电磁加热装置及电磁加热设备的制作方法

1.本实用新型涉及控制技术领域，尤其是涉及一种电磁加热装置及电磁加热设备。


背景技术：

2.相关技术中，通常采用控制器控制开关管的导通和关断对电磁装置的加热功能进行控制。在接收到加热命令时，控制器输出固定脉冲宽度的控制信号来驱动开关管的导通和关断，然而该方式在供电电压变化至较大电压的情况下，容易烧毁开关管，且电磁干扰较强。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电磁加热装置及系统，以降低电磁干扰。
4.第一方面，本实用新型实施例提供了一种电磁加热装置，包括供电电路、控制器、开关管电路、加热电路及检测电路；供电电路及开关管分别与加热电路连接；控制器与开关管电路连接；检测电路分别与供电电路及控制器连接；检测电路用于检测供电模块输出的电压，得到检测电压；控制器用于接收检测电压，输出控制信号控制开关管电路导通或断开；控制信号包括宽度变化的脉冲信号；加热电路用于在开关管电路导通时进行电磁加热。
5.结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述开关管电路包括开关驱动电路及开关管；控制器与开关驱动电路连接；开关管与加热电路连接；开关驱动电路用于基于控制器输出的控制信号驱动开关管导通或断开。
6.结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述开关管包括绝缘栅双极型晶体管。
7.结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述供电电路包括依次连接的电源模块、滤波电路及整流电路；整流电路与检测电路连接；电源模块用于输出交流市电；滤波电路用于对交流市电进行滤波处理；整流模块用于将滤波后的交流市电转换为直流馒头波。
8.结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述供电电路输出由交流市电转换而成的直流馒头波；上述检测电路包括电压采样电路；电压采样电路用于按照设定频率对直流馒头波进行采样，得到检测电压；控制器用于基于检测电压，得到直流馒头波的过零点及峰值点；基于过零点和\或峰值点，得到控制信号的脉冲宽度变化周期；基于加热电路的预设加热功率，得到控制信号的脉宽变化趋势；基于脉冲宽度变化周期及脉宽变化趋势，输出宽度变化的脉冲信号，以控制开关管电路导通或断开。
9.结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述检测电路还包括电流检测电路；电流检测电路与整流电路及开关管电路连接；电流检测电路用于检测加热电路的电流；控制器用于基于加热电路的
电流及预设加热功率，得到控制信号的脉宽变化趋势；基于脉冲宽度变化周期及脉宽变化趋势，输出宽度变化的脉冲信号，以控制开关管电路导通或断开。
10.结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述供电电路与加热电路连接；供电电路为加热电路供电，以使加热电路在开关管电路导通时进行电磁加热。
11.结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述加热电路包括谐振加热电路，谐振加热电路用于开关管电路导通时进行谐振加热。
12.结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述控制器包括单片机。
13.第二方面，本实用新型实施例还提供一种电磁加热设备，包括上述电磁加热装置及外壳。
14.本实用新型实施例带来了以下有益效果：
15.本实用新型实施例提供了一种电磁加热装置及电磁加热设备，检测电路检测供电模块输出的电压，得到检测电压；控制器于接收检测电压，输出宽度变化的脉冲信号作为控制信号控制开关管电路导通或断开；加热电路在开关管电路导通时进行电磁加热。该方式中控制器输出宽度变化的脉冲信号控制开关电路导通或断开，降低了电磁干扰。
16.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
17.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本实用新型实施例提供的一种电磁加热装置的结构示意图；
20.图2为本实用新型实施例提供的一种电磁加热设备的结构示意图；
21.图3为本实用新型实施例提供的一种电磁加热设备的电路模块的结构示意图；
22.图4为本实用新型实施例提供的一种市电电压波形、整流后的电压波形、igbt集电极电压包络波形及控制器输出的脉冲波形的对比图；
23.图5为本实用新型实施例提供的一种电磁加热控制方法中，过零点和峰值点检测的流程图；
24.图6为本实用新型实施例提供的另一种电磁加热控制方法的流程图；
25.图7为本实用新型实施例提供的对整流后电源波形前半周进行脉宽变化时，市电电压波形、整流后的电压波形、igbt集电极电压包络波形及控制器输出的脉冲波形的对比图；
26.图8为本实用新型实施例提供的对整流后电源波形后半周进行脉宽变化时，市电
电压波形、整流后的电压波形、igbt集电极电压包络波形及控制器输出的脉冲波形的对比图。
具体实施方式
27.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.目前，市面常用的电磁加热设备(如电磁灶)多采用单管并联逆变拓扑结构对设备的加热过程进行控制，并且大多选择功率开关管中的绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)。基于上述结构，电磁加热设备的加热控制的方法具体为：在接收到加热命令时，控制器(mcu，microprogrammed control unit)根据当前接收的功率档位输出固定脉冲宽度的控制信号来驱动igbt开关管进行加热工作，该控制信号的脉冲宽度在交流电的整个周期内保持不变。
29.在上述过程中，为电磁加热设备提供电能的交流电在过零点附近时，由于电压低，加热电路的线圈盘的充电电流小，在igbt关断时，线圈盘电感产生的反向电动势小，电磁干扰较弱；在交流电峰值附近时由于电压高，线圈盘充电电流大，在igbt关断时，线圈电感产生的反向电动势大(即igbt集电极电压很高)，电磁干扰较强，易导致igbt烧毁、emi(electro-magnetic interference，电磁干扰)测试不合格。
30.基于此，本实用新型实施例提供的一种电磁加热装置及电磁加热设备，可以用于对各种食物的加热场景。本实用新型以宽度变化的脉冲信号控制开关电路导通或断开，降低了电感线圈产生的反向电动势，降低了电磁干扰。
31.为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种电磁加热装置进行详细介绍。
32.本实用新型实施例提供了一种电磁加热装置，如图1所示，该装置包括供电电路10、控制器20、开关管电路30、加热电路40及检测电路50。其中，供电电路及开关管分别与加热电路连接；控制器与开关管电路连接；检测电路分别与供电电路及控制器连接。
33.检测电路用于检测供电模块输出的电压，得到检测电压；控制器用于接收检测电压，输出控制信号控制开关管电路导通或断开；控制信号包括宽度变化的脉冲信号；加热电路用于在开关管电路导通时进行电磁加热。
34.上述供电模块可以为提供交流电的电源，也可以包括对交流电进行滤波、整流等处理的电路结构。当供电模块为提供交流电的电源时，检测得到的电压有正值也有负值，在确定供电模块输出的电压值大小时，需要对检测电压进行绝对值处理。当供电模块输出的电压为经过整流处理的直流电压时，可以直接采用检测电压确定供电模块输出的电压值的大小。
35.上述控制器可以为单片机或fpga(field programmable gate array，现场可编程逻辑门阵列)等。
36.具体而言，上述开关管电路包括开关驱动电路及开关管；控制器与开关驱动电路连接；开关管与加热电路连接；开关驱动电路用于基于控制器输出的控制信号驱动开关管
导通或断开；上述开关管可以选择绝缘栅双极型晶体管。绝缘栅双极晶体管综合了电力晶体管和电力场效应晶体管的优点，具有良好的特性。
37.在具体实现过程中，上述供电电路可以包括依次连接的电源模块、滤波电路及整流电路；整流电路与检测电路连接；电源模块用于输出交流市电；滤波电路用于对交流市电进行滤波处理；整流模块用于将滤波后的交流市电转换为直流馒头波。
38.上述检测电路可以包括电压采样电路；电压采样电路用于按照设定频率对直流馒头波进行采样，得到检测电压(也可以称为“采样电压”)；控制器用于基于检测电压，得到直流馒头波的过零点及峰值点；基于过零点和\或峰值点，得到控制信号的脉冲宽度变化周期；基于加热电路的预设加热功率，得到控制信号的脉宽变化趋势；基于脉冲宽度变化周期及脉宽变化趋势，输出宽度变化的脉冲信号，以控制开关管电路导通或断开。上述脉冲宽度变化周期通常等于直流馒头波的过零点及峰值点的时间差的二倍，也可以以相邻的两个过零点的时间差，或者以相邻的两个峰值点的时间差表示。在实现过程中，可以预先进行实验，得到不同加热功率对应的脉宽变化趋势；当确定加热电路的预设加热功率，可以对应地确定脉宽变化趋势。
39.其中，上述检测电路还包括电流检测电路；电流检测电路与整流电路及开关管电路连接；电流检测电路用于检测加热电路的电流；控制器用于基于加热电路的电流及预设加热功率，得到控制信号的脉宽变化趋势；基于脉冲宽度变化周期及脉宽变化趋势，输出宽度变化的脉冲信号，以控制开关管电路导通或断开。具体而言，控制器可以基于加热电路的电流及加热电路的电阻计算得到加热电路的功率，该功率为实时功率，然后通过调整脉冲宽度，将实时功率调整至预设加热功率，并将调整得到的脉冲宽度的变化过程确定为脉宽变化趋势。
40.在具体实现过程中，上述供电电路与加热电路连接；供电电路为加热电路供电，以使加热电路在开关管电路导通时进行电磁加热。上述加热电路可以为谐振加热电路，在开关管电路导通时该电路进行谐振加热。
41.本实用新型实施例提供了一种电磁加热装置，检测电路检测供电模块输出的电压，得到检测电压；控制器用于接收检测电压，输出宽度变化的脉冲信号作为控制信号控制开关管电路导通或断开；加热电路在开关管电路导通时进行电磁加热。该方式中控制器输出宽度变化的脉冲信号控制开关电路导通或断开，降低了电感线圈产生的反向电动势，降低了电磁干扰。
42.本实用新型实施例还提供一种电磁加热设备，如图2所示，该设备包括上述电磁加热装置及外壳。
43.本实用新型实施例提供的电磁加热设备，与上述实施例提供的电磁加热装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
44.本实用新型实施例还提供另一种电磁加热装置，如图3所示，该装置包括电源模块、滤波电路、整流电路、电流检测电路、谐振加热电路、开关管、驱动电路、控制器、电压采样电路。
45.其中，开关管(优选igbt)与谐振加热电路连接，用于控制谐振加热电路进行谐振工作；整流电路模块与谐振加热电路连接，为谐振工作提供电能量；驱动电路与开关管连接，驱动开关管开通与关断；控制器与驱动电路7连接，其脉冲信号输出端控制电磁加热装
置进行加热工作。滤波电路一端与电源模块连接，另一端与整流电路连接，电源模块为电磁加热装置提供电能量，滤波电路滤除电源模块与整流模块产生的干扰信号，整流电路将滤波后的交流市电转换为直流馒头波；电压采样电路的采样端与整流电路连接，采样信号输出端与控制器连接，将采集到的整流后的电源的电压信号送给控制器，使得控制器根据电压检测信号来判断整流后的电源波形是处在交流电周期内的具体位置；电流检测电路第一端与整流电路负极输出端连接，第二端与开关管的第一级(如果开关管为igbt，第一级为e级)连接，检测信号输出端与控制器连接，使得控制器根据电流检测信号及当前的目标功率来判断脉冲信号的输出宽度；其中，市电电压波形、整流后的电压波形、igbt集电极电压包络波形及控制器输出的脉冲波形如图4所示。
46.基于该装置，可以实现电磁加热控制的方法，该方法应用于采用igbt作为开关管的电磁加热装置中。该方法能够降低igbt集电极电压，减少emi电磁干扰。该方法中，电磁加热装置的控制器在经过整流后的供电电压的一个周期内输出脉宽变化的脉冲信号，在检测到供电电压的零点之后，按照输出脉宽先增大后减小的变化进行调整，在电流峰值之后，按照输出脉宽先增大后减小的变化进行调整，在整周期内都进行处理，优于只在半波内处理的方法，对emi电磁干扰降低的效果比较明显。同时该方法的检测方法首先判断50hz或60hz不同的频率类型，然后针对性的调整脉冲宽度，该控制方式易于实现，效果显著。
47.该方法首先检测整流后电源波形电压过零点与峰值点，如图5所示，具体包括以下步骤：
48.1、控制器通过电压采样电路每隔预定时间(如125us)检测一次电压值。
49.2、当检测到的电压为最低点时为整流后电源波形的过零点，当检测到的电压为最高点时为整流后电源波形的峰值点。其中，过零点的检测可以用过零检测电路来实现。
50.3、通过电压峰值点与过零点的时间间隔的2倍(设为t0)确定当前电压是50hz还是60hz(50hz交流电源过零点周期为10ms，60hz交流电源过零点周期为8.3ms)。
51.此外，判断当前交流电是50hz还是60hz的算法可以用如下方法：
52.a、控制器8通过电压采样电路每隔预定时间(例如125us)检测一次电压值，当检测到的电压为最低点时为过零点；当检测到的电压为最高点时为峰值点。
53.b、通过两次过零点的时间间隔(设为t0)确定当前电压是50hz还是60hz。
54.c、通过两次峰值点的时间间隔(设为t0)确定当前电压是50hz还是60hz。
55.该方法对电磁加热装置的加热控制过程如图6所示，具体通过以下方式实现：
56.步骤1、收到加热命令。
57.步骤2、控制器输出脉冲信号驱动开关管开通与关断，使谐振加热电路开始加热工作。
58.步骤3、检测整流后的电源波形是否到达零点t0后m0时间，如果否，继续执行步骤2；如果是，执行步骤4。具体而言，即控制器通过电压采样电路检测整流后电源波形当前所处的具体位置。上述m0值根据实际功率进行预设置，需要满足t0≤m0＜t1的取值范围。
59.步骤4、控制器8不断向驱动电路输出脉宽逐次增加的脉冲信号，直到零点后t1时刻，输出脉宽增至目标脉宽，目标脉宽可以预先设置为n0。
60.步骤5、电源波形到达t1后m1(t1≤m1＜t2，m1值根据实际功率进行预设置)刻时，控制器8不断向驱动电路输出脉宽逐次减少的脉冲信号，直到峰值t2前m2(t1＜m2≤t2,m2
值根据实际功率进行预设置)时刻，输出脉宽减至目标脉宽n1的脉冲信号；
61.步骤6.电源波形到达峰值t2后m3(t2≤m3＜t3,m3值根据实际功率进行预设置)刻时，控制器不断向驱动电路输出脉宽逐次增加的脉冲信号，直到t3时刻，输出脉宽增至目标脉宽n2(n2可以等于n0，也可以不等于n0)的脉冲信号；
62.步骤7.电源波形到达t3后m4(t3≤m4＜t4,m4值根据实际功率进行预设置)刻时，控制器不断向驱动电路输出脉宽逐次减少的脉冲信号，直到零点t4前预设m5(t3＜m5≤t4,m5值根据实际功率进行预设置)时刻，输出脉宽减至目标脉宽n3的脉冲信号；
63.步骤8.电源波形到达t4刻时，重复执行步骤1-6。
64.其中，改变控制器输出的脉冲宽度起始点可以为t0时刻开始，t4时刻结束为一个周期；也可以为t0时刻后一定时间开始，t4时刻前一定时间结束为一个周期。其中t0、t4为整流后电压波形的零点。具体而言，对于低加热功率的情况，igbt集电极电压相对高加热功率没有那么高，因此m0优选大于t0；m1优选大于t1；也就是不需要一定在检测到零点的时刻立即进行输出脉宽的调整，其他几个参数的调节原理与此相类似。
65.上述逐次增加、减少脉冲宽度过程中，增加或减少的脉冲宽度可以是固定的，也可以是变化的。
66.如果控制器仅在整流后电源波形前半周(t0-t2)时间内输出脉宽变化的脉冲信号，在整流后电源波形后半周(t2-t4)时间内输出脉宽固定的脉冲信号，这种控制方式只能将峰值t2前的igbt集电极电压降低，不能把t2后的igbt集电极电压降低，所以不能完全解决igbt集电极电压高、emi干扰强的问题，如图7所示。
67.如果控制器仅在整流后电源波形后半周(t2-t4)时间内输出脉宽变化的脉冲信号，在整流后电源波形前半周(t0-t2)时间内输出脉宽固定的脉冲信号，这种控制方式只能将峰值t2后的igbt集电极电压降低，不能把t2前的igbt集电极电压降低，所以不能完全解决igbt集电极电压高、emi干扰强的问题，如图8所示。
68.而上述方法中，控制器在整流后电源波形整个周期内输出脉宽变化的脉冲信号，能把整个周期内igbt集电极电压降低，能彻底解决igbt集电极电压高、emi干扰强的问题。
69.该方法降低了igbt集电极电压，可以保护igbt不被烧毁，并降低电磁干扰，使emi测试余量充足，此外，还减少emi滤波器件，降低成本及pcb(printed circuit board，印制电路板)结构尺寸。
70.本实用新型实施例所提供的电磁加热装置以及电磁加热设备的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
71.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
72.另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
73.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以
存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
74.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
75.最后应说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。