CN220307419U - 一种实现电磁低功率连续加热的谐振电源电压调节电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体涉及一种实现电磁低功率连续加热的谐振电源电压调节电路和装置，包括控制模块、电源模块、AC‑N1端和AC‑L1端，AC‑N1端和AC‑L1端分别连接于电源模块上，电源模块和控制模块相连接，控制模块的1脚连接有开关管IGBT的G极，开关管IGBT的C极连接有加热线盘L2,加热线盘L2的2脚连接有控制整流电路,控制整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、可控硅SCR和光耦合器U1。本实用新型的有益效果是：本电路通过可控硅SCR、光耦合器U1和控制模块组合，实现全波桥式整流和半波整流电平输出切换，为谐振电路提供最优谐振电平实现电磁低功率连续加热。

Description

一种实现电磁低功率连续加热的谐振电源电压调节电路

技术领域

本实用新型涉及电磁加热装置技术领域，更具体而言，涉及一种实现电磁低功率连续加热的谐振电源电压调节电路。

背景技术

目前电磁加热装置采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管)构成的电磁谐振电路，通常采用并联谐振方式。

例如，公开一份申请号为： CN202010819637.9，本实用新型具体涉及一种电磁炉的控制方法及装置，包括以下步骤：控制单元通过IGBT反向检测模块检测IGBT反向电压的持续时间，并针对持续时间的长短来控制开关管IGBT的导通时间，以到达保护开关管IGBT的目的；控制单元通过过零检测单元检测L线输入市电的过零点，对输入的市电的周期T分成n等分；控制单元通过浪涌检测单元检测输入市电受到干扰时的正向脉冲和负向脉冲。本实用新型的有益效果：本结构通过控制单元、IGBT反向检测模块、过零检测单元和浪涌检测单元组合使用，在电网干扰较小时，并且反向电压Uce比最大预设电压限值Umax高出许多时，可以更有效的保护IGBT。

实现电磁加热装置最大功率运行的谐振参数时，当IGBT在电磁低功率连续加热加段工作时，IGBT则会出现以下问题：

（一）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管)的G极驱动电平相位超前C极端谐振电平相位形成超前开通，开通瞬间会导致IGBT瞬态开通峰值电流过高，使IGBT瞬时开通电流值超过规格限定值。

（二）、如果IGBT采用占空比方式断续加热实现低功率，由于谐振供电滤波电容的存在，IGBT在下一周期开通时会超前谐振电平相位形成硬开关造成IGBT损坏。

（三）、如果IGBT采用交流电电压过零点信号产生触发脉冲供IGBT瞬时开通对谐振供电滤波电容正电位端通过IGBT对GND端放电实现低功率连续加热，由于谐振供电滤波电容两端电平不能在最优电平点与所需谐振参数及振荡波形匹配，IGBT在下一周期开通时会超前谐振电平相位形成硬开关造成IGBT损坏和IGBT对谐振供电滤波电容正端对GND放电时形成的电磁涡流敲击被加热锅具造成的噪声。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种实现电磁低功率连续加热的谐振电源电压调节电路，能使用安全、无电磁涡流连续敲击被加热锅具噪声、最优谐振参数及振荡波形匹配。

根据本实用新型的一种实现电磁低功率连续加热的谐振电源电压调节电路，包括控制模块、电源模块、AC-N1端和AC-L1端，AC-N1端和AC-L1端分别连接于电源模块上，电源模块和控制模块相连接，控制模块的1脚连接有开关管IGBT的G极，开关管IGBT的C极连接有加热线盘L2, 加热线盘L2的2脚连接有控制整流电路, 控制整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、可控硅SCR和光耦合器U1，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、可控硅SCR依次相连接，光耦合器U1的输出端连接于可控硅SCR的G端，光耦合器U1的输入端连接于控制模块的1脚。

具体进一步，所述AC-N1端与控制整流电路之间设有第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2和第五二极管D5，第一二极管D1的A端连接有GND-AC端。

具体进一步，所述可控硅SCR的K端连接有限流电感L1和第四压敏电阻CNR1，限流电感L1与加热线盘L2相连接，光耦合器连接有第一限流电阻R1，第一限流电阻R1有VDD1端，控制整流电路的可控硅SCR的两端分别连接有第三电阻R3和第四电容C4，第三电阻R3和第四电容C4相连接。

具体进一步，所述加热线盘L2连接有第三电容C3和第五电容C5，第三电容C3连接有第一电流取样电阻RJ1，第一电流取样电阻RJ1第1端连接到GND-AC端，第一电流取样电阻RJ1连接有第二电阻R2，第二电阻R2，第二电阻R2连接于控制模块的14脚处，开关管IGBT的C端连接到加热线盘L2第1端，开关管IGBT的E端连接到第一电流取样电阻RJ1的2端。

具体进一步，所述AC-N1端还连接有第五电压取样电阻R5，AC-L1端还连接有第四电压取样电阻R4，第四电压取样电阻R4和第五电压取样电阻R5的另一端分别连接于控制模块的3脚和4脚。

具体进一步，所述电源模块与控制模块之间还设有VDD1端和VDD2端，控制模块的第13端和电源模块的10端的公共端连接有GND端，控制模块的2端连接有PPG-OUT端。

本实用新型的有益效果是：本电路通过可控硅SCR、光耦合器U1和控制模块组合，实现全波桥式整流和半波整流电平输出切换，为谐振电路提供最优谐振电平实现电磁低功率连续加热；此电路具有节能、提高电磁低功率连续加热谐振转换效率及减少工作损耗、电磁低功率连续加热时无电磁涡流连续敲击被加热锅具噪声、适用各种锅具的加热最优功率调节，并在电磁炉整机待机状态下减小待机功耗等优点。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型的检测波形状态示意图。

图2是根据本实用新型的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考图1和图2描述根据本实用新型实施例的一种实现电磁低功率连续加热的谐振电源电压调节电路，包括控制模块、电源模块、AC-N1端和AC-L1端，AC-N1端和AC-L1端分别连接于电源模块上，电源模块和控制模块相连接，控制模块的1脚连接有开关管IGBT的G极，开关管IGBT的C极连接有加热线盘L2, 加热线盘L2的2脚连接有控制整流电路, 控制整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、可控硅SCR和光耦合器U1，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、可控硅SCR依次相连接，光耦合器U1的输出端连接于可控硅SCR的G端，光耦合器U1的输入端连接于控制模块的1脚。

本电路通过可控硅SCR、光耦合器U1和控制模块组合，实现全波桥式整流和半波整流电平输出切换，为谐振电路提供最优谐振电平实现电磁低功率连续加热；此电路具有节能、提高电磁低功率连续加热谐振转换效率及减少工作损耗、电磁低功率连续加热时无电磁涡流连续敲击被加热锅具噪声、适用各种锅具的加热最优功率调节，并在电磁炉整机待机状态下减小待机功耗等优点。

具体进一步，所述AC-N1端与控制整流电路之间设有第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2和第五二极管D5，第一二极管D1的A端连接有GND-AC端。具体进一步，所述可控硅SCR的K端连接有限流电感L1和第四压敏电阻CNR1，限流电感L1与加热线盘L2相连接，光耦合器连接有第一限流电阻R1，第一限流电阻R1有VDD1端，控制整流电路的可控硅SCR的两端分别连接有第三电阻R3和第四电容C4，第三电阻R3和第四电容C4相连接。具体进一步，所述加热线盘L2连接有第三电容C3和第五电容C5，第三电容C3连接有第一电流取样电阻RJ1，第一电流取样电阻RJ1第1端连接到GND-AC端，第一电流取样电阻RJ1连接有第二电阻R2，第二电阻R2，第二电阻R2连接于控制模块的14脚处，开关管IGBT的C端连接到加热线盘L2第1端，开关管IGBT的E端连接到第一电流取样电阻RJ1的2端。具体进一步，所述AC-N1端还连接有第五电压取样电阻R5，AC-L1端还连接有第四电压取样电阻R4，第四电压取样电阻R4和第五电压取样电阻R5的另一端分别连接于控制模块的3脚和4脚。具体进一步，所述电源模块与控制模块之间还设有VDD1端和VDD2端，控制模块的第13端和电源模块的10端的公共端连接有GND端，控制模块的2端连接有PPG-OUT端。

本实用新型的工作原理如下：

A.当电磁加热装置在低功率连续加热开始工作时，由电源模块的VDD1端和VDD2端输出电压供给控制模块使用。控制模块通过第五电压取样电阻R5、第四电压取样电阻R4检测交流市电电压及交流电压过零点提供控制模块，控制模块的主控程序解算出实现低功率连续加热工作所必须的电流和电压、PPG-OUT端驱动开关管IGBT输出时序、I/O驱动光耦合器U1实现整流输出电压调节的电工角输出时序。

B.当交流市电AC-L1端在正弦波正半周期时电流通过导线L连接到第五二极管D5的A端经第五二极管D5整流对第一电容C1充电，同时电流通过导线L连接到第二二极管D2（此时第二二极管D2内部P/N结处于电位反偏不能导通）和第三二极管D3，经过第三二极管D3内部P/N结整流来到第三二极管D3第K端、可控硅SCR的K端（此时可控硅SCR内部P/N结处于电位反偏不能导通）,脉动电流经过第三电阻R3、第四电容C4、和第四压敏电阻CNR1滤除浪涌尖峰后流到限流电感L1的2端，经过限流电感L1限流后对第三电容C3充电,当充电电流减小到一定时第三电容C3两端电动势反向再由第三电容C3第1端放电，放电电流经过GND端连接到第一电流取样电阻RJ1的2端，经过第一电流取样电阻RJ1流到第一电流取样电阻RJ1的1端经过GND-AC端连接到整流第一二极管D1、第二二极管D2（此时第二二极管D2内部P/N结处于电位反偏不能导通），电流继续经第一二极管D1，通过第一二极管D1内部P/N结到第一二极管D1的K端、可控硅SCR的A端（此时可控硅SCR内部P/N结处于电位反偏不能导通），第一二极管D1的K端通过N端连接到交流市电AC-N1端,实现第一次全桥正半周期整流滤波。

C.当交流市电AC-N1端在正弦波负半周期时电流通过N端连接到第四二极管D4的A端经第四二极管D4整流对第二电容C2的2端充电，同时电流通过L端连接到可控硅SCR的A端、第一二极管D1的K端（此时D1内部P/N结处于电位反偏不能导通）。

同时控制模块通过第五电压取样电阻R5、第四电压取样电阻R4检测到市电交流过零信号后程序发出指令经I/O端驱动光耦合器U1内部初级光电二极管导通触发次级双向可控硅单边导通，其中光耦合器U1内部双向可控硅单边导通电流是利用了第一电容C1、第二电容C2在正弦波交流电中的电压与电流相位差最大为90°电工角原理由过第四二极管D4对第二电容C2充电和第五二极管D5对第一电容C1充电电路产生，此电流经过零驱动第六电阻R6到光耦合器U1内部再由可控硅SCR的G端，使可控硅SCR受控导通。脉动电流经过第三电阻R3、第四电容C4、第四压敏电阻CNR1滤除浪涌尖峰后流到第一限流电感L1第2端，经过第一限流电感L1限流后对第三电容C3的2端充电,当充电电流减小到一定时第三电容C3两端电动势反向再由第三电容C3的1端放电，放电电流经过GND端连接到第一电流取样电阻RJ1的2端，经过第一电流取样电阻RJ1流到第一电流取样电阻RJ1的1端，经过GND-AC端连接到第一二极管D1的A端（此时第一二极管D1内部P/N结处于电位反偏不能导通）、第二二极管D2的A端，电流继续经第二二极管D2的A端，通过第二二极管D2内部P/N结到D2的K端、第三二极管D3的A端（此时第三二极管D3内部P/N结处于电位反偏不能导通），第二二极管D2的K端通过L端连接到交流市电AC-L1端,实现第二次全桥负半周期整流滤波。

D.交流市电经上述A和B步骤过程实现全波桥式整流滤波，得到直流电，供给电磁加热谐振电路使用。第五电容C5、加热线盘L2、开关管IGBT1、第一电流取样电阻RJ1、第二电流取样电阻R2、第五电压取样电阻R5、第四电压取样电阻R4、电源模块和控制模块组成谐振电路。谐振电路工作时由电源模块给控制模块供电，第五电压取样电阻R5、第四电压取样电阻R4取样市电交流电压值，程序按目标功率解算出开关管IGBT开通目标电流值，再通过控制模块的2端发出一个周期PPG驱动信号开通开关管IGBT。

当开关管IGBT导通，开关管IGBT上的管压降电压 Uce=0，则 C5上的电压 Uc5=Uce－Uc3=－Uc3。 开关管IGBT开通后，电源电压 Uc3 加在加热线盘L2和第五电容 C5 两端。由于 第五电容C5上的电压已经是－Uc3，故第五电容 C5中的电流为 0。流过开关管IGBT1 的电流 is 与流过 加热线盘L2的电流 iL2 相等；电流流过加热线盘L2产生电磁涡流通过电磁感应加热金属锅具。

电流继续流到加热线盘L2的1端、第五电容C5的2端和开关管IGBT的C端，经开关管IGBT导通到开关管IGBT第E端通过GND端连接到第一电流取样电阻RJ1的2端、第三电容C3的1端，电流流过第一电流取样电阻RJ1产生压差后来到第一电流取样电阻RJ1的1端、第二电流取样电阻R2的1端，通过GND-AC端连接到第二二极管D2的A端经过第二二极管D2的K端回到市电交流L线，其中第二电流取样电阻R2采样开关管IGBT开通电流流过第一电流取样电阻RJ1的2端与第一电流取样电阻RJ1的1端电压差实现开关管IGBT导通电流采样，经第二电流取样电阻R2的2端连接到控制模块的4端有程序技术是否达到目标功率开通电流。

当开关管IGBT关断时，iL2 达到最大值 Im。这时仍为 Uc5=－Uc3、Uce=0。iL2换向开始流入 第五电容C5，但第五电容C5 两端的电压不能突变，因此，开关管IGBT 为零电压关断。

E.当开关管IGBT 关断之后，加热线盘L2和 第五电容C5 相互交换能量而发生谐振。Uc 和 iL2 呈现衰减的正弦振荡， Uce 是 Uc3 与 Uc(开关管IGBT的C端电压）的叠加，它呈现以 Uc3 为轴心的衰减正弦振荡。首先是 加热线盘L2释放能量第五电容C5 吸收能量，iL2 正向流动，当iL2=0时，加热线盘L2的能量释放完毕，Uc(开关管IGBT第C端电压）达到最大值 Ucmx，于是开关管IGBT 上的电压也达到最大值 Uce=Ucmx＋ UC3。这时 第五电容C5 开始放电，L2吸收能量,当Uc=0时第五电容C5 的能量释放完毕，加热线盘L2又开始释放能量，一部分消耗在加热线盘 L2线圈内阻上，一部分向第五电容C5充电，使 Uc(开关管IGBT的C端电压）反向上升,然后第五电容C5 开始释放能量，使 iL2 反向流动一部分消耗在加热线盘L2线圈内阻上，一部分转变成磁场能。当Uc=0，第五电容C5 的能量释放完毕，转由加热线盘L2释放能量，使 iL2 继续反向流动，一部分消耗在第一电流取样电阻RJ1上，一部分向第五电容C5 反向充电。由于第五电容C5 左端的电位被电源箝位于 UC3，故右端电位不断下降Uc= －Uc3，Uce=0，控制整流电路开始导通，使 第五电容C5 左端电位不能再下降而箝位于 0V。于是，Uc 不再变化，充电结束。但是，加热线盘L2中还有剩余能量，iL2 并不为 0，当iL2=－I2这时，在控制模块的控制下，开关管IGBT开始导通。因此，是零电压开通。加热线盘L2中的剩余能量，一部分消耗在加热线盘L2内阻上，一部分返回电源UC3，iL2的绝对值按指数规律衰减，当iL2=0，L2中的能量释放完毕，开关管IGBT内部二极管自然阻断。在Uc=－ Uc3即Uce=0 时，开关管IGBT已经开通，在电源 UC3 的激励下，iL2 又从 0 开始正向流动，重复上述过程。

通过上述A、B、C步骤。 3点阐述由过零驱动第四二极管D4、第五二极管D5、第一电容C1、第二电容C2、第六电阻R6、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、可控硅SCR、光耦合器U1、光耦合器U1驱动第一限流电阻R1、第三电阻R3、第四电容C4、第四压敏电阻CNR1、限流电感L1、第三电容C3组成的谐振供电电源电压调节电路和上述D、E步骤并联谐振工作原理得知，在通过控制模块程序对可控硅SCR开关控制实现全波桥式整流、半波整流或按一定时序运行的全波桥式整流加半波整流组合控制来实现对谐振供电电压的调节，当并联谐振元件谐振第五电容C5、加热线盘L2、开关管IGBT1参数满足最大输出功率情况下，在谐振硬件参数不改变情况下，通过调节谐振供电电压UC3的高低能实现电磁低功率连续加热功能。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种实现电磁低功率连续加热的谐振电源电压调节电路，包括控制模块、电源模块、AC-N1端和AC-L1端，AC-N1端和AC-L1端分别连接于电源模块上，电源模块和控制模块相连接，其特征在于：控制模块的1脚连接有开关管IGBT的G极，开关管IGBT的C极连接有加热线盘L2, 加热线盘L2的2脚连接有控制整流电路, 控制整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、可控硅SCR和光耦合器U1，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、可控硅SCR依次相连接，光耦合器U1的输出端连接于可控硅SCR的G端，光耦合器U1的输入端连接于控制模块的1脚。

2.根据权利要求1所述一种实现电磁低功率连续加热的谐振电源电压调节电路，其特征在于：所述AC-N1端与控制整流电路之间设有第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2和第五二极管D5，第一二极管D1的A端连接有GND-AC端。

3.根据权利要求1所述一种实现电磁低功率连续加热的谐振电源电压调节电路，其特征在于：所述可控硅SCR的K端连接有限流电感L1和第四压敏电阻CNR1，限流电感L1与加热线盘L2相连接，光耦合器连接有第一限流电阻R1，第一限流电阻R1有VDD1端，控制整流电路的可控硅SCR的两端分别连接有第三电阻R3和第四电容C4，第三电阻R3和第四电容C4相连接。

4.根据权利要求1所述一种实现电磁低功率连续加热的谐振电源电压调节电路，其特征在于：所述加热线盘L2连接有第三电容C3和第五电容C5，第三电容C3连接有第一电流取样电阻RJ1，第一电流取样电阻RJ1第1端连接到GND-AC端，第一电流取样电阻RJ1连接有第二电阻R2，第二电阻R2，第二电阻R2连接于控制模块的14脚处，开关管IGBT的C端连接到加热线盘L2第1端，开关管IGBT的E端连接到第一电流取样电阻RJ1的2端。

5.根据权利要求1所述一种实现电磁低功率连续加热的谐振电源电压调节电路，其特征在于：所述AC-N1端还连接有第五电压取样电阻R5，AC-L1端还连接有第四电压取样电阻R4，第四电压取样电阻R4和第五电压取样电阻R5的另一端分别连接于控制模块的3脚和4脚。

6.根据权利要求1所述一种实现电磁低功率连续加热的谐振电源电压调节电路，其特征在于：所述电源模块与控制模块之间还设有VDD1端和VDD2端，控制模块的第13端和电源模块的10端的公共端连接有GND端，控制模块的2端连接有PPG-OUT端。