一種電磁加熱裝置和電磁爐的製作方法
2023-07-20 22:34:01
本實用新型涉及烹飪器具控制技術，尤其涉及一種電磁加熱裝置和電磁爐。
背景技術：
目前，電磁爐均採用逐次逼近的方法輸出對應的功率值，在特定的功率範圍下，頻率變化不大。而現有的差模和共模濾波都是針對特定頻段的衰減，在多次濾波之後，會產生具有固定頻段的加熱系統電感電容LC諧振頻率。然而加熱系統LC諧振(20K-50K)疊加開關電源諧振(50K-120K)，容易出現特定頻段共振，導致電磁兼容性EMC傳導測試中平均值超過，或者裕量不足。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本實用新型提出了一種電磁加熱裝置和電磁爐，能夠引起頻率變化，實現頻率分布範圍分散的目的，避免加熱系統LC諧振頻率與開關電源諧振頻率產生共振，提高傳導測試裕量，進而減少對電網的幹擾。
為了達到上述目的，本實用新型提出了一種電磁加熱裝置，該電磁加熱裝置包括：中央處理單元以及分別與中央處理單元相連的功率開關和電壓電流檢測單元，功率開關用於根據中央處理單元的控制信號導通和關斷；電壓電流檢測單元用於檢測電磁加熱裝置的輸出功率，中央處理單元，用於當電壓電流檢測單元檢測出的輸出功率達到平衡狀態時，在控制信號中加入一個或多個頻率擾動。
可選地，該平衡狀態包括：
輸出功率的輸出時間達到預設的第一時間長度T1；或者，
輸出功率達到預設的第一功率；其中輸出功率與第一功率保持在預設的誤差值a之內；並且，輸出功率達到預設的第一功率的時長達到預設的第二時間長度T2。
可選地，-50瓦≤a≤+50瓦。
可選地，
控制信號為脈衝寬度調製PWM脈衝信號；
頻率擾動是指：在一個控制信號周期T內，以預設的第一方式改變一個或多個預設時段T3內的PWM脈衝信號的脈衝寬度，以通過脈衝寬度變化改變脈衝頻率。
可選地，
預設時段T3的取值範圍包括：20us～25us；
預設時間段T3內的脈衝頻率的取值範圍包括：20KHz～25KHz。
可選地，
在第二時間長度T2內，PWM脈衝信號的脈衝寬度為第一脈衝寬度，並且PWM脈衝信號的脈衝頻率為第一脈衝頻率；
預設的第一方式包括：
在第一預設時段內，PWM脈衝信號的脈衝寬度由第一脈衝寬度改變為第二脈衝寬度，PWM脈7中信號的脈衝頻率由第一脈衝頻率改變為第二脈衝頻率；
其中，第一脈衝寬度大於第二脈衝寬度，第一脈衝頻率小於第二脈衝頻率；或者，第一脈衝寬度小於第二脈衝寬度，第一脈衝頻率大於第二脈衝頻率。
可選地，中央處理單元，還用於在控制信號中加入一個或多個頻率擾動後，以預設的第二方式控制輸出功率重新達到平衡狀態。
可選地，
預設的第二方式包括：
在第二預設時間段內，PWM脈衝信號的脈衝寬度由第二脈衝寬度改變為第三脈衝寬度，PWM脈衝信號的脈衝頻率由第二脈衝頻率改變為第三脈衝頻率；其中，第三脈衝寬度的值介於第一脈衝寬度和第二脈衝寬度之間，第三脈衝頻率的值介於第一脈衝頻率和第二脈衝頻率之間。
在第三預設時間段內，PWM脈衝信號的脈衝寬度由第三脈衝寬度改變為第四脈衝寬度，PWM脈衝信號的脈衝頻率由第三脈衝頻率改變為第四脈衝頻率；其中，第四脈衝寬度的值介於第一脈衝寬度和第三脈衝寬度之間，第四脈衝頻率的值介於第一脈衝頻率和第三脈衝頻率之間。
可選地，
從第一脈衝寬度到第二脈衝寬度的變化量為+2Δ時，從第二脈衝寬度到第三脈衝寬度的變化量為-Δ，從第三脈衝寬度到第四脈衝寬度的變化量為-Δ；或者，
從第一脈衝寬度到第二脈衝寬度的變化量為-2Δ時，從第二脈衝寬度到第三脈衝寬度的變化量為+Δ，從第三脈衝寬度到第四脈衝寬度的變化量為+Δ。
為了達到上述目的，本實用新型還提出了一種電磁爐，包括如前所述的電磁加熱裝置。
與現有技術相比，本實用新型包括以下優勢：
1、當電壓電流檢測單元檢測出的輸出功率達到平衡狀態時，中央處理單元在控制信號中加入一個或多個頻率擾動，能夠引起頻率變化，實現了頻率分布範圍分散的目的，避免了加熱系統LC諧振頻率與開關電源諧振頻率產生共振，提高了傳導測試裕量，進而減少了對電網的幹擾。
2、在平衡狀態下，輸出功率達到預設的第一功率；其中輸出功率與第一功率保持在預設的誤差值a之內，-50瓦≤a≤+50瓦，該閾值範圍可以避免由於電壓或電流瞬時變化而造成保護不及時的現象發生。
3、預設時段T3的取值範圍包括：20us～25us；可以防止擾動時間過長導致的損害或潛在損害。
4、在第一預設時段內，PWM脈衝信號的脈衝寬度由第一脈衝寬度改變為第二脈衝寬度，PWM脈衝信號的脈衝頻率由第一脈衝頻率改變為第二脈衝頻率。通過該方案使得諧振頻率分布範圍更廣，倍頻諧波更豐富。
5、中央處理單元在控制信號中加入一個或多個頻率擾動後，以預設的第二方式控制輸出功率重新達到平衡狀態，使得電磁加熱裝置維持正常的加熱功能不受影響，並且在變頻後重新達到平衡狀態的諧振頻率的頻譜分布更均勻。
附圖說明
下面對本實用新型實施例中的附圖進行說明，實施例中的附圖是用於對本實用新型的進一步理解，與說明書一起用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型保護範圍的限制。
圖1為本實用新型實施例的電磁加熱裝置組成框圖；
圖2為本實用新型實施例的頻率擾動方案實施例示意圖；
圖3為本實用新型實施例的頻率擾動方案中PWM信號第一實施例示意圖；
圖4為本實用新型實施例的頻率擾動方案中PWM信號第二實施例示意圖；
圖5為本實用新型實施例的電磁爐組成框圖。
具體實施方式
為了便於本領域技術人員的理解，下面結合附圖對本實用新型作進一步的描述，並不能用來限制本實用新型的保護範圍。
目前電磁爐均採用逐次逼近的方法輸出對應的功率值，在特定的功率範圍下，頻率變化不大。而現有的差模和共模濾波都是針對特定頻段的衰減，在多次濾波之後，會產生具有固定頻段的加熱系統電感電容LC諧振頻率。然而加熱系統LC諧振(20K-50K)疊加開關電源諧振(50K-120K)，容易出現特定頻段共振，導致電磁兼容性EMC傳導測試中平均值超過或者裕量不足。為了解決這一問題，可以採用跟蹤電流上下限引入一種頻率改變的方法，該方法起到了一定的作用，但其通過線性改變，即開通時間為t，通過在t、t+Δt、t+2Δt、t+Δt、t之間進行平滑的頻率變化，其中，Δt、2Δt為頻率改變時間，這一方案中其頻率逐次緩慢變換，使得頻率分布改變很小，不能有效地實現頻率分布範圍明顯分散的目的，無法避免加熱系統LC諧振頻率與開關電源諧振頻率產生共振，從而無法提高傳導測試裕量。針對這一現象，我們提出了改進方案，通過在加熱系統達到平衡狀態以後，引入一個大幅度擾動時間，並在該擾動時間達到預設時間值時，使加熱系統重新逐步恢復平衡狀態，以便不影響正常的加熱功能。在擾動時間內，諧振頻率從頻率fl迅速變化到f2，避免了多次諧波重疊的時間，從而有效地對頻率分布區間進行分散，使得部分瓶頸的頻段裕量更好，提高了傳導測試裕量，進而減少了對電網的幹擾。
為了達到上述目的，本實用新型提出了一種電磁加熱裝置1，如圖1所示，該電磁加熱裝置1包括：中央處理單元11以及分別與中央處理單元11相連的功率開關12和電壓電流檢測單元13，功率開關12用於根據中央處理單元11的控制信號導通和關斷；電壓電流檢測單元13用於檢測電磁加熱裝置1的輸出功率，中央處理單元11，用於當電壓電流檢測單元13檢測出的輸出功率達到平衡狀態時，在控制信號中加入一個或多個頻率擾動。其中，當該頻率擾動為多個時，該多個頻率擾動為非平滑頻率擾動。非平滑頻率擾動是指：多個頻率擾動的擾動量是非連續的，不會逐次增加或減小，即各個擾動量是離散的無規則的。
在本實用新型實施例中，在電磁加熱裝置1工作過程中，中央處理單元11會不斷地輸出控制信號(或驅動脈衝)，以控制功率開關12的導通和關斷，具體地，以控制功率開關12的導通時間、關斷時間以及導通角，從而控制電磁加熱裝置1的輸出功率。電壓電流檢測單元13用於檢測電磁加熱裝置1的輸出電壓和輸出電流，從而計算出電磁加熱裝置1的輸出功率。為了有效地對頻率分布區間進行分散，提高了傳導測試裕量，中央處理單元11會對電壓電流檢測單元13檢測出的輸出功率進行檢測，並且當輸出功率達到預設的平衡狀態時，在控制功率開關12的導通和關斷的控制信號中加入一個或多個非平滑頻率擾動。
可選地，該平衡狀態包括：
輸出功率的輸出時間達到預設的第一時間長度T1；或者，
輸出功率達到預設的第一功率；其中輸出功率與第一功率保持在預設的誤差值a之內；並且，輸出功率達到預設的第一功率的時長達到預設的第二時間長度T2。可選地，-50瓦≤a≤+50瓦。
在本實用新型實施例中，為了實現正常的加熱功能，每個電磁加熱裝置1都會從零功率開始，逐漸增大輸出功率，當輸出功率達到預設的功率設置值(如上述的第一功率)時，將輸出功率維持在該功率設置值處並開始以該功率設置值進行加熱，此時諧振頻率變化幅度較小，維持一種穩定狀態，可以認為電磁加熱裝置1達到一種平衡狀態。在該平衡狀態下，加熱系統LC諧振與開關電源諧振最容易出現特定頻段共振。因此需要本實用新型實施例方案在檢測出該平衡狀態時，在控制信號中加入一個或多個非平滑頻率擾動。在本實施例中，由於中央處理單元11在無擾動的情況下控制信號的脈衝寬度和頻率都是一定的，並且上述的功率設置值也是一定的，從而輸出功率上升到功率設置值的時間也是一定的。因此，可以通過判斷輸出功率的輸出時間來判斷是否達到平衡狀態，例如，輸出功率的輸出時間達到預設的第一時間長度T1。另外，還可以通過判斷輸出功率是否達到預設的功率設置值(即第一功率)來判斷是否達到平衡狀態。另外，由於任何輸出功率不可能固定在一個功率值上不變，必定在一定的功率範圍內浮動。因此可以判斷輸出功率是否在第一功率的預設範圍內浮動，即輸出功率與第一功率保持在預設的誤差值a之內。在本實用新型實施例中，該預設的誤差值a可以根據不同的應用場景自行定義，在此不做具體限制。為了避免由於電壓或電流瞬時變化而造成保護不及時的現象發生，可選地，-50瓦≤a≤+50瓦。
在本實用新型實施例中，通過上述方案確定電壓電流檢測單元13檢測出的輸出功率達到平衡狀態時，中央處理單元11便可以在控制信號中加入一個或多個非平滑頻率擾動，以引起輸出頻率的變化，實現頻率分布範圍分散的目的，避免加熱系統LC諧振頻率與開關電源諧振頻率產生共振，從而提高傳導測試裕量，減少對電網的幹擾。
在本實用新型實施例中，由於當前電磁加熱裝置中的脈衝控制技術均為PWM控制技術，在此以控制信號為脈衝寬度調製PWM脈衝信號為例進行說明本實用新型實施例的擾動方案，需要說明的是，本實用新型實施例方案的應用場景不限於此，在其他控制技術下仍可以採用本實用新型實施例方案。
可選地，該控制信號為脈衝寬度調製PWM脈衝信號；該頻率擾動是指：在一個控制信號周期T內，以預設的第一方式改變一個或多個預設時段T3內的PWM脈衝信號的脈衝寬度，以通過脈衝寬度變化改變脈衝頻率。
在本實用新型實施例中，基於PWM控制方式，在控制信號中加入擾動頻率是通過改變一定時段內(即擾動時段，如上述的預設時段T3)的脈衝寬度來實現的。具體改變方式是預先設置的，下面以加入一個頻率擾動(即進行一次脈衝寬度變化)為例進行說明。
在進行詳細說明之前，需要先對平衡狀態下的初始脈衝寬度和脈衝頻率進行定義：在第二時間長度T2內(即平衡狀態維持時間內)，PWM脈衝信號的脈衝寬度為第一脈衝寬度W1，並且PWM脈衝信號的脈衝頻率為第一脈衝頻率f1。
基於上述定義，可以通過以下方案實現本實用新型實施例的加入一個頻率擾動的擾動方案，具體為下述的第一方式。
可選地，預設的第一方式包括：
在第一預設時段內，PWM脈衝信號的脈衝寬度由第一脈衝寬度W1改變為第二脈衝寬度W2，PWM脈衝信號的脈衝頻率由第一脈衝頻率f1改變為第二脈衝頻率f2；
其中，第一脈衝寬度W1大於第二脈衝寬度W2，第一脈衝頻率f1小於第二脈衝頻率f2；或者，第一脈衝寬度W1小於第二脈衝寬度W2，第一脈衝頻率f1大於第二脈衝頻率f2。
在本實用新型實施例中，由於加入的擾動頻率，即上述的第二脈衝頻率僅是為了使得當前的諧振頻率發生變換，從而使得諧振頻率的頻段比較分散，因此，該第二脈衝頻率可以大於第一脈衝頻率，也可以小於第一脈衝頻率。因此，第一脈衝寬度可以小於第二脈衝寬度，也可以大於第二脈衝寬度。另外，為了避免加入的頻率擾動不明顯，無法產生預期的擾動效果，該第二脈衝頻率相對於第一脈衝頻率的變化量不能太小，並且考慮到過大的頻率突變可能對裝置本身造成損害，該第二脈衝頻率相對於第一脈衝頻率的變化量也不能太大。綜合上述考慮，可選地，預設時間段T3內的脈衝頻率的取值範圍包括：20KHz～25KHz。另外，為了防止擾動時間過長導致的損害或潛在損害，可選地，預設時段T3的取值範圍可以包括：20us～25us。
在本實用新型實施例中，上述內容是加入一個頻率擾動的擾動方案，在其它實施例中，可以不限於加入一個頻率擾動，該頻率擾動可以為多個，具體數值可以根據不同的應用場景自行定義，在此不做限制。需要注意的是，在加入多個頻率擾動時，該多個頻率必須是離散的無規則的，不能是連續的，成階梯性增加或階梯型減小的連續頻率，以免無法達到使得當前的諧振頻率的頻段比較分散的目的。下面以加入兩個擾動時為例進一步說明。
可選地，預設的第一方式包括：
在第一預設時段內，PWM脈衝信號的脈衝寬度由第一脈衝寬度W1改變為第二脈衝寬度W2，PWM脈衝信號的脈衝頻率由第一脈衝頻率f1改變為第二脈衝頻率f2；
在第m預設時段內，PWM脈衝信號的脈衝寬度由第二脈衝寬度W2改變為第x脈衝寬度Wx，PWM脈衝信號的脈衝頻率由第二脈衝頻率f2改變為第x脈衝頻率fx；
在第n預設時段內，PWM脈衝信號的脈衝寬度由第x脈衝寬度Wx改變為第y脈衝寬度Wy，PWM脈衝信號的脈衝頻率由第x脈衝頻率僅改變為第y脈衝頻率fy；
其中，第一脈衝寬度W1到第二脈衝寬度W2的變化量為+2Δ，第二脈衝寬度W2到第x脈衝寬度Wx的變化量為-Δ，第x脈衝寬度Wx到第y脈衝寬度Wy的變化量為+Δ。
在上述實施例中，第m預設時段、第n預設時段是指分別與第一預設時段不同的時段，同理，第x脈衝寬度、第y脈衝寬度是指分別與第二脈衝寬度不同的脈衝寬度，第x脈衝頻率、第y脈衝頻率是指分別與第二脈衝寬度不同的脈衝頻率。+2Δ、-Δ、+Δ均指脈衝寬度的不同的變化量。由於第一脈衝寬度、第x脈衝寬度和第y脈衝寬度之間的變化量不連續並且未呈梯形增加和減小，使得諧振頻率的變化為非平滑的，並且為不規律的，從而使得諧振頻率的頻段被分散成多個不同的區間，可以避免加熱系統LC諧振頻率與開關電源諧振頻率產生共振。
在本實用新型實施例中，為了使得上述的擾動方案不影響電磁加熱裝置1的正常加熱功能，需要在加入一個或多個頻率擾動之後控制電磁加熱裝置1的輸出功率重新回到前述的平衡狀態。具體可以通過下述方案實現。
可選地，中央處理單元11，還用於在控制信號中加入一個或多個頻率擾動後，以預設的第二方式控制輸出功率重新達到平衡狀態。
可選地，
預設的第二方式包括：
在第二預設時間段內，PWM脈衝信號的脈衝寬度由第二脈衝寬度W2改變為第三脈衝寬度W3，PWM脈衝信號的脈衝頻率由第二脈衝頻率f2改變為第三脈衝頻率f3；其中，第三脈衝寬度W3的值介於第一脈衝寬度W1和第二脈衝寬度W2之間，第三脈衝頻率f3的值介於第一脈衝頻率f1和第二脈衝頻率f2之間；(或者描述為，當第二脈衝寬度W2大於第一脈衝寬度W1時，第三脈衝寬度W3小於第二脈衝寬度W2，第三脈衝頻率f3大於第二脈衝頻率f2；當第二脈衝寬度W2小於第一脈衝寬度W1時，第三脈衝寬度W3大於第二脈衝寬度W2，第三脈衝頻率f3小於第二脈衝頻率f2。)
在第三預設時間段內，PWM脈衝信號的脈衝寬度由第三脈衝寬度W3改變為第四脈衝寬度W4，PWM脈衝信號的脈衝頻率由第三脈衝頻率f3改變為第四脈衝頻率f4；其中，第四脈衝寬度W4的值介於第一脈衝寬度W1和第三脈衝寬度W3之間，第四脈衝頻率f4的值介於第一脈衝頻率f1和第三脈衝頻率f3之間。(或者描述為，當第二脈衝寬度W2大於第一脈衝寬度W1時，第四脈衝寬度W4小於第三脈衝寬度W3，第四脈衝頻率f4大於第三脈衝頻率f3；當第二脈衝寬度W2小於第一脈衝寬度W1時，第四脈衝寬度W4大於第三脈衝寬度W3，第四脈衝頻率f4小於第三脈衝頻率f3。)
在本實用新型實施例中，在輸出功率恢復到平衡狀態的過程中，同樣需要中央處理單元11對脈衝寬度進行調整，以使得諧振頻率準建恢復到原平衡狀態的諧振頻率。在此過程中，為了使得恢復過程比較平穩，需要進行平滑恢復，即令輸出功率逐次逼近平衡狀態。如圖2所示，這裡就需要在進行擾動回復的過程中調整脈衝寬度時進行平滑調節，即逐次增大或減小脈衝寬度。具體地，如上述方案：當第二脈衝寬度大於第一脈衝寬度時，第三脈衝寬度小於第二脈衝寬度，第四脈衝寬度小於第三脈衝寬度，從而使得脈衝頻率逐漸增大。即第三脈衝頻率大於第二脈衝頻率；第四脈衝頻率大於第三脈衝頻率。同理，當第二脈衝寬度小於第一脈衝寬度時，第三脈衝寬度大於第二脈衝寬度，第四脈衝寬度大於第三脈衝寬度；從而使得第三脈衝頻率小於第二脈衝頻率，第四脈衝頻率小於第三脈衝頻率。
在本實用新型實施例中，在對脈衝寬度進行調節過程中，可以根據具體應用場景來定義具體的調整量。如圖3所示，具體可以採用下述方案：
可選地，
從第一脈衝寬度W1到第二脈衝寬度W2的變化量為+2Δ時，從第二脈衝寬度W2到第三脈衝寬度W3的變化量為-Δ，從第三脈衝寬度W3到第四脈衝寬度W4的變化量為-Δ；或者，
從第一脈衝寬度W1到第二脈衝寬度W2的變化量為-2Δ時，從第二脈衝寬度W2到第三脈衝寬度W3的變化量為+Δ，從第三脈衝寬度W3到第四脈衝寬度W4的變化量為+Δ。
在本實用新型實施例中，上述的+2Δ、-Δ、-2Δ、+Δ均為預設的脈衝寬度變化量。通過上述方案可知，在進行頻率擾動時如果增加了脈衝寬度，可以通過逐漸減小相應的脈衝寬度的方式使諧振頻率逐漸恢復；在進行頻率擾動時如果減小了脈衝寬度，可以通過逐漸增大相應的脈衝寬度的方式使諧振頻率逐漸恢復。
基於上述原理，為了實現更平滑的恢復方案，在其它實施例中，如圖4所示，還可以採用下述方案：
當從所述第一脈衝寬度W1到所述第二脈衝寬度W2的變化量為+3Δ時，從所述第二脈衝寬度W2到所述第三脈衝寬度W3的變化量為-2Δ，從所述第三脈衝寬度W3到所述第四脈衝寬度W4的變化量為-Δ；或者，
當從所述第一脈衝寬度W1到所述第二脈衝寬度W2的變化量為-3Δ時，從所述第二脈衝寬度W2到所述第三脈衝寬度W3的變化量為+2Δ，從所述第三脈衝寬度W3到所述第四脈衝寬度W4的變化量為+Δ。
為了達到上述目的，本實用新型還提出了一種電磁爐2，如圖5所示，包括如前所述的電磁加熱裝置1。需要說明的是，上述的電磁加熱裝置1中的任何實施例均適用於本實用新型的電磁爐2的實施例中，在此不再贅述。
與現有技術相比，本實用新型包括以下優勢：
1、當電壓電流檢測單元檢測出的輸出功率達到平衡狀態時，中央處理單元在控制信號中加入一個或多個頻率擾動，能夠引起頻率變化，實現了頻率分布範圍分散的目的，避免了加熱系統LC諧振頻率與開關電源諧振頻率產生共振，提高了傳導測試裕量，進而減少了對電網的幹擾。
2、在平衡狀態下，輸出功率達到預設的第一功率；其中輸出功率與第一功率保持在預設的誤差值a之內，-50瓦≤a≤+50瓦，該閾值範圍可以避免由於電壓或電流瞬時變化而造成保護不及時的現象發生。
3、預設時段T3的取值範圍包括：20us～25us；可以防止擾動時間過長導致的損害或潛在損害。
4、在第一預設時段內，PWM脈衝信號的脈衝寬度由第一脈衝寬度改變為第二脈衝寬度，PWM脈衝信號的脈衝頻率由第一脈衝頻率改變為第二脈衝頻率。通過該方案使得諧振頻率分布範圍更廣，倍頻諧波更豐富。
5、中央處理單元在控制信號中加入一個或多個頻率擾動後，以預設的第二方式控制輸出功率重新達到平衡狀態，使得電磁加熱裝置維持正常的加熱功能不受影響，並且在變頻後重新達到平衡狀態的諧振頻率的頻譜分布更均勻。
需要說明的是，以上所述的實施例僅是為了便於本領域的技術人員理解而已，並不用於限制本實用新型的保護範圍，在不脫離本實用新型的實用新型構思的前提下，本領域技術人員對本實用新型所做出的任何顯而易見的替換和改進等均在本實用新型的保護範圍之內。