全波共振式電磁加熱驅動電磁爐的製作方法
2023-12-09 22:54:11 1
專利名稱：全波共振式電磁加熱驅動電磁爐的製作方法
技術領域：
本實用新型系與電磁加熱有關，更詳而言之，尤指一種全波共振式電磁加熱驅動電磁爐。
按，先行所知，一般電磁爐乃利用電磁感應之原理，當通電於感應加熱線圈而產生交變磁場，將導磁性軟具置放於電磁爐之線圈上方時，炊具之底部受磁場感應而產生渦電流，使炊具本身發熱以進行烹調，由於電磁爐沒有瓦斯爐燃燒時產生一氧化碳中毒之危險，以及爆炸、火災之危險，而且使用方便、清潔、熱效率高，所以很受歡迎，因此電磁爐在安全、方便、健康等方面均大大優於瓦斯爐；但唯獨加熱能力方面，卻遠遜於瓦斯爐，因此如能提高電磁爐的加熱能力，則其實用性必能大大的提升，但是如純就電磁爐電路結構來看，則欲提升其加熱能力，恐怕更惱人的問題將緊接著產生；如圖1所示，系習用電磁爐之控制電路，其主要系藉一振蕩／波寬調聲器(osc／pwm)(01)產生預定寬度之脈波信號，並經一放大電路(02)將信號放大後，再連接推動一功率電晶體Q1，該功率電晶體Q1產生ON／OFF連續切換動作使輸出線圈L1產生高頻交變磁場，以感應炊具發熱，而電感L2及電容C2則為濾波作用，請繼續參閱圖2所示為習用電磁爐控制電路，電晶體Q1之動態電壓電流波形示意圖，一般而言，功率電晶體Q1之導通時間T1約為5～25us，調整T1時間即可改變電磁爐之輸出功率，T1時間愈長輸出功率愈大，而T2時間系由輸出線圈L1及電容C1之自然諧振頻率所決定，約為15us，通常這種電磁爐以110V之電源電壓而言，其輸出功率範圍約為200W～1200W，當電磁爐要求之功率更大例如3000W以上時，習用電磁爐之電路已難以適用，亦即其製造成本甚高，電能損失較大，而且習知電磁爐電路概為單端推挽式，亦即使用一功率電晶體，無法達成全波推挽之功能，並有功率電晶體近似短路之損失(如圖2)，且如電源電壓使用220V時，功率電晶體Q1之Vp(max)將增進一倍，須選用Vcbo規格在1250V以上之功率晶體，但這種規格之電晶體不僅價格昂貴，而且取得較為困難，電磁爐製造成本也較高，倘加入降壓變壓器將使成本與所佔空間、重量約大幅提高，諸如上述之問題，均有待進一步之研究、改進，方能有突破性的進展，徹底解決問題造福民生。
有鑑於此，本案申請人乃藉產銷該項產品多年之經驗，不斷研究、實驗及改良，而終於有本實用新型產生。
即，本實用新型之主要目的，系提供一種全波共振式電磁加熱驅動電路，作為電磁爐之控制電路，不僅具有高輸出功率，且能降低成本、減少熱能損失，對於使用導磁性較差之受熱體時(諸如磁性弱之白鐵鍋)，其感應電力不變，並能維持加熱效率。
緣是，本實用新型之全波共振式電磁加熱驅動電磁爐，其大致包括一爐體，一組電磁加熱線圈，及一全波共振式驅動電路，該驅動電路系由一振蕩頻率控制電路控制開始與停止振蕩，一交換邏輯電路產生二互斥脈波信號經一放大電路驅動一雙推挽交換輸出電路，該交換邏輯電路內設有一延遲導通的前置電路。一雙推挽電路，該雙推挽電路具有二功率元件及串接一感應線圈與電容形成共振、或者兩組雙推挽互相倒相形成橋式四推挽電路，該雙推挽電路中的二功率元件電晶體為IGBT或FET。一振蕩頻率調變電路經由溫控系統調變而改變功率輸出，藉以使功率晶體節省、安全暨穩定，並達到易於製作理想化之大型電功率電磁爐之目的。本實用新型的溫控系統具有一感溫電路和一溫度顯示及設定電路。
為確保安全，於電路中設有一定功率(或一定電流)的追蹤電路，用以保護整個系統不致發生超荷情況，一頻率緩和啟動漸增電路，可保護功率電晶體在啟動時之安全性，一電流(或電壓)極限設定追蹤電路，保護共振電容或線圈不被燒毀，也可作為整體電源跳脫之用。
本實型新型的優點是使用方便，清潔衛生，熱效率高，安全可靠，成本低，有利於大批量生產。
如下圖1習用電磁爐之控制電路。
圖2習用電磁爐之控制電路電晶體Q1之動態電壓電流波形示意圖。
圖3系本實用新型一較佳實施例之外觀圖。
圖4系本實用新型一較佳實施例之方塊流程圖。
圖5系本實用新型一較佳實施例之交換邏輯電路圖。
圖6系本實用新型一較佳實施例之雙推挽交換輸出電路圖。
圖7系本實用新型一較佳實施例之橋式四推挽電路圖。
圖8系本實用新型一較佳實施例之振蕩頻率控制電路波形比較圖。
圖9系本實用新型一較佳實施例之雙推挽及橋式四推挽電路di／dt波形比較圖。
圖中標號如下01.振蕩波寬調變器 02.放大電路1.爐體 2.電磁加熱線圈10.振蕩電路 20.交換邏輯電路30.放大驅動器 40.雙推挽交換輸出電路50.感溫電路 60.溫度顯示及設定電路70.鍋體A、B信號 Q1Q2Q3Q4功率電晶體(三極體)L1，L2感應線圈 D1D2D3D4二極體C1、C2電容茲舉一較佳實施例並配合圖式說明於後請參閱圖3所示，本實用新型之全波共振式電磁加熱驅動電磁爐，系包含一爐體(1)，一組電磁加熱線圈(2)及一全波共振式驅動電路(圖中未示)，因該爐體(1)及該電磁加熱線圈(2)均與習用相同，在此不再贅述，主要重點在於該全波共振式驅動電路，如圖4所示，該全波共振電路，主要包括一可控制開、閉之振蕩電路(10)、一交換邏輯電路(20)、一放大驅動電路(30)、一雙推挽交換輸出電路(40)、一感溫電路(50)、一溫度顯示及設定電路(60)，其中該振蕩電路(10)，系作啟始振蕩觸發以及振蕩開(ON)閉(OFF)之控制，其波形圖請參閱圖8所示，當電源開啟時，P1有電壓輸入，電壓愈高時振蕩頻率愈高，反之當輸入電壓愈低則振蕩頻率愈低，一旦P1點為0，整個電路系統立即停止振蕩，此電路之特點在於最高振蕩頻率早經設定，使同於加熱線圈與電容之共振頻率；該交換邏輯電路(20)，其電路圖如圖5所示，系輸出二互為倒相之輸出信號，且該二輸出信號之導通相位並經延遲，為延遲導通之前置驅動電路；該放大驅動電路(30)，系習知放大電路，用以將該邏輯電路(20)之輸出A、B兩點之信號放大，因其係為習知電路在此不作詳述；
該雙推挽交換輸出電路(40)，如圖6所示，其系由二功率電晶體Q1、Q2(本實用新型系使用IGBT或FET)交互導通，當功率電晶體Q1導通時，正電流I1經Q1、線圈L1及電容C2充電，當功率電晶體Q2導通時，負電流I2經Q2、線圈L1及電容C1充電，因此感應線圈L1得產生交變磁場，或者亦可採用圖7所示之橋式四推挽電路，其同樣亦能達成產生交變磁場之作用，而二者之波形即如圖9所示，其di／dt值(電壓微分值)較之習用均大幅下降；該感溫電路(50)，系藉一感溫器忠實的將該鍋體(70)之溫度傳導至該溫度顯示及設定電路(60)，如顯示溫度尚未達到設定值則持續驅動加熱，達到控溫之功效；本實用新型之內部主要電路，其主要系由該振蕩電路(10)控制整體電路的開啟和關閉並配合感溫電路(50)和溫度顯示及設定電路(60)配合作控溫的工作，再由一交換邏輯電路(20)輸出倒相暨相位延遲導通信號，經過一放大驅動電路(30)放大信號，並進而驅動一雙推挽交換輸出電路(40)而交互導通，使其電路中所設之感應線圈振蕩產生磁場，而感應負載發熱，此即為本實用新型之整體動作原理，而其較之習用電磁驅動電路具有以下之進步功效1.本實用新型除能達到高功率(2.5～30KW)輸出外，更因採用高速電晶體IGBT或FET使振蕩頻率超過20KHZ以上，大幅降低感應線圈與其共振電容器之電容量，大幅降低成本，且又能使功率晶體安全、穩定，因為本實用新型採用獨特的全波正弦波電流振蕩方式，可使傳統電磁加熱電路極大的di／dt(電流變動率)降至最低，又應用了本實用新型獨特的延遲導通方式，使dV／dt(電壓微分)損失亦降低至零，故習用功率電晶體損壞的兩大元兇高dv／dt及高di／dt損失，造成瞬間晶片快速升溫而損壞，可用本實用新型而徹底消除。
2.因為實用新型採用雙推挽或橋式四推挽電路，故功率電晶體之耐電壓規格只需1.4倍安全餘裕量於Vcc電壓即可，例如採用220V三相電源，則Vcc＝311V×1.4＝435.4V，則功率電晶體之耐壓只需435.4V以上規格即可。
3.本實用新型可使用功率電晶體之發熱量，減低約6.7倍，傳統式的功率電晶體損失佔整機能源損失約8.7％，採用本實用新型約可提高整機能源效率至91％左右，對於節約能源有極大的功效。
4.因為本實用新型採用全波共振原理，可改善傳統電磁爐在使用導磁性稍差(例如吸力弱之白鐵)的鍋體時感應電力大幅減弱，且熱效率又降得更低之大缺點，其感應電力不變且能維持加熱效率，誠為一革命性的突破。
最後值得一提的是，本案申請人為考慮整體電路之安全性，特別於電路內設有一定功率(或一定電流)追蹤電路，藉以保護整個系統不致發生超荷的情形，一頻率緩和啟動漸增電路，可保護功率電晶體在啟動時之安全性，及一電流(壓)極限設定追蹤電路，使共振電容或線圈不致燒毀，或亦可作為整體電源跳脫之用，以上均為最佳電路及元件之保護措施。
權利要求1.一種全波共振式電磁加熱驅動電磁爐，其特徵在於其主要包含一爐體；一組電磁加熱線圈；一全波共振式驅動電路，該驅動電路由一振蕩頻率控制電路開始與關閉，一交換邏輯電路產生二互斥脈波信號經一放大驅動電路驅動一雙推挽交換輸出電路，該雙推挽電路具有二功率元件及串接一感應線圈與電容形成共振，一振蕩頻率調變電路經由溫控系統調變而改變功率輸出。
2.根據權利要求1所述之全波共振式電磁加熱驅動電磁爐，其特徵在於其中，該交換邏輯電路內設有一延遲導通之前置驅動電路。
3.根據權利要求1所述之全波共振式電磁加熱驅動電磁爐，其特徵在於其中，該二功率元件電晶體為IGBT或FET。
4.根據權利要求1所述之全波共振式電磁加熱驅動電磁爐，其特徵在於其中，該溫控系統內具有一感溫電路及一溫度顯示及設定電路。
5.根據權利要求1所述之全波共振式電磁加熱驅動電磁爐，其特徵在於其中並設有一定功率(定電流)追蹤電路藉以保護整體系統不致發生超荷之情形。
6.根據權利要求1所述之全波共振式電磁加熱驅動電磁爐，其特徵在於其中並設有一電流(壓)極限設定追蹤電路，使共振電容或線圈不致燒毀。
7.根據權利要求6所述之全波共振式電磁加熱驅動電磁爐，其特徵在於該電流(壓)極限設定追蹤電路亦可作為電源跳脫之用。
8.根據權利要求1所述之全波共振式電磁加熱驅動電磁爐，其特徵在於其中並設有一頻率緩和啟動漸增電路，以保護功率晶體在啟動時之安全性。
專利摘要一種全波共振式電磁加熱驅動電磁爐，包括一爐體，一組電磁加熱線圈，及一全波共振式驅動電路。該驅動電路系由一振蕩頻率控制電路控制開始與停止振蕩，一交換邏輯電路產生二互斥脈波信號經一放大電路驅動一雙推挽交換輸出電路。該雙推挽電路具有二功率元件及串接一感應線圈與電容形成共振，或者兩組雙推挽互相倒相形成橋式四推挽電路，一振蕩頻率調變電路經由溫控系統調變而改變功率輸出，藉以使功率晶體節省、安全暨穩定，並達到易於製作理想化之大型電功率電磁爐之目的。
文檔編號F27D11/00GK2160874SQ9320584
公開日1994年4月6日 申請日期1993年3月17日 優先權日1993年3月17日
發明者胡龍江 申請人:胡龍江