電磁灶功率變換器的製作方法

2023-08-11 18:48:11

專利名稱：電磁灶功率變換器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及家用電能加熱灶和電磁場加熱技術。
電磁灶的電氣結構主要由構成控制器、驅動器、功率變換器和電源等部分的電子元器件，如電晶體或集成電路模塊，電阻、電容、聯接電纜等以分線路板或整塊線路板的方式焊接組裝而成。其結構框圖如附

圖1所示。而功率變換器則主要由功率電子開關(以下簡稱主開關)，電磁線圈(也稱加熱線圈)，諧振電容等構成，由主電源供電工作。它的工作過程是主電源將220(110)伏市電經橋式整流變為脈動電流，經過主開關、電磁線圈、諧振電容的開關和振蕩作用而轉換為高頻電流，然後在盤狀電磁線圈中產生高頻磁場而加熱炊具。功率變換器處理了電磁灶95％以上的電能。
附圖2給出了現有技術中電磁灶的結構示意圖，圖中虛線右側即為電磁灶的功率變換器和主電源結構電路。現結合附圖2敘述如下BG1、BG2為高反壓大功率模塊，它們和偏流電阻R1、R2，反向保護二極體D1焊裝組成主開關電路。L即為加熱用盤狀電磁線圈，C1為諧振電容，LC1組成諧振器，D2為阻尼晶體二極體。橋式整流器D，高頻扼流圈RFC和濾波電容C2組成主電源，現對上述結構分析如下由於通過主開關BG1、BG2器件的電流很大，峰值可達20安倍以上，所以實際應用中，為提高主開關器件的電流容量，BG2必須由多隻同類且特性一致性較好的大功率電晶體並聯組成，常用的並聯數以二隻為宜，往往還得為各管採取均流保護措施，常用的辦法是在基極電路串接一個電阻或在射極電路接入負反饋電阻。又由於高反壓大功率電晶體的放大倍數很低，所以現有技術中常需要將上述二隻並聯後的BG2再與BG1作達林頓聯接，形成一推二的組合方式。為進一步提高功率輸出，又往往需要再將上述一推二的組合再進行二組或多組並聯。因此上述主開關電路結構，需要的大功率電晶體一般均在六隻以上。由於主開關電流容量較大，其激勵電流約需1安培的正推電流和3安倍左右的負向脈衝電流，以推動主開關的正嚮導通和加速負向截止過程，為此必須設置一個能提供較大的正推負拉驅動電流的驅動器，如附圖2中虛線左側的B所示，a為輸入端，b為輸出端，驅動器B的常用結構如附圖3所示圖中V1、V2、V3即為驅動器電路中的電晶體，實際應用中，V1、V2均經多級放大而組成，一般共需電晶體為五隻或五隻以上，其中有二隻是普通大功率晶體。上述結構的驅動器，它的雙向低壓電源±VCC2常用±6伏供電工作。
附圖2中虛線左側的A是以集成電路為主體而構成的控制器，用以產生滿足一定技術要求的控制信號，該信號經過驅動器的放大，形成正推負拉的驅動電流以激勵主開關導通或截止。控制器A的電源VCC1常用＋12伏供電工作。
採用上述結構的電磁灶功率變換器存在以下缺點1.採用了高反壓大功率電晶體組成一推二的主開關結構，不僅採用的大功率電晶體數量多，而且需要採用均流保護措施，電路結構十分複雜。
2.正推負拉的驅動電路結構複雜，容易自激造成主開關器件損壞，使電磁灶工作安全可靠性變差。
3.正溫度係數的高反壓大功率電晶體，當溫度升高，會引起電晶體電流增大，容易產生惡性循環而損壞大功率電晶體。
4.除主電源外，還需要有驅動器的雙向低壓電源和控制器的另一組低壓電源，三組低壓電源由一隻體積和重量均較大的變壓器來提供，使電磁灶的重量和輕薄化受到影響和限制。
本實用新型的目的是為了克服上述採用高反壓大功率電晶體或其功率模塊作功率變換器主開關器件而帶來的弊端，為提高電磁灶的工作安全可靠性，並為開發輕薄化電磁灶創造條件，為此，本實用新型採用了如下的結構方案將VMOS功率場效應管(即V型槽金屬氧化物半導體場效應管，以下簡稱VMOS管)單管或數管並聯或以其專用集成模塊作為功率變換器主開關器件，用小功率控制器直接與主開關相聯接，並以控制器的小功率電壓脈衝信號直接激勵主開關的導通或截止，以革除主開關的專用驅動電路和雙向低壓電源。
現結合實施例對本實用新型的結構敘述如下，如附圖4虛線右側所示，BG為VMOS管單管或多管並聯組合體，也可以是VMOS管的專用集成模塊，圖中D為其漏極，與電磁線圈L相連後接主電源正端；G為柵極，是信號輸入端；S為源極接零電位。R1與VMOS管的G極相連，而且與VMOS管柵——源兩極間的內部結電容Cin組成積分電路；R2作為柵偏壓電阻跨接在VMOS管的G與S極之間，而穩壓二極體D3與R2並聯跨接在VMOS管的G——S極之間，起限壓保護作用，如電路出現故障或輸入電壓過高時，D3便會擊穿導通，限制電壓增長，以保護VMOS管不被損壞；二極體D1並聯接在R1兩端，並且其正向一端與柵極G相連，在信號脈衝下降時將R1短路，使輸入信號脈衝後沿保持不變。其輸入信號的波形見附圖5。
附圖4虛線左側的A即為控制器輸入、輸出電路，它又是功率變換器的驅動電路。本實施例的A以NE555時基電路集成塊構成脈寬控制和激勵輸出電路。其工作過程是4.8兩腳接正電位、1腳接零電位控制振蕩頻率的鋸齒波經電阻R3從第2、6腳輸入，而控制脈寬的直流電平信號經旁路電容C2加在第5腳上，激勵脈衝從第3腳經耦合電容C5直接加在功率變換器的輸入端電阻R1上。在激勵脈衝的推動下，VMOS管工作於D類開關狀態，並通過控制激勵脈衝的寬度來控制電磁灶的輸出功率。控制器A由單獨的一組低壓電源供電，該電源可取自風扇電機而省去變壓器。
本實用新型的主要優點可列為以下幾點1.該功率變換器的主開關電路由於所採用的VMOS管電流增益很高，因而不必採用達林頓聯接或「一推二」聯接；又由於VMOS管具有負溫度係數，即使多隻並聯也能自動平分電流而可不用均流電阻，因而主開關電路十分簡單，不需附加任何元件。
2.由於VMOS管是一種高增益的電壓控制器件，所需驅動功率很小，可以用控制器電壓信號直接推動，從而省去了複雜的專用驅動電路和雙向電源，VMOS管還不會因溫度升高而導致二次擊穿損壞，這都有利於提高電磁灶的工作安全可靠性。
3.採用VMOS管組成的功率變換器開關速度快，高頻特性好，工作效率高，對減少電磁線圈圈數或減小諧振電容容量和體積十分有利。
4.省去了驅動器的雙向電源，而另一組低壓電源又可取自風扇電機，因而可省去重量和體積均較大的變壓器，對開發輕薄型電磁灶創造了條件。
總之，具有一系列優點的VMOS管在電磁灶功率變換器中應用，使電磁灶具有較明顯的技術經濟效益。
以下對附圖作進一步的說明附圖5中的(a)，是附圖2，小功率控制器A在a點輸出的控制信號波形，也是本實用新型實施例中NE555時基電路集成塊第3腳輸出控制與激勵電壓信號波形，這種矩波信號脈衝如果直接加在VMOS管的柵極G1則在VMOS管導通的初期會出現嚴重的過驅動現象而容易導致損壞，在接入了R1、Cin的積分電路之後，在VMOS管柵極G的電壓信號波形如附圖5(b)所示，其脈衝信號前沿變緩，在二極體D1作用下，其脈衝信號的後沿維持不變。附圖5中的(C)是VMOS管功率變換器主開關a輸出的電流波形，由於其負載是感性負載的電磁線圈L，因此流過主開關BG的電流是逐漸增加的。從附圖1的框圖結構中，還可看出，控制器同步控制信號來源於功率變換器。
權利要求1.一種由功率電子開關、電磁線圈、諧振電容等構成的家用電磁灶功率變換器，本實用新型的特徵是採用了VMOS功率場效應管單管或數管並聯或專用集成模塊構成功率電子開關；並且以小功率的控制器A直接與其聯接，並以小功率的電壓脈衝信號直接激勵功率電子開關的導通或控制其截止。
2.按權利要求1所述及的電磁灶功率變換器，本實用新型的特徵是在VMOS管柵極G的輸入端串聯接入一個電阻R1，該電阻R1與VMOS管的柵極G和源極S之間所存在的內部結電容Cin共同組成一個積分電路，而小功率控制器A的激勵脈衝信號直接加在電阻R1輸入端上。
3.按權利要求1所述及的電磁灶功率變換器，本實用新型的特徵在於與功率變換器直接聯接的小功率控制器A是以NE555時基電路集成塊所構成，其輸出的脈衝激勵信號由第3腳經耦合電容C3直接加在功率電子開關電阻R1輸入端上。
4.根據權利要求1或2所述的電磁灶功率變換器，其特徵是在VMOS管的柵極G的輸入端串聯接入一個二極體D1，該兩極管D1與電阻R1並聯，並且其正向一端與G極相聯。
5.根據權利要求1所述及的電磁灶功率變換器，其特徵是在VMOS管的柵極G和零電位之間接有一個限壓保護用穩壓二極體D3。
專利摘要一種由功率電子開關、電磁線圈、諧振電容等構成的家用電磁灶功率變換器，採用了VMOS功率場效應管或專用集成模塊構成功率電子開關，以小功率控制器直接與其相連，並以小功率的電壓脈衝信號直接激勵與控制功率電子開關的導通或截止。上述結構不僅簡化了電路設計，而且明顯提高了電磁灶功率變換器的工作性能，為開發輕薄化電磁灶創造了條件。
文檔編號H05B6/00GK2048662SQ89211529
公開日1989年11月29日 申請日期1989年3月23日 優先權日1989年3月23日
發明者高錫璋 申請人:高錫璋