一种电磁加热装置和电磁炉的制作方法

本实用新型涉及烹饪器具控制技术，尤其涉及一种电磁加热装置和电磁炉。

背景技术：

目前，电磁炉均采用逐次逼近的方法输出对应的功率值，在特定的功率范围下，频率变化不大。而现有的差模和共模滤波都是针对特定频段的衰减，在多次滤波之后，会产生具有固定频段的加热系统电感电容LC谐振频率。然而加热系统LC谐振(20K-50K)叠加开关电源谐振(50K-120K)，容易出现特定频段共振，导致电磁兼容性EMC传导测试中平均值超过，或者裕量不足。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种电磁加热装置和电磁炉，能够引起频率变化，实现频率分布范围分散的目的，避免加热系统LC谐振频率与开关电源谐振频率产生共振，提高传导测试裕量，进而减少对电网的干扰。

为了达到上述目的，本实用新型提出了一种电磁加热装置，该电磁加热装置包括：中央处理单元以及分别与中央处理单元相连的功率开关和电压电流检测单元，功率开关用于根据中央处理单元的控制信号导通和关断；电压电流检测单元用于检测电磁加热装置的输出功率，中央处理单元，用于当电压电流检测单元检测出的输出功率达到平衡状态时，在控制信号中加入一个或多个频率扰动。

可选地，该平衡状态包括：

输出功率的输出时间达到预设的第一时间长度T1；或者，

输出功率达到预设的第一功率；其中输出功率与第一功率保持在预设的误差值a之内；并且，输出功率达到预设的第一功率的时长达到预设的第二时间长度T2。

可选地，-50瓦≤a≤+50瓦。

可选地，

控制信号为脉冲宽度调制PWM脉冲信号；

频率扰动是指：在一个控制信号周期T内，以预设的第一方式改变一个或多个预设时段T3内的PWM脉冲信号的脉冲宽度，以通过脉冲宽度变化改变脉冲频率。

可选地，

预设时段T3的取值范围包括：20us～25us；

预设时间段T3内的脉冲频率的取值范围包括：20KHz～25KHz。

可选地，

在第二时间长度T2内，PWM脉冲信号的脉冲宽度为第一脉冲宽度，并且PWM脉冲信号的脉冲频率为第一脉冲频率；

预设的第一方式包括：

在第一预设时段内，PWM脉冲信号的脉冲宽度由第一脉冲宽度改变为第二脉冲宽度，PWM脉7中信号的脉冲频率由第一脉冲频率改变为第二脉冲频率；

其中，第一脉冲宽度大于第二脉冲宽度，第一脉冲频率小于第二脉冲频率；或者，第一脉冲宽度小于第二脉冲宽度，第一脉冲频率大于第二脉冲频率。

可选地，中央处理单元，还用于在控制信号中加入一个或多个频率扰动后，以预设的第二方式控制输出功率重新达到平衡状态。

可选地，

预设的第二方式包括：

在第二预设时间段内，PWM脉冲信号的脉冲宽度由第二脉冲宽度改变为第三脉冲宽度，PWM脉冲信号的脉冲频率由第二脉冲频率改变为第三脉冲频率；其中，第三脉冲宽度的值介于第一脉冲宽度和第二脉冲宽度之间，第三脉冲频率的值介于第一脉冲频率和第二脉冲频率之间。

在第三预设时间段内，PWM脉冲信号的脉冲宽度由第三脉冲宽度改变为第四脉冲宽度，PWM脉冲信号的脉冲频率由第三脉冲频率改变为第四脉冲频率；其中，第四脉冲宽度的值介于第一脉冲宽度和第三脉冲宽度之间，第四脉冲频率的值介于第一脉冲频率和第三脉冲频率之间。

可选地，

从第一脉冲宽度到第二脉冲宽度的变化量为+2Δ时，从第二脉冲宽度到第三脉冲宽度的变化量为-Δ，从第三脉冲宽度到第四脉冲宽度的变化量为-Δ；或者，

从第一脉冲宽度到第二脉冲宽度的变化量为-2Δ时，从第二脉冲宽度到第三脉冲宽度的变化量为+Δ，从第三脉冲宽度到第四脉冲宽度的变化量为+Δ。

为了达到上述目的，本实用新型还提出了一种电磁炉，包括如前所述的电磁加热装置。

与现有技术相比，本实用新型包括以下优势：

1、当电压电流检测单元检测出的输出功率达到平衡状态时，中央处理单元在控制信号中加入一个或多个频率扰动，能够引起频率变化，实现了频率分布范围分散的目的，避免了加热系统LC谐振频率与开关电源谐振频率产生共振，提高了传导测试裕量，进而减少了对电网的干扰。

2、在平衡状态下，输出功率达到预设的第一功率；其中输出功率与第一功率保持在预设的误差值a之内，-50瓦≤a≤+50瓦，该阈值范围可以避免由于电压或电流瞬时变化而造成保护不及时的现象发生。

3、预设时段T3的取值范围包括：20us～25us；可以防止扰动时间过长导致的损害或潜在损害。

4、在第一预设时段内，PWM脉冲信号的脉冲宽度由第一脉冲宽度改变为第二脉冲宽度，PWM脉冲信号的脉冲频率由第一脉冲频率改变为第二脉冲频率。通过该方案使得谐振频率分布范围更广，倍频谐波更丰富。

5、中央处理单元在控制信号中加入一个或多个频率扰动后，以预设的第二方式控制输出功率重新达到平衡状态，使得电磁加热装置维持正常的加热功能不受影响，并且在变频后重新达到平衡状态的谐振频率的频谱分布更均匀。

附图说明

下面对本实用新型实施例中的附图进行说明，实施例中的附图是用于对本实用新型的进一步理解，与说明书一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限制。

图1为本实用新型实施例的电磁加热装置组成框图；

图2为本实用新型实施例的频率扰动方案实施例示意图；

图3为本实用新型实施例的频率扰动方案中PWM信号第一实施例示意图；

图4为本实用新型实施例的频率扰动方案中PWM信号第二实施例示意图；

图5为本实用新型实施例的电磁炉组成框图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的描述，并不能用来限制本实用新型的保护范围。

目前电磁炉均采用逐次逼近的方法输出对应的功率值，在特定的功率范围下，频率变化不大。而现有的差模和共模滤波都是针对特定频段的衰减，在多次滤波之后，会产生具有固定频段的加热系统电感电容LC谐振频率。然而加热系统LC谐振(20K-50K)叠加开关电源谐振(50K-120K)，容易出现特定频段共振，导致电磁兼容性EMC传导测试中平均值超过或者裕量不足。为了解决这一问题，可以采用跟踪电流上下限引入一种频率改变的方法，该方法起到了一定的作用，但其通过线性改变，即开通时间为t，通过在t、t+Δt、t+2Δt、t+Δt、t之间进行平滑的频率变化，其中，Δt、2Δt为频率改变时间，这一方案中其频率逐次缓慢变换，使得频率分布改变很小，不能有效地实现频率分布范围明显分散的目的，无法避免加热系统LC谐振频率与开关电源谐振频率产生共振，从而无法提高传导测试裕量。针对这一现象，我们提出了改进方案，通过在加热系统达到平衡状态以后，引入一个大幅度扰动时间，并在该扰动时间达到预设时间值时，使加热系统重新逐步恢复平衡状态，以便不影响正常的加热功能。在扰动时间内，谐振频率从频率fl迅速变化到f2，避免了多次谐波重叠的时间，从而有效地对频率分布区间进行分散，使得部分瓶颈的频段裕量更好，提高了传导测试裕量，进而减少了对电网的干扰。

为了达到上述目的，本实用新型提出了一种电磁加热装置1，如图1所示，该电磁加热装置1包括：中央处理单元11以及分别与中央处理单元11相连的功率开关12和电压电流检测单元13，功率开关12用于根据中央处理单元11的控制信号导通和关断；电压电流检测单元13用于检测电磁加热装置1的输出功率，中央处理单元11，用于当电压电流检测单元13检测出的输出功率达到平衡状态时，在控制信号中加入一个或多个频率扰动。其中，当该频率扰动为多个时，该多个频率扰动为非平滑频率扰动。非平滑频率扰动是指：多个频率扰动的扰动量是非连续的，不会逐次增加或减小，即各个扰动量是离散的无规则的。

在本实用新型实施例中，在电磁加热装置1工作过程中，中央处理单元11会不断地输出控制信号(或驱动脉冲)，以控制功率开关12的导通和关断，具体地，以控制功率开关12的导通时间、关断时间以及导通角，从而控制电磁加热装置1的输出功率。电压电流检测单元13用于检测电磁加热装置1的输出电压和输出电流，从而计算出电磁加热装置1的输出功率。为了有效地对频率分布区间进行分散，提高了传导测试裕量，中央处理单元11会对电压电流检测单元13检测出的输出功率进行检测，并且当输出功率达到预设的平衡状态时，在控制功率开关12的导通和关断的控制信号中加入一个或多个非平滑频率扰动。

可选地，该平衡状态包括：

输出功率的输出时间达到预设的第一时间长度T1；或者，

输出功率达到预设的第一功率；其中输出功率与第一功率保持在预设的误差值a之内；并且，输出功率达到预设的第一功率的时长达到预设的第二时间长度T2。可选地，-50瓦≤a≤+50瓦。

在本实用新型实施例中，为了实现正常的加热功能，每个电磁加热装置1都会从零功率开始，逐渐增大输出功率，当输出功率达到预设的功率设置值(如上述的第一功率)时，将输出功率维持在该功率设置值处并开始以该功率设置值进行加热，此时谐振频率变化幅度较小，维持一种稳定状态，可以认为电磁加热装置1达到一种平衡状态。在该平衡状态下，加热系统LC谐振与开关电源谐振最容易出现特定频段共振。因此需要本实用新型实施例方案在检测出该平衡状态时，在控制信号中加入一个或多个非平滑频率扰动。在本实施例中，由于中央处理单元11在无扰动的情况下控制信号的脉冲宽度和频率都是一定的，并且上述的功率设置值也是一定的，从而输出功率上升到功率设置值的时间也是一定的。因此，可以通过判断输出功率的输出时间来判断是否达到平衡状态，例如，输出功率的输出时间达到预设的第一时间长度T1。另外，还可以通过判断输出功率是否达到预设的功率设置值(即第一功率)来判断是否达到平衡状态。另外，由于任何输出功率不可能固定在一个功率值上不变，必定在一定的功率范围内浮动。因此可以判断输出功率是否在第一功率的预设范围内浮动，即输出功率与第一功率保持在预设的误差值a之内。在本实用新型实施例中，该预设的误差值a可以根据不同的应用场景自行定义，在此不做具体限制。为了避免由于电压或电流瞬时变化而造成保护不及时的现象发生，可选地，-50瓦≤a≤+50瓦。

在本实用新型实施例中，通过上述方案确定电压电流检测单元13检测出的输出功率达到平衡状态时，中央处理单元11便可以在控制信号中加入一个或多个非平滑频率扰动，以引起输出频率的变化，实现频率分布范围分散的目的，避免加热系统LC谐振频率与开关电源谐振频率产生共振，从而提高传导测试裕量，减少对电网的干扰。

在本实用新型实施例中，由于当前电磁加热装置中的脉冲控制技术均为PWM控制技术，在此以控制信号为脉冲宽度调制PWM脉冲信号为例进行说明本实用新型实施例的扰动方案，需要说明的是，本实用新型实施例方案的应用场景不限于此，在其他控制技术下仍可以采用本实用新型实施例方案。

可选地，该控制信号为脉冲宽度调制PWM脉冲信号；该频率扰动是指：在一个控制信号周期T内，以预设的第一方式改变一个或多个预设时段T3内的PWM脉冲信号的脉冲宽度，以通过脉冲宽度变化改变脉冲频率。

在本实用新型实施例中，基于PWM控制方式，在控制信号中加入扰动频率是通过改变一定时段内(即扰动时段，如上述的预设时段T3)的脉冲宽度来实现的。具体改变方式是预先设置的，下面以加入一个频率扰动(即进行一次脉冲宽度变化)为例进行说明。

在进行详细说明之前，需要先对平衡状态下的初始脉冲宽度和脉冲频率进行定义：在第二时间长度T2内(即平衡状态维持时间内)，PWM脉冲信号的脉冲宽度为第一脉冲宽度W1，并且PWM脉冲信号的脉冲频率为第一脉冲频率f1。

基于上述定义，可以通过以下方案实现本实用新型实施例的加入一个频率扰动的扰动方案，具体为下述的第一方式。

可选地，预设的第一方式包括：

在第一预设时段内，PWM脉冲信号的脉冲宽度由第一脉冲宽度W1改变为第二脉冲宽度W2，PWM脉冲信号的脉冲频率由第一脉冲频率f1改变为第二脉冲频率f2；

其中，第一脉冲宽度W1大于第二脉冲宽度W2，第一脉冲频率f1小于第二脉冲频率f2；或者，第一脉冲宽度W1小于第二脉冲宽度W2，第一脉冲频率f1大于第二脉冲频率f2。

在本实用新型实施例中，由于加入的扰动频率，即上述的第二脉冲频率仅是为了使得当前的谐振频率发生变换，从而使得谐振频率的频段比较分散，因此，该第二脉冲频率可以大于第一脉冲频率，也可以小于第一脉冲频率。因此，第一脉冲宽度可以小于第二脉冲宽度，也可以大于第二脉冲宽度。另外，为了避免加入的频率扰动不明显，无法产生预期的扰动效果，该第二脉冲频率相对于第一脉冲频率的变化量不能太小，并且考虑到过大的频率突变可能对装置本身造成损害，该第二脉冲频率相对于第一脉冲频率的变化量也不能太大。综合上述考虑，可选地，预设时间段T3内的脉冲频率的取值范围包括：20KHz～25KHz。另外，为了防止扰动时间过长导致的损害或潜在损害，可选地，预设时段T3的取值范围可以包括：20us～25us。

在本实用新型实施例中，上述内容是加入一个频率扰动的扰动方案，在其它实施例中，可以不限于加入一个频率扰动，该频率扰动可以为多个，具体数值可以根据不同的应用场景自行定义，在此不做限制。需要注意的是，在加入多个频率扰动时，该多个频率必须是离散的无规则的，不能是连续的，成阶梯性增加或阶梯型减小的连续频率，以免无法达到使得当前的谐振频率的频段比较分散的目的。下面以加入两个扰动时为例进一步说明。

可选地，预设的第一方式包括：

在第一预设时段内，PWM脉冲信号的脉冲宽度由第一脉冲宽度W1改变为第二脉冲宽度W2，PWM脉冲信号的脉冲频率由第一脉冲频率f1改变为第二脉冲频率f2；

在第m预设时段内，PWM脉冲信号的脉冲宽度由第二脉冲宽度W2改变为第x脉冲宽度Wx，PWM脉冲信号的脉冲频率由第二脉冲频率f2改变为第x脉冲频率fx；

在第n预设时段内，PWM脉冲信号的脉冲宽度由第x脉冲宽度Wx改变为第y脉冲宽度Wy，PWM脉冲信号的脉冲频率由第x脉冲频率仅改变为第y脉冲频率fy；

其中，第一脉冲宽度W1到第二脉冲宽度W2的变化量为+2Δ，第二脉冲宽度W2到第x脉冲宽度Wx的变化量为-Δ，第x脉冲宽度Wx到第y脉冲宽度Wy的变化量为+Δ。

在上述实施例中，第m预设时段、第n预设时段是指分别与第一预设时段不同的时段，同理，第x脉冲宽度、第y脉冲宽度是指分别与第二脉冲宽度不同的脉冲宽度，第x脉冲频率、第y脉冲频率是指分别与第二脉冲宽度不同的脉冲频率。+2Δ、-Δ、+Δ均指脉冲宽度的不同的变化量。由于第一脉冲宽度、第x脉冲宽度和第y脉冲宽度之间的变化量不连续并且未呈梯形增加和减小，使得谐振频率的变化为非平滑的，并且为不规律的，从而使得谐振频率的频段被分散成多个不同的区间，可以避免加热系统LC谐振频率与开关电源谐振频率产生共振。

在本实用新型实施例中，为了使得上述的扰动方案不影响电磁加热装置1的正常加热功能，需要在加入一个或多个频率扰动之后控制电磁加热装置1的输出功率重新回到前述的平衡状态。具体可以通过下述方案实现。

可选地，中央处理单元11，还用于在控制信号中加入一个或多个频率扰动后，以预设的第二方式控制输出功率重新达到平衡状态。

可选地，

预设的第二方式包括：

在第二预设时间段内，PWM脉冲信号的脉冲宽度由第二脉冲宽度W2改变为第三脉冲宽度W3，PWM脉冲信号的脉冲频率由第二脉冲频率f2改变为第三脉冲频率f3；其中，第三脉冲宽度W3的值介于第一脉冲宽度W1和第二脉冲宽度W2之间，第三脉冲频率f3的值介于第一脉冲频率f1和第二脉冲频率f2之间；(或者描述为，当第二脉冲宽度W2大于第一脉冲宽度W1时，第三脉冲宽度W3小于第二脉冲宽度W2，第三脉冲频率f3大于第二脉冲频率f2；当第二脉冲宽度W2小于第一脉冲宽度W1时，第三脉冲宽度W3大于第二脉冲宽度W2，第三脉冲频率f3小于第二脉冲频率f2。)

在第三预设时间段内，PWM脉冲信号的脉冲宽度由第三脉冲宽度W3改变为第四脉冲宽度W4，PWM脉冲信号的脉冲频率由第三脉冲频率f3改变为第四脉冲频率f4；其中，第四脉冲宽度W4的值介于第一脉冲宽度W1和第三脉冲宽度W3之间，第四脉冲频率f4的值介于第一脉冲频率f1和第三脉冲频率f3之间。(或者描述为，当第二脉冲宽度W2大于第一脉冲宽度W1时，第四脉冲宽度W4小于第三脉冲宽度W3，第四脉冲频率f4大于第三脉冲频率f3；当第二脉冲宽度W2小于第一脉冲宽度W1时，第四脉冲宽度W4大于第三脉冲宽度W3，第四脉冲频率f4小于第三脉冲频率f3。)

在本实用新型实施例中，在输出功率恢复到平衡状态的过程中，同样需要中央处理单元11对脉冲宽度进行调整，以使得谐振频率准建恢复到原平衡状态的谐振频率。在此过程中，为了使得恢复过程比较平稳，需要进行平滑恢复，即令输出功率逐次逼近平衡状态。如图2所示，这里就需要在进行扰动回复的过程中调整脉冲宽度时进行平滑调节，即逐次增大或减小脉冲宽度。具体地，如上述方案：当第二脉冲宽度大于第一脉冲宽度时，第三脉冲宽度小于第二脉冲宽度，第四脉冲宽度小于第三脉冲宽度，从而使得脉冲频率逐渐增大。即第三脉冲频率大于第二脉冲频率；第四脉冲频率大于第三脉冲频率。同理，当第二脉冲宽度小于第一脉冲宽度时，第三脉冲宽度大于第二脉冲宽度，第四脉冲宽度大于第三脉冲宽度；从而使得第三脉冲频率小于第二脉冲频率，第四脉冲频率小于第三脉冲频率。

在本实用新型实施例中，在对脉冲宽度进行调节过程中，可以根据具体应用场景来定义具体的调整量。如图3所示，具体可以采用下述方案：

可选地，

从第一脉冲宽度W1到第二脉冲宽度W2的变化量为+2Δ时，从第二脉冲宽度W2到第三脉冲宽度W3的变化量为-Δ，从第三脉冲宽度W3到第四脉冲宽度W4的变化量为-Δ；或者，

从第一脉冲宽度W1到第二脉冲宽度W2的变化量为-2Δ时，从第二脉冲宽度W2到第三脉冲宽度W3的变化量为+Δ，从第三脉冲宽度W3到第四脉冲宽度W4的变化量为+Δ。

在本实用新型实施例中，上述的+2Δ、-Δ、-2Δ、+Δ均为预设的脉冲宽度变化量。通过上述方案可知，在进行频率扰动时如果增加了脉冲宽度，可以通过逐渐减小相应的脉冲宽度的方式使谐振频率逐渐恢复；在进行频率扰动时如果减小了脉冲宽度，可以通过逐渐增大相应的脉冲宽度的方式使谐振频率逐渐恢复。

基于上述原理，为了实现更平滑的恢复方案，在其它实施例中，如图4所示，还可以采用下述方案：

当从所述第一脉冲宽度W1到所述第二脉冲宽度W2的变化量为+3Δ时，从所述第二脉冲宽度W2到所述第三脉冲宽度W3的变化量为-2Δ，从所述第三脉冲宽度W3到所述第四脉冲宽度W4的变化量为-Δ；或者，

当从所述第一脉冲宽度W1到所述第二脉冲宽度W2的变化量为-3Δ时，从所述第二脉冲宽度W2到所述第三脉冲宽度W3的变化量为+2Δ，从所述第三脉冲宽度W3到所述第四脉冲宽度W4的变化量为+Δ。

为了达到上述目的，本实用新型还提出了一种电磁炉2，如图5所示，包括如前所述的电磁加热装置1。需要说明的是，上述的电磁加热装置1中的任何实施例均适用于本实用新型的电磁炉2的实施例中，在此不再赘述。

与现有技术相比，本实用新型包括以下优势：

1、当电压电流检测单元检测出的输出功率达到平衡状态时，中央处理单元在控制信号中加入一个或多个频率扰动，能够引起频率变化，实现了频率分布范围分散的目的，避免了加热系统LC谐振频率与开关电源谐振频率产生共振，提高了传导测试裕量，进而减少了对电网的干扰。

2、在平衡状态下，输出功率达到预设的第一功率；其中输出功率与第一功率保持在预设的误差值a之内，-50瓦≤a≤+50瓦，该阈值范围可以避免由于电压或电流瞬时变化而造成保护不及时的现象发生。

3、预设时段T3的取值范围包括：20us～25us；可以防止扰动时间过长导致的损害或潜在损害。

4、在第一预设时段内，PWM脉冲信号的脉冲宽度由第一脉冲宽度改变为第二脉冲宽度，PWM脉冲信号的脉冲频率由第一脉冲频率改变为第二脉冲频率。通过该方案使得谐振频率分布范围更广，倍频谐波更丰富。

5、中央处理单元在控制信号中加入一个或多个频率扰动后，以预设的第二方式控制输出功率重新达到平衡状态，使得电磁加热装置维持正常的加热功能不受影响，并且在变频后重新达到平衡状态的谐振频率的频谱分布更均匀。

需要说明的是，以上所述的实施例仅是为了便于本领域的技术人员理解而已，并不用于限制本实用新型的保护范围，在不脱离本实用新型的实用新型构思的前提下，本领域技术人员对本实用新型所做出的任何显而易见的替换和改进等均在本实用新型的保护范围之内。