数字式高频开关电磁加热电源系统集成模块技术方案

数字式高频开关电磁加热电源系统集成模块，由整流滤波电路、逆变电路、ＩＧＢＴ驱动隔离电路、输入相电流采样电路、ＩＧＢＴ电流采样电路、ＩＧＢＴ驱动电路、控制单片机、功率控制器、ＩＧＢＴ温度检测电路、锅底温度检测电路、串行通讯接口、加热线圈、电源模块整体结构所构成。电源系统集成模块功率控制采用调频调脉宽并用的形式使得功率调节平滑均匀，逆变电路功率半导体过流单脉冲保护方法提高了可靠性，最大输出功率时工作频率根据谐振频率标定使得整机发热大大降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数字式高频开关电磁加热电源系统集成模块，属于数字控制高频开关 电源

技术介绍
高频电磁加热技术是一种新型高效加热方式，在工业、商业领域有着广泛的应用，包 括食品加工、工业生产过程加热、表面热处理、工业生产过程焊接等，它是采用高频电磁 波在被加热金属内产生涡流，金属本身使金属本身直接发热，进而加热金属容器内部的介 质。传统的电磁加热电源在使用时存在功率调节不平滑、电源自身发热大、保护设计不合 理导致故障率高、电路结构效率低等问题，同时，由于电磁加热设备基本是非标设备，因 此在用户需要时，都需要重新设计，这种状态导致产品开发难度大、标准化程度差、可靠 性低、功能不完善、使用维护不便等问题，以上问题，使得大功率高频电磁加热设备效率 低、可靠性差、开发周期长、应用推广难度大，无法满足各领域对电磁加热设备的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于避免和克服已有技术的缺点和不足而提供一种应用于电磁加热设 备上的数字式高频开关电磁加热电源系统集成模块。数字式高频开关电磁加热电源系统集成模块是一种用于电磁加热设备的电源，本专利技术 使用模块化结构设计替代传统的一体化设计方式，数字式高频开关电磁加热电源系统集成 模块主要完成电磁加热控制及功率变换，并提供必要的通讯接口，电磁加热设备设计人员 可以直接使用该模块来设计电磁加热设备，也可以设计其他控制电路，通过模块提供通讯 接口控制电源模块的工作，模块可以根据需要进行组合，这样实现，可以大大简化产品设 计人员的设计难度，提高设计速度，保证产品质量。鉴于以往电磁加热设备所存在的问题，为保证电磁加热用电源模块的通用性、可靠性 和高性能，模块在设计时采用了与以往不同的技术方法，这下方法包括功率半导体过流单 脉冲保护提高整机的可靠性、功率调节采用调频调脉宽并用的形式使得功率调节平滑均匀、 最大输出功率时工作频率根据谐振频率标定使得整机发热大大降低、串行通讯接口方便产品设计厂家进行二次开发、精巧可靠方便的模块化结构设计便于用户根据需要合理布置电 源模块在产品中的位置。采用本专利技术所述数字式高频开关电磁加热电源系统集成模块的电磁加热设备具有功率 大、效率高、体积小、重量轻、稳定可靠、便于二次开发等效果；本专利技术能提高设备的功率调节平滑度、效率，降低体积重量和发热，提高整机可靠性，还可以大大简化具体产品 开发的过程，降低产品开发难度，便于产品系列化，从而使电磁加热产品在适应性、可靠 性、功率调节平稳性、产品开发简便等方面得到很大提高。 本专利技术是采用以下技术措施来实现其专利技术目的的。数字式高频开关电磁加热电源系统集成模块，它是由整流滤波电路、逆变电路、IGBT驱动隔离电路、输入相电流采样电路、IGBT电流采样电路、IGBT驱动电路、控制单片机、 功率控制器、IGBT温度检测电路、锅底温度检测电路、串行通讯接口、加热线圈、电源模 块整体结构所构成，其工作过程是由数字式脉冲频率调制与脉冲宽度调制相结合的控制方 法，通过检测功率控制器信号及其他采样和反馈信号，控制单片机确定逆变电路开通的脉 冲宽度和脉冲频率，经IGBT驱动电路放大后，再经IGBT驱动隔离电路驱动逆变电路，通 过加热线圈产生高频磁场，使其输出满足电磁加热需要的输出功率。其采用的技术措施是 电源系统集成模块功率控制采用调频调脉宽并用的形式使得功率调节平滑均匀，逆变电路 功率半导体过流单脉冲保护方法提高了可靠性，最大输出功率时工作频率根据谐振频率标定使得整机发热大大降低，串行通讯接口便于产品设计厂家进行二次开发、精巧可靠方便 的模块化结构设计便于用户根据需要合理布置电源系统集成模块在产品中的位置。 本专利技术技术方案如下1、数字式高频开关电磁加热电源系统集成模块，它是由整流滤波电路、逆变电路、IGBT 驱动隔离电路、输入相电流采样电路、IGBT电流采样电路、IGBT驱动电路、控制单片机、 功率控制器、IGBT温度检测电路、锅底温度检测电路、串行通讯接口、加热线圈、电源模 块整体结构所构成，其工作过程是由数字式脉冲频率调制与脉冲宽度调制相结合的控制方 法，通过检测功率控制器信号及其他采样和反馈信号，控制单片机确定逆变电路开通的脉 冲宽度和脉冲频率，经IGBT驱动电路放大后，再经IGBT驱动隔离电路驱动逆变电路，通 过加热线圈产生高频磁场，使其输出满足电磁加热需要的输出功率。其特征是电源系统集 成模块功率控制采用调频调脉宽并用的形式使得功率调节平滑均匀，逆变电路功率半导体过流单脉冲保护方法提高了可靠性，最大输出功率时工作频率根据谐振频率标定使得整机发热大大降低，串行通讯接口便于产品设计厂家进行二次开发、精巧可靠方便的模块化结 构设计便于用户根据需要合理布置电源系统集成模块在产品中的位置。所述的数字式高频开关电磁加热电源系统集成模块，其特征在于所述的数字脉冲调制 控制方法是由控制单元根据功率调节器信号确定当前的脉冲频率和脉冲宽度，同时结合输 入相电流采样电路采集的输入电流确定在有效距离内是否存在可以被加热物体，如果此时 输入电流小于设定值，则采用预先设定的脉冲频率和脉冲宽度方式进行输出控制，以检测 可被加热物体是否在有效距离内。 一旦发现存在有效的可被加热物体，控制单片机将逐步 调节输出达到根据功率调节器信号确定的脉冲频率和脉冲宽度，脉冲调制信号由控制单片 机发出，经IGBT驱动电路放大后，再经IGBT驱动隔离电路驱动逆变电路，通过加热线圈 产生高频磁场，使其输出满足电磁加热需要的输出功率。功率调节器在调节范围内是连续 可调的，因此输出功率的控制也是从最小到最大连续可调。现有功率调节的方法采用的是 分段调频的方式，功率调节不平滑，给使用者带来不便，部分电磁加热设备没有检测可被 加热物体是否在有效距离内的功能，这样会增大电磁辐射，并带来安全隐患。所述的数字式高频开关电磁加热电源系统集成模块，其特征在于所述的逆变电路功率 半导体过流单脉冲保护方法是由IGBT管电流传感器实时采集流过IGBT的电流，由IGBT 电流检测前置放大电路对信号加以处理，传送给过流驱动闭锁电路，如果发现IGBT电流过 大，则立即将信号发送给IGBT驱动隔离电路，由IGBT驱动隔离电路关断IGBT输出，从 而达到保护IGBT的目的。现有的IGBT过流保护方式中，IGBT电流釆样的位置不同，但 不如上述方法快速和精确。所述的数字式高频开关电磁加热电源系统集成模块，其特征在于所述的最大输出功率 时工作频率是根据谐振频率进行标定的。控制单片机设置脉冲频率调节范围时，对于最大 功率对应的频率应该按照整机谐振频率进行确定，根据需要确定工作频率与谐振频率相差1 % 50%，由于越接近谐振频率，整机发热越小，因此按照该方法标定工作频率可以达到 减少整机发热、提高效率的目的。现有电磁加热设备的工作频率选择距离谐振频率点很远， 一般工作频率与谐振频率相差50% 70%，这样虽然便于生产，但是设备自身发热十分严 重。所述的数字式高频开关电磁加热电源系统集成模块，其特征在于所述的数字式高频开 关电磁加热电源系统集成模块具有串行通讯接口，通过串行通讯接口，产品设计人员可以 控制数字式高频开关电磁加热电源系统集成模块的工作，也可以接收控制数字式高频开关 电磁加热电源系统集成模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
数字式高频开关电磁加热电源系统集成模块，它是由整流滤波电路、逆变电路、ＩＧＢＴ驱动隔离电路、输入相电流采样电路、ＩＧＢＴ电流采样电路、ＩＧＢＴ驱动电路、控制单片机、功率控制器、ＩＧＢＴ温度检测电路、锅底温度检测电路、串行通讯接口、加热线圈、电源模块整体结构所构成，其工作过程是由数字式脉冲频率调制与脉冲宽度调制相结合的控制方法，通过检测功率控制器信号及其他采样和反馈信号，控制单片机确定逆变电路开通的脉冲宽度和脉冲频率，经ＩＧＢＴ驱动电路放大后，再经ＩＧＢＴ驱动隔离电路驱动逆变电路，通过加热线圈产生高频磁场，使其输出满足电磁加热需要的输出功率。其特征是电源系统集成模块功率控制采用调频调脉宽并用的形式使得功率调节平滑均匀，逆变电路功率半导体过流单脉冲保护方法提高了可靠性，最大输出功率时工作频率根据谐振频率标定使得整机发热大大降低，串行通讯接口便于产品设计厂家进行二次开发、精巧可靠方便的模块化结构设计便于用户根据需要合理布置电源系统集成模块在产品中的位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：仲维滨，姜明建，姜冰，孙勤，
申请(专利权)人：青岛雅合科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]