一种程控高频大功率通电加热电源系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种程控高频大功率通电加热电源系统，包括嵌入式控制系统、直流电源模块和逆变装置；嵌入式控制系统包括键盘输入装置、显示单元、主控MCU和控制系统电源模块；逆变电路采用IGBT模块构成的电压源逆变电路，通过控制IGBT的导通实现通电加热电源输出电压频率、占空比和电压有效值的平滑调节，实现了将直流电压变为占空比和频率可调的间歇式方波交流电，并给负载提供电能，对液体食品进行通电加热。有效的抑制了豆浆等富含蛋白质液体食品对电极的污染；该通电加热电源输出电压的幅值、频率、占空比均可程控调节，实现了对液体食品高频大功率连续加热。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种程控高频大功率通电加热电源系统，属于液体食品通电加热领域。
技术介绍
通电加热也被称为焦耳加热、电阻抗加热等，它的基本原理是把食品物料作为电路的一部分，当交流电通过食品物料时，由于食品物料固有的阻抗特性而将电能直接在食品内部转化为热能，从而达到加热食品的目的。通电加热技术最早于19世纪被提出，但是受当时技术条件如电极材料、控制技术和电能成本的制约，通电加热技术逐渐被人放弃。自从进入21世纪以来，由于电能成本的降低以及电极材料和设计技术的改进，通电加热技术又焕发了新的活力。由于通电加热技术具有加热效率尚、易于程序控制、电能转化率尚和环境友好等优点，并能实现液体食品的高温快速杀菌，因此该技术被认为是食品加工过程中最具有发展潜力的热处理技术之一，在加热、漂烫、蒸发浓缩、脱水、灭菌的食品加热等领域具有广泛的应用前景。在传统的液体食品物料的通电加热中，通常使用工频交流电(50Hz?60Hz)进行加热。但是在经过大量的实验后发现，随着通电加热时间的延长，豆浆等富含蛋白质的液体食品会在电极表面形成污垢层，对极板产生污染，这严重影响了通电加热技术在富含蛋白质的液体食品加工中的应用。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供了一种程控高频大功率通电加热电源系统；目的在于提供一种可以控制的高频通电加热电源系统，该系统可以实现对液体食品高频大功率连续加热，有效的降低了液体食品对极板的污染。该通电加热电源输出电压的幅值、频率、占空比均可程控调节，可按照需要在不同条件下对液体食品进行通电加热。为实现上述目的，本技术采用的技术方案如下:通过人机交互界面设定电源输出电压的幅值、频率和占空比，主控MCU根据设定的频率和占空比产生两路PWM信号，同时，根据将设定的输出电压通过数模转换器转化为0?20mA的模拟信号。PWM信号经过IGBT驱动模块转化为两路与之前频率和占空比相同的方波电压信号，并与IGBT的控制端连接，通过改变IGBT的导通时间改变输出电压的频率和占空比。逆变电路的IGBT输入端与0?400V可调的直流电压连接，通过控制0?20mA的模拟信号来调节输出电压的幅值。综上，实现了将直流电压变为占空比和频率可调的间歇式方波交流电，并给负载提供电能，对液体食品进行通电加热。一种连续式程控高频通电加热电源系统，包括嵌入式控制系统、直流电源模块和逆变装置；所述嵌入式控制系统包括通过线路连接的键盘输入装置、显示单元、主控MCU和控制系统电源模块；所述嵌入式控制系统集成在一块PCB电路板上；所述键盘输入装置为行列式键盘；所述显示单元为19264液晶模块，用于显示通电加热电源的实时信息，如频率、占空比、电压等；所述主控MCU采用STM32芯片，STM32芯片外设有定时器TM2和TM3 ；主控MCU根据设定的电压利用D/A转换器将数字量转化为0?20mA的模拟量用来调节直流电源模块的输出电压，定时器TM2和TM3产生两路频率和占空比一致的PWM信号；定时器TM2和TM3的使能时间相差PWM信号的半个周期，且PWM信号占空比不超过50%，从而使两路PWM信号在任何情况下不会同时高电平，也就保证了逆变电路的两路IGBT不会同时打开，以免烧坏IGBT ;所述控制系统电源模块，其使用开关电源将家用220V交流电压转换成直流5V，然后将5V电压通过低压差电压调节器转化成3.3V的直流电压，为嵌入式控制系统供电；所述直流电源模块的输出直流电压在其输出电压最大值的0?100%范围内连续可调，其输出电压峰值为400V，可以通过0?20mA模拟信号调节输出电压值；所述逆变装置包1、一种连续式程控高频通电加热电源系统，其特征在于包括嵌入式控制系统、直流电源模块和逆变装置；所述嵌入式控制系统包括通过线路连接的键盘输入装置、显示单元、主控MCU和控制系统电源模块；所述嵌入式控制系统集成在一块PCB电路板上；所述键盘输入装置为行列式键盘；所述显示单元为19264液晶模块；所述主控MCU采用STM32芯片，STM32芯片外设有定时器TM2和TM3 ;主控MCU根据设定的电压利用D/A转换器将数字量转化为0?20mA的模拟量用来调节直流电源模块的输出电压，定时器TM2和TM3产生两路频率和占空比一致的PWM信号；所述控制系统电源模块使用开关电源将家用220V交流电压转换成直流5V，然后将5V电压通过低压差电压调节器转化成3.3V的直流电压，为嵌入式控制系统供电；所述直流电源模块的输出直流电压在其输出电压最大值的0?100%范围内连续可调，其输出电压峰值为400V，通过0?20mA模拟信号调节输出电压值；所述逆变装置包括驱动模块、缓冲模块和逆变电路；所述逆变装置通过控制IGBT的导通实现通电加热电源输出电压、频率、占空比和电压有效值的平滑调节；所述输出电压0?400V可调，频率0?30kHz可调，占空比0?100%可调；所述驱动模块由以单管大功率驱动芯片KA962F为核心的驱动电路组成，驱动模块将主控MCU产生的PWM信号的高低电平分别转换为栅极正偏驱动电压+15V和负偏电压-10V，实现对IGBT模块的快速打开和关断；所述驱动模块集成在一块PCB电路板上；所述缓冲模块由电阻、电容和缓冲二极管组成，缓冲模块采用放电阻止型RCD缓冲电路；所述缓冲模块集成在一块PCB电路板上；所述逆变电路是采用两个IGBT模块通过电源线连接而成的电压源逆变电路；所述每个IGBT模块包含两个在半桥配置中的绝缘双极型晶体管，且每个晶体管都具有反向链接快速恢复二极管；所述驱动模块和缓冲模块连接，所述逆变电路的IGBT模块与缓冲模块连接；所述逆变装置与所述嵌入式控制系统输出的两路PWM信号连接；所述直流电源模块与所述逆变装置的逆变电路输入端连接。括驱动模块、缓冲模块和逆变电路。所述逆变装置通过控制绝缘栅双极型晶体(IGBT)的导通实现通电加热电源输出电压、频率、占空比和电压有效值的平滑调节；所述输出电压0?400V可调，频率0?30kHz可调，占空比0?100%可调；所述驱动模块由以单管大功率驱动芯片KA962F为核心的驱动电路组成，驱动模块将主控MCU产生的PWM信号的高低电平分别转换为栅极正偏驱动电压+15V和负偏电压-10V，从而实现对IGBT模块的快速打开和关断；所述驱动模块集成在一块PCB电路板上；所述缓冲模块由电阻、电容和缓冲二极管组成，缓冲模块采用放电阻止型RCD缓冲电路，可以抑制浪涌电压产生；所述缓冲模块集成在一块PCB电路板上；所述逆变电路是采用两个IGBT模块通过电源线连接而成的电压源逆变电路；所述每个IGBT模块包含两个在半桥配置中的绝缘双极型晶体管，且每个晶体管都具有反向链接快速恢复二极管；所述驱动模块和缓冲模块连接，所述逆变电路的IGBT模块与缓冲模块连接；所述逆变装置与所述嵌入式控制系统输出的两路PWM信号连接；所述直流电源模块与所述逆变装置的逆变电路输入端连接。本技术的优点:1.有效的抑制了楽等富含蛋白质液体食品对电极的污染。2.具有良好的人机界面，操作简单。该通电加热电源输出电压的幅值、频率、占空比均可程控调节，实现了对液体食品高频大功率连续加热。3.加热均匀、效率高，产品品质高。通电加热时，电流通过物料，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续式程控高频通电加热电源系统，其特征在于包括嵌入式控制系统、直流电源模块和逆变装置；所述嵌入式控制系统包括通过线路连接的键盘输入装置、显示单元、主控MCU和控制系统电源模块；所述嵌入式控制系统集成在一块PCB电路板上；所述键盘输入装置为行列式键盘；所述显示单元为19264液晶模块；所述主控MCU采用STM32芯片，STM32芯片外设有定时器TIM2和TIM3；主控MCU根据设定的电压利用D/A转换器将数字量转化为0～20mA的模拟量用来调节直流电源模块的输出电压，定时器TIM2和TIM3产生两路频率和占空比一致的PWM信号；所述控制系统电源模块使用开关电源将家用220V交流电压转换成直流5V，然后将5V电压通过低压差电压调节器转化成3.3V的直流电压，为嵌入式控制系统供电；所述直流电源模块的输出直流电压在其输出电压最大值的0～100％范围内连续可调，其输出电压峰值为400V，通过0～20mA模拟信号调节输出电压值；所述逆变装置包括驱动模块、缓冲模块和逆变电路；所述逆变装置通过控制IGBT的导通实现通电加热电源输出电压、频率、占空比和电压有效值的平滑调节；所述输出电压0～400V可调，频率0～30kHz可调，占空比0～100％可调；所述驱动模块由以单管大功率驱动芯片KA962F为核心的驱动电路组成，驱动模块将主控MCU产生的PWM信号的高低电平分别转换为栅极正偏驱动电压+15V和负偏电压‑10V，实现对IGBT模块的快速打开和关断；所述驱动模块集成在一块PCB电路板上；所述缓冲模块由电阻、电容和缓冲二极管组成，缓冲模块采用放电阻止型RCD缓冲电路；所述缓冲模块集成在一块PCB电路板上；所述逆变电路是采用两个IGBT模块通过电源线连接而成的电压源逆变电 路；所述每个IGBT模块包含两个在半桥配置中的绝缘双极型晶体管，且每个晶体管都具有反向链接快速恢复二极管；所述驱动模块和缓冲模块连接，所述逆变电路的IGBT模块与缓冲模块连接；所述逆变装置与所述嵌入式控制系统输出的两路PWM信号连接；所述直流电源模块与所述逆变装置的逆变电路输入端连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李法德，王少刚，闫银发，宋占华，刘莫尘，宋华鲁，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：新型
国别省市：山东;37