用于电磁炉的控制电路、控制方法及其电磁炉技术

提供了一种用于电磁炉的控制电路、控制方法及其电磁炉。所述控制电路包括：数字控制部分，根据从模拟控制部分接收的与电磁炉的经整流的输入电压相应的第一电压信号以及与电磁炉主回路电流相应的第二电压信号计算电磁炉的实际输入功率，并将该实际输入功率与用户设定功率相比较来改变第一参考电压；模拟控制部分，基于第一参考电压及第二电压信号对主回路开关进行控制。本发明专利技术采用模拟控制电路和数字控制电路相结合的方式对电磁炉开关进行控制，可以对电磁炉系统进行及时保护，使电磁炉系统的安全性大为提高；同时，对电磁炉的开关器件的电压采用动态电压阈值进行监控，可对电磁炉系统提供在所有功率和相位条件下的过流保护。

【技术实现步骤摘要】
用于电磁炉的控制电路、控制方法及其电磁炉
本专利技术一般地涉及家用电器领域，更具体地说，本专利技术涉及一种用于电磁炉的控制电路、控制方法及其电磁炉。
技术介绍
电磁炉是采用磁场感应涡流原理，利用高频电流通过环形线圈，从而产生无数封闭磁场力，使锅体本身自行快速发热，从而加热锅内食物。当线圈中通过高频电流时，线圈周围产生高频交变磁场。在高频交变磁场中产生的磁力线通过导磁材料(如：铁质锅)的底部，使铁质锅底产生无数小涡流，从而使锅底迅速释放出大量的热量，达到加热目的。电磁炉的工作示意图如图1所示。图2是现有技术中电磁炉工作的主回路的示意图，由全波整流桥、LC滤波器、电磁线圈MC、电容器C0与开关W构成。这里，所述开关W为一绝缘栅双极型晶体管IGBT。全波整流桥对输入的交流电ACIN进行全波整流得到单向脉动直流电，并经过由电感L和电容器C串联构成的LC滤波器对经过整流桥进行整流后得到的单向脉动直流电进行LC滤波，从而在电感L和电容器C相连接的点形成正弦半波电压Vin。由电磁线圈MC和电容器C0并联构成的谐振电路的一端连接至电感L和电容器C相连接的点，另一端与开关W连接。开关W不断地导通和断开，导通时输入电压Vin加在电磁线圈两端，流过电磁线圈MC和与其并联的电容器C0的正向电流增加，断开时电磁线圈MC与并联的电容器C0形成高频谐振，电磁线圈MC上电压反向，流经电磁线圈MC的电流减小，流过电磁线圈MC的变化电流形成高频的交变磁场。交变磁场产生的交变磁力线穿过锅具，在铁质锅体内形成涡流，使锅发热。因此，电磁炉是通过控制开关W的通断来调节功率。传统的电磁炉都是利用MCU控制，在功率大于某个预定值(例如1000W)时，采取调节导通时间Ton的控制方式，Ton的变化范围被微控制单元(MCU)控制，每个Ton时间对应一个功率；而当功率小于该预定值时，控制信号如图3所示，导通时间Ton固定在某个固定值，通过MCU计算功率来调节开关W工作的时间T1和不工作的时间T2以将输出功率调节到设定值。所以，传统的电磁炉在设定功率较小时工作状态不连续，锅里的水或者食物在开关W工作的时间T1内处于沸腾状态，在开关W不工作的时间T2内会降温而导致无法连续沸腾。这样的工作方式从本质上来说无法真正实现小功率的工作状态，并且会比连续的煮沸状态需要煮熟食物的时间更长，也更费电。下面对图2的工作状态进行分析，了解图2这种架构是如何产生交变磁场。在开关W闭合时，设定开关W的导通时间段为Ton，整流后半波电压经过电磁线圈和闭合的开关形成回路，电磁线圈MC是一个线性电感，流过电磁线圈MC的电流持续增加。一般而言，由于开关W的导通时间Ton较小，因此流过电磁线圈MC的电流近似为线性增加，L·ΔiL＝Vinputsinθ·Ton(1)公式(1)中，通过电磁线圈MC的电流为ΔiL，θ为交流输入电压Vin的相位角，Vinput输入电压Vin的波峰。由于输入电压为一正弦波形电压，Vinput·sinθ为不同相位角下的输入电压值。由公式(1)可得，另外，设定开关W的断开时间段为Toff，开关W断开后，存储在电磁线圈MC中的能量转移到并联的谐振电容器C0，形成LC谐振回路。谐振频率为：其中，L为电磁线圈MC的电感值，C为与电磁线圈并联的谐振电容器C0的电容值。当存储在电磁线圈MC中的能量全部转移到电容器C0上后，电容器C0电压最高，此时加在开关W上的电压达到谐振波峰。将公式(2)代入公式(3)，可得：因此，开关W上谐振电压的波峰VPEAK也和交流输入电压一样呈现为正弦变化。当电磁炉的功率设定在最大时，开关W的导通时间Ton也达到最大，由于交流输入电压不稳定，具有一定的波动范围为176V～264V，若输入电压为高压264V，谐振的波峰会接近1200V，甚至达到开关W的耐压值，这样开关W有可能会过压损坏。当谐振处于波峰时，可能会对开关W造成损坏；同样，当谐振处于波谷时，也可能对开关W造成不良影响。当电容器C0上的能量全部转移到电感上形成负向的电流，电感的能量又全部转移到电容器C0上形成反向的电压，如图5所示，开关W上的电压将达到谐振波谷，此时：VVALLEY＝2·Vinputsinθ-VPEAK(5)将公式(4)代入公式(5)，可得：其中，VVALLEY为谐振的波谷电压。从上述公式(6)可见，开关上谐振的波谷电压也和交流输入电压一样呈现为正弦变化。当电磁炉的功率设定在最小时，开关的导通时间Ton也最短；由于交流输入电压不稳定有一定的波动范围在176V～264V，若输入电压为高压264V，谐振的波谷电压会超过100V甚至更高，此时如果导通开关W，该开关W会因损耗过大而被损坏。由上可见，若对开关W上的谐振电压进行控制，包括波峰电压和波谷电压，将会提高开关W的使用寿命，增强电磁炉使用时的安全性。以上分析在回路阻抗近似为0的条件下进行，当有电磁炉负载接入时，回路阻抗会增加，但分析方法不变。图4表示现有技术中利用微控制单元MCU控制开关W的谐振波峰的工作原理。由于MCU不能实时监控开关W的谐振波峰，而只在开关W上的电压超过过压点时才会通过程序减小下一周期的导通时间，即将下一周期的导通时间调整为Ton-ΔT，这种控制方式无法从根本上避免过压，而且由于使用数字控制，Ton的变化是不连续的，在过压时会带来环路不稳定。同样电磁炉在高压轻载的情况下，由于Ton减小，存储在电感中的能量减小，所以谐振波谷电压会高于预定电压(例如，50V)，甚至可能超过150V。因此，利用MCU进行控制的方法无法实时检测并控制谐振波谷电压，在波谷导通电压较高时，由于导通时开关W的开启波峰电流很大，有可能损伤开关W。图5是在电磁炉工作中发生浪涌时的电压波形，输入电压Vin电压冲高，加在电磁线圈电感上的电压升高，通过电感的电流的斜率Iw增大，因为数字电路控制的滞后反应，导通时间Ton不会实时地发生改变。因为电流斜率增大，如果导通时间Ton不变，那么Ton结束时，电流Iw的波峰Ipk将比上一周期显著增加，根据此时开关W上的电压VW将会增大，如果VW超过开关W的耐压，开关W将会炸毁，这种情况在输入电压Vin发生浪涌时将不可避免；上述计算VW的公式中，VW为开关W的集电极电压波峰，Ipk为流过开关W的集电极-发射极CE电流波峰，L为电磁炉线圈电感，C为并联在电磁炉电感上的电容器的电容值。即使MCU通过外加输入电压侦测电路检测到电压发生了浪涌，但MCU经过运算，最快判断需要保护开关W的运算时间是1.3us，因此断开开关W的指令发出最少具有1.3us的延迟，所以利用微控制单元MCU来对开关W进行过流保护是电磁炉安全性的一个瓶颈。另外，利用MCU控制的环路无法对IGBT的谐振波峰与谐振波谷电压进行有效的控制。电磁炉中使用的开关W(例如绝缘栅双极型晶体管IGBT)的耐压例如可达到约1200V，但是在输入最大功率(例如2000W)的工作条件下，开关W的谐振波峰会超过耐压值，所以需要外加干预将开关的谐振波峰控制在耐压值以内。为了解决以上所描述MCU控制的弊端，在本专利技术中引入模拟与数字控制相结合的方式。
技术实现思路
根据本专利技术的示例性实施例，本专利技术的过流保护电路通过采用模拟电路控制，对电磁炉系统进行及时过流保护，使电磁炉系统的安全性大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电磁炉的控制电路，包括：数字控制部分，根据从模拟控制部分接收的与电磁炉的经整流的输入电压相应的第一电压信号以及与电磁炉主回路电流相应的第二电压信号计算电磁炉的实际输入功率，并将电磁炉的实际输入功率与用户设定的功率进行比较来改变第一参考电压以使得电磁炉的实际输入功率与设定功率的差值足够小，并将该第一参考电压输入至模拟控制部分；模拟控制部分，基于从数字控制部分输入的第一参考电压以及与电磁炉主回路电流相应的第二电压信号对电磁炉主回路开关进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种用于电磁炉的控制电路，包括：数字控制部分，根据从模拟控制部分接收的与电磁炉的经整流的输入电压相应的第一电压信号以及与电磁炉主回路电流相应的第二电压信号计算电磁炉的实际输入功率，并将电磁炉的实际输入功率与用户设定的功率进行比较来改变第一参考电压以使得电磁炉的实际输入功率与设定功率的差值足够小，并将该第一参考电压输入至模拟控制部分；模拟控制部分，基于从数字控制部分输入的第一参考电压以及与电磁炉主回路电流相应的第二电压信号对电磁炉主回路开关进行控制。2.如权利要求1所述的控制电路，其中，所述模拟控制电路包括：第一控制单元，将与第一参考电压和第二电压信号的电压之间的电压差相应的电流进行积分获得第三电压信号，并将作为斜坡信号的第四电压信号的电压与第三电压信号的电压进行比较以输出第一控制信号；第二控制单元，基于将反映第五电压信号的电压变化的第六电压信号的电压与第一阈值电压进行比较的结果以及将第一电压信号与第五电压信号的比较结果输出第二控制信号；逻辑控制单元，基于第一控制信号和第二控制信号输出第三控制信号以对电磁炉主回路开关进行控制，其中，第五电压信号与施加到电磁炉主回路开关上的电压相应。3.如权利要求2所述的控制电路，其中，所述第一控制单元包括：谐振波峰控制电路，对电磁炉主回路开关的谐振波峰电压进行采样，利用采样得到的谐振波峰电压生成第一补偿电流，所述第一控制单元通过将谐振波峰控制电路生成的第一补偿电流与恒定电流相加利用电容器生成作为斜坡信号的第四电压信号。4.如权利要求3所述的控制电路，其中，所述第一控制单元还包括：谐振波谷控制电路，对电磁炉主回路开关的谐振波谷电压进行采样，利用采样得到的谐振波谷电压生成第二补偿电流，其中，所述第一控制单元通过将恒定电流与谐振波谷控制电路生成的第二补偿电流相减利用电容器生成作为斜坡信号的第四电压信号。5.如权利要求4所述的控制电路，其中，在谐振波峰控制电路中，通过第一RC积分电路将采样得到的谐振波峰电压输入第一电压控制电流源的正相输入端，并将第二参考电压输入第一电压控制电流源的反相输入端以生成第一补偿电流。6.如权利要求5所述的控制电路，其中，在谐振波谷控制电路中，通过第二RC积分电路将采样得到的谐振波谷电压输入第二电压控制电流源的正相输入端，并将第三参考电压输入第二电压控制电流源的反相输入端以生成第二补偿电流。7.如权利要求6所述的控制电路，其中，在谐振波峰控制电路和谐振波谷控制电路中，分别利用电压跟随器电路将采样得到的电压输入至第一RC积分电路和第二RC积分电路。8.如权利要求4所述的控制电路，其中，在谐振波峰控制电路中，将采样得到的谐振波峰电压与第四参考电压相比较来生成第一脉冲信号，利用第一脉冲信号对第一电压信号进行采样，并将第一电压信号和采样得到的第一电压信号分别输入到第三电压控制电流源的正相输入端和反相输入端以生成第一补偿电流。9.如权利要求5所述的控制电路，其中，在谐振波谷控制电路中，将采样得到的谐振波谷电压与第五参考电压相比较来生成第二脉冲信号，利用第二脉冲信号对第一电压信号进行采样，并将第一电压信号和采样得到的第一电压信号分别输入到第四电压控制电流源的正相输入端和反相输入端以生成第二补偿电流。10.如权利要求2所述的控制电路，其中，该逻辑控制单元为RS触发器，第一控制信号输入到RS触发器的复位端，而第二控制信号输入到RS触发器的置位端，当第一控制信号为高电平时，从逻辑控制单元输出的第三控制信号为低电平，电磁炉主回路开关断开；当第二控制信号为高电平时，从逻辑控制单元输出的第三控制信号为高电平，电磁炉主回路开关导通。11.如权利要求2所述的控制电路，其中，所述模拟控制电路还包括：第三控制单元，用于产生保护控制信号，所述第三控制单元包括浪涌保护电路，所述浪涌保护电路包括：采样电路，对第二电压信号进行采样并将经采样的第二电压信号作为第一输出电压信号输出；差分放大电路，获得与第二电压信号与第一输出电压信号之间的电压差相应的电压；第一比较器，将该电压与第二阈值电压进行比较以输出作为保护控制信号的第四控制信号，其中，将第四电压信号的电压与第三电压信号的电压进行比较获得的结果与保护控制信号进行逻辑或运算之后得到第一控制信号；其中，采样电路对第二电压信号进行采样的采样信号的周期与控制电磁炉主回路开关导通和断开的第三控制信号的周期相同，并用于对第二电压信号的波峰电压进行采样。12.如权利要求11所述的控制电路，其中，采样电路包括由运算放大器构成的电压跟随器、第一开关和第一电容器，该电压跟随器的输出端通过第一开关与第一电容器相连，第一电容器的另一端接地，第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕华伟，陈志樑，方烈义，
申请(专利权)人：昂宝电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31