TWI558272B - Induction Cooker and control circuit and control method for induction cooker - Google Patents

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電磁爐及用於電磁爐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，本發明涉及一種電磁爐及用於電磁爐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1，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2內食物。當線圈中通過高頻電流時，線圈1周圍產生高頻交變磁場。在高頻交變磁場中產生的磁力線3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4，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)。
全波整流橋對輸入的交流電AC IN進行全波整流得到單向脈動直流電，並經過由電感L和電容器C串聯構成的LC濾波器對經過整流橋進行整流後得到的單向脈動直流電進行LC濾波，從而在電感L和電容器C相連接的點形成正弦半波電壓Vin。由電磁線圈MC和電容器C0並聯構成的諧振電路的一端連接至電感L和電容器C相連接的點，另一端與開關W連接。開關W不斷地導通和斷開，導通時輸入電壓Vin加在電磁線圈MC兩端，流過電磁線圈MC和與其並聯的電容器C0的正向電流增加，斷開時電磁線圈MC與並聯的電容器C0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，流過電磁線圈MC的變化電流形成高頻的交變磁場。交變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。因此，電磁爐是通過控制開關W的通斷來調節功率。
傳統的電磁爐都是利用微控制單元(Microcontroller Unit,MCU)，在功率大於某個預定值(例如1000W)時，採取調節導通時間Ton的控制方式，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時間對應一個功率；而當功率小於該預定值時，控制信號如第3圖所示，導通時間Ton固定在某個固定值，通過微控制單元(MCU)計算功率來調節開關W工作的時間T1和不工作的時間T2以將輸出功率調節到設定值。
所以，傳統的電磁爐在設定功率較小時工作狀態不連續，鍋裡的水或者食物在開關W工作的時間T1內處於沸騰狀態，在開關W不工作的時間T2內會降溫而導致無法連續沸騰。這樣的工作方式從本質上來說無法真正實現小功率的工作狀態，並且會比連續的煮沸狀態需要煮熟食物的時間更長，也更費電。
下面對第2圖的工作狀態進行分析，瞭解第2圖這種架構是如何產生交變磁場。
在開關W閉合時，設定開關W的導通時間段為Ton，整流後半波電壓經過電磁線圈MC和閉合的開關形成回路，電磁線圈MC是一個線性電感，流過電磁線圈MC的電流持續增加。
一般而言，由於開關W的導通時間Ton較小，因此流過電磁線圈MC的電流近似為線性增加，L．△i L =V input sinθ．T on (1)公式(1)中，通過電磁線圈MC的電流為△i L ，θ為交流輸入電壓Vin的相位角，Vinput輸入電壓Vin的波峰。由於輸入電壓為一正弦波形電壓，Vinput˙sinθ為不同相位角下的輸入電壓值。
由公式(1)可得，
另外，設定開關W的斷開時間段為Toff，開關W斷開後，儲存在電磁線圈MC中的能量轉移到並聯的諧振電容器C0，形成LC諧振回路。
諧振頻率為：
其中，L為電磁線圈MC的電感值，C為與電磁線圈MC並聯的諧振電容器C0的電容值。
當儲存在電磁線圈MC中的能量全部轉移到電容器C0上後，電容器C0電壓最高，此時加在開關W上的電壓達到諧振波峰。
將公式(2)代入公式(3)，可得：
因此，開關W上諧振電壓的波峰VPEAK也和交流輸入電壓一樣呈現為正弦變化。當電磁爐的功率設定在最大時，開關W的導通時間Ton也達到最大，由於交流輸入電壓不穩定，具有一定的波動範圍為176V~264V，若輸入電壓為高壓264V，諧振的波峰會接近1200V，甚至達到開關W的耐壓值，這樣開關W有可能會過壓損壞。
當諧振處於波峰時，可能會對開關W造成損壞；同樣，當諧振處於波谷時，也可能對開關W造成不良影響。
當電容器C0上的能量全部轉移到電感L上形成負向的電流，電感L的能量又全部轉移到電容器C0上形成反向的電壓，如第5圖所示，開關W上的電壓將達到諧振波谷，此時：V VALLEY =2．V input sinθ-V PEAK (5)將公式(4)代入公式(5)，可得：
其中，VVALLEY為諧振的波谷電壓。從上述公式(6)可見，開關上諧振的波谷電壓也和交流輸入電壓一樣呈現為正弦變化。當電磁爐的功率設定在最小時，開關的導通時間Ton也最短；由於交流輸入電壓不穩定有一定的波動範圍在176V~264V，若輸入電壓為高壓264V，諧振的波谷 電壓會超過100V甚至更高，此時如果導通開關W，該開關W會因損耗過大而被損壞。
由上可見，若對開關W上的諧振電壓進行控制，包括波峰電壓和波谷電壓，將會提高開關W的使用壽命，增強電磁爐使用時的安全性。
以上分析在回路阻抗近似為0的條件下進行，當有電磁爐負載接入時，回路阻抗會增加，但分析方法不變。
第4圖表示現有技術中利用微控制單元(MCU)控制開關W的諧振波峰的工作原理。由於MCU不能即時監控開關W的諧振波峰，而只在開關W上的電壓超過過壓點時才會通過程式減小下一週期的導通時間，即將下一週期的導通時間調整為Ton-△T，這種控制方式無法從根本上避免過壓，而且由於使用數位控制，導通時間Ton的變化是不連續的，在過壓時會帶來環路不穩定。
同樣電磁爐在高壓輕載的情況下，由於導通時間Ton減小，儲存在電感中的能量減小，所以諧振波谷電壓會高於預定電壓(例如，50V)，甚至可能超過150V。因此，利用MCU進行控制的方法無法即時檢測並控制諧振波谷電壓，在波谷導通電壓較高時，由於導通時開關W的開啟波峰電流很大，有可能損傷開關W。
第5圖是在電磁爐工作中發生浪湧時的電壓波形，輸入電壓Vin電壓衝高，加在電磁線圈電感上的電壓升高，通過電感的電流的斜率Iw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Iw的波峰Ipk將比上一週期顯著增加，根據，此時開關W上的電壓Vw將會增大，如果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Vw的公式中，VW為開關W的集電極電壓波峰，Ipk為流過開關W的集電極-發射極CE電流波峰，L為電磁爐線圈電感，C為並聯在電磁爐電感上的電容器的電容值。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。
另外，利用微控制單元(MCU)控制的環路無法對絕緣閘雙極電晶體(IGBT)的諧振波峰與諧振波谷電壓進行有效的控制。電磁爐中使用的開關W(例如絕緣閘雙極電晶體，IGBT)的耐壓例如可達到約1200V，但是在輸入最大功率(例如2000W)的工作條件下，開關W的諧振波峰會超過耐壓值，所以需要外加干預將開關W的諧振波峰控制在耐壓值以內。
為了解決以上所描述MCU控制的弊端，在本發明中引入類比與數位控制相結合的方式。
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，提供了一種用於電磁爐的控制電路，包括：數位控制部分，根據從類比控制部分接收的與電磁爐的經整流的輸入電壓相應的第一電壓信號以及與電磁爐主回路電流相應的第二電壓信號計算電磁爐的實際輸入功率，並將電磁爐的實際輸入功率與用戶設定的功率進行比較來改變第一參考電壓以使得電磁爐的實際輸入功率與設定功率的差值足夠小，並將該第一參考電壓輸入至類比控制部分；類比控制部分，基於從數位控制部分輸入的第一參考電壓以及與電磁爐主回路電流相應的第二電壓信號對電磁爐主回路開關進行控制。
根據本發明的另一方面，所述類比控制電路可包括：第一控制單元，將與第一參考電壓和第二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三電壓信號，並將作為斜坡信號的第四電壓信號的電壓與第三電壓信號的電壓進行比較以輸出第一控制信號；第二控制單元，基於將反映第五電壓信號的電壓變化的第六電壓信號的電壓與第一閾值電壓 進行比較的結果以及將第一電壓信號與第五電壓信號的比較結果輸出第二控制信號；邏輯控制單元，基於第一控制信號和第二控制信號輸出第三控制信號以對電磁爐主回路開關進行控制，其中，第五電壓信號與施加到電磁爐主回路開關上的電壓相應。
根據本發明的另一方面，所述第一控制單元可包括：諧振波峰控制電路，對電磁爐主回路開關的諧振波峰電壓進行採樣，利用採樣得到的諧振波峰電壓生成第一補償電流，所述第一控制單元通過將諧振波峰控制電路生成的第一補償電流與恆定電流相加利用電容器生成作為斜坡信號的第四電壓信號。
根據本發明的另一方面，所述第一控制單元還可包括：諧振波谷控制電路，對電磁爐主回路開關的諧振波谷電壓進行採樣，利用採樣得到的諧振波谷電壓生成第二補償電流，其中，所述第一控制單元通過將恆定電流與諧振波谷控制電路生成的第二補償電流相減利用電容器生成作為斜坡信號的第四電壓信號。
根據本發明的另一方面，在諧振波峰控制電路中，可通過第一RC(Resistor-Capacitor)積分電路將採樣得到的諧振波峰電壓輸入第一電壓控制電流源的正相輸入端，並將第二參考電壓輸入第一電壓控制電流源的反相輸入端以生成第一補償電流。
根據本發明的另一方面，在諧振波谷控制電路中，可通過第二RC積分電路將採樣得到的諧振波谷電壓輸入第二電壓控制電流源的正相輸入端，並將第三參考電壓輸入第二電壓控制電流源的反相輸入端以生成第二補償電流。
根據本發明的另一方面，在諧振波峰控制電路和諧振波谷控制電路中，可分別利用電壓跟隨器電路將採樣得到的電壓輸入至第一RC積分電路和第二RC積分電路。
根據本發明的另一方面，在諧振波峰控制電路中，可將採樣得到的諧振波峰電壓與第四參考電壓相比較來生成第一脈衝信號，利用第一脈衝信號對第一電壓信號進行採樣，並將第一電壓信號和採樣得到的第一電壓信號分別輸入到第三電壓控制電流源的正相輸入端和反相輸入端以 生成第一補償電流。
根據本發明的另一方面，在諧振波谷控制電路中，可將採樣得到的諧振波谷電壓與第五參考電壓相比較來生成第二脈衝信號，利用第二脈衝信號對第一電壓信號進行採樣，並將第一電壓信號和採樣得到的第一電壓信號分別輸入到第四電壓控制電流源的正相輸入端和反相輸入端以生成第二補償電流。
根據本發明的另一方面，該邏輯控制單元可以為RS觸發器，第一控制信號輸入到RS觸發器的復位端，而第二控制信號輸入到RS觸發器的置位端，當第一控制信號為高電平時，從邏輯控制單元輸出的第三控制信號為低電平，電磁爐主回路開關斷開；當第二控制信號為高電平時，從邏輯控制單元輸出的第三控制信號為高電平，電磁爐主回路開關導通。
根據本發明的另一方面，所述類比控制電路還可包括：第三控制單元，用於產生保護控制信號，所述第三控制單元包括浪湧保護電路，所述浪湧保護電路包括：採樣電路，對第二電壓信號進行採樣並將經採樣的第二電壓信號作為第一輸出電壓信號輸出；差分放大電路，獲得與第二電壓信號與第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓；第一比較器，將該電壓與第二閾值電壓進行比較以輸出作為保護控制信號的第四控制信號，其中，將第四電壓信號的電壓與第三電壓信號的電壓進行比較獲得的結果與保護控制信號進行邏輯或運算之後得到第一控制信號；其中，採樣電路對第二電壓信號進行採樣的採樣信號的週期與控制電磁爐主回路開關導通和斷開的第三控制信號的週期相同，並用於對第二電壓信號的波峰電壓進行採樣。
根據本發明的另一方面，採樣電路可包括由運算放大器構成的電壓跟隨器、第一開關和第一電容器，該電壓跟隨器的輸出端通過第一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；第二電壓信號輸入至該運算放大器的正相輸入端。
根據本發明的另一方面，所述第三控制單元還可包括第一電壓信號的過壓保護電路、電磁爐主回路電流的過流保護電路、電磁爐主回 路開關上的開關電壓的過壓保護電路中的至少一個保護電路，其中，所述第一電壓信號的過壓保護電路通過將第一電壓信號與第一預定電壓相比較而實現，所述電磁爐主回路電流的過流保護電路通過將與電磁爐主回路電流相應的電壓與第二預定電壓相比較而實現，所述開關電壓的過壓保護電路通過將反映電磁爐主回路開關上的電壓與第三預定電壓相比較而實現，通過對第三控制單元中包含的保護電路的輸出進行邏輯或運算之後獲得保護控制信號。
根據本發明的另一方面，所述第二控制單元可包括第二電容器和第一電阻器，所述第二電容器與第一電阻器相連接的節點處產生的第六電壓信號輸入至第二比較器以與第一閾值電壓進行比較，其中，當第六電壓信號的電壓小於第一閾值電壓並且第一電壓信號大於第五電壓信號時輸出的第二控制信號為高電平。
一種包括如上所述的控制電路的電磁爐。
根據本發明的另一方面，提供了一種用於電磁爐的控制方法，包括：根據與電磁爐的經整流的輸入電壓相應的第一電壓信號以及與電磁爐主回路電流相應的第二電壓信號計算電磁爐的實際輸入功率，並將電磁爐的實際輸入功率與用戶設定的功率進行比較來改變第一參考電壓以使得電磁爐的實際輸入功率與設定功率的差值足夠小；基於第一參考電壓以及第二電壓信號對電磁爐主回路開關進行控制。
根據本發明的另一方面，所述基於第一參考電壓以及第二電壓信號對電磁爐主回路開關進行控制的步驟可包括：將與第一參考電壓和第二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三電壓信號，並將作為斜坡信號的第四電壓信號的電壓與第三電壓信號的電壓進行比較以輸出第一控制信號；基於將反映第五電壓信號的電壓變化的第六電壓信號的電壓與第一閾值電壓進行比較的結果以及將第一電壓信號與第五電壓信號的比較結果輸出第二控制信號；以及基於第一控制信號和第二控制信號輸出第三控制信號以對電磁爐主回路開關進行控制，其中，第五電壓信號與施加到電磁爐主回路開關上的電壓相應。
根據本發明的另一方面，可對電磁爐主回路開關的諧振波峰 電壓進行採樣，利用採樣得到的諧振波峰電壓生成第一補償電流，通過將第一補償電流與恆定電流相加利用電容器生成作為斜坡信號的第四電壓信號。
根據本發明的另一方面，可對電磁爐主回路開關的諧振波谷電壓進行採樣，利用採樣得到的諧振波谷電壓生成第二補償電流，通過將恆定電流與第二補償電流相減利用電容器生成作為斜坡信號的第四電壓信號。
根據本發明的另一方面，可通過第一RC積分電路將採樣得到的諧振波峰電壓輸入第一電壓控制電流源的正相輸入端，並將第二參考電壓輸入第一電壓控制電流源的反相輸入端以生成第一補償電流。
根據本發明的另一方面，可通過第二RC積分電路將採樣得到的諧振波谷電壓輸入第二電壓控制電流源的正相輸入端，並將第三參考電壓輸入第二電壓控制電流源的反相輸入端以生成第二補償電流。
根據本發明的另一方面，可將採樣得到的諧振波峰電壓與第四參考電壓相比較來生成第一脈衝信號，利用第一脈衝信號對第一電壓信號進行採樣，並將第一電壓信號和採樣得到的第一電壓信號分別輸入到第三電壓控制電流源的正相輸入端和反相輸入端以生成第一補償電流。
根據本發明的另一方面，可將採樣得到的諧振波谷電壓與第五參考電壓相比較來生成第二脈衝信號，利用第二脈衝信號對第一電壓信號進行採樣，並將第一電壓信號和採樣得到的第一電壓信號分別輸入到第四電壓控制電流源的正相輸入端和反相輸入端以生成第二補償電流。
根據本發明的另一方面，當第一控制信號為高電平時，第三控制信號為低電平，電磁爐主回路開關斷開；當第二控制信號為高電平時，第三控制信號為高電平，電磁爐主回路開關導通。
根據本發明的另一方面，所述方法還可包括：對第二電壓信號進行採樣並將經採樣的第二電壓信號作為第一輸出電壓信號輸出；獲得與第二電壓信號與第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓；將該電壓與第二閾值電壓進行比較以輸出保護控制信號，其中，將第四電壓信號的電壓與第三電壓信號的電壓進行比較獲得的結果與保護控制信號進行邏輯 或運算之後得到第一控制信號；其中，對第二電壓信號進行採樣的採樣信號的週期與控制電磁爐主回路開關導通和斷開的第三控制信號的週期相同，並用於對第二電壓信號的波峰電壓進行採樣。
710,1410‧‧‧功率控制單元
720,1420‧‧‧波谷檢測單元
730,1430‧‧‧邏輯控制單元
810‧‧‧差分積分電路
820‧‧‧斜坡信號發生器
830,Com130,Com131,1530‧‧‧比較器
1440‧‧‧保護控制單元
1510‧‧‧採樣電路
1520‧‧‧差分放大電路
C,C0,C2,C81,C83,C84,C85,C86,C111,C112,C113,C114,C130‧‧‧電容器
C82‧‧‧電容
C151‧‧‧採樣電容
comp‧‧‧電壓信號
Enable‧‧‧工作使能信號
gm‧‧‧運算跨導放大器
Gate,on,off,Surge-off‧‧‧控制信號
Ics_ave‧‧‧平均電流
i‧‧‧恆定電流
i1‧‧‧第一補償電流
i2‧‧‧第二補償電流
K81,K82,K83,K111,K111,K112,K113,K114,K151,W‧‧‧開關
L‧‧‧電感
MC‧‧‧電磁線圈
op‧‧‧運算放大器
Protection‧‧‧保護控制信號
R61,R62‧‧‧電阻
Rs‧‧‧電流檢測電阻
R63,R64,R81,R82,R130,R151‧‧‧電阻器
ramp‧‧‧斜坡信號
S1‧‧‧採樣信號
Ts1,Ts2‧‧‧脈衝信號
Vin,Vw,Vcs,Vc1,Vc2,V1,V2,Vcs_pk‧‧‧電壓
Vref‧‧‧參考電壓
Vref1‧‧‧第一參考電壓
Vref2‧‧‧第二參考電壓
Vth,Vthoc1‧‧‧閾值電壓
Vth-oc‧‧‧閾值
Vth-surge‧‧‧浪湧保護差值
Vth_surge‧‧‧電壓差值
vccs1‧‧‧第一電壓控制電流源
vccs2‧‧‧第二電壓控制電流源
Vs1‧‧‧波峰電壓
Vs2‧‧‧波谷電壓
ZDO‧‧‧過零檢測輸出信號
Vcs-ave,Vin-ave‧‧‧平均電壓
第1圖示出了電磁爐的工作示意圖。
第2圖是現有技術中電磁爐工作的主回路的示意圖。
第3圖是現有技術中通過微控制單元(MCU)計算功率來調節開關的工作時間和不工作時間的示意圖。
第4圖表示現有技術中利用微控制單元(MCU)控制開關的諧振波峰的工作原理。
第5圖是在電磁爐工作中發生浪湧時的電壓波形。
第6圖示出了根據本發明示例性實施例的利用類比控制部分和數位控制部分相結合來實現對電磁爐主回路上的開關的控制的電路示意框圖。
第7圖示意性地示出根據本發明示例性實施例的第6圖所示的用於電磁爐的類比控制部分的框圖。
第8圖示出了第7圖中示出的功率控制單元的一個具體示例。
第9A圖表示諧振波峰控制部分中各信號的波形，第9B圖示出了諧振波谷控制部分中各信號的波形。
第10A圖示出進行諧振波峰控制前後的諧振波峰包絡的前後對比以及輸入電壓的波形圖。
第10B圖示出進行諧振波谷控制前後的諧振波谷包絡的前後對比以及輸入電壓的波形圖。
第11圖是根據本發明第二實施例的第8圖中諧振電壓控制模組的一種具體實現電路。
第12A圖和第12B圖分別示出了諧振波峰控制部分以及諧振波谷控制部分中各信號的波形。
第13圖示出根據本發明示例性實施例的第7圖所示的波谷檢測單元的示意性的電路圖。
第14圖示意性地示出根據本發明另一示例性實施例的類比控制部分的框圖。
第15圖示出浪湧保護電路的示例。
第16A圖示出電磁爐主回路開關的控制信號、第15圖所示的浪湧保護電路中的開關的採樣信號，以及電磁爐主回路中的感測電阻上的電壓的波形圖。
第16B圖示出根據第15圖所示的浪湧保護電路進行浪湧保護後的電壓閾值變化的示圖。
第17圖示出了保護控制單元中保護信號之間的結合的示意性示例。
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，同時，本發明中所提供的附圖僅作為示意的目的，其不應當不當地限制申請專利範圍的範疇。在不脫離申請專利範圍所保護的範疇的情況下，本領域的技術人員可在結合附圖描述的實施例的基礎上進行適應性地變化、替代和修改。
第6圖中示出了根據本發明示例性實施例的利用類比控制部分和數位控制部分相結合來實現對電磁爐主回路上的開關W的控制的電路示意框圖。
如第6圖所示，對整流後的電壓在輸入由電磁線圈MC和電容器C0構成的諧振電路的一端的同時也輸入由電阻R61和R62所構成的串聯電路，並將這兩個電阻相連接的節點處的電壓Vin輸入至類比控制部分和數位控制部分。另外，諧振電路的另一端與電阻器R63和R64所構成的串聯電路以及開關W相連接，並將電阻器R63和R64相連接的節點處的電壓Vw輸入至類比控制部分。
數位控制部分與類比控制部分協同工作並設定類比部分工作狀態。數位控制部分向類比控制部分傳送正常工作使能信號Enable以及與電磁爐的設定功率相應的參考電壓Vref。另外，在類比控制部分包括保護電路的情況下，所述數位控制部分還可以向類比控制部分傳送用於電磁爐主回路開關W的過流保護的閾值Vth-oc和/或浪湧保護差值Vth-surge等。這裡，工作使能信號Enable在高電平時使類比控制部分正常工作以對電磁爐主回路上的開關W進行控制。當使用者設定開機後，數位控制部分從電磁爐面板上檢測到需要開始工作則立即向類比控制部分發送使能信號Enable以使得類比控制部分進行工作。開關W的過流保護閾值設置閾值Vth_oc和浪湧保護差值Vth_surge可以根據不同的電磁爐系統而設定不同的閾值，以確保保護的可靠性。
另外，數位控制部分向類比控制部分輸出與使用者設定的功率相應的參考電壓Vref，以便於類比控制部分根據該參考電壓Vref對電磁爐主回路上的開關W進行控制。
作為示例，類比控制部分可以向數位控制部分輸出電流檢測電阻Rs上的電壓Vcs、過零檢測輸出信號ZDO，如果類比控制部分包括保護電路，類比控制部分還向數位控制部分輸出保護控制信號Protection。這裡，通過比較器來實現輸入電壓Vin的過零檢測，例如將輸入電壓Vin輸入至比較器的反相輸入端，而比較器的正相輸入端輸入預定電壓，從而在比較器的輸出端輸出過零檢測輸出信號ZDO。
根據本發明示例性實施例，數位控制部分將利用電流檢測電阻Rs上的電壓Vcs的平均電壓Vcs-ave和電流檢測電阻Rs的電阻值來計算平均電流Ics_ave，並將平均電流Ics_ave與輸入電壓Vin的平均電壓Vin-ave相乘來計算電磁爐的實際輸入功率，並將電磁爐的實際輸入功率與用戶設定的功率進行比較來改變輸入到類比控制部分的參考電壓Vref的值以對類比控制部分進行控制，從而使實際輸入功率與設定功率的差值足夠小。具體來講，若實際輸入功率小於設定功率則增加參考電壓Vref的值，若實際輸入功率大於設定功率則減小參考電壓Vref的值，直到實際輸入功率與設定功率的差值足夠小為止。
另外，根據本發明示例性實施例，如果類比控制部分包括保護電路，保護控制信號Protection則被儲存在包括在類比控制部分中的寄存器(在類比控制部分中未示出)中，並且數位控制部分從寄存器中讀取該保護控制信號Protection，並在保護解除後數位控制部分需要給類比控制部分工作使能信號Enable，從而類比部分可以重新開始工作。另外，由於輸入電壓Vin在諧振波谷時能量最低，所以為了安全考慮，類比控制部分在工作使能信號Enable和過零檢測輸出信號ZDO均為高電平時才開始工作。
第7圖示意性地示出了根據本發明示例性實施例的第6圖所示的用於電磁爐的類比控制部分的框圖。如第7圖所示，所述類比控制部分包括功率控制單元710、波谷檢測單元720、邏輯控制單元730。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的功率進行控制。下面，為了描述簡便而將該類比控制部分應用於電磁爐功率控制中。
功率控制單元710接收與電磁爐的設定功率相應的參考電壓Vref以及與電磁爐主回路上的電流大小相應的電壓信號(例如，電流檢測電阻Rs上的電壓Vcs)，對與這些信號的電壓差(即誤差信號)相應的電流進行積分然後將獲得的電壓與斜坡信號ramp的電壓進行比較以向邏輯控制單元730輸出用於控制開關W斷開的控制信號off，其中，控制信號off是電平信號，當控制信號off為高電平時，可控制電磁爐主回路上的開關W斷開。
另外，作為本發明的另一示例，功率控制單元710還利用從電磁爐主回路中引出電壓Vw產生補償電流改變斜坡信號ramp的斜率進而對開關W的導通時間進行控制。
波谷檢測單元720接收電壓Vw和Vin，並將電壓Vw和Vin進行比較，同時將反映電壓Vw的電壓變化的電壓與閾值電壓Vth進行比較，基於上述兩個比較結果向邏輯控制單元730輸出用於控制開關W導通的控制信號on。其中，控制信號on為電平信號。當控制信號on為高電平時，可控制開關W導通。
邏輯控制單元730基於分別從功率控制單元710和波谷檢測單元720輸出的控制信號off和控制信號on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，邏輯控制單元730是RS觸發器，功率控制單元710的輸出連接到RS觸發器的復位端，而波谷檢測單元720的輸出連接到RS觸發器的置位端。也就是說，控制信號off輸入到RS觸發器的重定端而控制信號on輸入到RS觸發器的置位端。RS觸發器的輸出端Q連接至開關W的控制端以控制開關W的導通和斷開。這裡，僅作為示例而不作為限制，開關W可以為絕緣閘雙極電晶體開關。
第8圖示出了第7圖中示出的功率控制單元710的一個具體示例。
如第8圖所示，功率控制單元710包括差分積分電路810、斜坡信號發生器820和比較器830。差分積分電路810包括運算跨導放大器gm和電容器C81。將與電磁爐的設定功率相應的參考電壓Vref與電壓Vcs輸入到運算跨導放大器gm以對與這些信號的電壓差(即誤差信號)相應的電流進行積分。其中，與設定功率相應的參考電壓Vref輸入到運算跨導放大器gm的正相輸入端而電壓Vcs輸入到運算跨導放大器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。運算跨導放大器gm的輸出端連接到電容器C81，從而利用電容器C81對從運算跨導放大器gm輸出的電流進行積分，得到電容器C81上的電壓信號comp。另外，電壓信號comp輸入到比較器830的反相輸入端。
斜坡信號發生器820可用於生成斜坡信號ramp，並將該斜坡信號ramp輸入至比較器830的正相輸入端。比較器830將斜坡信號發生器820生成的斜坡信號ramp與從差分積分電路810輸出的電壓信號comp進行比較，以向第7圖所示的邏輯控制單元730輸出控制信號off。當斜坡信號ramp的電壓高於電壓信號comp的電壓時，從比較器830輸出(也即從功率控制單元710輸出)的控制信號off變為高電平，從而使得從邏輯控制單元730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。
作為簡單示例，斜坡信號發生器820可包括電容C82、電流源和開關K81。其中，斜坡信號ramp與控制信號Gate同步變化。當開關W導通時，也即控制信號Gate輸出高電平時，開關K81斷開，通過電流源對電容 C82充電，斜坡信號ramp的電壓逐漸上升；當開關W斷開時，也即控制信號Gate輸出低電平時，開關K81導通，通過開關K81對電容C82快速放電，斜坡信號ramp的電壓急劇下降為0。
根據本發明的另一示例性實施例，所述斜坡信號發生器820還可包括由諧振波峰控制電路和諧振波谷控制電路中的至少一個構成的諧振電壓控制電路。所述諧振電壓控制電路用於根據諧振電壓值提供用於改變斜坡信號ramp的斜率的補償電流。當開關W導通時，也即控制信號Gate輸出高電平時，開關K81斷開，電流源輸出的恆定電流i與諧振電壓控制電路輸出的補償電流一起對電容器C2充電，斜坡信號ramp的電壓逐漸上升。
第8圖示出了諧振波峰控制電路和諧振波谷控制電路的一種示例。諧振波峰控制部分中各信號的波形如第9A圖所示，諧振波谷控制部分中各信號的波形如第9B圖所示。
在諧振波峰控制電路中，開關K82的一端輸入電磁爐主回路上的開關電壓Vw(如第6圖所示)，開關K82另一端與電容器C83相連，電容器C83的另一端接地。作為示例，電容器C83的電容值可為10pF。開關K82與電容器C83相連的一端，與將其輸出端連接至其反相輸入端而構成第一跟隨器電路的運算放大器的正相輸入端相連。開關K82受波峰採樣信號控制而導通或斷開，波峰採樣信號為一脈衝信號，如第9A圖所示，當電壓Vw在每個週期內處於波峰位置時，該波峰採樣信號為高電平，開關K82導通。當開關K82導通時，電容器C83與開關K82相連的一端為諧振電壓Vw的波峰電壓Vs1的瞬時值；當開關K82斷開，電容器C83上仍保持該波峰電壓Vs1，並輸入運算放大器的正相輸入端。運算放大器的輸出端與其反相輸入端相連，並連接至一個由電阻器R81和電容器C84構成的RC積分電路，其中電阻器R81與電容器C84相連接的節點與第一電壓控制電流源vccs1的正相輸入端相連。電容器C84上的電壓Vc1輸入第一電壓控制電流源vccs1的正相輸入端。第一參考電壓Vref1輸入第一電壓控制電流源vccs1的反相輸入端，第一電壓控制電流源vccs1生成與電壓Vc1與第一參考電壓Vref1之間的電壓差值成正比例的第一補償電流i1，第一補償電流i1與電流源輸出的恆定電流i相加之後，對電容C82充電生成斜坡信號ramp。
作為另一示例，在上述諧振波峰控制電路中，也可以不需要第一跟隨器電路，其餘部分的電路不變。即，開關K82與電容器C83相連的一端，直接與電阻器R81和電容器C84組成的RC積分電路相連，電容器C84上的電壓Vc1輸入第一電壓控制電流源vccs1的正相輸入端。
在諧振波谷控制電路中，開關K83的一端輸入電磁爐主回路上的開關電壓Vw(如第6圖所示)，另一端與電容器C85相連，電容器C85的另一端接地。作為示例，電容器C85的電容值可為10pF。開關K83與電容器C85相連的一端，與其輸出端連接至其反相輸入端從而構成第二跟隨器電路的運算放大器的正相輸入端相連。開關K83受波谷採樣信號控制而導通或斷開，波谷採樣信號為一脈衝信號，如第9B圖所示，當控制電磁爐主回路的開關W的控制信號Gate的低電平在每個週期內接近於結束時，該波谷採樣信號為高電平，開關K83導通。當開關K83導通時，電容器C85與開關K83相連的一端為諧振電壓Vw的波谷電壓Vs2；當開關K83斷開，電容器C85上仍保持該波谷電壓Vs2，並輸入運算放大器的正相輸入端。運算放大器的輸出端與其反相輸入端相連，並連接至由電阻器R82和電容器C86構成的RC積分電路，其中電阻器R82與電容器C86相連接的節點與第二電壓控制電流源vccs2的正相輸入端相連。電容器C86上的電壓Vc2輸入第二電壓控制電流源vccs2的正相輸入端。第二參考電壓Vref2輸入第二電壓控制電流源vccs2的反相輸入端，第二電壓控制電流源vccs2生成與電壓Vc2與第二參考電壓Vref2之間的電壓差值成正比例的第二補償電流i2，第二補償電流i2與電流源輸出的恆定電流i相減之後，對電容器C2充電生成斜坡信號ramp。
在上述諧振波谷控制部分中，也可以不需要該第二跟隨器電路，其餘部分的電路不變。即，開關K83與電容器C85相連的一端，直接與電阻器R82和電容器C86組成的RC積分電路相連，電容器C86上的電壓Vc2輸入第二電壓控制電流源vccs2的正相輸入端。
該第一實施例中，通過閉環的方法調節斜坡信號ramp的斜率，從而將諧振電壓的波峰和波谷分別控制在第一參考電壓Vref1和第二參考電壓Vref2附近。
第10A圖示出了進行諧振波峰控制前後的諧振波峰包絡的 前後對比以及輸入電壓Vin(如第6圖所示)的波形圖。如第10A圖所示，若不加入諧振電壓的波峰控制，開關W上諧振電壓的波峰包絡隨輸入電壓Vin的變化而呈現為正弦波；當輸入電壓Vin處於波峰時，諧振電壓也將處於諧振電壓波峰包絡的波峰位置，此時諧振電壓將會超過預先設定的第一參考電壓Vref1。當加入諧振波峰電壓控制後，若諧振電壓的波峰超過第一參考電壓Vref1，將會通過增大斜坡信號ramp的斜率而減小導通時間Ton，使諧振電壓的波峰被保持於第一參考電壓Vref1。
第10B圖示出了進行諧振波谷控制前後的諧振波谷包絡的前後對比以及輸入電壓Vin的波形圖。若不對諧振電壓的波谷進行控制，開關W上諧振電壓的波谷隨輸入電壓Vin(如第6圖所示)的變化而呈現為正弦波；當輸入電壓Vin處於波峰時，諧振電壓也將處於諧振電壓波谷包絡的波峰位置，此時的諧振電壓將會超過第二參考電壓Vref2。當加入諧振波谷電壓控制後，若諧振電壓的波谷超過第二參考電壓Vref2，將會通過減小斜坡信號ramp的斜率而延長導通時間Ton，使得諧振電壓的波谷控制於第二參考電壓Vref2。
由於在進行諧振電壓的控制時，電磁爐系統需保持預先設定的功率，因此電磁爐中的電路系統會自動調節，使諧振的波峰電壓Vs1和波谷電壓Vs2分別保持於第一參考電壓Vref1和第二參考電壓Vref2附近的時間，相比較於未進行諧振電壓控制的條件下諧振電壓的波峰和波谷分別超過第一參考電壓Vref1和第二參考電壓Vref2的時間要更長。反映到波形圖上，可以直觀地看到，在加入諧振電壓控制後，諧振波峰電壓Vs1和波谷電壓Vs2分別將更快地上升到第一參考電壓Vref1和第二參考電壓Vref2，並且分別從第一參考電壓Vref1和第二參考電壓Vref2下降的速度也將更快。
第11圖是根據本發明第二實施例的第8圖中諧振電壓控制模組的一種具體實現電路。本領域技術人員應該理解，第11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不脫離本發明示例性實施例的前提下可以對實施例進行適應性的變化、替代和修改。
該第二實施例中的諧振電壓控制電路包含諧振波峰控制部 分和諧振波谷控制部分中的至少一個。諧振波峰控制部分中各信號的波形如第12A圖所示，諧振波谷控制部分中各信號的波形如第12B圖所示。
在根據本發明第二實施例的諧振波峰控制部分中，開關K111的一端輸入電磁爐主回路上的開關的電壓Vw(如第6圖所示)，另一端與電容器C111相連，電容器C111的另一端接地。作為示例，電容器C111的電容值可為10pF。開關K111與電容器C111相連的一端，與比較器的正相輸入端相連。開關K111受波峰採樣信號控制而導通或斷開，與第一實施例相同，該波峰採樣信號為一脈衝信號，當電壓Vw在每個週期內處於波峰位置時，該波峰採樣信號為高電平，開關K111導通。當開關K111導通時，電容器C111與開關K111相連的一端為諧振電壓Vw的波峰電壓Vs1的瞬時值；當開關K111斷開時，電容器C111上仍保持該波峰電壓Vs1，並輸入比較器的正相輸入端。第一參考電壓Vref1輸入比較器的反相輸入端。當波峰電壓Vs1大於第一參考電壓Vref1時，比較器輸出一高電平的脈衝信號Ts1以控制開關K112。電磁爐的輸入電壓Vin(如第6圖所示)通過開關K112輸入電容器C112，電容器C112的另一端接地。作為示例，電容器C112的電容值可為10pF。該脈衝信號Ts1控制該開關K112的導通和斷開。當該脈衝信號Ts1為高電平時，開關K112導通，電容器C112上的電壓(也即電容器C112與開關K112相連的一端的電壓)為輸入電壓Vin的瞬時值；當開關K112斷開，電容器C112上仍保持該電壓V1，並輸入第一電壓控制電流源vccs1的反相輸入端。該輸入電壓Vin輸入第一電壓控制電流源vccs1的正相輸入端。第一電壓控制電流源vccs1生成與輸入電壓Vin與電壓V1之間的差值成正比例的第一補償電流i1，第一補償電流i1與電流源輸出的恆定電流i相加之後，對電容器C2充電生成斜坡信號ramp。
在諧振波谷控制部分中，開關K113的一端輸入電磁爐主回路上的開關W的電壓Vw，另一端與電容器C113相連，電容器C113的另一端接地。作為示例，電容器C113的電容值可為10pF。開關K113與電容器C113相連的一端，與比較器的正相輸入端相連。開關K113受波谷採樣信號控制而導通或斷開。與第一實施例相同，該波谷採樣信號為一脈衝信號，當控制電磁爐主回路的開關W的控制信號Gate的低電平在每個週期內接近於結 束時，該波谷採樣信號為高電平，開關K113導通。當開關K113導通時，電容器C113與開關K113相連的一端為諧振電壓Vw的波谷電壓Vs2；當開關K113斷開時，電容器C113上仍保持該波谷電壓Vs2，並輸入比較器的正相輸入端。第二參考電壓Vref2輸入比較器的反相輸入端。當波谷電壓Vs2大於第二參考電壓Vref2時，比較器輸出一高電平的脈衝信號Ts2以控制開關K114。電磁爐的輸入電壓Vin通過開關K114與電容器C114相連，電容器C114的另一端接地。作為示例，電容器C114的電容值可為10pF。該脈衝信號Ts2控制該開關K114的導通和斷開。當該脈衝信號Ts2為高電平時，開關K114導通，電容器C114與開關K114相連的一端為輸入電壓Vin的瞬時值；當開關K114斷開，電容器C114上仍保持該電壓V2，並輸入第二電壓控制電流源vccs2的反相輸入端。輸入電壓Vin輸入第二電壓控制電流源vccs2的正相輸入端。第二電壓控制電流源vccs2生成與輸入電壓Vin與電壓V2之間的差值成正比例的第二補償電流i2，第二補償電流i2與電流源輸出的恆定電流i相減之後，對電容器C2充電生成斜坡信號ramp。
若不加控制時的諧振電壓的波峰越高，加入波峰控制時，諧振電壓的波峰被「削平」得越多，為了保證電磁爐的功率不發生改變，反映到「削平」後的諧振電壓的波形圖上，波峰電壓Vs1上升到第一參考電壓Vref1的時間將更短。基於上述原因，若不加控制時的諧振電壓的波峰越高，當加入波峰控制時，波峰電壓Vs1超過第一參考電壓Vref1時的時刻，即脈衝信號Ts1為高電平的時刻，對應於輸入電壓Vin的相位角越小。由於在相位角越小時，輸入電壓變化越快，因此相位角越小，疊加到恆定電流i上的第一補償電流i1越大，導通時間Ton減小得越多；基於相同的原因，若不加控制時的諧振電壓的波谷越高，諧振電壓的波谷超過第二參考電壓Vref2的時刻的相位角就會越小，與恆定電流i相減的第二補償電流i2越大，導通時間Ton增加得越多。
因此，在第二實施例的諧振電壓控制電路下，電流補償量的大小與不加入補償條件下諧振電壓的波峰和波谷的高低是相關的。輸入第一電壓控制電流源vccs1和第二電壓控制電流源vccs2的兩個電壓的差值與產生第一補償電流i1和第二補償電流i2的比例，將影響到諧振電壓的控制效 果。
從前述的公式(4)、公式(6)可見，開關W的諧振電壓的波峰和波谷是導通時間Ton的函數，具體而言，諧振電壓的波峰和波谷隨導通時間Ton的增加分別增大和減小。如第8圖和第11圖所示的諧振波峰控制電路和諧振波谷控制電路正是利用了這個特性來對開關W進行控制。當開關W的諧振電壓波峰超過第一參考電壓Vref1時，增大斜坡信號ramp的斜率，使斜坡信號ramp的電壓超過電壓信號comp的電壓所需的導通時間Ton縮短，從而減小開關W上的諧振電壓波峰；當開關W的諧振電壓的波谷超過第二參考電壓Vref2時，減小斜坡信號ramp的斜率，使斜坡信號ramp的電壓超過電壓信號comp的電壓所需的導通時間Ton延長，從而減小開關W上的諧振電壓的波谷。
第13圖是示出根據本發明示例性實施例的第7圖所示的波谷檢測單元720的示意性的電路圖。
作為示例，波谷檢測單元720可以包括電容器C130、電阻器R130、比較器Com130。其中電容器C130一端和電阻器R130相連接，另一端輸入電壓Vw，電容器C130與電阻器R130相連接的節點連接至比較器Com130的反相輸入端，而比較器Com130的正相輸入端輸入閾值電壓Vth。比較器Com130對輸入的電壓進行比較，當輸入至反相輸入端的與開關W上的電壓相應的電壓小於閾值電壓Vth時，比較器Com130輸出高電平信號。這裡，電壓Vw經過電容器C130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，該電流流過電阻器R130產生的電壓同樣代表了諧振電壓的斜率。當電流流過電阻器R130產生的電壓小於閾值電壓Vth時，代表諧振到了或接近波谷，比較器Com130輸出高電平。可以將此信號作為控制電磁爐主回路上的開關W導通的控制信號on輸入至邏輯控制電路730。
另外，如第13圖所示，所述波谷檢測單元720還可以包括比較器Com131和及閘。在這種情況下，電壓Vw在輸入電容器C130的同時也輸入比較器Com131的反相輸入端，而輸入電壓Vin(如第6圖所示)輸入至比較器Com131的正相輸入端。當輸入電壓Vin的電壓值高於電壓Vw的電壓值時，比較器Com131輸出高電平信號。從比較器Com130和Com131輸出的 信號輸入至及閘以進行邏輯與運算，及閘輸出的電平信號作為輸入至邏輯控制單元730的電平控制信號on從而對電磁爐主回路上的開關W進行控制。加入比較器Com131和及閘是基於如下所述的考慮：電壓Vw是以輸入電壓Vin為中心的諧振電壓，檢測電壓Vw的方式採用了斜率檢測，但是電壓Vw的電壓的斜率在波峰和波谷處都會低於閾值電壓Vth，在該電路中加入另外一個判斷條件Vc<Vin能夠更精確地對波谷進行判斷。
第14圖示意性地示出了根據本發明另一示例性實施例的第6圖所示的用於電磁爐的類比控制部分的框圖。如第14圖所示，所述類比控制部分包括功率控制單元1410、波谷檢測單元1420、邏輯控制單元1430以及保護控制單元1440。其中，第13圖中所示的功率控制單元1410、波谷檢測單元1420、邏輯控制單元1430可以分別與第7圖中所示的功率控制單元710、波谷檢測單元720和邏輯控制單元730具有相同的電路結構。第14圖中所示的保護控制單元1440用於對電磁爐控制電路進行有效保護。所述保護控制單元1440輸出的保護控制信號Protection與功率控制單元1410輸出的電平控制信號off進行邏輯或運算後輸入到邏輯控制單元1430(例如輸入到RS觸發器的復位端)，以對電磁爐主回路開關W進行控制。
作為示例，所述保護控制單元1440可包括如第15圖所示的浪湧保護電路示意圖。本領域技術人員應該理解，第15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圖式的基礎上將可進行適應性地變化、替代和修改。
作為示例，第15圖所示的浪湧保護電路包括電壓跟隨採樣電路1510，差分放大電路1520和比較器1530。
採樣電路1510包括電壓跟隨器、開關K151和一個採樣電容C151。該電壓跟隨器包含一個運算放大器op，電磁爐主回路上的電流檢測電阻Rs上的電壓Vcs輸入該運算放大器op的正相輸入端，該運算放大器op的反相輸入端與其輸出端相連，運算放大器op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K151與該採樣電容C151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。
電壓跟隨器的輸出端與開關K151相連，開關K151的另一端與採樣電容C151串聯，採樣電容C151的另一端接地。開關K151受如第15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K151閉合；當採樣信號S1為低電平時，開關K151斷開，此時採樣電容C151保持開關K151閉合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的每個週期內的波峰電壓Vcs_pk。
作為示例，差分放大電路1520包括運算跨導放大器gm和電阻器R151。該開關K151與採樣電容C151相連接的節點，與該運算跨導放大器gm的反相輸入端相連，運算跨導放大器gm的反相輸入為採樣電路1510的輸出電壓Vcs_pk，即控制信號Gate的上一週期內的電壓波峰；控制信號Gate當前週期內的電壓Vcs(如第6圖所示)輸入運算跨導放大器gm的正相輸入端，該運算跨導放大器gm的輸出端與電阻器R151串聯，電阻器R151的另一端接地。
差分放大電路1520的輸出端與電阻器R151相連的節點與比較器1530的正相輸入端相連，比較器1530的反相輸入端輸入電壓差值Vth_surge，輸出為控制信號Surge-off。運算跨導放大器gm根據電壓Vcs_pk和電壓Vcs之間的電壓差值，根據預定比例生成電流；該電流經過電阻器R151，產生壓降；因此，差分放大電路1520輸出與電壓Vcs_pk和電壓Vcs之間的電壓差相應的電壓，當該電壓大於比較器1530的反相輸入端的輸入的電壓差值Vth_surge時，控制信號Surge-off變為高電平，控制開關W斷開。
第16A圖示出了電磁爐主回路開關W的控制信號Gate、第15圖所示的浪湧保護電路中的開關K151的採樣信號S1，以及電磁爐主回路中感測電阻上電壓Vcs的波形圖。
如第16A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的閾值電壓Vthoc1是通過在上一採樣週期內採樣得到的電壓 Vcs的基礎上疊加電壓差值Vth_surge得到。
如第16B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的基礎上疊加電壓差值Vth_surge，得到當前採樣週期內電壓Vcs的閾值電壓Vthoc1。
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疊加電壓差值Vth_surge作為當前採樣週期內閾值電壓Vthoc1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，並且與數位保護方式相比，其反映保護時間大為提前，更加及時可靠。這裡，若將閾值電壓Vthoc1設為某個固定值，例如，將第一閾值電壓Vthoc1設定為Vcsmax+△V，其中Vcsmax為電壓Vcs在其包絡的波峰電壓，△V為固定的電壓值，當在如第16B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，而如第15圖所示的浪湧保護電路通過將上一週期的採樣電壓加上電壓差值Vth_surge，能夠有效避免這一點。
作為示例，所述保護控制單元1440還可包括在電磁爐控制電路中通常使用的輸入電壓過壓保護電路(Vin OVP)、過流保護電路(OCP)、開關電壓過壓保護電路(Vw OVP)中的至少一個，因為上述保護電路是本領域技術人員所非常熟悉的電流或電壓保護電路，所以在本發明中將不對這些保護電路進行詳細描述。在所述保護控制單元1440包括輸入電壓過壓保護電路(Vin OVP)(通過將輸入電壓Vin與預定電壓相比較而實現)、過流保護電路(OCP)(通過將電壓Vcs與預定電壓相比較而實現)、開關電壓過壓保護電路(Vw OVP)(通過將電壓Vw與預定電壓相比較而實現)中的至少一個的情況下，通過對這些保護電路的輸出pro-off(在有多個保護電路的情況下，是對多個保護電路的各個輸出進行邏輯或運算之後的輸出)與浪湧保護電路的輸出surge-off進行邏輯或運算而得到保護控制信號Protection，通過將保護控制信號Protection與如第14圖所示的功率控制單元1410的輸出控制信號off進行邏輯或運算而輸入到第14圖所示的邏輯控制單元1430的重定端從而對電磁爐主回路的開關W進行控制。第17圖示出了保護控制單元1440各保護信號之間的結合的示意性示例。
根據本發明示例性實施例，因為採用如第8圖所示的功率控制單元，可以實現電磁爐在全電壓輸入範圍內以及在不同設定功率下都能夠不間斷地連續工作，從而實現對鍋的快速加熱，從而節省了電能。根據本發明示例性實施例，本發明的技術方案適用於不同功率等級的電磁爐系統，可在不影響電磁爐輸出功率的前提下，有效的控制諧振電壓的波峰，避免電磁爐主回路上的開關因為過壓而損壞，同時還可以控制諧振電壓的波谷，減小主回路上開關的開通損耗，避免電磁爐的開關炸機。
另外，根據本發明示例性實施例，數位控制部分通過將電磁爐的實際輸入功率與用戶設定的功率進行比較來改變輸入到類比控制部分的參考電壓Vref的值以對類比控制部分進行控制，從而實現了實際輸入功率的動態調節。同時，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。
另外，根據本發明示例性實施例，通過將上一採樣週期採樣的電壓Vcs疊加電壓差值Vth_surge作為當前採樣週期內閾值電壓Vthoc1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，並且與數位保護方式相比，其反映保護時間大為提前，更加及時可靠。
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。
C0‧‧‧電容器
Enable‧‧‧工作使能信號
Gate‧‧‧控制信號
MC‧‧‧電磁線圈
Protection‧‧‧保護控制信號
R61,R62‧‧‧電阻
R63,R64‧‧‧電阻器
Rs‧‧‧電流檢測電阻
Vin,Vw,Vcs‧‧‧電壓
Vref‧‧‧參考電壓
Vth-oc‧‧‧閾值
Vth_surge‧‧‧電壓差值
ZDO‧‧‧過零檢測輸出信號

Claims (18)

  1. 一種用於電磁爐的控制電路，包括：數位控制部分，根據從類比控制部分接收的與該電磁爐的經整流的輸入電壓相應的第一電壓信號以及與電磁爐主回路電流相應的第二電壓信號計算該電磁爐的實際輸入功率，並將該電磁爐的該實際輸入功率與用戶設定的功率進行比較來改變第一參考電壓以使得該電磁爐的該實際輸入功率與該設定功率的差值足夠小，並將該第一參考電壓輸入至該類比控制部分；以及該類比控制部分，基於從該數位控制部分輸入的該第一參考電壓以及與該電磁爐主回路電流相應的該第二電壓信號對電磁爐主回路開關進行控制，該類比控制部分進一步包括：第一控制單元，將與該第一參考電壓和該第二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三電壓信號，並將作為斜坡信號的第四電壓信號的電壓與該第三電壓信號的電壓進行比較以輸出第一控制信號；第二控制單元，基於將反映第五電壓信號的電壓變化的第六電壓信號的電壓與第一閾值電壓進行比較的結果以及將該第一電壓信號與該第五電壓信號的比較結果輸出第二控制信號；以及邏輯控制單元，基於該第一控制信號和該第二控制信號輸出第三控制信號以對該電磁爐主回路開關進行控制，該第五電壓信號與施加到該電磁爐主回路開關上的電壓相應；其中，該第一控制單元係包括：諧振波峰控制電路，對該電磁爐主回路開關的諧振波峰電壓進行採樣，利用採樣得到的該諧振波峰電壓生成第一補償電流，該第一控制單元通過將該諧振波峰控制電路生成的該第一補償電流與恆定電流相加利用電容器生成作為斜坡信號的該第四電壓信號；諧振波谷控制電路，對該電磁爐主回路開關的諧振波谷電壓進行採樣，利用採樣得到的該諧振波谷電壓生成第二補償電流，該第一控制單元通過將該恆定電流與該諧振波谷控制電路生成的該第二補償電流相減利用該電容器生成作為斜坡信號的該第四電壓信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中，在該諧振波峰控制電路中，通過第一RC(Resistor-Capacitor)積分電路將採樣得到的該諧振波峰電壓輸入第一電壓控制電流源的正相輸入端，並將該第二參考電壓輸入該第一電壓控制電流源的反相輸入端以生成該第一補償電流。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的控制電路，其中，在該諧振波谷控制電路中，通過第二RC積分電路將採樣得到的該諧振波谷電壓輸入第二電壓控制電流源的正相輸入端，並將第三參考電壓輸入該第二電壓控制電流源的反相輸入端以生成該第二補償電流。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的控制電路，其中，在該諧振波峰控制電路和該諧振波谷控制電路中，分別利用電壓跟隨器電路將採樣得到的電壓輸入至該第一RC積分電路和該第二RC積分電路。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中，在該諧振波峰控制電路中，將採樣得到的該諧振波峰電壓與第四參考電壓相比較來生成第一脈衝信號，利用該第一脈衝信號對該第一電壓信號進行採樣，並將該第一電壓信號和採樣得到的該第一電壓信號分別輸入到第三電壓控制電流源的正相輸入端和反相輸入端以生成該第一補償電流。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的控制電路，其中，在該諧振波谷控制電路中，將採樣得到的該諧振波谷電壓與第五參考電壓相比較來生成第二脈衝信號，利用該第二脈衝信號對該第一電壓信號進行採樣，並將該第一電壓信號和採樣得到的該第一電壓信號分別輸入到第四電壓控制電流源的正相輸入端和反相輸入端以生成該第二補償電流。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中，該邏輯控制單元為RS觸發器，該第一控制信號輸入到該RS觸發器的復位端，而該第二控制信號輸入到該RS觸發器的置位端，當該第一控制信號為高電平時，從該邏輯控制單元輸出的該第三控制信號為低電平，該電磁爐主回路開關斷開；當該第二控制信號為高電平時，從該邏輯控制單元輸出的該第三控制信號為高電平，該電磁爐主回路開關導通。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中，該類比控制部分還包括：第三控制單元，用於產生保護控制信號，該第三控制單元包括浪湧保 護電路，該浪湧保護電路包括：採樣電路，對該第二電壓信號進行採樣並將經採樣的該第二電壓信號作為第一輸出電壓信號輸出；差分放大電路，獲得與該第二電壓信號與該第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓；第一比較器，將該電壓與第二閾值電壓進行比較以輸出作為該保護控制信號的第四控制信號，其中，將該第四電壓信號的電壓與該第三電壓信號的電壓進行比較獲得的結果與該保護控制信號進行邏輯或運算之後得到該第一控制信號；其中，該採樣電路對該第二電壓信號進行採樣的採樣信號的週期與控制該電磁爐主回路開關導通和斷開的該第三控制信號的週期相同，並用於對該第二電壓信號的波峰電壓進行採樣。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的控制電路，其中，該採樣電路包括由運算放大器構成的電壓跟隨器、第一開關和第一電容器，該電壓跟隨器的輸出端通過該第一開關與該第一電容器相連，該第一電容器的另一端接地，該第一電容器上的電壓信號作為第一輸出電壓信號輸入到該差分放大電路；該第二電壓信號輸入至該運算放大器的正相輸入端。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的控制電路，其中，該第三控制單元還包括該第一電壓信號的過壓保護電路、該電磁爐主回路電流的過流保護電路、該電磁爐主回路開關上的開關電壓的該過壓保護電路中的至少一個保護電路，其中，該第一電壓信號的該過壓保護電路通過該第一電壓信號與第一預定電壓相比較而實現，該電磁爐主回路電流的該過流保護電路通過將與該電磁爐主回路電流相應的電壓與第二預定電壓相比較而實現，該開關電壓的該過壓保護電路通過將反映該電磁爐主回路開關上的電壓與第三預定電壓相比較而實現，通過對該第三控制單元中包含的該保護電路的輸出進行邏輯或運算之後獲得該保護控制信號。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中，該第二控制單元包括第二電容器和第一電阻器，該第二電容器與第一電阻器相連接的節點處產生的該第六電壓信號輸入至第二比較器以與該第一閾值電壓進行比較，其 中，當該第六電壓信號的電壓小於該第一閾值電壓並且該第一電壓信號大於該第五電壓信號時輸出的該第二控制信號為高電平。
  12. 一種用於電磁爐的控制方法，包括：根據與該電磁爐的經整流的輸入電壓相應的第一電壓信號以及與電磁爐主回路電流相應的第二電壓信號計算該電磁爐的實際輸入功率，並將該電磁爐的該實際輸入功率與用戶設定的功率進行比較來改變第一參考電壓以使得該電磁爐的該實際輸入功率與該設定功率的差值足夠小；基於該第一參考電壓以及該第二電壓信號對電磁爐主回路開關進行控制，其步驟包括：將與該第一參考電壓和該第二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三電壓信號，並將作為斜坡信號的第四電壓信號的電壓與該第三電壓信號的電壓進行比較以輸出第一控制信號；基於將反映第五電壓信號的電壓變化的第六電壓信號的電壓與第一閾值電壓進行比較的結果以及將該第一電壓信號與該第五電壓信號的比較結果輸出第二控制信號；以及基於該第一控制信號和該第二控制信號輸出第三控制信號以對該電磁爐主回路開關進行控制，該第五電壓信號與施加到該電磁爐主回路開關上的電壓相應；其中，對該電磁爐主回路開關的諧振波峰電壓進行採樣，利用採樣得到的該諧振波峰電壓生成第一補償電流，通過將該第一補償電流與恆定電流相加利用電容器生成作為該斜坡信號的該第四電壓信號；其中，對該電磁爐主回路開關的諧振波谷電壓進行採樣，利用採樣得到的該諧振波谷電壓生成第二補償電流，通過將該恆定電流與該第二補償電流相減利用該電容器生成作為該斜坡信號的該第四電壓信號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的控制方法，其中，通過第一RC積分電路將採樣得到的該諧振波峰電壓輸入第一電壓控制電流源的正相輸入端，並將第二參考電壓輸入該第一電壓控制電流源的反相輸入端以生成該第一補償電流。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的控制方法，其中，通過第二RC積分電路 將採樣得到的該諧振波谷電壓輸入第二電壓控制電流源的正相輸入端，並將第三參考電壓輸入該第二電壓控制電流源的反相輸入端以生成該第二補償電流。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的控制方法，其中，將採樣得到的該諧振波峰電壓與第四參考電壓相比較來生成第一脈衝信號，利用該第一脈衝信號對該第一電壓信號進行採樣，並將該第一電壓信號和採樣得到的該第一電壓信號分別輸入到第三電壓控制電流源的正相輸入端和反相輸入端以生成該第一補償電流。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的控制方法，其中，將採樣得到的該諧振波谷電壓與第五參考電壓相比較來生成第二脈衝信號，利用該第二脈衝信號對該第一電壓信號進行採樣，並將該第一電壓信號和採樣得到的該第一電壓信號分別輸入到第四電壓控制電流源的正相輸入端和反相輸入端以生成該第二補償電流。
  17. 如申請專利範圍第12項所述的控制方法，其中，當該第一控制信號為高電平時，該第三控制信號為低電平，該電磁爐主回路開關斷開；當該第二控制信號為高電平時，該第三控制信號為高電平，該電磁爐主回路開關導通。
  18. 如申請專利範圍第12項所述的控制方法，其中，所述方法還包括：對該第二電壓信號進行採樣並將經採樣的該第二電壓信號作為第一輸出電壓信號輸出；獲得與該第二電壓信號與該第一輸出電壓信號之間的電壓差相應的電壓；將該電壓與第二閾值電壓進行比較以輸出保護控制信號，其中，將該第四電壓信號的電壓與該第三電壓信號的電壓進行比較獲得的結果與該保護控制信號進行邏輯或運算之後得到該第一控制信號；其中，對該第二電壓信號進行採樣的採樣信號的週期與該控制電磁爐主回路開關導通和斷開的該第三控制信號的週期相同，並用於對該第二電壓信號的波峰電壓進行採樣。
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