用於感應加熱的半橋電路及電磁灶系統的製作方法
2023-09-23 07:34:45
用於感應加熱的半橋電路及電磁灶系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了用於感應加熱的半橋電路及電磁灶系統。該半橋電路包括由第一功率開關與第二功率開關組成的開關串聯電路、與開關串聯電路並聯的第一電容、並聯在第一功率開關上的第一吸收電容、並聯在第二功率開關上的第二吸收電容、並聯在開關串聯電路兩端的由第一諧振電容和第二諧振電容組成的電容串聯電路、連接在第一諧振電容和第二諧振電容的連接節點與第一功率開關與第二功率開關的連接節點之間的電感、以及並聯在第一諧振電容或第二諧振電容上的用於防止諧振電容被反向充電的單向導通器件。該半橋電路可使兩功率開關可在大範圍不對稱工作狀態下保持零電壓開關狀態，以降低開關損耗，並提高半橋電路的可靠性。
【專利說明】用於感應加熱的半橋電路及電磁灶系統
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及感應加熱電路領域，尤其涉及一種用於感應加熱的半橋電路及電磁灶系統。
【背景技術】
[0002]現有的用於感應加熱的半橋電路，可以在對稱工作情況下調節工作頻率，來實現輸出功率的大小變化。在一個灶具具有多個爐頭的情況下，如果驅動不同爐頭的半橋電路工作頻率不一致，當他們的頻率差落入人耳的聽覺範圍內，就會產生用戶可聽到的噪聲，影響用戶體驗，所以一般要求不同爐頭的半橋電路工作頻率一致，或者頻率差在人耳聽覺範圍以外，來避免噪聲。
[0003]當不同的半橋電路在同一頻率下工作時，由於每一個半橋電路的輸出功率根據用戶需求會有不同，會使得某些爐頭的半橋電路工作在不對稱狀態，當這種不對稱狀態達到一定程度後，就會使得其中導通時間短的一個功率開關脫離零電壓開關狀態，導致開關損耗急劇增加，使得功率開關溫度升高，甚至損壞；使得半橋電路需要採用更高等級的功率開關或更好的散熱措施來保證半橋電路的在工作頻率不對稱的情況下的正常工作，以減少噪聲，從而導致應用於感應加熱的半橋電路的電路成本增加。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的缺陷，提供一種用於感應加熱的半橋電路及電磁灶系統。
[0005]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:一種用於感應加熱的半橋電路，包括由第一功率開關與第二功率開關組成的開關串聯電路，所述開關串聯電路的一端接地，另一端與電源連接；還包括與所述開關串聯電路並聯的第一電容、並聯在所述第一功率開關上的第一吸收電容、並聯在所述第二功率開關上的第二吸收電容、並聯在所述開關串聯電路兩端的由第一諧振電容和第二諧振電容組成的電容串聯電路、連接在所述第一諧振電容和第二諧振電容的連接節點與所述第一功率開關與第二功率開關的連接節點之間的電感、以及並聯在所述第一諧振電容或所述第二諧振電容上的用於防止諧振電容被反向充電的單向導通器件；所述第一功率開關具有第一控制信號輸入端，所述第二功率開關具有第二控制信號輸入端。
[0006]優選地，所述單向導通器件是二極體。
[0007]優選地，還包括與所述二極體串聯的繼電器開關或控制開關，所述二極體與所述繼電器開關或控制開關形成的電路並聯在所述第一諧振電容或所述第二諧振電容上。
[0008]優選地，所述單向導通器件是單向可控矽。
[0009]優選地，所述第一功率開關和所述第二功率開關為IGBT開關或M0SFET開關。
[0010]本發明還提供一種用於感應加熱的半橋電路，包括由第一功率開關與第二功率開關組成的開關串聯電路，所述開關串聯電路的一端接地，另一端與電源連接；還包括與所述開關串聯電路並聯的第一電容、並聯在所述第一功率開關上的第一吸收電容、並聯在所述第二功率開關上的第二吸收電容、並聯在所述開關串聯電路兩端的由第一諧振電容和第二諧振電容組成的電容串聯電路、連接在所述第一諧振電容和第二諧振電容的連接節點與所述第一功率開關與第二功率開關的連接節點之間的電感、以及並聯在所述第一諧振電容和所述第二諧振電容上的用於防止諧振電容被反向充電的單向導通器件；所述第一功率開關具有第一控制信號輸入端，所述第二功率開關具有第二控制信號輸入端。
[0011]優選地，所述單向導通器件是單向可控矽、二極體與繼電器開關串聯形成的電路、或二極體與控制開關形成的電路。
[0012]優選地，所述第一功率開關和所述第二功率開關為IGBT開關或M0SFET開關。
[0013]本發明還提供一種電磁灶系統，包括至少兩個爐頭和用於控制所述至少兩個爐頭感應加熱的主控晶片，每一所述爐頭上設有權利要求1?9任一項所述用於感應加熱的半橋電路，所述電磁灶系統還包括連接在所述主控晶片和每一所述用於感應加熱的半橋電路的第一功率開關和第二功率開關的控制信號輸入端之間的、用於放大所述主控晶片輸出的控制信號以驅動所述第一功率開關和所述第二功率開關工作的驅動電路。
[0014]優選地，還包括與交流市電相連的EMC電路、與所述EMC電路串聯的整流電路、連接在所述整流電路與每一所述爐頭上的用於感應加熱的半橋電路之間的濾波電路。
[0015]本發明與現有技術相比具有如下優點:實施本發明，通過在第一諧振電容和/或第二諧振電容上並聯用於防止諧振電容被反向充電的單向導通器件，使得第一功率開關和第二功率開關可在大範圍不對稱工作狀態下保持零電壓開關狀態，以降低開關損耗，從而降低第一功率開關和第二功率開關溫升，降低損耗，並提高半橋電路可靠性並拓寬半橋電路不對稱工作調節功率輸出範圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
[0017]圖1是本發明實施例1中用於感應加熱的半橋電路的一電路圖。
[0018]圖2是本發明實施例2中用於感應加熱的半橋電路的一電路圖。
[0019]圖3是本發明實施例3中用於感應加熱的半橋電路的一電路圖。
[0020]圖4是本發明實施例4中用於感應加熱的半橋電路的一電路圖。
[0021]圖5是本發明實施例5中用於感應加熱的半橋電路的一電路圖。
[0022]圖6是本發明實施例6中電磁灶系統的電路原理圖。
[0023]10、半橋電路；20、主控晶片；30、驅動電路；40、EMC電路；50、整流電路；60、濾波電路；70、人機互動界面；80、爐頭。
【具體實施方式】
[0024]為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的【具體實施方式】。
[0025]實施例1
[0026]圖1示出本實施例中用於感應加熱的半橋電路10的電路圖。如圖1所示，該用於感應加熱的半橋電路10，包括由第一功率開關S1與第二功率開關S2組成的開關串聯電路，開關串聯電路的一端接地，另一端與電源連接。可以理解地，第一功率開關S1具有用於控制開關導通的第一控制信號輸入端，第二功率開關S2具有用於控制開關導通的第二控制信號輸入端。該半橋電路10還包括與開關串聯電路並聯的用於穩定母壓的第一電容C0、並聯在第一功率開關S1上的用於避免開關損耗的第一吸收電容C3、並聯在第二功率開關S2上的用於避免開關損耗的第二吸收電容C4、並聯在開關串聯電路兩端的由第一諧振電容C1和第二諧振電容C2組成的電容串聯電路、連接在第一諧振電容C1和第二諧振電容C2的連接節點與第一功率開關S1與第二功率開關S2的連接節點之間的電感L1、以及並聯在第一諧振電容C1或第二諧振電容C2上的用於防止諧振電容被反向充電的單向導通器件。
[0027]具體地，單向導通器件並聯在導通時間長的功率開關所對應的諧振電容上，以避免導通時間長的功率開關所對應的諧振電容被反向充電，從而使得導通時間較長的功率開關斷開時，電感L1的電流能夠通過導通時間較短的功率開關，在開通瞬間，由於導通時間較短的功率開關的內置二極體處於續流狀態，其兩端電壓接近0V，此時該功率開關的導通處於零電壓開關狀態，可有效降低開關損耗，進而避免功率開關溫度升高、甚至損壞；而且可有效避免噪聲的產生。
[0028]具體地，第一功率開關S1和第二功率開關S2可以是IGBT開關或M0SFET開關。本實施例中，第一功率開關S1和第二功率開關S2均為IGBT開關。如圖1所示，第一功率開關S1的集電極與電源連接，發射極與第二功率開關S2的集電極相連，第二功率開關S2的發射極與接地端相連；可以理解地，第一功率開關S1的基極為第一控制信號輸出端，第二功率開關S2的基板為第二控制信號輸出端。第一功率開關S1和第二功率開關S2均設有內置二極體，內置二極體的導通方向與第一功率開關S1或第二功率開關S2的導通方向相反，即當第一功率開關S1或第二功率開關S2導通時，電流從其集電極流經發射極；當第一功率開關S1或第二功率開關S2斷開時，電流流經內置二極體。
[0029]如圖1所示，單向導通器件可以是二極體D1，第二功率開關S2的導通時間大於第一功率開關S1的導通時間，該二極體D1並聯在導通時間較長的第二功率開關S2對應的第二諧振電容C2上。當第一功率開關S1導通時，電源電流流經第一功率開關S1、電感L1、第二諧振電容C2至接地端，電量存儲在電感L1中。當第一功率開關S1斷開時，電感L1中存儲的電量通過電感L1、第二諧振電容C2、第二功率開關S2的內置二極體形成迴路，從而轉移到第二諧振電容C2中，經過一定的死區時間，第二功率開關S2會進入導通狀態，實現零電壓開關。當電感L1的電量為0時，第二諧振電容C2兩端的電壓達到最大值，此時電流會反向，第二諧振電容C2中存儲的電量通過第二諧振電容C2、電感L1、第二功率開關S2形成迴路，從而轉移到電感L1上。第二諧振電容C2的電量轉移過程中，第二諧振電容C2上端(即二極體D1的陰極端)的電壓不斷降低、下端(即二極體D1的陽極端)的電壓不斷升高，並聯在第二諧振電容C2上的二極體D1導通，此時電感L1進入恆流狀態，電流方向維持從電感L1右端流向左端，電感L1、第二功率開關S2、二極體D1之間形成迴路，在第二功率開關S2斷開之前，流經電感L1的電流方向維持不變。當第二功率開關S2斷開時，由於電感L1的電流不能突變，由此在死區時間內，流經電感L1的電流通過第一功率開關S1的內置二極體、第一諧振電容C1續流，在續流期間，第一功率開關S1進行導通狀態，從而實現零電壓開關，以避免出現硬開關狀態導致開關損耗和溫度升高，從而拓寬半橋電路10不對稱工作調節功率輸出範圍，避免噪聲的產生。
[0030]實施例2
[0031]如圖2所不，若第一功率開關S1的導通時間長於第二功率開關S2的導通時間，貝IJ可將二極體D1並聯在第一功率開關S1對應的第一諧振電容C1上，其工作原理與實施例1中的工作原理一致。
[0032]實施例3
[0033]可以理解地，該用於感應加熱的半橋電路10還可以包括與二極體D1串聯的繼電器開關K1或其他控制開關，二極體D1與繼電器開關K1或控制開關形成的電路並聯在第一諧振電容C1或第二諧振電容C2上。如圖3所示，串聯連接的繼電器開關K1與二極體D1連接在第二諧振電容C2的兩端，通過控制繼電器開關K1的通斷以控制是否將二極體D1接入半橋電路10，以擴大功率調節範圍。若繼電器開關K1斷開時，二極體D1不接入半橋電路10，該用於感應加熱的半橋電路10主要應用於輸出功率對稱的場合；若繼電器開關K1導通時，二極體D1接入半橋電路10，與實施例1中的電路的工作原理一致。
[0034]實施例4
[0035]可以理解地，實施例1中的二極體D1還可以採用單向可控矽SCR1替代，用於並聯在導通時間較長的功率開關上，通過控制信號控制單向可控矽SCR1的通斷，以替代實施例1中根據二極體D1兩端電壓差控制二極體D1的通斷，以擴大功率調節範圍，其半橋電路10的工作原理與實施例1中的工作原理一致。
[0036]實施例5
[0037]可以理解地，在該用於感應加熱的半橋電路10中，還可以在第一諧振電容C1和第二諧振電容C2上同時並聯用於防止諧振電容被反向充電的單向導通器件。該單向導通器件可以是並聯在第一諧振電容C1上的由二極體D1與繼電器開關K1串聯形成的電路(如圖5所示)、並聯在第二諧振電容C2上的由二極體D2與繼電器開關K2串聯形成的電路，可以理解地，繼電器開關K1與K2可採用其他控制開關替換，其工作原理與實施例3的工作原理一致。可以理解地，該單向導通器件還可以單向可控矽，其工作原理與實施例4的工作原理一致。
[0038]實施例6
[0039]圖6示出本發明中的一種電磁灶系統。該電磁灶系統包括至少兩個爐頭80和用於控制至少兩個爐頭80感應加熱的主控晶片20。具體地，每一爐頭80上設有前述的用於感應加熱的半橋電路10，電磁灶系統還包括連接在主控晶片20和每一用於感應加熱的半橋電路10的第一功率開關S1和第二功率開關S2的控制信號輸入端之間的、用於放大主控晶片20輸出的控制信號以驅動第一功率開關S1和第二功率開關S2工作的驅動電路30。可以理解地，與主控晶片20相連的驅動電路30分別與第一功率開關S1的第一控制信號輸入端、第二功率開關S2的第二控制信號輸入端相連。具體地，該電磁灶系統還包括與交流市電相連的EMC電路40、與EMC電路40串聯的整流電路50、連接在整流電路50與每一爐頭80上的用於感應加熱的半橋電路10之間的濾波電路60。
[0040]如圖6所示，交流市電通過EMC電路40、整流電路50處理後分別經過各自的濾波電路60輸出至每一爐頭80的用於感應加熱的半橋電路10中，具體地，主控晶片20根據來自人機互動界面70的控制指令，輸出PWM控制信號，分別經各自的驅動電路30進行放大後輸入至每一爐頭80對應的用於感應加熱的半橋電路10的第一功率開關S1和第二功率開關S2的基極，以驅動第一功率開關S1和第二功率開關S2的通斷。
[0041]可以理解地，若同一時間兩個爐頭80的工作頻率相同，其連接工作過程中不會產生噪音；在工作頻率相同的情況下，當要求兩個爐頭80的輸出功率不一致時，功率小的爐頭80的第一功率開關S1和第二功率開關S2的導通時間不對稱，由於在半橋電路10中在導通時間較長的功率開關的對應的諧振電容上並聯二極體，使得功率開關能夠工作在零電壓導通狀態，大大降低功率開關的損耗，提高能量轉換效率，同時避免噪音的產生。可以理解地，該用於感應加熱的半橋電路10還可以應用的其他感應加熱產品中。
[0042]本發明是通過幾個具體實施例進行說明的，本領域技術人員應當明白，在不脫離本發明範圍的情況下，還可以對本發明進行各種變換和等同替代。另外，針對特定情形或具體情況，可以對本發明做各種修改，而不脫離本發明的範圍。因此，本發明不局限於所公開的具體實施例，而應當包括落入本發明權利要求範圍內的全部實施方式。
【權利要求】
1.一種用於感應加熱的半橋電路，其特徵在於:包括由第一功率開關(Si)與第二功率開關(S2)組成的開關串聯電路，所述開關串聯電路的一端接地，另一端與電源連接；還包括與所述開關串聯電路並聯的第一電容(CO)、並聯在所述第一功率開關(SI)上的第一吸收電容(C3)、並聯在所述第二功率開關(S2)上的第二吸收電容(C4)、並聯在所述開關串聯電路兩端的由第一諧振電容(Cl)和第二諧振電容(C2)組成的電容串聯電路、連接在所述第一諧振電容(Cl)和第二諧振電容(C2)的連接節點與所述第一功率開關(SI)與第二功率開關(S2)的連接節點之間的電感(LI)、以及並聯在所述第一諧振電容(Cl)或所述第二諧振電容(C2)上的用於防止諧振電容被反向充電的單向導通器件；所述第一功率開關(SI)具有第一控制信號輸入端，所述第二功率開關(S2)具有第二控制信號輸入端。
2.根據權利要求1所述的用於感應加熱的半橋電路，其特徵在於:所述單向導通器件是二極體(D1)。
3.根據權利要求2所述的用於感應加熱的半橋電路，其特徵在於:還包括與所述二極體(Dl)串聯的繼電器開關(Kl)或控制開關，所述二極體(Dl)與所述繼電器開關(Kl)或控制開關形成的電路並聯在所述第一諧振電容(Cl)或所述第二諧振電容(C2)上。
4.根據權利要求1所述的用於感應加熱的半橋電路，其特徵在於:所述單向導通器件是單向可控矽。
5.根據權利要求1?4任一項所述的用於感應加熱的半橋電路，其特徵在於:所述第一功率開關(SI)和所述第二功率開關(S2)為IGBT開關或MOSFET開關。
6.一種用於感應加熱的半橋電路，其特徵在於:包括由第一功率開關(SI)與第二功率開關(S2)組成的開關串聯電路，所述開關串聯電路的一端接地，另一端與電源連接；還包括與所述開關串聯電路並聯的第一電容(CO)、並聯在所述第一功率開關(SI)上的第一吸收電容(C3)、並聯在所述第二功率開關(S2)上的第二吸收電容(C4)、並聯在所述開關串聯電路兩端的由第一諧振電容(Cl)和第二諧振電容(C2)組成的電容串聯電路、連接在所述第一諧振電容(Cl)和第二諧振電容(C2)的連接節點與所述第一功率開關(SI)與第二功率開關(S2)的連接節點之間的電感(LI)、以及並聯在所述第一諧振電容(Cl)和所述第二諧振電容(C2)上的用於防止諧振電容被反向充電的單向導通器件；所述第一功率開關(SI)具有第一控制信號輸入端，所述第二功率開關(S2)具有第二控制信號輸入端。
7.根據權利要求6所述的用於感應加熱的半橋電路，其特徵在於:所述單向導通器件是單向可控矽、二極體(Dl，D2)與繼電器開關(Kl，K2)串聯形成的電路、或二極體(Dl，D2)與控制開關形成的電路。
8.根據權利要求6或7所述的用於感應加熱的半橋電路，其特徵在於:所述第一功率開關(SI)和所述第二功率開關(S2)為IGBT開關或MOSFET開關。
9.一種電磁灶系統，包括至少兩個爐頭(80)和用於控制所述至少兩個爐頭(80)感應加熱的主控晶片(20)，其特徵在於:每一所述爐頭(80)上設有權利要求1?8任一項所述用於感應加熱的半橋電路(10)，所述電磁灶系統還包括連接在所述主控晶片(20)和每一所述用於感應加熱的半橋電路(10)的第一功率開關(SI)和第二功率開關(S2)的控制信號輸入端之間的、用於放大所述主控晶片(20)輸出的控制信號以驅動所述第一功率開關(SI)和所述第二功率開關(S2)工作的驅動電路(30)。
10.根據權利要求9所述的電磁灶系統，其特徵在於:還包括與交流市電相連的EMC電路(40 )、與所述EMC電路(40 )串聯的整流電路(50 )、連接在所述整流電路(50 )與每一所述爐頭(80)上的用於感應加熱的半橋電路之間的濾波電路(60)。
【文檔編號】H02M3/07GK104467402SQ201410594145
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】馬偉, 武永強, 黎志, 湯正偉 申請人:深圳拓邦股份有限公司