CN2311710Y - 高频自动调温电磁灶 - Google Patents

Abstract

一种高频自动调温电磁灶具,由功率设置转换等十三部分电路组成,其主要特征是:激励脉冲与功率输出采用同频同相技术,提高了热效率;输出功率调节和定温控制采用数字式闭环控制方式,不仅调节方便,而且使控制稳定可靠;高频功率输出电路采用二个相位相同的电感线圈进行推拉式激励,保证了大功率管不易损坏。此外本电磁灶还设计了过压、过流、大功率管热保护、无锅检测等多种保护电路,使本电磁灶不仅功能齐全、热效率高、而且安全可靠,适应性强,是国内目前可与进口电磁灶相媲美的理想灶具。

Description

高频自动调温电磁灶

本实用新型属于一种高频电磁加热灶具。

众所周知，电磁灶是一种利用高频交变磁通穿过铁质器皿底部，使之产生涡流而使锅底发热，利用该热能进行烹饪的一种灶具。与传统的电热灶具(如电炉、电饭煲等)相比，电磁灶具有热效率高、无明火、安全、方便、省电等优点。尤其它可用于烧、炒、焖、涮等各种烹饪方式，特别适合我国的烹饪习惯。因此，从八十年代电磁灶传入中国后，很快为我国广大人民所接受。但由于国内生产时间短，受技术和器件等方面的影响，使国产电磁灶具整机性能一直不够理想，存在的主要问题是：

(1)热效率不够高

(2)大功率管易损坏

(3)控制功能不可靠

(4)无定温功能，而进口电磁灶一般均有对温度设定后能自动调节的功能。有此功能，使用起来更方便，不仅便于冬天吃火锅，而可象普通电饭煲一样煮饭不焦。

(5)对电网的适应能力差，我国一些电力紧张地区，电网电压波动大，且往往很低，甚至不足180V，有些电磁灶就不能正常工作。本使用新型的目的，是提供一种热效率高，大功率管不易损坏，自动控制性能好，对电网电压适应性强，可靠性高，且可以自动调温的新型电磁加热灶具。

为了实现上述目的，本实用新型在技术上采用如下技术措施：

(1)为了提高热效率，功率输出和激励脉冲同步；

(2)为使大功率管更可靠的导通和截止，防止大功率管因工作于欠激励或不完全关断状态而烧坏，本实用新型采用两个相位相同的线圈对激励管进行推拉式激励；

(3)控制电路采用数字式调节，提高了功率设置、定温调节的精确性和可靠性；

(4)定温和功率调整采用闭环控制，保证了功率和温度的稳定性；除此以外，本实用新型在电路设计上，采用了过流保护、过压保护、无锅检测、定温控制及功率管的过热保护等措施，大大提高了本实用新型的可靠性；

(5)电源部分采用稳压措施，提高了本电磁灶对电网电压波动的适应性。

按以上方案设计的电磁灶，加上合理的控制保护电路，使本电磁灶不仅功能齐全，性能优良，而且适应性强，在电网电压波动较大情况下，仍能正常使用，产品经河南省电子产品质量监督检验所检测，热效率达80％以上，他们认为该电磁灶是目前国内可与进口电磁灶媲美的理想烹调灶具。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

附图1本电磁灶电路原理框图

附图2本电磁灶电源部分电路原理图

附图3本电磁灶脉冲产生、整形、激励与功率输出部分电路原理图

附图4本电磁灶过压、过流、无锅检测部分电路原理图

附图5本电磁灶功率设置及定温部分电路原理图

附图6为高频自动调温台式电磁灶的外形结构示意图

附图7为高频自动调温桌式电磁灶的外型结构示意图

因本电磁灶电路较复杂，为叙述方便，将主要电路分为附图2、附图3、附图4、附图5四个部分分别叙述，各附图中电阻、电容等元件均以相同字头编号以示区别，如附图2电源部分的电阻编以R101、R102…，电容编以C101、C102…，集成电路则统一编为IC1、IC2…；同一集成电路的多个运算放大器用于不同电路时，加注A、B、C、D以示区别，如IC1的四个运放编为IC1:A、IC1:B、IC1:C、IC1:D。

实施例一：一种高频台式自动调温电磁灶

附图1为本电磁灶的电路原理框图，由功率、温度设置等十三块电路组成，我们安其功能将其分为四部分分别叙述：

1、电源部分：由整流滤波电路(十二)，变压稳压电路(十三)两部分组成。主要功能为整个电磁灶提供优质电源。

2、脉冲产生、整形、激励与功率输出部分：由低频触发脉冲信号产生电路(四)，同步激励脉冲产生电路(五)，激励脉冲调节及控制电路(六)，高频功率激励与输出电路(七)四部分组成，是本电磁灶的核心。由市电工频电源提供的能量通过这部分电路转换为高频电磁能量通过大电感线圈L204向外发送。

3、过压、过流、无锅检测等各种保护电路部分：由过压保护电路(八)、大功率管热保护电路(九)、无锅检测电路(十)、过流保护电路(十一)组成，主要功能是为电磁灶提供各种保护。

4、加热定温设置部分：由功率、温度设置转换、与声光显示电路(一)，功率调节电路(二)组成。完成人对电磁灶的功率、温度设置及各种控制及显示功能。

下面通过附图2至附图5的电路原理图详细说明各部分的工作原理及工作过程：

附图2为本电磁灶的电源部分电路原理图。由整流滤波电路(十二)和变压稳压电路(十三)两部分组成。其工作过程如下：220V、50HZ市电经桥堆BRI100整流，并经C102、R101、L101、C103、R102滤波产生+260V直流电压，作为本电磁灶功率输出级的高压电源。同时220V电源经另一变压器B100变为两组交流输出，其中一组分为三路，一路经D103整流，三端稳压器件V101稳压后，输出VCC为+12V供所有控制电路用，以保证各控制电路在电源电压波动较大下仍能正常工作，提高了本电磁灶的工作可靠性和对电网电压波动的适应性。一路经D100、R103、C104产生+12V电压作激励管+12V电源。还有一路经D102、R104、C105产生-12V电压作激励管-12V电源。另一交流则经D104、C106产生一正电压VF作为散热风扇的电源。

附图3为脉冲产生、整形、激励与功率输出部分的电路原理图。由低频触发脉冲信号产生电路(四)、同步激励脉冲产生电路(五)、激励脉冲调节与控制电路(六)、及脉冲激励与输出电路(七)四部分组成。

附图3中以IC1:D为主的电路是低频触发脉冲信号产生电路(四)。它的作用是产生低频触发脉冲信号，其工作过程如下：IC1:D能否工作由附图4中IC2:C的输出决定，当电磁灶上有锅时，IC2:C输出“14”脚为低电平，由于D205的作用IC1:D不能工作，当电磁灶刚通上电或电磁灶上无锅时，IC2:C为高电平，D205不通，IC1:D的“10”脚电压V10由于VCC经R220、D206、R221、R222向C207充电而上升，当上升到V10＞V11时，IC1:D翻转，输出端“13”转为低电平，此时电容C207开始通过R221放电，当放电一段时间使V10＜V11,IC1:D再次翻转，完成一个触发脉冲振荡周期。该触发脉冲信号经D204、C206、IC1:B产生一激励脉冲，使主功率管T204导通，截止一次，由于T204的导通和截止，使L204、C213组成的LC振荡回路产生自由振荡，电磁灶开始工作。

附图3中以IC1:A为主的电路是同步激励脉冲生成电路(五)，260V电压经R212、R214分压，产生一参考电压输入IC1:A之“4”脚，取自T204集电极的正弦信号经R209、D203变成正半波正弦信号送入IC1:A之“5”脚，当IC1:A之V5＞V4时，电路翻转，当V5＜V4电路再次翻转。所以IC1:A起了从正弦半波变成方波脉冲的作用。该脉冲经IC1:B、T201至T206控制主振回路L204、C213的振荡。由于该激励脉冲取自T204的集电极，所以与LC的振荡在频率和相位上是相同的，从而保证了LC的振荡条件，使电磁灶一直处于正常工作状态，提高了电磁灶的热效率。其高频振荡频率由L204、C213的参数决定： $F=1/2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}$ 一般选择在20KHZ-35KHZ之间。

附图3中以IC1:B为主的电路是激励脉冲调节与控制电路(六)，由IC1:D产生的触发脉冲信号经D204、C206、R216产生微分信号是一种锯齿形信号作为IC1:B的“6”脚输入，当V6＞V7时，比较器IC1:B翻转，当V6＞V7时，又翻转产生方波，显然V7的电位对脉冲宽度有直接影响，调节VR201，相当于改变V7,VR201越小，V7越大，脉冲越窄。反之，脉冲越宽。因此改变IC1:B的V7就可以起到调节与控制激励脉冲宽度的作用，也就直接控制了功率激励输出。本实用新型中无锅检测、过流、功率设置等均是通过改变IC1:B的V7来达到目的的。

附图3中由T201-T206组成的电路是激励与功率输出电路(七)，其工作过程如下:当IC1:B之“1”脚无脉冲输出时T201、T202处于截止状态，所以T202的集电极为VCC,T203为PNP管，因其be之间处于同一电位而截止。T205、T206由于R231、R232的作用而导通，由于T206发射极电位为-12V，所以T204处于反偏置状态而截止，L204无电流通过。当IC1:B之“1”有正脉冲，经C210、R225使T201、T202导通，T202集电极变为低电平，从而使T203导通，T204的基极电位上升，T204导通。为了让T204可靠导通与截止，电路中设计了两个辅助绕组L202和L203，它们与L204处于耦合状态而且相位相同，当L204之dI/dt＞0时，L202、L203均产生上正下负的信号，L203经D208使T203进一步导通，从而使T204更进一步饱和。反之当L204之dI/dt＜0时，L203、L202产生上负下正的信号，此时D208不导通，D210导通，T203截止，T206集电极电位进一步下降，使T204的be间在饱和时存储的电荷迅速释放而截止。由于L202、L203的引入，使T204的从截止到通和由导通变为截止的转换时间缩短，不至使T204由于欠激励或不完全截止而产生热损坏。

附图3中由IC1:C为主的电路是功率调节电路(三)，由附图5中IC3设置的功率电平由③进入，经R205、C205等电路为IC1:C的“8”脚提供一比较电压。IC1:C的“9”脚信号由L201的感应信号提供，因L201的初级串联在AC220V的主电路上，当输出功率大，其感应信号大；输出功率小，感应信号小。所以L201的感应信号反应输出功率的真实大小。L201的信号经D201整流，C204滤波，在VR202两端产生一电压，加上R201、R202、C201组成的分压为IC1:C的“9”脚提供一电压与“8”脚的功率设置电压V8相比较，当IC1:C的V9＜V8时，IC1:C的输出端“14”为低电平，使IC1:B能正常通过脉冲信号。当V9＞V8时，说明实际的输出功率大于设置功率，此时“14”脚变为高电平，经D202使IC1:B之“7”脚变为高电平，从而禁止IC1:B的“6”脚的脉冲通过，使主功率管T204处于截止状态。进而使AC220V主电路电流下降，L201的感应信号下降，C204的电压通过VR202放电而下降。当V9＜V8时，IC1:C又一次翻转，“14”脚变为低电平IC1:B恢复脉冲通过，T204又进入工作状态，完成了功率输出与设置之间比较的一个周期。从上述可见，由于应用了L201检测AC主电路的电流信号，实际就是检测电磁灶的真实输出，将其与设置电压比较，来控制激励的工作状态，这种闭环控制式的功率设置方式，不仅可真实地反映实际输出功率，而且使输出功率稳定可靠。

附图4为过压过流保护与无锅检测电路部分，由过压保护电路(八)，大功率管热保护电路(九)，无锅检测电路(十)，过流保护电路(十一)组成。

附图4中以IC2:A为主的电路是过压保护电路(八)，其工作过程如下：+260V经R327、C309、C2308、R325产生一分压，并经VD302稳压，供IC2:A的“4”脚作参考电压，AC12V经D305、VD301、R320、T303、T304组成了过压检测电路，在正常情况下，VD301的稳压值大于AC12V的峰值，R320上无电压，T303、T304处于截止状态。当IC2:A的V5＞V4，由于四比较器LM339是OC门输出，所以此时其输出端“2”脚与地之间相当于开路状态，它不影响IC1:B的脉冲输出。当AC12V电压值过大，其峰值超过 VD301的稳压值时，经R320、R321、C306、C307电路分压滤波，使T303、T304导通，V5电压下降。当V5＜V4时，“2”脚与地短路，从而禁止IC1:B脉冲输出，起到过压保护的作用。

附图4中由IC5:F、T302等元件组成的电路是大功率管过热保护电路(九)，RT301为负热敏电阻；安装于大功率管T204的散热片上，正常状态下，R310与RT301之比值较高，施密特触发器IC5:F输出为低电平，T302截止，不影响从IC1:A经(2)送往IC1:B的脉冲通过，当温度过高，使IC5:F“13”脚的电平下降至一定值时，IC5:F反转“12”脚变为高电平，T302导通。通过D306经②使IC1:A之“2”脚电位变为0.7V左右，脉冲不能送往IC1:B，从而T204停止工作，起到对大功率管进行过热保护的目的。

附图4中以IC2:C为主的电路为无锅检测电路(十)。其工作原理是：由图3中L201感应的信号经⑤送入IC2:C的“8”脚，L201检测的信号，是AC主回路的电流信号，在有铁磁性导电物体放在L204上面时，由于电磁感应与涡流作用，相当于由L204作为初级，铁磁性导电物体作为次级组成的变压器处于负载重的状态，此时L204电流较大，AC主回路电流也大，L201感应的信号就大，使IC2:C之V8＞V9，输出“14”脚为低电平，不影响IC1:B的脉冲输出，当L204上面无铁磁性导电物体时(无锅或非铁磁性锅)，相当于由L204组成的变压器处于次级轻载或无负载状态，此时L204电流较小，AC主回路电流也小，L201感应的信号亦小，C204两端电压下降，当V8＜V9时，IC2:C翻转，“14”脚变为高电平，经D303使IC1:B处于高电平，禁止IC1:B之“7”脚脉冲通过。

附图4中以IC2:B为主的电路为过电流保护电路(十一)，其工作过程如下：L301之初级是串联在L204支路上的，L301检测的信号经D301整流，C302滤波，产生一电压，经R304送至IC2:B的正端“7”脚，VCC经R306、R305分压作为参考电压送入IC2:B负端“6”脚，正常工作状态下V6＞V7，“1”脚为低电平，不影响IC1:B“7”脚的脉冲通过。当L204电流过大，超过规定值时，L301的电流也大，使V7＞V6IC2:B翻转，“1”脚变为高电平，经D302使IC1:B“6”脚变为高电平，禁止IC1:B“7”脚脉冲通过，T204停止工作，从而防止T204处于过电流工作状态。本图中T301组成的电路为状态补偿电路，+260V电压经R308、R309分压，当VH电压高时，R310、C304两端电压也高，此时即使L301的信号小一些，也认为是过流状态(不让电路同时处于过压过流状态)。反之VH低时，L301必须感应大的信号才认为是过流状态。对于无锅检测电路，当VH高时，L301必须信号大一些才认为是锅状态。

附图5为功率温度设置及定温电路，由功率、温度设置、转换与声光显示电路(一)，定温控制电路(二)两部分组成。

附图5中以IC3为核心组成功率、温度设置、转换与声光显示电路(一)，其工作过程如下：刚上电时，由于C401、R401的作用，使IC3处于Q0=1的状态，即最低温度或最低输出功率的状态。按动按钮SW401一次，IC3变为Q1=1，连续按动SW401，依次变为Q2=1、Q3=1…，当按第八次时，由于D401的作用，使IC3复位又变为Q0=1，每按动一次SW401，经D402使蜂鸣器SPK1发出一次“嘀”的提示音。由于IC3的状态不同，依次点亮LEID401-LED407，并经R404-R410与R411分压产生不同的电压值，作为功率设置或定温设置的电压值。IC4为双D触发器4013，它组成加热与定温的转换电路。刚上电时，VCC经R416，使IC4处于Q=1状态，该电平经R414分为两路，一路经VD401使LED408点亮，指示加热状态。另一路经D403、R423使IC2:D “11”脚处于高电平状态，热敏电阻RT427的变化，不影响IC2:D的工作状态，“13”脚输出为高电平，经IC5:E反相经D411送往图4中的④点，经R319使T302处于截止状态，不影响IC1:B的工作。由于Q=0、T401处于截止状态，由IC3产生的设置电压经D404送至图3中的③点，作为以IC1:C为主的功率输出电路的功率输出参考电压。当按动SW402时，经R415、D405，使SPK1发出“嘀”的提示音，并使IC4变为Q=1，此时LED408灯灭。Q=1经R413、R419点亮LED409指示定温状态。由于VD402稳压值略大于IC3产生的最高分压值，该电压经D410后，使D404处于反偏状态，此时T401处于导通状态，电磁灶处于最大功率设置状态，IC3的设定电压只作为定温的参考电压。

附图5中以IC2:D为主的电路为定温控制电路(二)。其工作过程如下：当IC4的Q=0、Q=1时，本电磁灶处于定温状态，此时IC2:D的“11”脚V11为设置电平，V10由VCC经R421与D412、D413、RT427并联后再与R422分压经R424提供一个反映电磁灶实际温度的电压，RT427为安装于锅底部位的热敏电阻，当锅底温度低于设定值时，RT427较大，此时V10较低，V11＞V10,V13为高电平，经IC5:E反相，D411送至图4中④点使T302截止，其集电极②端允许IC1:A的脉冲通过，使大功率管T204正常工作，当温度不断上升使RT427阻值减少，V10上升。当V10＞V11时，电路翻转，V11为低电平，T302导通，IC1:A的脉冲短路，使大功率管T204因没有驱动脉冲停止工作，锅体温度开始下降，由于此时处于低电平，V10电压应看成是VCC经R421降压，R422、RT427、R424并联的电阻为下分压电阻。这就要求RT427阻值较大时才能使IC2:D又一次翻转，即有一个回差，不至使电磁灶在临界状态发生振荡。当锅底温度下降至一定值时。热敏电阻R427阻值变化为V10＜V11时，电路又一次翻转，T204又开始工作，完成对既定温度设置自动调节的一个过程。图中IC5:B为一间歇振荡器，当无锅状态时，该电路工作，使蜂鸣器SPK1发出“嘀、嘀……”的提示音，提示使用者或放上锅或关断电源。

附图6为本实用新型的结构示意图。

(1)上盖。它中间嵌放微晶玻璃板以支撑锅具并可起到保护用户安全使用的作用。

(2)微晶玻璃板，主要用作锅具的支撑面。

(3)感应加热线圈组件L204。

(4)机内线路板。

(5)散热电扇。

(6)底座。

(7)温度、功率设置面板。

(8)AC220V电源开关。

(9)功率、温度设置转换按钮SW402。

(10)功率、温度数值设定按钮SW401。

(11)指示灯LED401-LED407。

(12)加热指示灯LED408。

(13)定温指示灯LED409。

(14)AC220V电源插座。

上盖(1)和底盖(7)将电器线路封闭起来，确保安全和清洁，选材要具良好耐热性和绝缘性。

微晶玻璃板(2)作为锅具支撑面，应具有良好导热性、绝缘性、耐热性、抗热强度和抗机械冲击强度，耐腐蚀在高温使用中遇冷水的爆裂等特征。

感应加热线圈L204的作用是将工频交流电源电能转换成高频交变磁场能量输出。

机内线路板(4)上包括整流、变压稳压电路，脉冲产生、控制驱动与保护检测电路等。

功率、温度设置转换按钮SW402(9)用于功率、温度设置转换。按一下可设置功率大小，再按一下，转换为温度数值状态。

功率、温度数值设定按钮SW401(10)，在功率设置状态下，用它设定功率数值；转换为温度设置提示状态下，则可用于设定温度数值。提示灯LED401-LED407作为功率、温度设置数值的显示，从小至大，功率从300W-1200W分7档，温度从600°-2100℃也分7档。这种数字式设置与显示相对电位器调节与显示要精确并可靠得多，而且不会像电位器那样易磨损损坏。

实施例二：一种桌式高频自动调温电磁灶

附图七为这种电磁灶外形结构示意图。该电磁灶原理和电路与台式完全一样，只是为了方便用户，将台式电磁灶的上盖变换为桌面，做到一物两用，既是电磁灶，又是餐桌。

Claims (1)

1、一种高频自动调温电磁灶，由功率、温度设置转换与声光显示电路(一)，定温控制电路(二)，功率调节电路(三)，低频触发脉冲信号产生电路(四)，同步激励脉冲产生电路(五)，激励脉冲调节与控制电路(六)，高频功率激励与输出电路(七)，过压保护电路(八)，大功率管热保护电路(九)，无锅检测电路(十)，过流保护电路(十一)，整流滤波电路(十二)，变压稳压电路(十三)共十三部分电路组成，其特征在于：电磁灶的定温控制电路(二)与功率调节电路(三)采用闭环控制方式，定温闭环控制以比较器IC2:D为核心，IC2:D“+”端11脚通过电阻R423、三极管T401接收IC3来的温度设置电平，IC2:D的“-”端10脚通过R424分两路，一路经热敏电阻RT427、电阻R425与输出端13脚相接，两电阻中间通过D412、D413与C408并联后接电源VCC，另一路接在VCC经电阻R422、R421分压的中间点上；功率调节闭环控制以比较器IC1:C为核心，IC1:C的“-”端8脚通过电阻R206、R205接收IC3来的功率设置电平，IC1:C的“+”端9脚接电位器VR202的中点，VR202两端电压由L201的感应电压经D201、C203、C204整流滤波后获得，L201的初级串联在输入AC220V的主回路上；同步激励脉冲产生电路(五)以比较器IC1:A为核心，IC1:A的“-”端4脚由+260V电压经R212、R214分压经R213为其提供一个参考电压，IC1:A的“+”端5脚经R210、R209从主功率管T204集电极取正弦信号，从而保证了其输出端2脚的激励脉冲与主功率输出脉冲同频同相；高频功率激励与输出电路(七)中加有两个辅助绕组L202、L203，它们与主振电感L204处于耦合状态而且相位相同，实现功率输出的推挽式激励。

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