一种跳频功率驱动电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种跳频功率驱动电路及方法，应用于电磁感应加热设备，该驱动电路包括：电源模块，用于产生供功率单元加热所需的脉动直流电压和供控制单元以及功率单元的驱动电路所需的直流稳压电源；控制单元，实时采集电源模块整流输出的直流电流参数，根据采集获得的电流参数的瞬时值，通过PID运算，输出驱动信号至功率单元，以实现交流电压波峰与波谷的跳频驱动；功率单元，该控制单元的驱动信号控制下通过谐振电路产生谐振功率，实现对该电磁感应加热设备的加热，本发明专利技术使得电路在总体功率不变的情况下，谐波电压峰值减少。

【技术实现步骤摘要】
一种跳频功率驱动电路及方法
本专利技术涉及一种跳频功率驱动电路及方法，特别是涉及一种IH(InductionHeating，电磁感应加热)设备的跳频功率驱动电路及方法。
技术介绍
传统电饭煲的加热方式，是由电阻丝绕制，圈的内外双面发热，其内面(紧贴料筒部分)的热传导到料筒上，由于采用电阻丝发热，其加热温度高达800℃左右，而外面的热量大部分散失到空气中，造成电能的损失浪费。作为一种新兴的电能利用方式，IH(InductionHeating，电磁感应加热技术，同时也称诱导加热技术)的加热过程是通过电磁场直接作用于被加热导体，加热效率可达90％以上,大大高于传统的加热方式，相应地，预热时间也显著缩短；电磁加热时一般在料筒外面包裹一层保温材料，由于保温材料具有良好的隔热性，料筒的表面温度降低到60-70度，能有效防止烫伤并阻止95％热量散失到空气中，热量能充分的利用，根据机器状况节电能力可以达到40％-80％，节电效果显著(案例实测节电达30％-70％)；普通电阻丝加热圈(即：陶瓷片加热圈)由于采用电阻丝发热，其加热温度高达800℃，电阻丝容易高温老化而烧断、陶瓷片脱落、发热不均匀问题，常用电热圈使用寿命约在半年左右。而电磁加热技术是通过电磁感应加热，加热部分是整根铜丝圈，短路后控制器会直接切断电源，所以保证了线圈长久使用，具备耐用和高稳定性特点；普通电阻丝加热圈会产生局部加热问题，电阻丝部分短路或者断路会使部分加热丝不加热，导致加热不均匀，而电磁加热技术是线圈均匀的环形缠绕而成，发热是通过高频感应使料筒自身发热，从而完美的解决了发热不均匀问题。同时运用电磁感应加热技术与传统的煤、油、气以及使用电热管的用电设备相比，在环境保护、使用寿命、安全性能等方面都具有独特优势。电磁感应加热设备(例如IH电饭煲)是一种利用电磁感应原理将电能转换成热能的电器，其工作原理如下：首先由整流电路将50HZ/60HZ的交流电变换成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换频率为0.3-400KHZ的高频电压，高速变化的电流通过线圈会产生高速变化的磁场，当磁场磁力线通过金属时，会在金属体内产生涡流，使料筒等被加热物体本身自行高速发热，从而起到加热的效果。出于成本和可靠性考虑，目前电饭煲的加热器件普遍使用脉动直流电，因为市电是50Hz的交流电压，经整流后得到的是包络频率为100Hz的脉动直流电压，脉动直流电压会有波峰、波谷。固定频率的驱动信号，在波峰的时候，由于电压高，导致谐振电流加大，谐振峰值增加，在波谷的时候，由于电压低，又会导致功率减少。因此，现有技术的缺点如下：1.EMC传导的谐波能量在波峰值高位会同时增加，传导测试容易不合格。2.谐振峰值的增加，会使IGBT功率受到限制。3.谐振峰值的增加，会增加IGBT击穿的风险。4.波峰、波谷的功率落差大，会导致IGBT温度升高。5.波峰、波谷的功率落差大，会影响饭煲的烹饪效果。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术之主要目的在于提供一种跳频功率驱动电路及方法，以在交流电压波峰与波谷之间采用跳频技术，在脉动直流电压周期内波谷的时间段，降低驱动信号频率，提升波谷的功率电流，在脉动直流电压周期内波峰的时间段，提高驱动信号频率，降低波峰的功率电流，这样，使得电路在总体功率不变的情况下，谐波电压峰值减少。为达上述及其它目的，本专利技术提出一种跳频功率驱动电路，应用于电磁感应加热设备，包括：电源模块，用于产生供功率单元加热所需的脉动直流电压和供控制单元以及功率单元的驱动电路所需的直流稳压电源；控制单元，实时采集电源模块整流输出的直流电流参数，根据采集获得的电流参数的瞬时值，通过PID运算，输出驱动信号至功率单元，以实现交流电压波峰与波谷的跳频驱动；功率单元，该控制单元的驱动信号控制下通过谐振电路产生谐振功率，实现对该电磁感应加热设备的加热。进一步地，该控制单元于检测到电流参数处于波峰时提高驱动信号的频率以减小脉动直流电压波峰时的功率电流，于检测到电流参数压处于波谷时降低驱动信号的频率以增大脉动直流电压波谷时的功率电流。进一步地，当采集检测到的直流电流参数高于第一阈值IrefH时，该控制单元判断此时脉动直流电流处于波峰时段，该控制单元提高驱动信号频率，谐振电路失谐，从而功率电流被降低；当采集检测到的直流电流参数低于阈值IrefL时，该控制单元判断此时脉动直流电流处于波谷时段，该控制单元降低驱动信号频率，谐振电路谐振，从而功率电流被提高。进一步地，该电源模块包括滤波电路、整流电路以及直流电源，市电输入的火线和零线连接至该滤波电路的交流输入端，该滤波电路的交流输出端连接至该整流电路的交流输入端和该直流电源的交流输入端，该直流电源的直流输出为该功率单元的驱动电路所需高压和该控制单元所需低压，该整流电路输出脉动直流电压/电流至该控制单元。进一步地，该控制单元包括MCU控制电路、电压检测电路、电流检测电路、同步电路、保护电路以及显示电路和按键电路，该电压检测电路的输入端连接该整流电路的输出端以实时采集脉动直流电压参数，其输出端连接至该MCU控制电路1的第一、第二模拟输入IO端口，该输入端接该整流电路的输出端以实时采集脉动直流电流参数，其输出端接脉动直流负端AGND，该电流检测电路的输出连接至该MCU控制电路的第三、第四模拟输入IO端口，该同步电路从该功率单元采样后连接至该MCU控制电路的第五、第六输入IO端口，该保护电路205从功率单元采样后连接至该MCU控制电路的第七、第八输入IO端口，该MCU控制电路的第一输出IO端口连接至该功率单元的驱动电路，该显示电路的输入端连接至该MCU控制电路的第二输出IO端口，该按键电路的输出端连接至该MCU控制电路的第九输入IO端口，该直流电源的低压输出连接至该控制单元的电源引脚。进一步地，该功率单元包括驱动电路、功率管IGBT、谐振电路以及加热单元，该谐振电路的输入端接该整流电路输出的脉动直流电压，该谐振电路的输出端连接至功率管IGBT的集电极，功率管IGBT的基极连接至该驱动电路的输出端，功率管IGBT302的发射极接地GND，地GND经该电流检测电路的采样电路连接至该整流电路的另一输出端，该直流电源的高压输出连接至该驱动电路的电源端，该驱动电路的输入端接该MCU控制电路的第一输出IO端口。为达到上述目的，本专利技术还提供一种跳频功率驱动方法，应用于电磁感应加热设备，包括如下步骤：步骤一，实时采集电源模块输出的直流电流参数；步骤二，控制单元根据获取的电流参数的瞬时值，通过PID运算后输出驱动信号至功率单元的驱动电路，以实现交流电压波峰与波谷的跳频驱动；步骤三，功率单元的谐振电路根据该驱动信号产生谐振功率以实现对电磁感应加热设备的加热。进一步地，于步骤二中，该控制单元于检测到直流电流参数处于波峰时提高驱动信号的频率以减小脉动直流电流波峰时的功率电流，于检测到直流电流参数处于波谷时降低驱动信号的频率以增大脉动直流电流波谷时的功率电流。进一步地，于步骤二中，当采集检测到的直流电流参数高于第一阈值IrefH时，该控制单元判断此时脉动直流电流处于波峰时段，该控制单元提高驱动信号频率，谐振电路失谐，从而功率电流被降低；当采集检测到的直流电流参数低于阈值IrefL时，该控制单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种跳频功率驱动电路，应用于电磁感应加热设备，包括：电源模块，用于产生供功率单元加热所需的脉动直流电压和供控制单元以及功率单元的驱动电路所需的直流稳压电源；控制单元，实时采集电源模块整流输出的直流电流参数，根据采集获得的电流参数的瞬时值，通过PID运算，输出驱动信号至功率单元，以实现交流电压波峰与波谷的跳频驱动；功率单元，该控制单元的驱动信号控制下通过谐振电路产生谐振功率，实现对该电磁感应加热设备的加热。

【技术特征摘要】
1.一种跳频功率驱动电路，应用于电磁感应加热设备，包括：电源模块，用于产生供功率单元加热所需的脉动直流电压和供控制单元以及功率单元的驱动电路所需的直流稳压电源；控制单元，实时采集电源模块整流输出的直流电流参数，根据采集获得的电流参数的瞬时值，通过PID运算，输出驱动信号至功率单元，以实现交流电压波峰与波谷的跳频驱动；功率单元，该控制单元的驱动信号控制下通过谐振电路产生谐振功率，实现对该电磁感应加热设备的加热。2.如权利要求1所述的一种跳频功率驱动电路，其特征在于：该控制单元于检测到电流参数处于波峰时提高驱动信号的频率以减小脉动直流电流波峰时的功率电流，于检测到电流参数压处于波谷时降低驱动信号的频率以增大脉动直流电流波谷时的功率电流。3.如权利要求2所述的一种跳频功率驱动电路，其特征在于：当采集检测到的直流电流参数高于第一阈值IrefH时，该控制单元判断此时脉动直流电流处于波峰时段，该控制单元提高驱动信号频率，谐振电路失谐，从而功率电流被降低；当采集检测到的直流电流参数低于阈值IrefL时，该控制单元判断此时脉动直流电流处于波谷时段，该控制单元降低驱动信号频率，谐振电路谐振，从而功率电流被提高。4.如权利要求3所述的一种跳频功率驱动电路，其特征在于：该电源模块包括滤波电路、整流电路以及直流电源，市电输入的火线和零线连接至该滤波电路的交流输入端，该滤波电路的交流输出端连接至该整流电路的交流输入端和该直流电源的交流输入端，该直流电源的直流输出为该功率单元的驱动电路所需高压和该控制单元所需低压，该整流电路输出脉动直流电压/电流至该控制单元。5.如权利要求4所述的一种跳频功率驱动电路，其特征在于：该控制单元包括MCU控制电路、电压检测电路、电流检测电路、同步电路、保护电路以及显示电路和按键电路，该电压检测电路的输入端连接该整流电路的输出端以实时采集脉动直流电压参数，其输出端连接至该MCU控制电路1的第一、第二模拟输入IO端口，该输入端接该整流电路的输出端以实时采集脉动直流电流参数，其输出端接脉动直流负端AGND，该电流检测电路的输出连接至该MCU控制电路的第三、第四模拟输入IO端口，该同步电路从该功率单元采样后连接至该MCU控...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟学连，卢鉴恩，梁建峰，姜书宇，黄建枝，
申请(专利权)人：中山市科卓尔电器有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44