一種電磁爐的控制結構的製作方法

2023-09-23 02:40:00

專利名稱：一種電磁爐的控制結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電磁爐，尤其是一種家用、工業用電磁爐的控制結構。
背景技術：
眾所周知，電磁爐的電熱能量轉換效率相對於普通的電阻絲加熱爐而言，具有非常明顯的優勢。電磁爐的電熱能量轉換效率高達80％以上，而普通電阻絲加熱爐的效率最多可以做到50％左右，大部分的熱能輻射出去了。因此，電磁爐將作為一種環保的加熱灶具逐漸取代現有的普通電加熱灶具。但是，目前市場上的家用電磁爐受到技術原因限制，存在穩定性能不夠，容易燒毀功率管(IGBT或MOSFET)等問題，從而限制了其在市場上的推廣應用。
市場上現有的電磁爐控制結構的主要缺點如下一、自由振蕩電路頻率穩定性對系統穩定性影響大(1)出於成本考慮，該振蕩電路基本上是由電阻、電容、及運算放大器組成。其中，電阻、電容的時漂、溫漂參數很難做到較小的水平，同時，電阻、電容元件的精度提高，導致成本劇烈上升。
(2)批量生產過程中，因為調校該電路的頻率帶來額外的成本。
(3)長期使用過程中，溫度、溼度的變化將導致諧振器偏離以加熱能量感應線圈為主的振蕩電路諧和振頻率，情況嚴重時，自由振蕩電路同主振蕩電路偏差過大，導致功率器件提前或過遲導通而過流燒毀。這是目前電磁爐存在最主要的問題。
二、單片機(MCU)控制能力偏弱(1)現有控制結構中，單片機普遍主要作為PWM的佔空調比節用，無法控制IGBT/MOSFET的起始觸發點。這一起始觸發點基本上由同步硬體檢測電路決定。
(2)由於觸發脈衝寬度(功率輸出要求)不一樣，為了保證觸發點檢測電路可靠的檢測出同步觸發脈衝，必須考慮不同功率輸出時及負載時的情況，而MCU無法控制處理該點的時刻，從而導致IGBT(MOSFET)不可避免地會出現高電壓(50V-100V)短路導通的情況，降低電磁爐的能量轉換效率，情況嚴重時，甚至會導致IGBT燒毀。
(3)在現有控制結構中，電磁爐的主要能量轉換過程由模擬電路實現，MCU作為一個輔助元器件，發揮功能比較小。

發明內容
本實用新型的目的是研製一種克服現有技術的不足，並提供一種新型的電磁爐的控制結構。本實用新型主要由單片機、同步硬體信號檢測電路、IGBT導通控制電路三部分組成。其設計要點在於採用單片機靈活控制IGBT/MOSFET的導通時刻和導通時間，達到穩定控制電磁爐的目的。本實用新型電磁爐的控制結構的工作原理為1、同步硬體信號檢測電路檢測到電磁爐勵磁發熱線圈的電壓跌落到某個設定值後，產生同步脈衝信號給單片機；2、單片機接收到同步脈衝信號後，經過計算，輸出確定延時觸發IGBT/MOSFET導通時刻的信號給IGBT/MOSFET導通控制電路。下列要素根據性能要求選擇考慮
(1)當前消耗電流值(2)當前供電電壓值(3)IGBT/MOSFET承受的峰值電壓值(4)IGBT/MOSFET功率器件溫度及變化特性曲線3、IGBT/MOSFET導通時間足夠時，關閉IGBT/MOSFET。導通時間主要由輸出功率要求決定。同時也要考慮下面的相應的保護條件決定。
(1)IGBT/MOSFET功率器件表面溫度，溫度過高時需要適當的降低其導通時間。
(2)IGBT/MOSFET功率器件所能承受的峰值電壓/電流(3)鍋底溫度4、返回步驟1，等待同步硬體信號檢測電路給出新的信號。
現有電磁爐控制結構與本實用新型電磁爐控制結構方案對比表

本實新型的有益效果在於1、充分利用MCU強大的功能。
(1)MCU工作頻率的穩定性保證觸發脈衝寬度的高精度。
(2)IGBT/MOSFET導通觸發點的時刻控制由MCU完成，既精確又穩定，又靈活，非常到位。
2、主振蕩能量轉換電路的穩定性要求降低。
現在市場流行電磁爐方案中，要求由主振蕩線圈所構成的振蕩能量轉換迴路的頻率同自由振蕩PWM發生電路的頻率有一定的匹配關係。因此要求主振蕩電路的構成元器件參數要穩定一致。但在新型電磁爐控制原理方案中，主振蕩能量轉換諧振迴路的頻率變化可以非常容易，快速地被MCU適應。即使在使用過程中有參數變化(①線盤間隙②阻容參數③IGBT/MOSFET老化等)MCU也可以適應這些變化。
3、IGBT/MOSFET故障機率大為減少。
IGBT/MOSFET發熱主要是因為IGBT/MOSFET並不是在源極電壓為0或較低時導通，只是在低於一定電壓後就發出允許IGBT再次導通信號。但是不同的功率，發熱(能量轉換)線盤與諧振電容產生的波形是不一樣的，小功率時波形已經上翹而大功率波形還沒有下降到最低點，並且大批量生產時存在器件參數的離散原因，影響信號的同步穩定性和一致性。控制IGBT導通完全由硬體電路控制，不可能根據不同功率的振蕩波形靈活的改變控制導通點。容易出現IGBT/MOSFET大電流導通而燒毀的情況。本實用新型電磁爐控制結構中，由於MCU可以靈活調整IGBT/MOSFET觸發時刻，所以可以非常容易的避免、杜絕IGBT/MOSFET在高電壓的情況下短路導通。大大減少IGBG/MOSFET故障機率。
4、進一步提高電熱轉換效率。
IGBT/MPSFET本身的開關損耗是很小的，但是其在高壓情況下短路導通的損耗是一種不小的能量損失。由於新方案可以避免高電壓導通，可以避免這種損耗，進一步提高電熱轉換效率。
5、提高IGBT/MOSFET壽命及整機壽命。
由於避免了IGBT/MOSFET高電壓短路導通狀況的出現，IGBT/MOSFET的壽命可以得到延長，整機壽命也會相應延長。
6、取消了自由振蕩器、鋸齒波發生器、PWM發生器，節省元器件成本，提高系統穩定性，減少生產中的調試開銷。


圖1是本實用新型的工作原理示意圖具體實施方式
下面，結合圖1，對本實用新型的具體實施方式
進行進一步闡述，本實用新型主要由單片機、同步硬體信號檢測電路、IGBT導通驅動控制等三部分組成，其餘為普通保護電路。其設計要點在於採用單片機靈活控制IGBT/MOSFET的導通時刻和導通時間，達到穩定控制電磁爐的目的1、同步硬體信號檢測電路檢測到電磁爐勵磁發熱線圈的電壓跌落到某個設定值後，產生同步脈衝信號給單片機；2、單片機接收到同步脈衝信號後，經過計算，輸出確定延時觸發IGBT/MOSFET導通時刻的信號給IGBT/MOSFET導通控制電路。本實用新型電磁爐的控制結構的工作原理為1、同步硬體信號檢測電路檢測到電磁爐勵磁發熱線圈的電壓跌落到某個設定值後，產生同步脈衝信號給單片機；2、單片機接收到同步脈衝信號後，經過計算，輸出確定延時觸發IGBT/MOSFET導通時刻的信號給IGBT/MOSFET導通控制電路。下列要素根據性能要求選擇考慮(5)當前消耗電流值(6)當前供電電壓值(7)IGBT/MOSFET承受的峰值電壓值(8)IGBT/MOSFET功率器件溫度及變化特性曲線3、IGBT/MOSFET導通時間足夠時，關閉IGBT/MOSFET。導通時間主要由輸出功率要求決定。同時也要考慮下面的相應的保護條件決定。
(1)IGBT/MOSFET功率器件表面溫度，溫度過高時需要適當的降低其導通時間。
(2)IGBT/MOSFET功率器件所能承受的峰值電壓/電流(3)鍋底溫度4、返回步驟1，等待同步硬體信號檢測電路給出新的信號。
權利要求1.一種電磁爐的控制結構，主要由單片機、同步硬體信號檢測電路、IGBT導通控制電路三部分組成。其特徵在於同步硬體信號檢測電路檢測到電磁爐勵磁發熱線圈的電壓跌落到某個設定值後，產生同步脈衝信號給單片機；單片機接收到同步脈衝信號後，經過計算，輸出確定延時觸發IGBT/MOSFET導通時刻的信號給IGBT/MOSFET導通控制電路，達到穩定控制電磁爐的目的。
專利摘要本實用新型公開了一種電磁爐的控制結構，主要由單片機、同步硬體信號檢測電路、IGBT導通控制電路三部分組成。其特徵在於同步硬體信號檢測電路檢測到電磁爐勵磁發熱線圈的電壓跌落到某個設定值後，產生同步脈衝信號給單片機；單片機接收到同步脈衝信號後，經過計算，輸出確定延時觸發IGBT/MOSFET導通時刻的信號給IGBT/MOSFET導通控制電路，達到穩定控制電磁爐的目的。
文檔編號H05B6/06GK2826891SQ20052006305
公開日2006年10月11日 申請日期2005年8月17日 優先權日2005年8月17日
發明者黃海寧 申請人:黃海寧