本发明专利技术属于电磁感应加热技术领域，提出一种集成数字式半桥加热方案。该方案易于大规模集成，有完善的控制及保护电路，适应性强，外围分立器件少，易于生产调试，系统可靠性高。可与ＭＣＵ、ＣＰＬＤ、ＤＳＰ等数字处理器集成在一起组成一个完整的控制系统。所有相关的模拟信号都转化为数字信号进行处理，包括系统时钟、半桥驱动信号形成、功率管死区检测、容性感性状态检测、无功功率检测、电流检测、过流保护、峰压保护几个部分组成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属感应加热
，涉及一种数字化的半桥感应加热控制方案。
技术介绍
感应加热由于其显著的节能效果，越来越受到广泛的关注和应用，从最初的工业 应用到现在的民用，功率也从几百瓦到几百千瓦不等。技术方案也随功率和用途大致分为 三种单功率管并联反激式、双功率管的半桥串联式、四功率管的全桥串联式。三种方案各 有优缺点，单管反激成本是最便宜的，但功率不宜做大，目前家用电磁炉均采用这种方案； 全桥串联成本最高，功率也是能做得最高的，一般用于工业用途；半桥串联方案介于反激和 全桥之间，就成本而言略高于反激，但功率可以做得更大，能效可以更高。目前应用最多的单管反激方案虽然成本低，但由于其固有缺陷已大大限制其应用 和发展，表现为功率不能做得太低，以市电220VAC为例，连续功率要做到低于800W就比较 困难，要做得更低就要增加线圈感量或增大线圈到锅底的距离，但功率耦合度降底后，功率 就做不大，能效也会更低。但半桥方案却没有这样的缺陷，功率要做小做大都很容易，对线 圈感量要求不高，线圈到锅底的距离可以缩到很小，功率耦合度更高，能效也会更高。现有的半桥技术过于简单，基本上只是最主要的频率控制，没有死区自动调整，没 有无效功率控制，缺少相关保护。电路是以压控振荡器件为核心的模拟控制，决定频率的都 为电阻和电容的分立元件，误差大、漂移大、稳定性差，电路适应性也很差。
技术实现思路
本专利技术针对于目前半桥技术的不足，提出一种数字化的控制方案。该方案易于大 规模集成，减少外围分立器件，降低对器件的要求，可以与MCU、CPLD、DSP等数字处理器集 成在一起，整体方案的成本可以做得更低，更可靠。使半桥方案可以向民用和商用拓展，并 取代目前的单管反激方案。本发时提出的解决方案均基于数字处理理论，所有相关的模拟信号都转化为数字 信号进行处理，包括系统时钟、半桥驱动信号形成、功率管死区检测、容性感性状态检测、无 功功率检测、电流检测、过流保护、峰压保护几个部分组成。系统时钟是石英晶体振荡器或内部经过校正的RC振荡器，信号时序、信号时间长 度，各模块均以此做为时间基准，准确、稳定。半桥驱动信号形成部分，该部分形成上、下功率管控制信号，该部分与其它几部分 连接，以自动调节控制信号的死区和频率，或在紧急情况下立即关闭控制信号。其中的控 制、调节过程需软体程序参与，某些过程可由硬件逻辑电路直接调整，也可软体程序处理。功率管死区检测部分，该部分是一个比较器，其负端接零电位，正端接降压后的功 率管桥间信号，在桥间信号电位小于零负时产生一个下降沿信号，该信号接供给半桥驱动 信号形成部分。信号形成部分内有一个捕捉计数器，将上桥功率管关断到死区检测部分输 入的下降沿信号捕捉到后，计数值经过滤波处理、错误判断后做为后续半桥驱动信号的死区时间。容性感性状态检测部分，该部分是一个比较器，接于电流互感器两端，用于检测电 流方向，正向时为信号0，反向时为信号1。在上桥关断时如果是正向电流则当前处于感抗 状态，反之为反向电流则处于容抗状态，正好是电流为零时则电路处于谐振状态，容抗和感 抗都为0，检测出的信号输入半桥信号形成部分，用以调整信号频率。无功功率检测部分，该部分是一个比较器，接于降压后的电容侧和电源之间，用于 检测电容谐振电压；电流检测部分，该部分是一个比较器，接于电流互感器与电流参考之间，电流参考 用于设置最大工作电流，过电流保护部分，该部分是一个比较器，接于电流互感器与保护电流参考之间，当 过流时产生一个下降沿信号，该信号输入半桥驱动信号形成部分，立即关断信号输出。峰压保护部分，该部分是一个比较器，接于降压后的电容侧和参考电压之间，当电 容上的电压过高时产生一个下降沿信号，该信号输入半桥驱动信号形成部分，立即关断信 号输出。与现有技术相比，与半桥控制相关的所有信号都转换为了数字信号来进行处理。 因为控制系统与数字处理器集成在一起，所有的信号都是数字处理器所能直接控制的，相 关的信息数字处理器都能明确，在生产调试过程中更为方便。或者在系统中加上存储器，将 需要的过程信息都记录下来，这样更便于用户使用，故障分析，维护检修。附图说明图1为本专利技术的系统框图及连接原理2为本专利技术死区捕捉调整曲线3为本专利技术半桥驱动信号频率调整曲线图具体实施例方式如图1所示的运用系统实施例中，Ul是按本专利技术思路设计的半桥控制系统，其内 部集成了微控制器MCU，除MCU部分外与半桥控制相关的部分包括系统时钟及外部晶振XI， CMPO死区时间检测，CMPl容性感性状态检测，CMP2电流检测，CMP3无功功率检测，CMP4过 流检测，CMP5过压检测几个部分。U2为功率管隔离驱动电路，IGBT-UP为桥臂上功率管，IGBT-DN为桥臂下功率管， Cl，C2为ZVS辅助电容，L为功率线盘，其上PAN为负载锅具，Isen为电流互感器，C3，C4为 功率谐振电容，R3，R4，R5为降压电阻网络，VCC为市电经整流滤波后脉动的直流电源。半桥控制系统中，UP为上功率管IGBT-UP开关信号，DN为下功率管IGBT-DN开关 信号，Dt为功率管侧桥点信号。在系统开始工作时，需首先检测LC串联网络的谐振频率，如频率范围不在系统要 求的范围中则不能进行工作，出现这种现象的原因有可能是线盘L未接或松动、线盘L的感 量偏差太大，电容C3，C4容量偏差太大，此时系统不工作正是对系统的保护。一般感应加 热LC的谐振频率应控制在20K-40K之间。检测的方法是，功率管IGBT-DN先开通，导通时 间应保证上臂驱动电压达到最小阀值，然后关断IGBT-DN，开通IGBT-UP，CMPl产生的电流方向信号Izero进入半桥驱动信号形成部分，计数器捕捉到的Izero信号周期即为LC谐振 频率，通过软件判断是否正常。初始检测后系统以初始频率和初始死区参数进入正常工作，IGBT-DN信号超前于 IGBT-UP信号。初始频率应远大于谐振频率，死区时间设置为最大值。如图2所示，该图说明了死区信号的形成、捕捉和设置。图中IGBT-DN为下功率管 驱动波形，IGBT-UP为上功率管的驱动波形，Dt为功率管桥点电压波形，Deadtime为CMPO 输出的功率管ZVS信号，只取了下功率管过零信号。Izero为电流方向信号，O为正向，1为 反向。TO至Tl时刻为IGBT-DN死区时间，Tl至T2时刻为IGBT-DN开通时间，T2至T3 为IGBT-UP的死区时间，T3至T4为IGBT-UP的开通时间。TO至T4为一个循环周期。在 IGBT-UP关断的T4时刻系统内部的计数器复位清0，并开通捕捉功能，在Deadtime的Td点 捕捉到下降沿，计数值即为当前死区时间，该计数值通过软件或硬件滤波判断后装入死区寄存器。在T4时刻同时通过确件或软件确认查看Izero状态，如果为O说明此时工作于感 性状态，此状态为正常状态，如果为1则为容性状态，此时需将工作频率向上调整。如图3所示，该图说明了半桥信号频率调整情况。在半桥串联谐振方案中需工作 在感性状态中，虽然最大效率是在谐振点，但此时功率管已不能形成过零导通条件，功率管 发热加剧。系统开始工作时，频率会远远大于谐振点，此时回路以感抗为主，功率较小，随着 频率往下调整，越靠近谐振点功率越大本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种新的半桥感应加热控制方案，其特点是采用大规模数字集成方案，可与微控制器ＭＣＵ、ＣＰＬＤ、ＤＳＰ等数字器件组合。
【技术特征摘要】
1.一种新的半桥感应加热控制方案，其特点是采用大规模数字集成方案，可与微控制 器MCU、CPLD, DSP等数字器件组合。2.根据权利要求1所述的半桥加热控制方案，相关模拟信号都转换为数字信号进行处理。3.根据权利要求1所述的半桥加热控制方案，信号时序、控制逻辑、信号时间幅值均以 器件外部的石英晶体振荡器或内部经校正的RC为时钟源。4.根据权利要求1所述的半桥加热控制方案，包括半桥驱动信号形成、功率管死区检 测、无功功率检测、感性容性状态检测、过电流检测、过峰压检...
【专利技术属性】
技术研发人员：马顺龙，
申请(专利权)人：马顺龙，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]
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