CN2899368Y - 电磁灶 - Google Patents
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Abstract
一种电磁灶，包括灶体和设置于灶体内的电路部分，所述电路部分包括同步振荡电路、电磁功率输出电路、输出功率调整电路、控制部分和电源电路，还包括一用于检测锅具是否存在的负荷检测电路，该负荷检测电路包括互感器T2，互感器T2的初级线圈串联于电源输入回路中，互感器T2的次级线圈依次接整流器、滤波器到MUC的A/D输入端，MCU根据该A/D输入端电压的大小判断负荷大小，进而控制电磁功率输出电路的输出功率。本电磁灶具有负荷检测功能、反冲高压力限制功能，抗干扰能力强、输出功率稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及家用电器，特别是一种电磁灶。
背景技术
电磁灶是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的厨房电器。其工作原理为：在电磁灶内部，由整流电路将50/60Hz的交流电源转变成直流电源，再经过控制电路将直流电源转换成频率为20K～40KHz的中频电源，高速变化的电流流过线圈会产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过金属器皿(导磁又导电材料)底部金属体内产生无数的小涡流，使器皿本身自行高速发热，然后再加热器皿内的东西。
现有的电磁灶存在以下缺陷：1、检测锅具电路复杂且准确性低，当电磁灶上没有锅具时，电磁灶还在加热，就会造成电磁污染。2、当供电电压或负载特性发生较大变化的情况下，电磁灶的输出功率就会发生较大变化，稳定性较差。3、在市电电网上发生瞬间高压时，容易导致功率开关管炸毁。4、在电子开关关闭的瞬间，电磁转换线圈上将产生很高的反冲高压，容易导致电子开关元件损坏。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的上述缺陷，提供一种具有负荷检测功能、反冲高压力限制功能、抗干扰能力强、输出功率稳定的电磁灶。
本实用新型电磁灶包括灶体和设置于灶体内的电路部分，所述电路部分包括同步振荡电路5、电磁功率输出电路4、输出功率调整电路9、控制部分11和电源电路2，市电整流后的直流电压经同步振荡电路5转换成频率为20K～40KHz的中频电压、再经电磁功率输出电路4转换为高速变化的磁场，从而使电磁灶上的金属器皿发热，控制部分11包括控制开关、显示器和MCU，输出功率调整电路9根据来自MCU的指令调节所述中频电压的频率，进而调整电磁功率输出电路4的输出功率，还包括一用于检测锅具是否存在的负荷检测电路1，该负荷检测电路1包括互感器T2，互感器T2的初级线圈串联于电源输入回路中，互感器T2的次级线圈依次接整流器、滤波器到MUC的A/D输入端，MCU根据该A/D输入端电压的大小判断负荷大小，进而控制电磁功率输出电路4的输出功率。
本电磁灶设有负荷检测电路，它利用互感器，通过检测电流在互感器次级产生的感应电压大小的方法来检测锅具，配合软件算法，保证电路在AC150V-270V范围内都能准确地识别。电路简单、准确性高，可有效避免无锅时输出功率产生电磁污染。
它还可以包括恒功率控制电路，通过互感器取样电流变化，另取样市电电压变化，两路取样信号叠加后反馈给功率输出调整电路，保证了在较大供电电压变化情况下和在负载特性发生较大变化的情况下，电磁灶的输出功率保持恒定。
还可以包括脉冲干扰检测电路，采用微分电路提高发现脉冲干扰的灵敏度，检测到干扰脉冲时，通过单稳态延时电路通知MCU及时反应，杜绝干扰引起的炸管现象。
还可以包括反冲高压限制电路，在电子开关关闭的瞬间，电磁转换线圈上产生的反冲电压过高时，控制电磁灶输出功率下调，防止电子开关元件的损坏。
附图说明
图1为本实用新型实施例的原理框图；
图2为其电路图；
图3为图2中负荷检测部分的电路图；
图4为图2中恒功率控制部分的电路图；
图5为图2中脉冲干扰检测部分的电路图；
图6为图2中同步振荡和反冲高压限制部分的电路图；
图7为图2中功率输出调整部分的电路图；
图8为本电磁灶的低压供电电路图。
具体实施方式
本实施例电磁灶的型号为230V，下面结合附图详细说明。
如图1所示，本电磁灶包括灶体和设置于灶体内的电路部分，所述电路部分包括同步振荡电路5、电磁功率输出电路4、输出功率调整电路9、控制部分11和电源电路2，市电整流后的直流电压经同步振荡电路5转换成频率为20K～40KHz的中频电压、再经电磁功率输出电路4转换为高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过电磁灶上的金属器皿(导磁又导电材料)底部时金属体内产生无数的小涡流，使器皿本身自行高速发热，然后再加热器皿内的东西，控制部分11包括控制开关、显示器和MCU，输出功率调整电路9根据来自MCU的指令调节所述中频电压的频率，进而调整电磁功率输出电路4的输出功率，还包括用于检测锅具是否存在的负荷检测电路1、恒功率控制电路6、脉冲干扰检测电路3、反冲高压限制电路7、低压供电电路2、温度检测电路8和高低电压检测电路10。
图2是本电磁灶的电路图，图3-图8为图2中各单元电路的电路图，下面结合图2-图8做详细说明。
参照图2、3，负荷检测电路1包括互感器T2，互感器T2的初级线圈串联于电源输入回路中，互感器T2的次级线圈依次接由二极管D5、D6、D14、D15构成的整流器、滤波器C2和跟随器U3D到MUC的A/D输入端，MCU控制功率开关管IGBT1输出试探性脉冲，不同面积的物体产生的电流不同，交流电流通过互感器T2产生感应电压，经整流、滤波后输入跟随器U3D，跟随器U3D输出最大5V的检锅电压送到MCU的A/D输入端检测电压值，根据这个电压值判断是大锅还是小锅甚至是不应该加热的小物件，然后控制电磁功率输出电路4的输出功率，防止小物件(例如：勺子、钥匙，硬币等)意外加热，也防止无锅输出功率，造成电磁污染。
本负荷检测电路利用互感器，通过检测电流在互感器次级产生的感应电压大小的方法来检测锅具。配合优秀的软件算法，保证电路在AC150V-270V范围内都能准确地识别。
参照图4，恒功率控制电路6包括比较器U3C、连接于电源电路输出端的电压采样电路41、以及一电流采样电路42，电压采样电路41的输出端和电流采样电路42的输出端通过加法器43连接到比较器U3C负输入端。其中，电流采样电路42包括互感器T2，互感器T2的初级线圈串联于电源输入回路中，互感器T2的次级线圈依次接由二极管D5、D6、D14、D15构成的整流器、滤波器C2到加法器43一输入端。电流采样电路42的互感器T2的次级线圈一端接电压基准电路44，该互感器T2的次级线圈另一端与该电压基准电路44之间接感应电压微调电路45，通过调节可调电阻器VR1可微调感应电压。
比较器U3C为功率控制IC，输出功率受其正向输入端9脚的电平控制，但是其反向输入端8脚的信号取自R24、R11的电压和电流负反馈信号。市电电压的变化通过D9、D10、R26、R24提供给U3C电压变化负反馈。因为负载变化引起的电流变化在互感器T2次级线圈产生变化，通过D5、D6、D14、D15整流，C2滤波再经过R2、R6、R11提供给U3C电流负反馈，电阻R7、R8构成电压基准电路44，用于提高互感器T2次级参考电压基准。
本恒功率控制电路采用互感器T2取样电流变化，采用R9、D10、R26、R24回路取样市电电压变化，两路反馈信号通过R11、R24构成的加法电路43叠加后，控制功率输出，使得在较大的供电电压变化情况下和在负载特性发生较大的变化情况下，电磁灶的输出功率恒定保持恒定。
如图5所示，脉冲干扰检测电路3包括一单稳态延时电路51和一微分电路52，微分电路52的输出端接单稳态延时电路51的触发端，微分电路52的输入端分别通过两个二极管D9、D10接电源电路的两个交流输入端N、L。市电电网上发生的瞬间高压脉冲干扰信号，通过D9、D10、C24、R25到达比较器U4B第8脚，当U4B第8脚上检测到的瞬间干扰脉冲高于U4B第9脚时，比较器U4B第14脚输出低电平，通过二极管D12关断功率输出，防止功率开关管IBGT1炸毁。由比较器U4B与C32、R38、R39构成的单稳态延时电路51，可以将尖刺干扰脉冲变成具有一定延时宽度的矩形脉冲，使MCU检测干扰脉冲更加准确、可靠。由C24、R41构成的微分电路52可以提高发现脉冲干扰的灵敏度。
电子开关关闭的瞬间，电磁转换线圈上将产生很高的反冲电压，为了防止电子开关元件的损坏，设计有控制振动同步电路和反冲高压限制电路。
如图6所示，反冲高压限制电路7包括比较器U3A和连接于该比较器U3A负输入端的采样电路61，该采样电路61由三个电阻R14、R15、R21串联组成，它的采样端接电磁转换线圈的一端，比较器U3A的正输入端接+5V电源。设计初始态U3A的正向输入端5脚电位高于反向输入端4脚，U3A的输出端2脚输出为高阻态。当反冲电压过高时，U3A的反向输入端4脚电位高于正向输入端5脚，U3A的输出端2脚输出低电平，控制电磁灶输出功率下调。
同步振荡电路5包括比较器U3B和采样电路61，该采样电路61由三个电阻R14、R15和R21串联组成，采样电路61的采样端接电磁转换线圈的一端，采样电路61的输出端接隔离电阻R18到比较器U3B正输入端。设计初始态U3B的反向输入端6脚电位高于正向输入端7脚，U3B的输出端1脚输出为低电平。当电子开关关闭的瞬间，电磁转换线圈上产生的反冲电压使U3B的正向输入端7脚电位高于反向输入端6脚，U3B的输出端1脚输出高电平。随着电磁转换线圈上的能量流向储能电容C18，反冲电压下降，直到U3B的反向输入端6脚电位高于正向输入端7脚，U3B的输出端1脚再次输出低电平，同步电路输出一个完整的周期脉冲。
同步振荡信号和反冲高压信号同时取自一条回路(即图6中R14、R15和R21构成的采样电路61)，为了防止两个比较器U3B和U3A的输入端电平互相牵扯，电路增加电阻R18、R20进行隔离。
参照图7，输出功率调整电路9包括PWM信号转换器U3C、比较器U4C和U4D、以及由三极管Q1和Q2组成的功放电路，PWM信号转换器U3C输出接滤波器C31到比较器U4C的正输入端，比较器U4C的负输入端接同步振荡电路5的输出端，比较器U4C的输出端接比较器U4D的正输入端，比较器U4D的负输入端接电阻R31到地，该端同时接电阻R32到+18V电源，比较器U4D的输出端接所述功放电路的输入端，该功放电路的输出端串接电阻R49、R50到地，电阻R49和R50构成波形反馈修整电路。
比较器U3B、U4C生成电磁灶工作所需要的中频振荡，比较器U4D作为信号整形和输出并通过由三极管Q1、Q2组成的功放电路驱动功率开关管IGBT1。MCU输出功率控制PWM信号，经PWM信号转换器U3C处理在电容C31上形成直流电平用以控制所述中频振荡频率，从而影响输出功率变化。电阻R49、R50构成的波形反馈修整电路，使驱动功率开关管IBGT1的波形上升、下降速度更快，更加接近理想方波，使功率开关管IGBT1开关速度更快，损耗、发热量更少。
通常的电路，在上电的瞬间，+18V出现时，因为比较器U4C未稳定，如果直接通过比较器U4C输出端控制功率开关管IGBT1开关，可能会出现一个短暂的导通状态，这种时候极易造成功率开关管IGBT1的炸毁，本电路增加一个比较器U4D，并将+18V经过电阻R31、R32分压接到比较器U4D负输入端，从而使上电到稳态过程中，U4D负端电压一直高于正端，比较器U4D第12脚一直输出低电平，有效关断功率开关管IGBT1，从而避免了由于功率开关管IGBT1偶然导通而引起炸管的现象。
如图8所示，本电磁灶的低压供电电路2采用单片开关电源VIPer22A芯片构成的串联开关型降压电路，该串联开关型降压电路包括VIPer22A芯片U1，VIPer22A芯片U1第4脚输出的电压通过二极管D3、电感L1和滤波电容C14后产生VDD电压，VDD电压经过二极管D7和滤波电容C13后产生+18V电压，VIPer22A芯片U1第4脚输出的电压另通过二极管D3、变压器L2和三端稳压器U2后产生+5V电压。
该低压供电电路2可以将AC85V～265V的高电压直接降到一个20V左右稳定的低电压，该电路输出三组电压：VDD、+18V、+5V，其中VDD电压供风扇使用，+18V供比较器电源、功率开关管IGBT1的驱动电路用。当VIPer22A芯片发生过热保护时(例如风扇堵转导致负载电流过大等原因)，输出电压停止，VDD电压由于风扇消耗电流大，很快被拉至0V，由于二极管D7具有单向导电性，以及C13滤波电容存在，+18V电压下降比较缓慢，可以避免功率开关管IGBT1驱动电路由于+18V突然下降导致功率开关管IGBT1处于半导通状态而烧毁。
图2中，电阻R4、R10、TRT1、TRT2、TSW1构成温度检测电路8。三极管Q3及其外围元件构成风扇驱动电路。
高低电压检测电路10由二极管D9、D10整流、R26、C25、R27、R44、R47、C38、降压、滤波，U4A作为跟随器，输出0-5V的电压，送到MCU的A/D输入端，再经过软件运算处理，从而准确检测出市电电压。控制电磁炉在电压低于AC150V、或高于AC270V时，停止电磁炉加热、并发出电压异常提示信号。
Claims (9)
1、一种电磁灶，包括灶体和设置于灶体内的电路部分，所述电路部分包括同步振荡电路(5)、电磁功率输出电路(4)、输出功率调整电路(9)、控制部分(11)和电源电路(2)，市电整流后的直流电压经同步振荡电路(5)转换成频率为20K～40KHz的中频电压、再经电磁功率输出电路(4)转换为高速变化的磁场，从而使电磁灶上的金属器皿发热，控制部分(11)包括控制开关、显示器和MCU，输出功率调整电路(9)根据来自MCU的指令调节所述中频电压的频率，进而调整电磁功率输出电路(4)的输出功率，其特征在于：还包括一用于检测锅具是否存在的负荷检测电路(1)，该负荷检测电路(1)包括互感器T2，互感器T2的初级线圈串联于电源输入回路中，互感器T2的次级线圈依次接整流器、滤波器到MUC的A/D输入端，MCU根据该A/D输入端电压的大小判断负荷大小，进而控制电磁功率输出电路(4)的输出功率。
2、根据权利要求1所述的电磁灶，其特征在于：还包括一恒功率控制电路，该恒功率控制电路包括比较器U3C、连接于电源电路输出端的电压采样电路(41)、以及一电流采样电路(42)，电压采样电路(41)的输出端和电流采样电路(42)的输出端通过加法器(43)连接到比较器U3C负输入端。
3、根据权利要求2所述的电磁灶，其特征在于：所述电流采样电路(42)包括一互感器T2，互感器T2的初级线圈串联于电源输入回路中，互感器T2的次级线圈依次接整流器、滤波器到加法器(43)一输入端。
4、根据权利要求3所述的电磁灶，其特征在于：所述电流采样电路(42)的互感器T2的次级线圈一端接电压基准电路(44)，该互感器T2的次级线圈另一端与该电压基准电路(44)之间接感应电压微调电路(45)。
5、根据权利要求1-4任一权项所述的电磁灶，其特征在于：还包括一脉冲干扰检测电路(3)，该脉冲干扰检测电路(3)包括一单稳态延时电路(51)和一微分电路(52)，微分电路(52)的输出端接单稳态延时电路(51)的触发端，微分电路(52)的输入端分别通过两个二极管接电源电路的两个交流输入端。
6、根据权利要求5所述的电磁灶，其特征在于：还包括反冲高压限制电路(7)，该电路包括比较器U3A和连接于该比较器U3A负输入端的采样电路(61)，该采样电路(61)的采样端接电磁转换线圈的一端，比较器U3A的正输入端接+5V电源。
7、根据权利要求6所述的电磁灶，其特征在于：所述同步振荡电路(5)包括比较器U3B和采样电路(61)，该采样电路(61)由三个电阻R14、R15和R21串联组成，采样电路(61)的采样端接电磁转换线圈的一端，采样电路(61)的输出端接隔离电阻R18到比较器U3B正输入端。
8、根据权利要求7所述的电磁灶，其特征在于：所述输出功率调整电路(9)包括PWM信号转换器U3C、比较器U4C和U4D、以及由三极管Q1和Q2组成的功放电路，PWM信号转换器U3C输出接滤波器C31到比较器U4C的正输入端，比较器U4C的负输入端接同步振荡电路(5)的输出端，比较器U4C的输出端接比较器U4D的正输入端，比较器U4D的负输入端接电阻R31到地，该端同时接电阻R32到+18V电源，比较器U4D的输出端接所述功放电路的输入端，该功放电路的输出端串接电阻R49、R50到地，电阻R49和R50构成波形反馈修整电路。
9、根据权利要求8所述的电磁灶，其特征在于：本电磁灶的低压供电电路采用单片开关电源VIPer22A芯片构成的串联开关型降压电路，该串联开关型降压电路包括VIPer22A芯片U1，VIPer22A芯片U1第4脚输出的电压通过二极管D3、电感L1和滤波电容C14后产生VDD电压，VDD电压经过二极管D7和滤波电容C13后产生+18V电压，VIPer22A芯片U1第4脚输出的电压另通过二极管D3、变压器L2和三端稳压器U2后产生+5V电压。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070509 |