TW201635853A - 用於電磁爐過流保護的控制電路和控制方法 - Google Patents

Abstract

一種用於電磁爐過流保護的控制電路和控制方法，所述控制電路包括：採樣電路，對第一電壓信號進行採樣並將經採樣的第一電壓信號作為第一輸出電壓信號輸出；差分放大電路，獲得第一電壓信號與第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓；比較器，將該電壓與第一閾值電壓進行比較，當該電壓大於第一閾值電壓時，輸出第一控制信號以便於斷開電磁爐主回路中的第一開關。本發明通過採用類比電路控制的方式，對電磁爐系統進行及時的過流保護，使電磁爐系統的安全性大為提高。

Description

用於電磁爐過流保護的控制電路和控制方法

本發明涉及家用電器領域，更具體地說，本發明涉及一種對電磁爐的過流保護的控制電路和控制方法。

電磁爐是採用磁場感應渦流原理，利用高頻電流通過環形線圈，從而產生無數封閉磁場力，使鍋體本身自行快速發熱，從而加熱鍋內食物。當線圈中通過高頻電流時，線圈周圍產生高頻交變磁場。在高頻交變磁場中產生的磁力線通過導磁材料(如：鐵質鍋)的底部，使鐵質鍋底產生無數小渦流，從而使鍋底迅速釋放出大量的熱量，達到加熱目的。電磁爐的工作示意圖如第1圖所示。

第2圖是現有技術中電磁爐工作的主回路的示意圖，由全波整流橋、LC濾波器、電磁線圈MC、電容器C0與開關W構成。這裡，所述開關W為一絕緣閘雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)。

作為輸入的交流電，經過全波整流橋後被全波整流，然後經過LC濾波器，形成正弦半波電壓。開關W不斷地導通和斷開，當開關W導通時，輸入電壓加在電磁線圈MC兩端，電磁線圈MC流過正向電流增加，當開關W斷開時，電磁線圈MC與並聯的電容形成高頻諧振，電磁線圈MC上電壓反向，流經電磁線圈MC的電流減小，流過線圈的電流的改變形成高頻磁場。高頻磁場產生的交變磁力線穿過鍋具，在鐵質鍋體內形成渦流，使鍋發熱。

市場上常見的電磁爐加熱的控制方案就是利用上述的主回路架構，通過以微控制單元(Microcontroller Unit,MCU)為核心的數位控制電路實現功率調節和保護。由於輸入功率等於輸入電壓與輸入電流的乘積，其中，輸入電壓為電網電壓，基本固定，所以通過控制輸入的平均電 流，即可控制整個系統的功率。輸入電流是指從電網端流入系統的電流，當開關W導通時，輸入電流流入，當開關W斷開時，輸入電流停止流入，所以通過控制開關W上的電流，即可通過控制輸入電流從而控制輸入功率。在數位控制的環路中，將採樣輸入電壓和流過開關W的平均電流得到的結果進行A/D轉換，得到相應的數位信號；微控制單元(MCU)將輸入電壓與輸入電流相乘以計算功率，通過將計算結果與設定功率相比較，對開關W的導通時間Ton進行調節，這裡，導通時間Ton的變化範圍被微控制單元(MCU)控制，每個導通時間Ton對應一個功率。這種控制方案全部採用數位電路進行控制，因為通過數位電路進行控制時，運算需要時間，因而對於瞬間電流與瞬間電壓的控制往往滯後。

第3圖是在電磁爐工作中發生浪湧時的電壓波形，輸入電壓Vin電壓沖高，加在電磁線圈MC電感上的電壓升高，通過電感的電流的斜率增大，因為數位電路控制的滯後反應，導通時間Ton不會即時地發生改變。因為電流斜率增大，如果導通時間Ton不變，那麼導通時間Ton結束時， 電流Ipk將比上一週期顯著增加，根據，開關W上的電壓Vw將 會增大，如果電壓Vw超過開關W的耐壓，開關W將會炸毀，這種情況在輸入電壓Vin發生浪湧時將不可避免；上述計算電壓Vw的公式中，電壓Vw為開關W的集電極電壓峰值，電流Ipk為流過開關W的集電極-發射極CE電流峰值，L為電磁爐線圈電感，C為並聯在電磁爐電感上的電容。即使微控制單元(MCU)通過外加輸入電壓偵測電路檢測到電壓發生了浪湧，但微控制單元(MCU)經過運算，最快判斷需要保護開關W的運算時間是1.3us，因此斷開開關W的指令發出最少具有1.3us的延遲，所以利用微控制單元(MCU)來對開關W進行過流保護是電磁爐安全性的一個瓶頸。

根據本發明的示例性實施例，本發明的過流保護電路通過採用類比電路控制，對電磁爐系統進行及時過流保護，使電磁爐系統的安全性大為提高；同時，對電磁爐的開關器件的電壓，採用動態的電壓閾值進 行監控，可對電磁爐系統提供在所有功率和相位條件下的過流保護。

根據本發明的一方面，提供了一種控制電路，包括：採樣電路，對第一電壓信號進行採樣並將經採樣的第一電壓信號作為第一輸出電壓信號輸出；差分放大電路，獲得與第一電壓信號與第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓；比較器，將該電壓與第一閾值電壓進行比較，當該電壓大於第一閾值電壓時，輸出第一控制信號以便於斷開電磁爐主回路中的第一開關。

根據本發明的另一方面，其中，採樣電路包括由運算放大器構成的電壓跟隨器、開關和第一電容器，該電壓跟隨器的輸出端通過開關與第一電容器相連，第一電容器的另一端接地，第一電容器上的電壓信號作為第一輸出電壓信號輸入到差分放大電路；第一電壓信號輸入至該運算放大器的正相輸入端；用於控制該開關導通和斷開的第一採樣信號的週期與控制電磁爐主回路上的第一開關導通和斷開的第二控制信號的週期相同，並用於對第一電壓信號的峰值電壓進行採樣。

根據本發明的另一方面，其中，採樣電路包括由運算放大器構成的電壓跟隨器、兩組開關電路和分別與該兩組開關電路相連的第二電容器、第三電容器，其中第二電容器和第三電容器上的電壓信號分別輸入到該差分放大電路，第一電壓信號輸入至該運算放大器的正相輸入端，兩組開關電路內的開關分別被第二採樣信號和第三採樣信號控制，該第二採樣信號和第三採樣信號的週期分別為控制電磁爐主回路上的第一開關導通和斷開的第二控制信號的週期的兩倍，第二採樣信號和第三採樣信號疊加起來構成所述控制電磁爐主回路上的第一開關導通和斷開的第二控制信號，兩組開關電路中的任一組在導通時將第一電壓信號輸入到差分放大電路，並將兩組開關電路中的另一組對第一電壓信號進行採樣獲得的經採樣的第一電壓信號作為第一輸出電壓信號輸入到差分放大電路以便該差分放大電路獲得與第一電壓信號和第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓。

根據本發明的另一方面，其中，第一電壓信號與電磁爐主回路上的電流相應。

根據本發明的另一方面，提供了一種控制電路，包括：第一控制單元，將與參考電壓和第一電壓信號的電壓之間的電壓差相應的電流進行積分獲得第二電壓信號，並將作為斜坡信號的第三電壓信號的電壓與第二電壓信號的電壓進行比較以輸出第一控制信號；將與第一電壓信號與對第一電壓信號進行採樣獲得的第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓與第一閾值電壓進行比較以輸出第二控制信號；由第一控制信號和第二控制信號得到第三控制信號；第二控制單元，將反映第四電壓信號的電壓變化的第五電壓信號的電壓與第二閾值電壓進行比較以輸出第四控制信號；第一邏輯控制單元，基於分別從第一控制單元和第二控制單元輸出的第三控制信號和第四控制信號輸出第五控制信號。

根據本發明的另一方面，其中，第一控制單元包括：差分積分電路，包括第一運算跨導放大器和第一電容器，其中，通過第一運算跨導放大器生成與參考電壓和第一電壓信號的電壓之間的電壓差相應的電流並通過第一電容器對該電流進行積分以獲得第二電壓信號；第一比較器，將第三電壓信號與第二電壓信號進行比較以輸出第一控制信號，其中，當第三電壓信號的電壓大於第二電壓信號的電壓時，第一控制信號變為高電平，其中，當第五控制信號為高電平時，第三電壓信號的電壓上升；當第五控制信號為低電平時，第三電壓信號的電壓變為零。

根據本發明的另一方面，其中，第一控制單元還包括過流保護模組，所述過流保護模組獲得與第一電壓信號與對第一電壓信號進行採樣獲得的第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓並將該電壓與第一閾值電壓進行比較以輸出第二控制信號，其中，當該電壓大於第一閾值電壓時，第二控制信號變為高電平。

根據本發明的另一方面，其中，第一控制單元還包括：第二邏輯控制單元，由第一控制信號和第二控制信號得到第三控制信號，其中，第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號為電平信號，當第一控制信號或第二控制信號為高電平時，第三控制信號為高電平。

根據本發明的另一方面，其中，第二控制單元包括第二電容器、第一電阻器、第二電阻器、第三電阻器和第二比較器，其中，第二電 阻器一端輸入第四電壓信號，另一端連接至第三電阻器和由第二電容器和第一電阻器所形成的串聯電路構成的並聯電路，並且第二電容器與第一電阻器相連接的節點處產生的第五電壓信號輸入至第二比較器以與第二閾值電壓進行比較並輸出第四控制信號，其中，當第二閾值電壓大於第五電壓信號的電壓時，第四控制信號變為高電平。

根據本發明的另一方面，其中，第三控制信號、第四控制信號和第五控制信號為電平信號，其中，當第三控制信號為高電平時，第五控制信號為低電平，當第四控制信號為高電平時，第五控制信號為高電平。

根據本發明的另一方面，其中，邏輯控制單元為RS觸發器，其中，第三控制信號輸入到RS觸發器的復位端，而第四控制信號輸入到RS觸發器的置位端。

根據本發明的另一方面，其中，所述第五控制信號用於驅動連接在電磁爐主回路中的第一開關，第一電壓信號與電磁爐主回路上的電流相應，第四電壓信號與施加到電磁爐主回路的該第一開關上的電壓相應，參考電壓與電磁爐的設定功率相應。

根據本發明的另一方面，其中，所述過流保護模組包括：採樣電路，對第一電壓信號進行採樣並將經採樣的第一電壓信號作為第一輸出電壓信號輸出；差分放大電路，獲得與第一電壓信號與第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓；比較器，將該電壓與第一電壓差進行比較，當該電壓大於第一電壓差時，輸出第二控制信號以便於斷開電磁爐主回路中的第一開關。

根據本發明的另一方面，其中，採樣電路包括由運算放大器構成的電壓跟隨器、第二開關和第三電容器，該電壓跟隨器的輸出端通過開關與第三電容器相連，第三電容器的另一端接地，第三電容器上的電壓信號作為第一輸出電壓信號輸入到差分放大電路；第一電壓信號輸入至該運算放大器的正相輸入端；用於控制該第二開關導通和斷開的第一採樣信號的週期與控制電磁爐主回路上的第一開關導通和斷開的第五控制信號的週期相同並用於對第一電壓信號的峰值電壓進行採樣。

根據本發明的另一方面，其中，採樣電路包括由運算放大器 構成的電壓跟隨器、兩組開關電路和分別與該兩組開關電路相連的第四電容器、第五電容器，其中，第四電容器和第五電容器上的電壓信號分別輸入到該差分放大電路，第一電壓信號輸入至該運算放大器的正相輸入端，兩組開關電路內的開關分別被第二採樣信號和第三採樣信號控制，該第二採樣信號和第三採樣信號的週期分別為控制電磁爐主回路上的第一開關導通和斷開的第五控制信號的週期的兩倍，第二採樣信號和第三採樣信號疊加起來構成所述控制電磁爐主回路上的第一開關導通和斷開的第五控制信號，兩組開關電路中的任一組在導通時將第一電壓信號輸出到差分放大電路，並將與兩組開關電路中的另一組在導通時對第一電壓信號進行採樣獲得的經採樣的第一電壓信號作為第一輸出電壓信號輸入到差分放大電路以便該差分放大電路獲得與第一電壓信號和第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓。

根據本發明的另一方面，提供了一種控制方法，包括：對第一電壓信號進行採樣並將經採樣的第一電壓信號作為第一輸出電壓信號輸出；獲得與第一電壓信號與第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓；將該電壓與第一閾值電壓進行比較，當該電壓大於該第一閾值電壓時，輸出第一控制信號以斷開電磁爐主回路的第一開關。

根據本發明的另一方面，提供了一種控制方法，包括：將與參考電壓和第一電壓信號的電壓之間的電壓差相應的電流進行積分獲得第二電壓信號，並將作為斜坡信號的第三電壓信號的電壓與第二電壓信號的電壓進行比較以輸出第一控制信號；獲得與第一電壓信號與對第一電壓信號進行採樣獲得的第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓，並將該電壓與第一閾值電壓進行比較以輸出第二控制信號；由第一控制信號和第二控制信號得到第三控制信號；將反映第四電壓信號的電壓變化的第五電壓信號的電壓與第二閾值電壓進行比較以輸出第四控制信號；基於第三控制信號和第四控制信號輸出第五控制信號。

根據本發明的另一方面，其中，當第三電壓信號的電壓大於第二電壓信號的電壓時，第一控制信號變為高電平。

根據本發明的另一方面，其中，當與第一電壓信號與對第一 電壓信號進行採樣獲得的第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓大於第一閾值電壓時，第二控制信號變為高電平。

根據本發明的另一方面，其中，由第一控制信號和第二控制信號得到第三控制信號，並且，第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號為電平信號，當第一控制信號或第二控制信號為高電平時，第三控制信號為高電平。

根據本發明的另一方面，其中，通過電容器和電阻器串聯連接所形成的串聯電路生成反映第四電壓信號的電壓的變化的第五電壓信號，其中，當第二閾值電壓大於第五電壓信號的電壓時，第四控制信號變為高電平。

根據本發明的另一方面，其中，第三控制信號、第四控制信號和第五控制信號為電平信號，其中，當第三控制信號為高電平時，第五控制信號為低電平，當第四控制信號為高電平時，第五控制信號為高電平。

根據本發明的另一方面，其中，當第五控制信號為高電平時，第三電壓信號的電壓上升；當第五控制信號為低電平時，第三電壓信號的電壓變為零。

根據本發明的另一方面，其中，所述第五控制信號用於驅動連接在電磁爐主回路中的第一開關，第一電壓信號與電磁爐主回路上的電流相應，第四電壓信號與施加到電磁爐主回路的該第一開關上的電壓相應，參考電壓與電磁爐的設定功率相應。

根據本發明的另一方面，提供了一種包括如上所述的控制電路的電磁爐。

410‧‧‧第一控制單元

420‧‧‧第二控制單元

430‧‧‧第一邏輯控制單元

440‧‧‧差分積分電路

450‧‧‧第一比較器

460‧‧‧過流保護模組

470‧‧‧第二邏輯控制單元

480‧‧‧第二比較器

610,710‧‧‧採樣電路

620,720‧‧‧差分放大電路

630‧‧‧第三比較器

730‧‧‧第四比較器

C0,C1,C2‧‧‧電容器

C3‧‧‧採樣電容

C4,C5‧‧‧電容

comp‧‧‧電壓信號

gm‧‧‧第一運算跨導放大器

gm1‧‧‧第二運算跨導放大器

gm2‧‧‧第三運算跨導放大器

gate‧‧‧控制信號

Ipk‧‧‧電流

Iin‧‧‧輸入電流

MC‧‧‧電磁線圈

off‧‧‧第一控制信號

OCP off‧‧‧第二控制信號

Rs‧‧‧電流檢測電阻

ramp‧‧‧斜坡信號

R1‧‧‧第一電阻器

R2‧‧‧第二電阻器

R3‧‧‧第三電阻

R4‧‧‧第四電阻器

R5‧‧‧第五電阻

S1‧‧‧控制信號/採樣信號

S2‧‧‧控制信號/採樣信號

S3‧‧‧第三採樣信號

valley on‧‧‧第四控制信號

Vin‧‧‧輸入電壓

Vref‧‧‧參考電壓

Vw,Vcs,△V‧‧‧電壓

Vthoc‧‧‧第一閾值電壓

Vth‧‧‧第二閾值電壓

Vcs_pk‧‧‧峰值電壓

W,k1‧‧‧開關

第1圖示出了現有技術中電磁爐的工作原理示意圖。

第2圖是現有技術中電磁爐主回路的示意圖。

第3圖示出了電磁爐的工作電流發生浪湧時的波形。

第4圖示出了根據本發明示例性實施例的電磁爐功率控制電路的示意圖。

第5A圖示出了根據本發明示例性實施例的電流檢測電壓的波形和閾值設置。

第5B圖示出了根據本發明示例性實施例的電磁爐過流保護閾值的設置。

第6A圖示出了根據本發明示例性的第一實施例的過流保護模組的具體實現電路。

第6B圖示出了電磁爐開關的控制信號、第6A圖所示的過流保護模組的開關控制信號以及電磁爐主回路中的電流檢測電壓的波形圖。

第7A圖示出了根據本發明的第二實施例的過流保護模組的具體實現電路。

第7B圖示出了如第7A圖所示的過流保護模組的開關控制信號S1和S2和電磁爐開關的控制信號的波形圖。

下面將結合具體的實施例來對本發明進行詳細的描述。本領域技術人員應該理解，本發明所示的實施例只是示例性的，並不作為對本發明的限制。

第4圖中示出了利用類比控制電路對電磁爐系統進行過流保護的原理圖。該示圖僅是示例，其不應當不當地限制申請專利範圍的範疇。本領域的技術人員在該示圖的基礎上將可進行適應性地變化、替代和修改。

輸入電流Iin是從電網端流入電磁爐系統的電流，當開關W導通時，有輸入電流Iin流入電磁爐系統；當開關W斷開時，輸入電流Iin將停止流入電磁爐系統。如第4圖所示，將電流檢測電阻Rs與開關W串聯連接以連接到主回路中對輸入電流Iin的大小進行檢測。因為電壓是電阻值和電流的乘積，所以電流檢測電阻Rs上的電壓Vcs也就反映了輸入電流Iin的大小。

如第4圖所示，電磁爐功率控制電路包括第一控制單元410、第二控制單元420和第一邏輯控制單元430。當然，本領域技術人員應該理解，上述電路可以應用於任何可以應用的場合而不僅限於對電磁爐進行過 流保護。下面，為了描述簡便，而將該過流保護電路應用於電磁爐功率控制中。

作為示例，第一控制單元410包括功率控制模組、過流保護模組460和第二邏輯控制單元470。

功率控制模組接收與設定功率相應的參考電壓Vref以及反映電磁爐系統的電流大小的電壓信號(例如，電流檢測電阻Rs上的電壓Vcs)，對與這些電壓信號的差相應的電流進行積分，然後將積分後獲得的電壓與斜坡信號ramp的電壓進行比較以輸出用於控制開關W斷開的第一控制信號off；其中，第一控制信號off是電平信號，當第一控制信號off為高電平時，可通過邏輯控制模組輸出電平信號，以控制電磁爐主回路上的開關W斷開。

過流保護模組460接收反映電磁爐系統的電流大小的電壓信號(例如，電流檢測電阻Rs上的電壓Vcs反映了流進開關W的電流)，將該電壓信號的電壓與第一閾值電壓Vthoc進行比較以輸出用於控制開關W斷開的第二控制信號OCP off；其中，第二控制信號OCP off是電平信號，當第二控制信號OCP off為高電平時，可通過第二邏輯控制單元470輸出電平信號，以控制電磁爐主回路上的開關W斷開。

如第4圖所示，第一控制單元410包括差分積分電路440、第一比較器450、過流保護模組460和第二邏輯控制單元470；其中，功率控制模組由差分積分電路440和第一比較器450構成。

差分積分電路440包括第一運算跨導放大器gm和電容器C1。根據本發明示例性實施例，將與設定功率相應的參考電壓Vref與反映電磁爐主回路的電流大小的電壓信號(例如電流檢測電阻Rs上的電壓Vcs，下文中為了描述簡便，用電壓Vcs作為示例進行描述)輸入到差分積分電路440以對與這兩個電壓信號的電壓差相應的電流進行積分。其中，與設定功率相應的參考電壓Vref輸入到第一運算跨導放大器gm的正相輸入端，而電壓Vcs輸入到第一運算跨導放大器gm的反相輸入端以根據這兩個輸入信號之間的電壓差來調節輸出電流的大小。第一運算跨導放大器gm的輸出端連接到電容器C1，從而利用電容器C1對從第一運算跨導放大器gm輸出的電流 進行積分，得到電容器C1上的電壓信號comp。另外，電容器C1的一端(即電容器C1與第一運算跨導放大器gm相連接的一端)連接到第一比較器450的反相輸入端，從而將電壓信號comp輸入到第一比較器450。

第一比較器450的正相輸入端輸入斜坡信號ramp，從而將斜坡信號ramp的電壓與電壓信號comp的電壓進行比較以向第二邏輯控制單元470輸出第一控制信號off。當斜坡信號ramp的電壓高於電壓信號comp的電壓時，從第一比較器450輸出的第一控制信號off變為高電平，使得從第二邏輯控制單元470輸出的第三控制信號變為高電平。此時，第二邏輯控制單元470輸出的高電平的第三控制信號輸入第一邏輯控制單元430，使第一邏輯控制單元430輸出的控制信號gate變為低電平，因此電磁爐主回路上的開關W斷開。這裡，當開關W導通時，斜坡信號ramp的電壓將逐漸上升；當開關W斷開時，斜坡信號ramp的電壓將下降為0。

過流保護模組460將電壓Vcs與第一閾值電壓Vthoc進行比較，並向第二邏輯控制單元470輸出第二控制信號OCP off。這裡，第二控制信號OCP off是電平信號，當電壓Vcs的電壓高於第一閾值電壓Vthoc時，從過流保護模組460輸出的第二控制信號OCP off將變為高電平，通過第二邏輯控制單元470輸出高電平信號，以控制電磁爐主回路上的開關W斷開。在發生浪湧時，輸入電壓將快速升高，電流快速增大，若不能及時斷開開關W，通過開關W的電流將很快增長至開關W的額定安全電流。此時，通過過流保護模組460快速發出第二控制信號OCP off以斷開開關W，可對電磁爐系統提供即時的保護。

作為示例，第二邏輯控制單元470為一個或閘，第一比較器450和過流保護模組460的輸出作為該或閘的兩個輸入。即，當第一比較器450輸出的第一控制信號off和過流保護模組460輸出的第二控制信號OCP off至少一個為高電平時，第二邏輯控制單元470輸出的第三控制信號將變為高電平。

第二控制單元420接收在電磁爐主回路中經由並聯的電磁線圈MC與電容器C0(電磁線圈MC與電容器C0構成諧振電路)施加到開關W上的電壓Vw，並將與該信號相應的電壓與第二閾值電壓Vth進行比較以向 第一邏輯控制單元430輸出用於控制開關W導通的第四控制信號valley on。其中，第四控制信號valley on為電平信號。當第四控制信號valley on為高電平(即在開關W斷開後的電壓Vw的谷底)時，可通過第一邏輯控制單元430控制開關W導通。

作為示例，第二控制單元420包括第二比較器480、電容器C2、第一電阻器R1、第二電阻器R2和第三電阻R3。其中，第二電阻器R2一端輸入施加到開關W上的電壓Vw，另一端連接至第三電阻R3和由電容器C2和第一電阻器R1所形成的串聯電路構成的並聯電路。第一電阻器R1與電容器C2相連接的節點連接到第二比較器480的反相輸入端，第二比較器480的正相輸入端輸入第二閾值電壓Vth。第二比較器480的輸出端連接至第一邏輯控制單元430以將從其輸出的第四控制信號valley on輸入到第一邏輯控制單元430。電壓Vw經過第二電阻器R2後的電壓，經過電容器C2微分後產生代表諧振電壓(開關W斷開後的電壓Vw)斜率的電流，該電流流過第一電阻器R1產生電壓，因而，該流過第一電阻器R1產生的電壓同樣代表了諧振電壓的斜率。該電壓與第二閾值電壓Vth一起送入第二比較器480，當該電壓小於第二閾值電壓Vth時，代表諧振到了或接近谷底，第二比較器480輸出的第四控制信號valley on變為高電平，使得第一邏輯控制單元430上輸出的控制信號gate變為高電平，從而使電磁爐主回路上的開關W導通。

根據本發明示例性實施例，在開關W斷開之後，由電磁線圈MC和電容器C0構成的諧振電路產生諧振，第二控制單元420將反映施加到開關W上的電壓信號的變化速率的電壓(例如，第一電阻器R1上的電壓)與第二閾值電壓Vth進行比較，當該電壓小於第二閾值電壓Vth時，則表示諧振達到或接近谷底，第二控制單元420輸出的第四控制信號valley on變為高電平，從而使得第一邏輯控制單元430輸出的控制信號gate變為高電平，因此開關W導通。

基於分別從第一控制單元410和第二控制單元420輸出的第三控制信號和第四控制信號valley on，第一邏輯控制單元430輸出用於控制開關W的導通和斷開的控制信號gate。

作為示例，第一邏輯控制單元430是RS觸發器，第一控制單 元410的輸出連接到RS觸發器的復位端，而第二控制單元420的輸出連接到RS觸發器的置位端。也就是說，第三控制信號輸入到RS觸發器的重定端而第四控制信號valley on輸入到RS觸發器的置位端。RS觸發器的Q端連接至開關W的控制端以控制開關W的導通和斷開。作為示例，開關W可以為絕緣閘雙極電晶體(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)。

這裡，本領域的技術人員應該理解，上面給出的電路僅作為示例的目的，本發明所述的過流保護模組460可以與其他開關控制電路相結合來對電磁爐開關W進行控制以進行過電流保護。也就是說，本發明所示的過流保護模組460可以獨立於上面所述的功率控制模組、第二邏輯控制單元470和第二控制單元420而與其他控制電路相結合來控制電磁爐的開關W。

第5A圖、第5B圖中示出了本發明中所設置的第一閾值電壓Vthoc的示意圖。該示圖僅是示例，其不應當不當地限制申請專利範圍的範疇。本領域的技術人員在該示圖的基礎上將可進行適應性地變化、替代和修改。

如第5A圖所示，控制信號gate用於控制開關W的導通和斷開。當控制信號gate為高電平時，開關W導通，電磁線圈MC流過的正向電流增加，流過電流檢測電阻Rs的電流增加，因而電壓Vcs增大，當前採樣週期內電壓Vcs的第一閾值電壓Vthoc是通過在上一採樣週期內採樣得到的電壓Vcs的基礎上疊加電壓△V得到。

如第5B圖所示，採樣得到的電壓Vcs的包絡為一正弦波形。在上一採樣週期內採樣得到的電壓Vcs的基礎上疊加電壓△V，得到當前採樣週期內電壓Vcs的第一閾值電壓Vthoc。

由於在電磁爐系統正常工作的條件下，電壓Vcs不會發生突變，通過將上一採樣週期採樣的電壓Vcs疊加電壓△V作為當前採樣週期內第一閾值電壓Vthoc的方式，可對電磁爐系統提供在所有功率和相位條件下的過流保護。當在電壓發生浪湧時，由於差分積分電路440存在一定延遲，第一比較器450輸出的第一控制信號off還未變成高電平；此時，由於輸入電壓升高，電流隨之增大，電壓Vcs會衝高而超過第一閾值電壓Vthoc，從而 可在電壓發生浪湧時使第二控制信號OCP off變為高電平，控制開關W斷開以提供快速的過流保護。採用這種過流保護的方式，過流保護模組460的反應延遲時間在100ns以內；而電壓發生浪湧時，數位控制電路發出指令最少1.3us的延遲。因此發生浪湧時這種過流保護方式較數位控制，反映保護時間大為提前，及時可靠。

相比上述方式而言，若將第一閾值電壓Vthoc設為某個固定值，例如，將第一閾值電壓Vthoc設定為Vcsmax+△V，其中Vcsmax為電壓Vcs在其包絡的波峰電壓；當在如第5B圖所示的包絡的底部或半腰處發生浪湧時，將可能無法及時斷開開關W而提供保護。

第6A圖示出了根據本發明示例性的第一實施例的過流保護模組460的一種具體實現電路。本領域技術人員應該理解，第6A圖所示的電路結構僅是示例，其不應當不當地限制申請專利範圍的範疇。本領域的技術人員在該示圖的基礎上將可進行適應性地變化、替代和修改。

第6B圖示出了電磁爐開關的控制信號gate、第6A圖所示的過流保護模組460中的開關控制信號S1，以及電磁爐主回路中的電流檢測電壓Vcs的波形圖。

作為示例，第6A圖所示的示例性電路包括電壓跟隨採樣電路610，差分放大電路620和第三比較器630。

採樣電路610包括一個電壓跟隨器、開關k1和一個採樣電容C3。該電壓跟隨器包含一個運算放大器，電壓Vcs輸入該運算放大器的正相輸入端，該運算放大器的反相輸入端與其輸出端相連，運算放大器的輸出即為該電壓跟隨器的輸出。該電壓跟隨器的輸出端通過該開關k1與該採樣電容C3相連。由於電壓跟隨器的放大倍數恆小於且接近於1，因此該電壓跟隨器的輸出電壓近似為電壓Vcs。電壓跟隨器可將其正相輸入端和輸出端的電路進行隔離。

電壓跟隨器的輸出端與開關k1相連，開關k1的另一端與採樣電容C3串聯，採樣電容C3的另一端接地。開關k1受如第6B圖中的採樣信號S1控制而導通或斷開，其中該採樣信號S1的週期與控制開關W導通和斷開的控制信號gate的週期相同，當控制信號gate為高電平且該高電平信號接近 於結束時，採樣信號S1為高電平。當採樣信號S1為高電平時，開關k1導通；當採樣信號S1為低電平時，開關k1斷開，此時採樣電容C3保持開關k1導通時電壓跟隨器的輸出電壓，該被保持的電壓Vcs為控制信號gate的每個週期內的峰值電壓Vcs_pk。

作為一個示例，差分放大電路620包括第二運算跨導放大器gm1和第四電阻器R4。該開關k1與採樣電容C3相連接的節點，與該第二運算跨導放大器gm1的反相輸入端相連，第二運算跨導放大器gm1的反相輸入為採樣電路610的輸出峰值電壓Vcs_pk，即控制信號gate的上一週期內的電壓峰值；控制信號gate當前週期內的電壓Vcs(也即電流檢測電阻Rs上的電壓)輸入第二運算跨導放大器gm1的正相輸入端，該第二運算跨導放大器gm1的輸出端與第四電阻器R4串聯，第二電阻器R2的另一端接地。

差分放大電路620的輸出端與第四電阻器R4相連的節點與第三比較器630的正相輸入端相連，第三比較器630的反相輸入端的輸入為第5A圖中所示的電壓△V，輸出為第二控制信號OCP off。第二運算跨導放大器gm1根據峰值電壓Vcs_pk和電壓Vcs之間的電壓差值，根據設定的比例生成電流；該電流經過第四電阻器R4，產生壓降；因此，差分放大電路620輸出與峰值電壓Vcs_pk和電壓Vcs之間的電壓差相應的電壓，當該電壓大於第三比較器630的反相輸入端的輸入電壓△V時，第二控制信號OCP off變為高電平，控制開關W斷開。

在第一實施例中，雖可在電壓發生浪湧時，及時使第二控制信號OCP off變為高電平而斷開開關W，但該實施例中僅使用了一個採樣電容C3。當在採樣信號S1為高電平時，若電壓發生浪湧，將錯過檢測，無法使第二控制信號OCP off變為高電平。

第7A圖示出了根據本發明示例性的第二實施例的過流保護模組460的另一種具體實現電路。該示圖僅是示例，其不應當不當地限制申請專利範圍的範疇。本領域的技術人員在該示圖的基礎上將可進行適應性地變化、替代和修改。

第7B圖示出了如第7A圖所示的過流保護模組460的開關控制信號S1和S2以及電磁爐開關的控制信號gate的波形圖。

作為示例，第7A圖所示的示例性電路包括採樣電路710，差分放大電路720和第四比較器730。

採樣電路710包括一個電壓跟隨器、兩組開關電路和分別與該兩組開關電路相連的電容C4,C5。該電壓跟隨器包含一個運算放大器，電壓Vcs作為該運算放大器正相輸入端的輸入，該運算放大器的反相輸入端與其輸出端相連。運算放大器的輸出即為該電壓跟隨器的輸出。由於電壓跟隨器的放大倍數恆小於且接近於1，因此該電壓跟隨器的輸出電壓近似為電壓Vcs。電壓跟隨器可將其正相輸入端和輸出端的電路進行隔離。

兩組開關電路及與其相連的電容之間的連接關係如第7A圖所示。每組開關電路中，分別包括三個開關，第一個開關與後兩個並聯的開關串聯，在串聯的連接節點處，連接有一個採樣電容。作為示例，第一組開關電路包括電容C4，第二組開關電路包括電容C5，電容C4,C5的另一端接地。兩組開關電路中的第一個開關分別被第二採樣信號S2或第三採樣信號S3控制；每組開關電路的兩個並聯開關分別被第二採樣信號S2或第三採樣信號S3控制。第一組開關電路的並聯開關中被第二採樣信號S2控制的開關，與第二組開關電路的並聯開關中被第三採樣信號S3控制的開關相連，作為該採樣電路的第一輸出端；第一組開關電路的並聯開關中被第三採樣信號S3控制的開關，與第二組開關電路的並聯開關中被第二採樣信號S2控制的開關相連，作為該採樣電路的第二輸出端。當第二採樣信號S2或第三採樣信號S3為高電平時，相應的一組開關電路導通。

如第7B圖所示，採樣信號S2、第三採樣信號S3的週期均為控制信號gate的兩倍，且每個週期內，採樣信號S2或第三採樣信號S3為高電平的時間長度與控制信號gate在其每個週期內為高電平的時間相等。當採樣信號S2為高電平時，第三採樣信號S3為低電平；且當第三採樣信號S3為高電平時，採樣信號S2為低電平。因此，控制信號gate可視為採樣信號S2和第三採樣信號S3的疊加。

差分放大電路720包括一個第三運算跨導放大器gm2及一個第五電阻R5，其連接方式與第一實施例中的差分放大電路620的連接方式相同。採樣電路710的第一輸出端與該差分放大器的正相輸入端相連，採樣電 路710的第二輸出端與該差分放大器的反相輸入端相連。由第7A圖中的電路結構可見，當控制信號gate為高電平時，無論是採樣信號S2還是第三採樣信號S3為高電平，兩組開關電路有且僅有一組處於導通狀態；且無論哪一組開關電路導通，電壓跟隨器的輸出電壓Vcs將被輸入至差分放大電路720中第三運算跨導放大器gm2的正相輸入端，而上一採樣週期內採樣得到的峰值電壓Vcs_pk將被輸入至第三運算跨導放大器gm2的反相輸入端。

第四比較器730的正相輸入端的輸入為差分放大電路720的輸出，反相輸入端的輸入為第5A圖中所示的電壓△V，輸出為第二控制信號OCP off。第三運算跨導放大器gm2根據峰值電壓Vcs_pk和電壓Vcs之間的電壓差值，根據設定的比例生成電流；該電流經過第五電阻R5，產生壓降；因此，差分放大電路720輸出與峰值電壓Vcs_pk和電壓Vcs之間的電壓差相應的電壓，當該電壓大於第四比較器730的反相輸入端的輸入電壓△V時，第二控制信號OCP off變為高電平，控制開關W斷開。

根據本發明的示例性實施例，通過採用上述的過流保護模組，可對電磁爐的開關電壓進行即時監控，並在該開關的電壓超過預先設定的閾值時，及時發出控制信號以斷開該開關，從而為該電磁爐提供及時的過流保護。

另外，根據本發明示例性實施例，本發明採用功率控制模組和第二控制單元從而利用閉環調節開關的導通時間控制電磁爐的功率，使電磁爐在任何設定功率下都可以處於連續工作狀態，實現了電磁爐在全電壓輸入範圍內不間斷地連續工作，實現高功率因數的電磁爐系統。另外，根據本發明示例性實施例，通過採用閉環方式的類比電路可更精確快速地控制電磁爐的功率。

以上描述了本發明的優選實施例，但是，該實施例僅是示例性的，而不是要限制本發明的範圍，本發明的範圍由所附申請專利範圍及其等同物限定。

此外，儘管已經詳細描述了本發明及其優勢，但應該理解，可以在不背離所附申請專利範圍限定的本發明主旨和範圍的情況下，進行各種不同的改變、替換和更改；而且，本發明的範圍並不僅限於本說明書 中描述的系統、方法和步驟的實施例。作為本發明普通技術人員應理解，通過本發明，現有的或今後開發的用於執行和根據本發明所採用的技術方案基本相同的方式或獲得基本相同結果的方法和步驟根據本發明可以被使用。

610‧‧‧採樣電路

620‧‧‧差分放大電路

630‧‧‧第三比較器

C3‧‧‧採樣電容

gm1‧‧‧第二運算跨導放大器

OCP off‧‧‧第二控制信號

R4‧‧‧第四電阻器

S1‧‧‧控制信號/採樣信號

Vcs,△V‧‧‧電壓

Vcs_pk‧‧‧峰值電壓

k1‧‧‧開關

Claims (25)

1. 一種控制電路，包括：採樣電路，對第一電壓信號進行採樣並將經採樣的第一電壓信號作為第一輸出電壓信號輸出；差分放大電路，獲得與第一電壓信號與第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓；比較器，將該電壓與第一閾值電壓進行比較，當該電壓大於第一閾值電壓時，輸出第一控制信號以便於斷開電磁爐主回路中的第一開關。
2. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中，採樣電路包括由運算放大器構成的電壓跟隨器、開關和第一電容器，該電壓跟隨器的輸出端通過開關與第一電容器相連，第一電容器的另一端接地，第一電容器上的電壓信號作為第一輸出電壓信號輸入到差分放大電路；第一電壓信號輸入至該運算放大器的正相輸入端；用於控制該開關導通和斷開的第一採樣信號的週期與控制電磁爐主回路上的第一開關導通和斷開的第二控制信號的週期相同，並用於對第一電壓信號的峰值電壓進行採樣。
3. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中，採樣電路包括由運算放大器構成的電壓跟隨器、兩組開關電路和分別與該兩組開關電路相連的第二電容器、第三電容器，其中第二電容器和第三電容器上的電壓信號分別輸入到該差分放大電路，第一電壓信號輸入至該運算放大器的正相輸入端，兩組開關電路內的開關分別被第二採樣信號和第三採樣信號控制，該第二採樣信號和第三採樣信號的週期分別為控制電磁爐主回路上的第一開關導通和斷開的第二控制信號的週期的兩倍，第二和第三採樣信號疊加起來構成所述控制電磁爐主回路上的第一開關導通和斷開的第二控制信號，兩組開關電路中的任一組在導通時將第一電壓信號輸入到差分放大電路，並將兩組開關電路中的另一組對第一電壓信號進行採樣獲得的經採樣的第一電壓信號作為第一輸出電壓信號輸入到差分放大電路以便該差分放大電路獲得與第一電壓信號和第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓。
4. 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述的控制電路，其中，第一電壓信號與電磁爐主回路上的電流相應。
5. 一種控制電路，包括：第一控制單元，將與參考電壓和第一電壓信號的電壓之間的電壓差相應的電流進行積分獲得第二電壓信號，並將作為斜坡信號的第三電壓信號的電壓與第二電壓信號的電壓進行比較以輸出第一控制信號；將與第一電壓信號與對第一電壓信號進行採樣獲得的第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓與第一閾值電壓進行比較以輸出第二控制信號；由第一控制信號和第二控制信號得到第三控制信號；第二控制單元，將反映第四電壓信號的電壓變化的第五電壓信號的電壓與第二閾值電壓進行比較以輸出第四控制信號；第一邏輯控制單元，基於分別從第一控制單元和第二控制單元輸出的第三控制信號和第四控制信號輸出第五控制信號。
6. 如申請專利範圍第5項所述的控制電路，其中，第一控制單元包括：差分積分電路，包括第一運算跨導放大器和第一電容器，其中，通過第一運算跨導放大器生成與參考電壓和第一電壓信號的電壓之間的電壓差相應的電流並通過第一電容器對該電流進行積分以獲得第二電壓信號；第一比較器，將第三電壓信號與第二電壓信號進行比較以輸出第一控制信號，其中，當第三電壓信號的電壓大於第二電壓信號的電壓時，第一控制信號變為高電平，其中，當第五控制信號為高電平時，第三電壓信號的電壓上升；當第五控制信號為低電平時，第三電壓信號的電壓變為零。
7. 如申請專利範圍第6項所述的控制電路，其中，第一控制單元還包括過流保護模組，所述過流保護模組獲得與第一電壓信號與對第一電壓信號進行採樣獲得的第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓並將該電壓與第一閾值電壓進行比較以輸出第二控制信號，其中，當該電壓大於第一閾值電壓時，第二控制信號變為高電平。
8. 如申請專利範圍第7項所述的控制電路，其中，第一控制單元還包括：第二邏輯控制單元，由第一控制信號和第二控制信號得到第三控制信號，其中，第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號為電平信號，當第一控制信號或第二控制信號為高電平時，第三控制信號為高電平。
9. 如申請專利範圍第8項所述的控制電路，其中，第二控制單元包括第二 電容器、第一電阻器、第二電阻器、第三電阻器和第二比較器，其中，第二電阻器一端輸入第四電壓信號，另一端連接至第三電阻器和由第二電容器和第一電阻器所形成的串聯電路構成的並聯電路，並且第二電容器與第一電阻器相連接的節點處產生的第五電壓信號輸入至第二比較器以與第二閾值電壓進行比較並輸出第四控制信號，其中，當第二閾值電壓大於第五電壓信號的電壓時，第四控制信號變為高電平。
10. 如申請專利範圍第9項所述的控制電路，其中，第三控制信號、第四控制信號和第五控制信號為電平信號，其中，當第三控制信號為高電平時，第五控制信號為低電平，當第四控制信號為高電平時，第五控制信號為高電平。
11. 如申請專利範圍第9項所述的控制電路，其中，邏輯控制單元為RS觸發器，其中，第三控制信號輸入到RS觸發器的復位端，而第四控制信號輸入到RS觸發器的置位端。
12. 如申請專利範圍第5項所述的控制電路，其中，所述第五控制信號用於驅動連接在電磁爐主回路中的第一開關，第一電壓信號與電磁爐主回路上的電流相應，第四電壓信號與施加到電磁爐主回路的該第一開關上的電壓相應，參考電壓與電磁爐的設定功率相應。
13. 如申請專利範圍第7項所述的控制電路，其中，所述過流保護模組包括：採樣電路，對第一電壓信號進行採樣並將經採樣的第一電壓信號作為第一輸出電壓信號輸出；差分放大電路，獲得與第一電壓信號與第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓；比較器，將該電壓與第一電壓差進行比較，當該電壓大於第一電壓差時，輸出第二控制信號以便於斷開電磁爐主回路中的第一開關。
14. 如申請專利範圍第13項所述的控制電路，其中，採樣電路包括由運算放大器構成的電壓跟隨器、第二開關和第三電容器，該電壓跟隨器的輸出端通過開關與第三電容器相連，第三電容器的另一端接地，第三電容器上的電壓信號作為第一輸出電壓信號輸入到差分放大電路；第一電壓信號輸入至該運算放大器的正相輸入端；用於控制該第二開關導通和斷開的第一採 樣信號的週期與控制電磁爐主回路上的第一開關導通和斷開的第五控制信號的週期相同並用於對第一電壓信號的峰值電壓進行採樣。
15. 如申請專利範圍第13項所述的控制電路，其中，採樣電路包括由運算放大器構成的電壓跟隨器、兩組開關電路和分別與該兩組開關電路相連的第四電容器、第五電容器，其中，第四電容器和第五電容器上的電壓信號分別輸入到該差分放大電路，第一電壓信號輸入至該運算放大器的正相輸入端，兩組開關電路內的開關分別被第二採樣信號和第三採樣信號控制，該第二採樣信號和第三採樣信號的週期分別為控制電磁爐主回路上的第一開關導通和斷開的第五控制信號的週期的兩倍，第二採樣信號和第三採樣信號疊加起來構成所述控制電磁爐主回路上的第一開關導通和斷開的第五控制信號，兩組開關電路中的任一組在導通時將第一電壓信號輸出到差分放大電路，並將與兩組開關電路中的另一組在導通時對第一電壓信號進行採樣獲得的經採樣的第一電壓信號作為第一輸出電壓信號輸入到差分放大電路以便該差分放大電路獲得與第一電壓信號和第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓。
16. 一種控制方法，包括：對第一電壓信號進行採樣並將經採樣的第一電壓信號作為第一輸出電壓信號輸出；獲得與第一電壓信號與第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓；將該電壓與第一閾值電壓進行比較，當該電壓大於該第一閾值電壓時，輸出第一控制信號以斷開電磁爐主回路的第一開關。
17. 一種控制方法，包括：將與參考電壓和第一電壓信號的電壓之間的電壓差相應的電流進行積分獲得第二電壓信號，並將作為斜坡信號的第三電壓信號的電壓與第二電壓信號的電壓進行比較以輸出第一控制信號；獲得與第一電壓信號與對第一電壓信號進行採樣獲得的第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓，並將該電壓與第一閾值電壓進行比較以輸出第二控制信號；由第一控制信號和第二控制信號得到第三控制信號；將反映第四電壓信號的電壓變化的第五電壓信號的電壓與第二閾值電 壓進行比較以輸出第四控制信號；基於第三控制信號和第四控制信號輸出第五控制信號。
18. 如申請專利範圍第17項所述的控制方法，其中，當第三電壓信號的電壓大於第二電壓信號的電壓時，第一控制信號變為高電平。
19. 如申請專利範圍第18項所述的控制方法，其中，當與第一電壓信號與對第一電壓信號進行採樣獲得的第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓大於第一閾值電壓時，第二控制信號變為高電平。
20. 如申請專利範圍第19項所述的控制方法，其中，由第一控制信號和第二控制信號得到第三控制信號，並且，第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號為電平信號，當第一控制信號或第二控制信號為高電平時，第三控制信號為高電平。
21. 如申請專利範圍第20項所述的控制方法，其中，通過電容器和電阻器串聯連接所形成的串聯電路生成反映第四電壓信號的電壓的變化的第五電壓信號，其中，當第二閾值電壓大於第五電壓信號的電壓時，第四控制信號變為高電平。
22. 如申請專利範圍第21項所述的控制方法，其中，第三控制信號、第四控制信號和第五控制信號為電平信號，其中，當第三控制信號為高電平時，第五控制信號為低電平，當第四控制信號為高電平時，第五控制信號為高電平。
23. 如申請專利範圍第17項所述的控制方法，其中，當第五控制信號為高電平時，第三電壓信號的電壓上升；當第五控制信號為低電平時，第三電壓信號的電壓變為零。
24. 如申請專利範圍第17項所述的控制方法，其中，所述第五控制信號用於驅動連接在電磁爐主回路中的第一開關，第一電壓信號與電磁爐主回路上的電流相應，第四電壓信號與施加到電磁爐主回路的該第一開關上的電壓相應，參考電壓與電磁爐的設定功率相應。
25. 一種包括如申請專利範圍第1-15項中的任一項申請專利範圍所述的控制電路的電磁爐。