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CN201323669Y - 一种电磁炉低功率段连续加热控制装置 - Google Patents

一种电磁炉低功率段连续加热控制装置 Download PDF

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CN201323669Y CNU2008202043143U CN200820204314U CN201323669Y CN 201323669 Y CN201323669 Y CN 201323669Y CN U2008202043143 U CNU2008202043143 U CN U2008202043143U CN 200820204314 U CN200820204314 U CN 200820204314U CN 201323669 Y CN201323669 Y CN 201323669Y
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Abstract

本实用新型是一种电磁炉低功率段连续加热控制装置。包括有电源电路(1)、中央处理单元(2)，放电电路(3)、控制电路(4)、谐振电路(5)、市电过零检测电路(6)及功率管(IGBT)，其中电源电路(1)分别给中央处理单元(2)，放电电路(3)、控制电路(4)、谐振电路(5)、市电过零检测电路(6)及功率管(IGBT)供电，市电过零检测电路(6)的信号输出端与中央处理单元(2)的输入端连接，中央处理单元(2)的输出端分别与放电电路(3)及控制电路(4)的输入端连接，控制电路(4)的输出端与谐振电路(5)的输入端连接，谐振电路(5)的输出端与功率管(IGBT)连接。本实用新型既解决了低功率连续加热的难题，又尽可能降低了成本，增加了产品的性价比。

Description

一种电磁炉低功率段连续加热控制装置
技术领域
本实用新型是一种电磁炉低功率段连续加热控制装置，属于电磁炉低功率段连续加热控制装置的改造技术。
背景技术
电磁炉作为一种新兴时尚的厨具产品，以其无明火烹饪、环保、多功能性、操作简单等优点，日益受到广大消费者青睐。目前市面上普通家用电磁炉的功率一般在2200W以下，对于火锅、炒菜等这类以大功率需求为主的功能都能很稳定可靠地实现，但对于煲汤、煮粥、慢炖等这类以低功率需求为主的功能而言，大多还是靠间歇加热的方式来实现的，这对食物烹饪效果及营养方面都大打折扣。这主要归结于普通单管(即1个功率管IGBT的)电磁炉按正常电源电压工作在小功率连续档位时功率管IGBT无法做到零电压开关，故而开关损耗非常大，发热严重，不能正常可靠地工作。
虽然，也有电控板厂家对此低功率连续加热难题作出了技术上的突破，但主要都还是通过继电器控制半波整流或可控硅斩波等降低谐振回路的输入电压的方法来实现的，其增加的成本较高，使得产品在性价比方面竞争力受影响。
实用新型内容
本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种既解决了低功率连续加热的难题，又尽可能降低了成本，增加了产品的性价比的电磁炉低功率段连续加热控制装置。
本实用新型的技术方案是：包括有电源电路、中央处理单元，放电电路、控制电路、谐振电路、市电过零检测电路及功率管，其中电源电路分别给中央处理单元，放电电路、控制电路、谐振电路、市电过零检测电路及功率管供电，市电过零检测电路的信号输出端与中央处理单元的输入端连接，中央处理单元的输出端分别与放电电路及控制电路的输入端连接，控制电路的输出端与谐振电路的输入端连接，谐振电路的输出端与功率管连接。
上述中央处理单元为单片机。
上述市电过零检测电路包括有电阻R1，R2，RJ1，三极管Q1，其中三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极分别与电阻RJ1的一端及电阻R1的一端连接，电阻RJ1的另一端接地，电阻R1的另一端通过二极管D3与电源电路连接及与二极管D1、D2连接，二极管D1、D2的输入端与市电连接，输出端与整流桥DB1连接，三极管Q1的集电极通过电阻R2与电源连接。
上述放电电路包括有电阻R3，R6，R7，三极管Q2，其中三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极通过电阻R 3与扼流圈L1及电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地及与整流桥DB1的输出端连接，扼流圈L1的另一端与整流桥DB1的输出端连接，三极管Q2的基极分别与电阻R6，R7连接，电阻R6的另一端接地，电阻R7的另一端与中央处理单元连接。
上述包括有谐振电路包括有电容C2和电感L2，电容C2与电感L2组成的并联电路的一端分别与电阻R3、扼流圈L1及电容C1连接，电容C2与电感L2组成的并联电路的另一端与功率管连接，且电容C2与电感L2组成的并联电路的两端分别通过电阻R4、R5将谐振电路(5)的同步信号引入控制电路。
上述功率管的基极与发射极之间还并接有电阻R8及稳压二极管ZD1。
本实用新型与现有技术相比，具有如下突出的优点：
1)本实用新型使电磁炉整机的大小功率段切换完全由软件控制，当需输出大功率时，放电电路不工作，其他所有电路的工作方式及参数完全与传统电路一致，即不会增加额外的能量损耗(热功耗)，保留了传统方案在大功率段的优点；当需要输出低功率时，由单片机软件控制，将传统的周期为秒级的间歇工作方式改为周期为毫秒级的间歇工作，同时单片机输出放电信号控制放电电路的工作，且间歇的起止动作与输入市电的过零及放电电路的工作同步，即谐振电路的启动和停止都发生在市电过零点附近。
2)本实用新型使电磁炉整机工作在小功率段时，谐振电路的瞬时电参数可保持跟大功率连续工作时相同，即IGBT的工作能满足零电压导通条件，从而保证发热量小，工作稳定可靠。
3)本实用新型由于其控制方法本质上还是毫秒级周期的间歇工作，故IGBT本身的平均热损耗很小。
4)本实用新型使电磁炉整机输出功率大小可以由单片机软件改变该间歇工作的通断比来控制，也可以由单片机软件改变输出给控制电路的PWM信号大小来控制，功率调整非常灵活。
5)本实用新型与传统的控制方案相比，由于只增加了过零检测电路和放电电路，而组成这些电路的器件是极为普通的价格低廉的器件，故本实用新型具有很好的价格优势。
本实用新型是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的温控压力煲的控制装置。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图；
图2为本实用新型的电路原理图；
图3是市电经全波整流后的波形和过零信号的波形示意图；
图4是电磁炉在大功率段连续工作时IGBT反压端(即其源极与谐振电感L2相连的节点端)波形包络线(图中的上半部分)和在低功率段工作时波形包络线(图中的下半部分)的对比示意图。
具体实施方式
实施例
本实用新型的原理框图如图1所示，包括有电源电路1、中央处理单元2，放电电路3、控制电路4、谐振电路5、市电过零检测电路6及功率管IGBT，其中电源电路1分别给中央处理单元2，放电电路3、控制电路4、谐振电路5、市电过零检测电路6及功率管IGBT供电，市电过零检测电路6的信号输出端与中央处理单元2的输入端连接，中央处理单元2的输出端分别与放电电路3及控制电路4的输入端连接，控制电路4的输出端与谐振电路5的输入端连接，谐振电路5的输出端与功率管IGBT连接。本实施例中，中央处理单元2为单片机。
本实用新型的电路原理图如图2所示，上述市电过零检测电路6包括有电阻R1，R2，RJ1，三极管Q1，其中三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极分别与电阻RJ1的一端及电阻R1的一端连接，电阻RJ1的另一端接地，电阻R1的另一端通过二极管D3与电源电路1连接及与二极管D1、D2连接，二极管D1、D2的输入端与市电连接，输出端与整流桥DB1连接，三极管Q1的集电极通过电阻R2与电源连接。
上述放电电路3包括有电阻R3，R6，R7，三极管Q2，其中三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极通过电阻R3与扼流圈L1及电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地及与整流桥DB1的输出端连接，扼流圈L1的另一端与整流桥DB1的输出端连接，三极管Q2的基极分别与电阻R6，R7连接，电阻R6的另一端接地，电阻R7的另一端与中央处理单元2连接。
上述包括有谐振电路5包括有电容C2和电感L2，电容C2与电感L2组成的并联电路的一端分别与电阻R3、扼流圈L1及电容C1连接，电容C2与电感L2组成的并联电路的另一端与功率管IGBT连接，且电容C2与电感L2组成的并联电路的两端分别通过电阻R4、R5将谐振电路5的同步信号引入控制电路4。
上述功率管IGBT的基极与发射极之间还并接有电阻R8及稳压二极管ZD1。
上述电源电路1及控制电路4可采用现有的电路。
图3是市电经全波整流后的波形和过零信号的波形示意图，过零信号的波形为一标准的方波，其高电平的宽度主要由输入电压的大小及过零电路的参数决定。单片机通过检测该高电平的宽度决定放电信号持续的最长时间，只有在过零信号为高电平状态时单片机才输出放电信号。图4是电磁炉在大功率段连续工作时IGBT反压端(即其源极与谐振电感L2相连的节点端)波形包络线(图中的上半部分)和在低功率段工作时波形包络线(图中的下半部分)的对比示意图。
本实用新型将传统的间歇加热的控制思想进行延伸，把PWM控制方法直接应用于谐振电路路：间断周期由几秒到几十秒之间缩短至几毫秒到几十毫秒之间，即将间断频率扩大为原有的几百倍。这样，在1秒之内谐振回路的工作间歇几次到几十次，在锅具上获得的能量(热能)也是按此频率重复，而由于热量和温度这类模拟量的变化迟缓特点，其热量和温度仍然是均匀地变化且与该通断比对应，故而通过软件调整该通断比来调节输出功率。在上述电路中，C2和电感L2构成能量转换的谐振电路；放电电路受单片机输出的放电信号来对C1进行放电。电阻R4，R5将谐振电路的同步信号引入控制电路，单片机输出PWM信号给控制电路来调整IGBT的导通时间；通过启动控制信号来控制整个控制电路及谐振电路的起动和停止。
本实用新型实施的关键点在于：
1、由单片机输出的启动控制信号给到控制电路4，使谐振电路5按一个较高的频率不断的启动后停止，从而产生毫秒级周期的间歇工作。由单片机内部的控制软件控制的启动信号必须满足：通断周期为市电周期半数的整数倍，按220VAC/50Hz的市电计算即为10毫秒的整数倍，且与市电过零点同步。这是因为市电在过零点时，整流桥DB1处于截至状态，电容C1和电感L1中储存的能量较小，此时启动或停止谐振回路对锅具产生的电磁应力较小，锅具产生的噪音较小。
2、在每一个间歇周期启动前，须通过放电电路3将C1上的电荷释放，使其电压降到过零电压以下，然后再通过启动控制信号启动新一轮的谐振工作。这样做的原因同样是为了降低锅具在每个周期启动时受到的电磁力大小，从而进一步将噪音降到最低。具体步骤为：市电过零信号的上升沿触发单片机的外部中断，其立即输出放电信号开始对C1进行放电，同时开始计时，单片机的控制程序通过判断电压AD的大小，根据软件算法得出最优放电时间(设为t)，当放电时间达到t时或者过零信号的下降沿到达时，单片机立即撤销放电信号，然后输出启动信号来启动谐振回路工作。
以图4的占空比为例，按220VAC/50Hz市电输入，电路的工作状态和主要参数为：
放电时间为t时刻，电容C1上的电压为：UC＝311*e(-t/R3*C1)，实际参数取R3为90Ω/4W的水泥电阻，C1为4uF金属膜电容，当放电时间t为1ms时，可计算得UC＝19.3V，整个间歇周期100ms内容电阻R3上消耗的平均功率为：1.9W，三极管Q2中的瞬时最大电流为UC/R3＝3.45A。
在低功率段工作时，单片机每检测到10个过零信号产生一次放电信号，根据输入电压的不同，放电时间在0.5ms-1.2ms之间不等，放电结束后立即启动谐振电路，谐振电路工作30ms后停止，待70ms后的第一个过零信号到达时，再次产生放电信号重复上一个周期的工作状态。这样，当单片机输入PWM值对应大功率段的2000W时，实际功率为600W，而当PWM值对应大功率段的800W时，实际功率为240W。

Claims (6)

1、一种电磁炉低功率段连续加热控制装置，其特征在于包括有电源电路(1)、中央处理单元(2)，放电电路(3)、控制电路(4)、谐振电路(5)、市电过零检测电路(6)及功率管(IGBT)，其中电源电路(1)分别给中央处理单元(2)，放电电路(3)、控制电路(4)、谐振电路(5)、市电过零检测电路(6)及功率管(IGBT)供电，市电过零检测电路(6)的信号输出端与中央处理单元(2)的输入端连接，中央处理单元(2)的输出端分别与放电电路(3)及控制电路(4)的输入端连接，控制电路(4)的输出端与谐振电路(5)的输入端连接，谐振电路(5)的输出端与功率管(IGBT)连接。
2、根据权利要求1所述的电磁炉低功率段连续加热控制装置，其特征在于上述中央处理单元(2)为单片机。
3、根据权利要求1或2所述的电磁炉低功率段连续加热控制装置，其特征在于上述市电过零检测电路(6)包括有电阻R1，R2，RJ1，三极管Q1，其中三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极分别与电阻RJ1的一端及电阻R1的一端连接，电阻RJ1的另一端接地，电阻R1的另一端通过二极管D3与电源电路(1)连接及与二极管D1、D2连接，二极管D1、D2的输入端与市电连接，输出端与整流桥DB1连接，三极管Q1的集电极通过电阻R2与电源连接。
4、根据权利要求3所述的电磁炉低功率段连续加热控制装置，其特征在于上述放电电路(3)包括有电阻R3，R6，R7，三极管Q2，其中三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极通过电阻R3与扼流圈L1及电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地及与整流桥DB1的输出端连接，扼流圈L1的另一端与整流桥DB1的输出端连接，三极管Q2的基极分别与电阻R6，R7连接，电阻R6的另一端接地，电阻R7的另一端与中央处理单元(2)连接。
5、根据权利要求4所述的电磁炉低功率段连续加热控制装置，其特征在于上述包括有谐振电路(5)包括有电容C2和电感L2，电容C2与电感L2组成的并联电路的一端分别与电阻R3、扼流圈L1及电容C1连接，电容C2与电感L2组成的并联电路的另一端与功率管(IGBT)连接，且电容C2与电感L2组成的并联电路的两端分别通过电阻R4、R5将谐振电路(5)的同步信号引入控制电路(4)。
6、根据权利要求5所述的电磁炉低功率段连续加热控制装置，其特征在于上述功率管(IGBT)的基极与发射极之间还并接有电阻R8及稳压二极管ZD1。
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