一种功率控制电路、方法及电磁炉与流程

本发明涉及功率控制领域，特别是涉及一种功率控制电路、方法及电磁炉。

背景技术：

电磁炉是现代厨房革命的产物，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到极大的提高。它是一种高效节能的电器，完全区别于传统所有的有火或无火传导加热炉具，由于其使用方便，从而在各个家庭得到广泛使用。

现在市场上有多头电磁炉，其主要采用的电路控制方案是由若干个具有独立电路控制系统的单头炉并列组成，其各单头炉的电路控制方案是单功率晶体管电路控制方案。即采用若干路整流电路各自连接一个加热炉头的电路控制系统的方案。

发明人在实现本发明的过程中，发现相关技术存在以下问题：炉盘的输出功率不高。

技术实现要素：

本发明实施例的一个目的旨在提供一种功率控制电路、方法及电磁炉，其能够实现输出功率的灵活切换。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

在第一方面，本发明实施例提供了一种功率控制电路，应用于电磁炉，所述功率控制电路包括：

第一半桥谐振电路；

第二半桥谐振电路；

开关电路，连接在所述第一半桥谐振电路与所述第二半桥谐振电路之间；以及

驱动电路，分别与所述第一半桥谐振电路、所述第二半桥谐振电路及所述开关电路连接；

当所述驱动电路控制所述开关电路工作在第一开关状态时，所述第一半桥谐振电路与所述开关电路构成第一半桥逆变电路，所述第二半桥谐振电路与所述开关电路构成第二半桥逆变电路；

当所述驱动电路控制所述开关电路工作在第二开关状态时，所述第一半桥谐振电路与所述第二半桥谐振电路构成全桥逆变电路。

可选地，所述驱动电路包括：

第一驱动单元，与所述第一半桥谐振电路连接；

第二驱动单元，与所述第二半桥谐振电路连接；以及

控制器，分别与所述第一驱动单元、所述第二驱动单元及所述开关电路连接，用于向所述第一驱动单元发送第一驱动指令，使得所述第一驱动单元根据所述第一驱动指令，驱动所述第一半桥谐振电路工作，向所述第二驱动单元发送第二驱动指令，使得所述第二驱动单元根据所述第二驱动指令，驱动所述第二半桥谐振电路工作，所述控制器还用于控制所述开关电路的开关状态。

可选地，所述电路包括：

第一炉盘，所述第一炉盘连接于所述第一半桥谐振电路与所述开关电路之间；

第一转换开关，与所述第一炉盘并联，所述第一转换开关还与所述控制器连接，所述控制器用于控制所述第一转换开关工作在导通或截止状态；

在所述开关电路为所述第二开关状态的前提下：

当所述第一转换开关导通时，所述第一炉盘被所述第一转换开关短路；

当所述第一转换开关截止时，逆变电流流经所述第一炉盘。

可选地，所述电路还包括：

第二炉盘，所述第二炉盘连接于所述第二半桥谐振电路与所述开关电路之间；

第二转换开关，与所述第二炉盘并联，所述第二转换开关还与所述控制器连接，所述控制器控制所述第二转换开关工作在导通或截止状态；

在所述开关电路为所述第二开关状态的前提下：

当所述第二转换开关导通时，所述第二炉盘被所述第二转换开关短路；

当所述第二转换开关截止时，逆变电流流经所述第二炉盘。

可选地，所述第一半桥谐振电路包括第一谐振开关和第二谐振开关、第一电容和第二电容；

所述第一谐振开关和所述第一电容并联，所述第二谐振开关和所述第二电容并联，所述并联的第一谐振开关和第一电容与所述并联的第二谐振开关和第二电容串联。

可选地，所述第二半桥谐振电路包括第三谐振开关和第四谐振开关、第三电容和第四电容；

所述第三谐振开关和所述第三电容并联，所述第四谐振开关和所述第四电容并联，所述并联的第三谐振开关和第三电容与所述并联的第四谐振开关和第四电容串联。

可选地，所述开关电路包括第三转换开关、第一谐振电容、第二谐振电容、第三谐振电容和第四谐振电容；

当所述开关电路工作在第一开关状态时，所述第一谐振电容和所述第三谐振电容并联后共同参与所述第一半桥谐振电路的谐振，所述第二谐振电容和所述第四谐振电容并联后共同参与所述第二半桥谐振电路的谐振；

当所述开关电路工作在第二开关状态时，所述第一谐振电容和所述第二谐振电容串联，所述第三谐振电容和所述第四谐振电容串联，所述串联的第一谐振电容与第二谐振电容与所述串联的第三谐振电容与第四谐振电容并联后共同参与所述全桥逆变电路的谐振。

可选地，所述电路还包括所述电路还包括第一电流互感器和第二电流互感器；

所述第一电流互感器与所述第一炉盘和第一转换开关串联；

所述第二电流互感器与所述第二炉盘和第二转换开关串联。

在第二方面，本发明实施例提供了一种电磁炉，所述电磁炉包括电磁炉本体以及所述的电磁炉的功率控制电路。

在第三方面，本发明实施例提供了一种功率控制方法，应用所述的功率控制电路，所述方法包括：

获取炉盘选择指令；

根据所述炉盘选择指令，控制所述开关电路的开关状态；

若所述指令为第一炉盘选择指令，所述开关电路工作在第一开关状态，所述第一半桥谐振电路与所述开关电路构成第一半桥逆变电路，所述第二半桥谐振电路与所述开关电路构成第二半桥逆变电路；

若所述指令为第二炉盘选择指令，所述开关电路工作在第二开关状态，所述第一半桥谐振电路与所述第二半桥谐振电路构成全桥逆变电路。

在本发明各个实施例中，开关电路连接于第一半桥谐振电路和第二半桥谐振电路之间，驱动电路分别与第一半桥谐振电路、第二半桥谐振电路以及开关电路连接。驱动电路控制开关电路工作在第一开关状态，第一半桥谐振电路与开关电路构成第一半桥逆变电路，第二半桥谐振电路与开关电路构成第二半桥逆变电路；驱动电路控制开关电路工作第二开关状态，第一半桥谐振电路与第二半桥谐振电路构成全桥逆变电路。因此，通过驱动电路控制开关电路的开关状态来实现半桥逆变电路与全桥逆变电路之间的切换。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供的一种功率控制电路的结构框图；

图2是本发明实施例提供的一种功率控制电路的结构框图；

图3是本发明实施例提供的一种功率控制电路的结构框图；

图4是本发明实施例提供的一种功率控制电路的结构框图；

图5是本发明实施例提供的半桥逆变电路的脉冲频率调制信号图；

图6是本发明实施例提供的全桥逆变电路的脉冲频率调制信号图；

图7是本发明实施例提供的一种功率控制电路的电路图；

图8是本发明实施例提供的一种功率控制方法的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的一种功率控制电路的结构框图，请参照图1，该功率控制电路包括第一半桥谐振电路10、第二半桥谐振电路20、开关电路30和驱动电路40，第一半桥谐振电路10通过开关电路30与第二半桥谐振电路20连接，驱动电路40分别与第一半桥谐振电路10、第二半桥谐振电路20以及开关电路30连接。驱动电路40控制开关电路30的工作状态，当开关电路30工作在第一开关状态时，第一半桥谐振电路10与开关电路30构成第一半桥逆变电路，第二半桥谐振电路20与开关电路30构成第二半桥逆变电路，此时电路为两个半桥逆变电路分别进行工作；当开关电路30工作在第二开关状态时，第一半桥谐振电路10和第二半桥谐振电路20构成全桥逆变电路。

在一些实施例中，第一开关状态为开关电路30处于开关闭合状态，此时，第一半桥谐振电路10和第二半桥谐振电路20为并联连接，因此，第一半桥谐振电路10与第二半桥谐振电路20分别与开关电路30构成半桥逆变电路进行分别工作。第二开关状态为开关电路30处于开关截止状态，第一半桥谐振电路10通过开关电路30与第二半桥谐振电路20连接，因此，第一半桥谐振电路10和第二半桥谐振电路20通过开关电路30串联构成全桥逆变电路。

在本实施例中，通过驱动电路40控制开关电路30的工作状态调整第一半桥谐振电路和第二谐振电路的连接关系，实现半桥逆变电路到全桥逆变电路的切换，从而提高了电路的输出功率。

在一些实施例中，请参看图2，驱动电路40包括第一驱动单元401、第二驱动单元402和控制器403。第一驱动单元401与第一半桥谐振电路10相连，用于驱动第一半桥谐振电路10；第二驱动单元402与第二半桥谐振电路20相连，用于驱动第二半桥谐振电路20；控制器403分别与第一驱动单元401、第二驱动单元402以及开关电路30相连，用于向第一驱动单元401发送第一驱动指令，使得第一驱动单元401根据第一驱动指令，驱动第一半桥谐振电路工作；向第二驱动单元402发送第二驱动指令，使得第二驱动单元402根据第二驱动指令，驱动第二半桥谐振电路工作；控制器403还用于控制开关电路30的开关状态。

其中，控制器403可以为通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、单片机、arm(acornriscmachine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。另外，控制器403还可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。控制器403也可以是计算设备的组合，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合dsp和、或任何其它这种配置。在本实施例中，所述控制器403为单片机，例如，51系列单片机等。

第一驱动单元401和第二驱动单元402与控制器403相连，控制器403向第一驱动单元401和第二驱动单元402分别输出脉冲频率调制信号，脉冲频率调制信号通过第一驱动单元401和第二驱动单元402后输出驱动信号用于控制第一半桥谐振电路10和第二半桥谐振电路20的工作状态。

在另一些实施例中，请参看图3，电路还包括第一炉盘50，第一炉盘50连接于第一半桥谐振电路10与开关电路30之间；第一转换开关60，与第一炉盘50并联，第一转换开关60还与控制器403连接，控制器403控制第一转换开关60工作在导通或截止状态。

其中，当开关电路30为第二开关状态时：当第一转换开关60导通时，第一炉盘50被第一转换开关60短路；当第一转换开关60截止时，第一炉盘50是导通的。

在一些实施例中，请继续参看图3，电路还包括第二炉盘70，第二炉盘70连接于第二半桥谐振电路20与开关电路30之间；第二转换开关80，与第二炉盘70并联，第二转换开关80还与控制器403连接，控制器403控制第二转换开关80工作在导通或截止状态；

其中，当开关电路30为第二开关状态时：当第二转换开关80导通时，第二炉盘70被第二转换开关80短路；当第二转换开关80截止时，第二炉盘70是导通的。

在实际应用中，第一转换开关60和第二转换开关80可以为继电器、mos管、可控硅或者igbt中任意一种。在本申请中，第一转换开关60和第二转换开关80为继电器。

当开关电路30为第一开关状态时，第一半桥谐振电路10与开关电路30构成第一半桥逆变电路，第二半桥谐振电路10与开关电路30构成第二半桥逆变电路，第一炉盘50连接在第一半桥逆变电路中，第一炉盘70连接在第二半桥逆变电路中，此时，第一炉盘50和第二炉盘70同时进行工作，可见，第一转换开关60和第二转换开关80工作在截止状态。

当开关电路30为第二开关状态时，第一半桥谐振电路10与第二半桥谐振电路20构成全桥逆变电路，此时，控制器403通过控制第一转换开关60和第二转换开关80的工作状态来调节使其中的一个负载进行工作。若调节使第一炉盘进行工作，则需控制第一转换开关60工作在截止状态，并相应的控制第二转换开关80工作在导通状态。

由上可知，该电路有三种工作模式，第一种模式：第一炉盘50和第二炉盘70同时工作在各自的半桥逆变电路中；第二种模式：第一炉盘50工作在全桥逆变电路中，第二炉盘70被第二转换开关80短接；第三种模式：第二炉盘70工作在全桥逆变电路中，第一炉盘50被第一转换开关60短接。

在本实施例中，控制器403通过控制开关电路30、第一转换开关60以及第二转换开关80的工作状态以实现三种工作模式的切换，亦即实现了半桥逆变电路与全桥逆变电路的切换，从而在单负载进行工作时，实现输出功率的最大化。

在一些实施例中，请参看图4，第一半桥谐振电路10包括第一谐振开关和第二谐振开关、第一电容c1和第二电容c2，第一谐振开关与第一电容c1并联，第二谐振开关与第二电容c2并联，并联的第一谐振开关和第一电容c1与并联的第二谐振开关和第二电容c2串联。

在实际应用中，第一谐振开关和第二谐振开关可以为绝缘栅双极晶体管(igbt)，其中，第一谐振开关为igbt1，第二谐振开关为igbt2，第一驱动单元401与igbt1、igbt2的g极分别相连，第一驱动单元401向igbt1输出脉冲频率调制pfma信号来控制igbt1的导通和关断，向igbt2输出脉冲频率调制pfmb信号来控制igbt2的导通和关断。

在另一些实施例中，请参看图4，第二半桥谐振电路20包括第三谐振开关和第四谐振开关、第三电容c3和第四电容c4，第三谐振开关与第三电容c3并联，第四谐振开关与第四电容c4并联，并联的第三谐振开关和第三电容c3与并联的第四谐振开关和第四电容c4串联。

在实际应用中，第三谐振开关和第四谐振开关可以为绝缘栅双极晶体管(igbt)，其中，第三谐振开关为igbt3，第四谐振开关为igbt4，第二驱动单元402与igbt3、igbt4的g极分别相连，第二驱动单元402向igbt3输出脉冲频率调制pfmc信号来控制igbt3的导通和关断，向igbt4输出脉冲频率调制pfmd信号来控制igbt4的导通和关断。

在本申请中，控制器403通过控制开关电路30、第一转换开关60以及第二转换开关80的工作状态以实现三种工作模式的切换。

第一种模式：开关电路30为第一开关状态，且第一转换开关60和第二转换开关80均为截止状态时，第一炉盘50和第二炉盘70同时工作在各自的半桥逆变电路中。

请参看图5，图5为本发明实施例提供的半桥逆变电路的脉冲频率调制信号图，该图为第一种模式时第一驱动单元401和第二驱动单元402分别向第一半桥谐振电路10、第二半桥谐振电路20输出脉冲频率调制的信号。以下第一半桥谐振电路为例来说明半桥逆变电路的工作过程：

第一过程：第一驱动单元10首先向igbt1输出pfma的脉冲频率调制信号，igbt1处于导通状态，igbt2处于截止状态，此时电流由igbt1流向第一炉盘50再经过开关电路30回到gnd,形成半桥回路；

第二过程：第一驱动单元10向igbt2输出pfmb的脉冲频率调制信号，igbt1处于截止状态，igbt2处于导通状态，此时电流由开关电路30流向第一炉盘50再经过igbt2回到gnd,形成半桥回路。

由上述过程可知，第一过程和第二过程流经第一炉盘50的电流方向是相反的，不断的循环第一过程和第二过程，从而形成了半桥逆变电路，通过控制igbt1和igbt2的信号，实现了电流信号由ac向dc转换。

第二种模式：开关电路30为第二开关状态，且第一转换开关60为截止状态，第二转换开关80为导通状态，第二炉盘70被第二转换开关80短接，第一炉盘50工作在全桥逆变电路中。

请参看图6，图6为本发明实施例提供的全桥逆变电路的脉冲频率调制信号图，该图为第二种模式下第一驱动单元401和第二驱动单元402分别向第一半桥谐振电路10、第二半桥谐振电路20输出脉冲频率调制的信号。此时，第一半桥谐振电路10和第二半桥谐振电路20构成全桥逆变电路：

第一过程：第一驱动单元10首先向igbt1输出pfma的脉冲频率调制信号，第二驱动单元20向igbt4输出pfmd的脉冲频率调制信号，为了使电路处于导通状态，pfma与pfmd的脉冲频率调制信号相同，此时，igbt1和igbt4处于导通状态，igbt2和igbt3处于截止状态，电流由igbt1流向第一炉盘50，再经过开关电路30通过igbt4回到gnd，形成全桥回路；

第二过程：第一驱动单元10首先向igbt2输出pfmb的脉冲频率调制信号，第二驱动单元20向igbt4输出pfmc的脉冲频率调制信号，为了使电路处于导通状态，pfmb与pfmc的脉冲频率调制信号相同，此时，igbt2和igbt3处于导通状态，igbt1和igbt4处于截止状态，电流由igbt3流向开关电路30，再经过第一炉盘50通过igbt2回到gnd，形成全桥回路。

由上述过程可知，第一过程和第二过程流经第一炉盘50的电流方向是相反的，不断的循环第一过程和第二过程，从而形成了全桥逆变电路，通过交替控制igbt1和igbt4、igbt2和igbt3的信号，实现了电流信号由ac向dc转换。

第三种模式：开关电路30为第二开关状态，且第二转换开关80为截止状态，第一转换开关60为导通状态，第一炉盘50被第一转换开关60短接，第二炉盘70工作在全桥逆变电路中。其中，脉冲频率调制信号和电流的方向信号可以参考第二种模式。

在本实施例中，通过控制器403控制开关电路30、第一转换开关60以及第二转换开关80的开关状态，再通过第一驱动电路401和第二驱动电路402分别驱动第一半桥谐振电路10、第二半桥谐振电路20，从而完成了半桥逆变电路和全桥逆变电路的切换。

在一些实施例中，请参看图7，开关电路30包括第三转换开关301、第一谐振电容c30、第二谐振电容c31、第三谐振电容c33和第四谐振电容c34。

其中，当开关电路30工作在第一开关状态时，第一谐振电容c30和所述第三谐振电容c33并联后共同参与第一半桥谐振电路的谐振，第二谐振电容c31和第四谐振电容c34并联后共同参与第二半桥谐振电路的谐振。当开关电路30工作在第二开关状态时，第一谐振电容c30和第二谐振电容c31串联，第三谐振电容c33和第四谐振电容c34串联，串联的第一谐振电容c30与第二谐振电容c31与串联的第三谐振电容c33与第四谐振电容c34并联后共同参与全桥逆变电路的谐振。

第三转换开关301可以为继电器、mos管、可控硅或者igbt中任意一种，在本申请中，第三转换开关301为双刀双掷继电器。控制器403控制第三转换开关301导通或截止，从而使开关电路工作在导通或截止状态，上述中第一开关状态为第三转换开关301为导通状态，此时ctr-hv端与hv端连接，ctr-gnd端与gnd连接，将整个电路分成左右两端的第一半桥逆变电路和第二半桥逆变电路。第二开关状态为第三转换开关301为截止状态，此时ctr-hv端与hv端断接，ctr-gnd端与gnd断接，整个电路由第一半桥谐振电路10和第二半桥谐振电路20通过开关电路30串联在一起组成全桥逆变电路。

开关电路30为第一工作状态时，电路分为两个半桥逆变电路分别同时工作，计算第一炉盘50的输出功率。

当igbt1导通，igbt2截止时，a节点的电压为vds，b节点的电压为vds/2；当igbt2导通，igbt1截止时，a节点与gnd直连，b节点的电压为vds/2。即在半桥逆变电路中，流过第一炉盘50的电流不管为正向电流还是逆向电流，在第一炉盘50两端形成的压差都为vds/2。

开关电路30为第二工作状态时，电路的第一半桥谐振电路10和第二半桥谐振电路20通过开关电路30串联起来构成全桥逆变电路，计算第一炉盘50的输出功率。

当igbt1和igbt4导通，igbt2和igbt3截止时，a节点的电压为vds，d节点与gnd直连；当igbt1和igbt4截止，igbt2和igbt3导通时，a节点与gnd直连，d节点的电压为vds。即在全桥逆变电路中，流过第一炉盘50的电流不管为正向电流还是逆向电流，在第一炉盘50两端形成的压差都为vds。

在相同的条件下，且开关频率一样的情况下，根据功率的计算公式p＝ui可知，半桥的输出功率为p＝vds/2*i，全桥的输出功率为p＝vds*i，显然的，第一炉盘50在全桥工作时的输出功率大于半桥工作时的输出功率。即通过控制开关电路30的工作状态将电路实现半桥逆变电路和全桥逆变电路之间的切换，从而提高了电路的输出功率。

在一些实施例中，电路还包括第一电流互感器t1和第二电流互感器t2，其中，第一电流互感器t1与并联的第一炉盘50和第一转换开关60串联，同时，第一电流互感器t1还与控制器403连接，用于根据第一电流互感器t1的电流信号反馈到控制器403以进行检锅；第二电流互感器t2与并联的第二炉盘70和第二转换开关80串联，同时，第二电流互感器t2还与控制器403连接，用于根据第二电流互感器t2的电流信号反馈到控制器403以进行检锅。

本发明实施例还提供一种电磁炉，电磁炉包括电磁炉本体以及上述电磁炉的功率控制电路。

图8是本发明实施例提供的一种功率控制方法的结构框图，如图8所示，该方法应用于上述的功率控制电路，该方法包括以下步骤：

步骤101、获取炉盘选择指令；

步骤102、根据所述炉盘选择指令，控制所述开关电路的开关状态；

炉盘选择指令包括第一炉盘指令和第二炉盘指令，第一炉盘指令为指示控制器403控制开关电路30工作在第一开关状态，第二炉盘指令为指示控制器403控制开关电路30工作在第二开关状态。

步骤103、若所述指令为第一炉盘选择指令，所述开关电路工作在第一开关状态，所述第一半桥谐振电路与所述开关电路构成第一半桥逆变电路，所述第二半桥谐振电路与所述开关电路构成第二半桥逆变电路；

步骤104、若所述指令为第二炉盘选择指令，所述开关电路工作在第二开关状态，所述第一半桥谐振电路与所述第二半桥谐振电路构成全桥逆变电路。

炉盘选择指令为第一炉盘选择指令时，驱动电路40控制开关电路30的工作状态，当开关电路30工作在第一开关状态时，第一半桥谐振电路10与开关电路30构成第一半桥逆变电路，第二半桥谐振电路20与开关电路30构成第二半桥逆变电路，此时电路为两个半桥逆变电路分别进行工作。

炉盘选择指令为第二炉盘选择指令时，驱动电路40控制开关电路30工作在第二开关状态，此时，第一半桥谐振电路10和第二半桥谐振电路20构成全桥逆变电路。

其中，第一开关状态为开关电路30处于开关闭合状态，此时，第一半桥谐振电路10和第二半桥谐振电路20为并联连接，因此，第一半桥谐振电路10与第二半桥谐振电路20分别与开关电路30构成半桥逆变电路进行分别工作。第二开关状态为开关电路30处于开关截止状态，第一半桥谐振电路10通过开关电路30与第二半桥谐振电路20连接，因此，第一半桥谐振电路10和第二半桥谐振电路20通过开关电路30串联构成全桥逆变电路。

在本实施例中，通过获取不同的炉盘选择指令，实现对电路的功率控制。驱动电路40控制开关电路30的工作状态调整第一半桥谐振电路和第二谐振电路的连接关系，从而实现半桥逆变电路到全桥逆变电路的切换，从而提高了电路的输出功率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。