开关管连接；充放电驱动电路用于在电平转换电路输出高电平时，向滤波电容C1充电，驱动功率开关管导通；滤波电容C1用于在电平转换电路输出低电平时，通过充放电驱动电路快速放电，驱动功率开关管快速截止，提高了电磁转换效率。

在一种可能的设计中，所述充放电驱动电路包括第一充电单元、第一放电单元以及第二放电单元；其中

所述第一充电单元分别与所述电平转换电路和所述滤波电容C1连接；

所述第一放电单元分别与所述电平转换电路和所述第二放电单元连接，所述第二放电单元还与所述滤波电容C1连接。

本实施例通过增加第二放电单元，即通过两个放电单元来对滤波电容C1 进行放电，使得功率开关管可以快速截止，提高电磁转换效率。

在一种可能的设计中，所述第一充电单元、所述第一放电单元以及所述第二放电单元均为三极管。

通过采用三极管来实现充放电单元，结构简单易于实现，同时还便于封装。

在一种可能的设计中，所述第一充电单元为三极管Q1，所述第一放电单元为三极管Q2，所述第二放电单元为三极管Q3；所述三极管Q1为NPN三极管，所述三极管Q2和所述三极管Q3均为PNP三极管。

在一种可能的设计中，所述三极管Q1的基极与所述电平转换电路连接，所述三极管Q1的集电极与电源连接，所述三极管Q1的发射极分别与所述三极管Q2的发射极和所述三极管Q3的发射极连接；

所述三极管Q2的基极与所述电平转换电路连接，所述三极管Q2的集电极接地，所述三极管Q2的发射极还与所述三极管Q3的基电极连接；

所述三极管Q3的发射极还与所述滤波电容C1连接，所述三极管Q3的集电极接地。

当电平转换电路输出低电平时，三极管Q2导通，三极管Q2发射极处于低电平，由于三极管Q2的发射极处于低电平，而三极管Q2的发射极与三极管Q3的基极连接，此时，三极管Q3的基极为低电平，所以在滤波电容C1 放电时三极管Q3也导通，滤波电容C1开始通过三极管Q3和三极管Q2放电，通过两个三极管对滤波电容C1进行放电，加快了滤波电容C1的放电速度，使得IGBT可以快速截止，提高了电磁转换效率。

在一种可能的设计中，还包括：电阻R1，所述电阻R1的一端与所述三极管Q1的发射极连接，所述电阻R1的另一端与所述滤波电容C1连接。

在一种可能的设计中，还包括：电阻R2，所述电阻R2的一端与所述三极管Q2的发射极连接，所述电阻R2的另一端与所述三极管Q3的基电极连接。

本实施例通过电阻R1和电阻R2，能够起到限流保护的作用。

在一种可能的设计中，所述微控制单元包括：脉冲宽度调制单元，所述脉冲宽度调制单元与所述电平转换电路连接。

在一种可能的设计中，所述功率开关管为绝缘栅双极型晶体管IGBT，所述IGBT的栅极与所述滤波电容C1连接。

第二方面，本实用新型提供一种电磁炉，包括上第一方面或第一方面各种可能的设计所述的电磁加热电路。

本实用新型实施例提供的电磁炉，包括上述的电磁加热电路，该电磁加热电路，包括：谐振加热电路、电平转换电路、微控制单元、充放电驱动电路以及滤波电容C1，谐振加热电路包括功率开关管；其中，电平转换电路分别与微控制单元和充放电驱动电路连接；滤波电容C1分别与充放电驱动电路和功率开关管连接；充放电驱动电路用于在电平转换电路输出高电平时，向滤波电容C1充电，驱动功率开关管导通；滤波电容C1用于在电平转换电路输出低电平时，通过充放电驱动电路快速放电，驱动功率开关管快速截止，提高了电磁炉的电磁转换效率。

本实用新型的构造以及它的其他实用新型目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

图1为本实用新型提供的电磁加热电路的结构示意图一；

图2为本实用新型提供的电磁加热电路的结构示意图二；

图3为本实用新型提供的电磁加热电路的结构示意图三。

附图标记说明：

10-谐振加热电路；

11-功率开关管；

20-电平转换电路；

30-微控制单元；

40-充放电驱动电路；

41-第一充电单元；

42-第一放电单元；

43-第二放电单元。

具体实施方式

图1为本实用新型提供的电磁加热电路的结构示意图一，如图1所示，该电磁加热电路包括：谐振加热电路10、电平转换电路20、微控制单元30、充放电驱动电路40以及滤波电容C1，谐振加热电路10包括功率开关管11；其中，

电平转换电路20分别与微控制单元30和充放电驱动电路40连接；滤波电容C1分别与充放电驱动电路40和功率开关管11连接；充放电驱动电路 40用于在电平转换电路20输出高电平时，向滤波电容C1充电，驱动功率开关管11导通；滤波电容C1用于在电平转换电路20输出低电平时，通过充放电驱动电路40放电，驱动功率开关管11截止。

本实施例提供的电磁加热电路可以应用到电磁加热设备中，该电磁加热设备可以为任何通过电磁进行加热的设备。在本实施例中，以该电磁加热设备为电磁炉为例，进行详细说明。

电磁炉是运用高频电磁感应原理进行加热，通过功率开关管11的导通和关闭，使得谐振加热电路产生谐振电流，从而谐振加热电路的线圈盘产生周期性变化的磁场，磁力线经线圈与金属器皿底部构成的磁回路穿透炉面作用于锅底，利用小电阻大电流的短路热效应产生热量，在锅底形成涡流而发热，起到加热器皿中的食物的作用。本实施例对谐振加热电路的实现方式不做特别限制。

在本实施例中，该功率开关管11可以为绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolar Transistor，IGBT)，该IGBT的栅极与滤波电容C1连接。

可选地，IGBT，是由三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给晶体管提供基极电流，使IGBT导通。反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT关断。

电磁炉IGBT开通时，其栅极的滤波电容大，能限制IGBT的瞬间尖峰电流，保护IGBT免遭损坏，但是此滤波电容加上IGBT的栅极自身的结电容，在IGBT需要截止时，需要快速放电，使IGBT进入截止状态。

为了解决滤波电容C1的放电速度较慢，使得IGBT无法快速进入截止状态，影响电磁加热的转换效率的问题，本实施例设置了充放电驱动电路40。该充放电驱动电路40能够使滤波电容快速放电。

在具体实现过程中，微控制单元30可以向电平转换电路20发送脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)波，使得电平转换电路20向充放电驱动电路40提供驱动电压。可选地，微控制单元30包括：脉冲宽度调制单元，脉冲宽度调制单元与电平转换电路20连接。该脉冲宽度调制单元用于向电平转换电路20发送脉冲宽度调制波。

微控制单元30还会向充放电驱动电路40发送脉冲程序信号，该脉冲程序信号可以用来控制加热谐振电路10中的IGBT的导通或关闭。

其中，微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，又称单片微型计算机(SingleChip Microcomputer)或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit，CPU))的频率与规格做适当缩减，并将内存等周边接口，甚至驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。

当电平转换电路20输出高电平时，充放电驱动电路40用于向滤波电容C1充电，当滤波电容C1充满电后，驱动功率开关管11导通。

当电平转换电路20输出低电平时，滤波电容C1通过充放电驱动电路40 放电，当滤波电容C1放电完成，驱动功率开关管11截止。

通过充放电驱动电路40对滤波电容C1放电，提高滤波电容C1的放电速度，使得IGBT快速进入截止状态，提高电磁加热的转换效率。

本实用新型提供的电磁加热电路，包括：谐振加热电路、电平转换电路、微控制单元、充放电驱动电路以及滤波电容C1，谐振加热电路包括功率开关管；其中，电平转换电路分别与微控制单元和充放电驱动电路连接；滤波电容C1分别与充放电驱动电路和功率开关管连接；充放电驱动电路用于在电平转换电路输出高电平时，向滤波电容C1充电，驱动功率开关管导通；滤波电容C1用于在电平转换电路输出低电平时，通过充放电驱动电路快速放电，驱动功率开关管快速截止，提高了电磁转换效率。

图2为本实用新型提供的电磁加热电路的结构示意图二，如图2所示，该充放电驱动电路40包括第一充电单元41、第一放电单元42以及第二放电单元43；其中

第一充电单元41分别与电平转换电路20和滤波电容C1连接；

第一放电单元42分别与电平转换电路20和第二放电单元43连接，第二放电单元43还与滤波电容C1连接。

本实施例通过设置第一放电单元42和第二放电单元43，即设置两个放电单元来实现滤波电容C1的放电，实现了对滤波电容C1的快速放电。

在本实施例中，第一充电单元41可以为输入高电平时为通路，输入低电平时为断路的单元，从而在高电平下能够对滤波电容C1进行充电，在滤波电容C1充电充满后，功率开关管10开通。

第一放电单元42和第二放电单元43在第一充电单元41导通时保持断路，在第一充电单元41断开时保持通路，使得滤波电容C1放电的单元。本实施例对第一充电单元41、第一放电单元42以及第二放电单元43的具体实现方式不做特别限制。

本实施例通过增加第二放电单元43，即通过两个放电单元来对滤波电容 C1进行放电，使得功率开关管10可以快速截止，提高电磁转换效率。

图3为本实用新型提供的电磁加热电路的结构示意图三，如图3所示，

第一充电单元41、第一放电单元42以及第二放电单元43均为三极管。

可选地，第一充电单元41为三极管Q1，第一放电单元42为三极管Q2，第二放电单元43为三极管Q3；三极管Q1为NPN三极管，三极管Q2和三极管Q3均为PNP三极管。

具体地，三极管Q1的基极与电平转换电路20连接，三极管Q1的集电极与电源连接，三极管Q1的发射极分别与三极管Q2的发射极和三极管Q3 的发射极连接；

三极管Q2的基极与电平转换电路20连接，三极管Q2的集电极接地，三极管Q2的发射极还与三极管Q3的基电极连接；

三极管Q3的发射极还与滤波电容C1连接，三极管Q3的集电极接地。

晶体三极管有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗 PNP两种三极管，(其中，N是负极的意思，在高纯度硅中加入磷取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而P是正极的意思，是在高纯度硅中加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电)。两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的。

在本实施例中，该三极管Q1为NPN型三极管。NPN型三极管发射区" 发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。

该三极管Q1可以作为无触点开关来使用。当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管Q1失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态，三极管Q1的这种状态我们称之为饱和导通状态。

同理，在本实施例中，该三极管Q1为NPN型三极管。NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。

该三极管Q1可以作为无触点开关来使用。当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管Q1失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态，三极管Q1的这种状态我们称之为饱和导通状态。

在电平转换电路20输出高电平时，该三极管Q1的集电极和发射极之间相当于开关的导通状态，此时电平流经三极管Q1之后，对滤波电容C1进行充电，在滤波电容C1充电充满后，功率开关管10开通。在电平转换电路20 输出为低电平时，则三极管Q1处于截止状态，电平无法流经三极管Q1。

进一步地，当电平转换电路20输出低电平时，三极管Q2导通，三极管 Q2发射极处于低电平，由于三极管Q2的发射极处于低电平，而三极管Q2 的发射极与三极管Q3的基极连接，此时，三极管Q3的基极为低电平，所以在滤波电容C1放电时三极管Q3也导通，滤波电容C1开始通过三极管Q3 和三极管Q2放电。

其中，三极管的发射极电流Ie等于基极电流Ib和集电极电流Ic之和，即Ie＝Ib+Ic，其中，Ic＝β*Ib，β为直流放大倍数，所以Ie＝(1+β)*Ib，三极管Q2发射极电流Ie一部分通过三极管Q3的基极，这样导致三极管Q3基极电流大，由于三极管Q3基极电流大，导致三极管Q3集电极电流大，这样使得滤波电容C1能够通过三极管Q3和三极管Q2快速放电，当滤波电容C1 放电完成，IGBT处于完全截止状态。

本实施例通过在三极管Q2的基础上增加三极管Q3，通过两个三极管对滤波电容C1进行放电，加快了滤波电容C1的放电速度，使得IGBT可以快速截止，提高了电磁转换效率。

如图3所示，可选地，该电磁加热电路还包括：电阻R1，电阻R1的一端与三极管Q1的发射极连接，电阻R1的另一端与滤波电容C1连接。该电阻R1可以起到限流的作用，防止IGBT的瞬间电流过大。

可选地，该电磁加热电路还包括：电阻R2，电阻R2的一端与三极管Q2 的发射极连接，电阻R2的另一端与三极管Q3的基电极连接。该电阻R2可以起到限流的作用。

本实施例通过电阻R1和电阻R2，能够起到限流保护的作用。

本实用新型还提供一种电磁炉，该电磁炉包括如上图1至图3任一所示的电磁炉加热电路。

本实用新型实施例提供的电磁炉，包括上述的电磁加热电路，该电磁加热电路，包括：谐振加热电路、电平转换电路、微控制单元、充放电驱动电路以及滤波电容C1，谐振加热电路包括功率开关管；其中，电平转换电路分别与微控制单元和充放电驱动电路连接；滤波电容C1分别与充放电驱动电路和功率开关管连接；充放电驱动电路用于在电平转换电路输出高电平时，向滤波电容C1充电，驱动功率开关管导通；滤波电容C1用于在电平转换电路输出低电平时，通过充放电驱动电路快速放电，驱动功率开关管快速截止，提高了电磁炉的电磁转换效率。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”、“固定”、“安装”等应做广义理解，例如可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定、对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

术语“包括”和“包括”，还有其衍生表述，均意味着不加限制的包括。术语“或者”是包容性的，表示和/或。

术语“电路”指的是(a)仅硬件电路实现(例如模拟电路和/或数字电路中的实现)；(b)包括在一个或多个计算机可读存储器上存储的软件和/或固件指令的电路和计算机程序产品的组合，该指令一起工作以使得装置执行这里所述的一个或多个功能；以及(c)需要软件或固件(即使软件或固件物理上并不存在)以进行操作的电路，例如微处理器或微处理器的一部分。“电路”的这个定义也应用于该术语在此的所有使用，包括在任意权利要求中的使用。作为其他实例，这里，术语“电路”还包括一个或多个处理器和/或其部分以及伴随软件和/或固件的实现。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电磁加热电路，其特征在于，包括：谐振加热电路(10)、电平转换电路(20)、微控制单元(30)、充放电驱动电路(40)以及滤波电容C1，所述谐振加热电路(10)包括功率开关管(11)；其中，

所述电平转换电路(20)分别与所述微控制单元(30)和所述充放电驱动电路(40)连接；

所述滤波电容C1分别与所述充放电驱动电路(40)和所述功率开关管(11)连接；

所述充放电驱动电路(40)用于在所述电平转换电路(20)输出高电平时，向所述滤波电容C1充电，驱动所述功率开关管(11)导通；

所述滤波电容C1用于在所述电平转换电路(20)输出低电平时，通过所述充放电驱动电路(40)放电，驱动所述功率开关管(11)截止。

2.根据权利要求1所述的电磁加热电路，其特征在于，所述充放电驱动电路(40)包括第一充电单元(41)、第一放电单元(42)以及第二放电单元(43)；其中

所述第一充电单元(41)分别与所述电平转换电路(20)和所述滤波电容C1连接；

所述第一放电单元(42)分别与所述电平转换电路(20)和所述第二放电单元(43)连接，所述第二放电单元(43)还与所述滤波电容C1连接。

3.根据权利要求2所述的电磁加热电路，其特征在于，所述第一充电单元(41)、所述第一放电单元(42)以及所述第二放电单元(43)均为三极管。

4.根据权利要求3所述的电磁加热电路，其特征在于，所述第一充电单元(41)为三极管Q1，所述第一放电单元(42)为三极管Q2，所述第二放电单元(43)为三极管Q3；所述三极管Q1为NPN三极管，所述三极管Q2和所述三极管Q3均为PNP三极管。

5.根据权利要求4所述的电磁加热电路，其特征在于，所述三极管Q1的基极与所述电平转换电路(20)连接，所述三极管Q1的集电极与电源连接，所述三极管Q1的发射极分别与所述三极管Q2的发射极和所述三极管Q3的发射极连接；

所述三极管Q2的基极与所述电平转换电路(20)连接，所述三极管Q2的集电极接地，所述三极管Q2的发射极还与所述三极管Q3的基电极连接；

所述三极管Q3的发射极还与所述滤波电容C1连接，所述三极管Q3的集电极接地。

6.根据权利要求5所述的电磁加热电路，其特征在于，还包括：电阻R1，所述电阻R1的一端与所述三极管Q1的发射极连接，所述电阻R1的另一端与所述滤波电容C1连接。

7.根据权利要求5所述的电磁加热电路，其特征在于，还包括：电阻R2，所述电阻R2的一端与所述三极管Q2的发射极连接，所述电阻R2的另一端与所述三极管Q3的基电极连接。

8.根据权利要求1所述的电磁加热电路，其特征在于，所述微控制单元(30)包括：脉冲宽度调制单元，所述脉冲宽度调制单元与所述电平转换电路(20)连接。

9.根据权利要求1所述的电磁加热电路，其特征在于，所述功率开关管(11)为绝缘栅双极型晶体管IGBT，所述IGBT的栅极与所述滤波电容C1连接。

10.一种电磁炉，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的电磁加热电路。