專利名稱：基于SoC芯片的大功率電磁爐電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于用電能加熱的電磁爐技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于SoC (System on a Chip)芯片的大功率電磁爐電路。
背景技術(shù)：
大功率電磁爐是用來加熱和烹飪食物的廚房加熱設(shè)備，它利用高頻交 變電流通過線圈產(chǎn)生交變磁場，交變磁場在鐵質(zhì)鍋的底部產(chǎn)生感應(yīng)電流 ——渦流，渦流使鍋體高速發(fā)熱。電磁爐無明火.、無明煙、無廢氣，其具 有加熱速度快、熱效率高、加熱均勻、清潔衛(wèi)生、節(jié)能環(huán)保、安全性好等 一系列優(yōu)點。在火車餐車、輪船餐廳、地鐵快餐、賓館、酒店、中西快餐 業(yè)、部隊、企業(yè)、機(jī)關(guān)食堂、火鍋店和袋裝油炸食品等領(lǐng)域有廣闊的市場 空間。
國內(nèi)大功率電磁爐存在以下技術(shù)缺陷
1、 多采用復(fù)雜的硬件電路(如CD4046與PWM調(diào)制IC一起組成的電路) 對諧振電路進(jìn)行頻率跟蹤，使IGBT的驅(qū)動頻率始終約高于諧振頻率，使 IGBT穩(wěn)定可靠的工作在感性區(qū)，這樣做的缺點是硬件電路復(fù)雜，系統(tǒng)可靠 性低，成本昂貴。 、
2、 大電流工作狀態(tài)下的功率控制、抗干擾和保護(hù)等技術(shù)的可靠性不足。 為此人們設(shè)計了鍋體和爐固定的模式，這樣避免了檢鍋、移鍋、顛鍋等的 保護(hù)，不需檢鍋，控制簡單，但設(shè)備體積龐大，限制了應(yīng)用場合。
3、 普遍存在元件數(shù)量多，故障點多，生產(chǎn)、維修難度大，整體成本高 的缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
為避免現(xiàn)有大功率電磁爐技術(shù)存在的上述缺陷，本實用新型提供一種基于SoC芯片的大功率電磁爐電路，其SoC芯片內(nèi)集成了 CPU、若干比 較器、AC-DC轉(zhuǎn)換器、分壓電路、積分電路、反相器、過零檢測電路及通 信接口等，并配置多種優(yōu)化設(shè)計的保護(hù)電路，以使大功率電> 茲爐工作可靠
性提高，生產(chǎn)成本降低。
本實用新型基于SoC芯片的大功率電磁爐電路，包括整流橋、濾波器、 功率逆變電路以及控制單元，其特征在于
所迷控制單元采用SoC芯片，該芯片內(nèi)集成有CPU、若干比較器、第 二 AC-DC轉(zhuǎn)換器、分壓電路、積分電路、反相器、過零檢測電路及通信接 o;
所述功率逆變電路為半橋諧振電路，所述SoC芯片片內(nèi)的CPU輸出 互補脈沖信號和開關(guān)信號至外部的驅(qū)動電路推動半橋諧振電路工作； 進(jìn)一步還包括
自保護(hù)諧振跟蹤電路，該電路包括所述SoC芯片片內(nèi)的CPU、第二 AC-DC轉(zhuǎn)換器、分壓電路、第二比較器、第三比較器和片外的諧振電流采 樣電路，采樣的諧振電流經(jīng)第二 AC-DC轉(zhuǎn)換器整流后，通過分壓電路產(chǎn)生 兩路信號分別通過第二比較器、第三比較器輸入CPU的兩個輸入端，CPU 根據(jù)來自第二、第三比較器的兩路信號調(diào)整輸出的互補脈沖信號的頻率， 使半橋諧振電路中IGBT的通斷頻率始終略高于諧振頻率，或關(guān)斷互補脈 沖信號的輸出實現(xiàn)保護(hù)功能；
檢鍋電路，該電路包括所述SoC芯片片內(nèi)的CPU、第一比較器和片外 的諧振電流采樣電路；
浪涌檢測電路，該電路包括所述SoC芯片片內(nèi)的積分器、第四比較器、 反相器、以及片外的輸入電流采樣電路和第一 AC-DC轉(zhuǎn)換器，第一 AC-DC 轉(zhuǎn)換器與輸入電流采樣電路連接，所述積分器的輸入端與第一 AC-DC轉(zhuǎn)換 器負(fù)輸出端連接，積分器的輸出端接所述第四比較器，第四比較器輸出通 過所述反相器接所述SoC芯片片內(nèi)的CPU;以及
多點溫度檢測電路。
本實用新型大功率電磁爐電路釆用SoC芯片技術(shù)，該SoC芯片內(nèi)置了
5CPU內(nèi)核控制技術(shù)，芯片集成度高，外圍應(yīng)用電路簡單，大大降低了生產(chǎn)、
維修難度與成本。
其具有諧振跟蹤電路、檢鍋電路、浪涌檢測電路等保護(hù)電路，這些電
路除電流采樣外，其它部分均集成在SoC芯片內(nèi)，而且浪涌檢測和功率檢 測共用一個電流采樣電路，諧振跟蹤和檢鍋共用一個電流采樣電路，減少 了分散走線干擾，極大地提高了可靠性。
其采用多點測溫電路檢測爐面多個點的溫度，避免了現(xiàn)有電磁爐只檢 測中心溫度導(dǎo)致不能及時、準(zhǔn)確判斷干燒的缺陷，提高了電磁爐干燒檢測 靈敏度。
由于本實用新型采用了專用諧振跟蹤電路、檢鍋電路、浪涌檢測電路 等多種保護(hù)電路，使大功率電磁爐設(shè)計擺脫了傳統(tǒng)鍋體和爐固定設(shè)計模式 的束縛，鍋體和爐可分離，體積減小，能夠配用不同的鍋具，給用戶提供 了方便。


圖1為本實用新型的原理框圖； 圖2為其實施例電路圖3為圖2實施例采用的CHK-BQ002V1.0型SoC芯片內(nèi)部電路圖； 圖4為SoC芯片輸出的互補脈沖信號的波形圖。
具體實施方式
下面對本實用新型做進(jìn)一步說明。
參照圖1-3，本大功率電磁爐電路包括整流橋l、濾波器2、功率逆 變電路3、控制單元6、溫度檢測電路9、控制開關(guān)及顯示器IO、自保護(hù)諧 振跟蹤電路、檢鍋電路、浪涌檢測電路等。
控制單元6采用申請人自行設(shè)計的CHK-BQ002V1.0型SoC芯片，該 芯片內(nèi)集成有CPU、若干比較器CP1-CP4、第二 AC-DC轉(zhuǎn)換器、分壓電 路F1、積分電路J1、反相器、過零檢測電路及通信接口等。
功率逆變電路3釆用半橋諧振電路，所述SoC芯片片內(nèi)的CPU輸出互補脈沖信號和開關(guān)信號至外部的驅(qū)動電路7推動半橋諧振電路3工作。 參照圖2，所迷半橋諧振電路3包括功率管IGBT1、功率管IGBT2、電磁 線圈L0和電容C4、 C7、 C12、 C13，功率管IGBT1的集電極接整流橋BG1 (該整流橋BG1即所述的整流橋l)的正輸出端，發(fā)射極接IGBT2的集電 極及電磁線圈LO的一端，IGBT2的發(fā)射極接整流橋BG1的負(fù)輸出端，電 容C7并接在功率管IGBT1的發(fā)射極和集電極之間，電容C13并接在功率 管IGBT2的發(fā)射極和集電極之間，電容C4、 C12串聯(lián)后并接在整流橋BG1 的兩輸出端之間且公共端接所述電磁線圏LO的另一端。具體實施例中，所 述SoC芯片片外的用于推動半橋諧振電路工作的驅(qū)動電路7采用IR2113 芯片(見圖2)。
所述自保護(hù)諧振跟蹤電路包括所述SoC芯片片內(nèi)的CPU、第二 AC-DC 轉(zhuǎn)換器、分壓電路F1、第二比較器CP2、第三比較器CP3和片外的諧振電 流釆樣電路8，采樣的諧振電流經(jīng)第二 AC-DC轉(zhuǎn)換器整流后，通過分壓電 路Fl產(chǎn)生兩路信號分別通過第二比較器CP2、第三比較器CP3輸入CPU 的兩個輸入端，CPU根據(jù)來自第二比較器CP2和第三比較器CP3的兩路 信號調(diào)整輸出的互補脈沖信號的頻率，使半橋諧振電路中IGBT1和IGBT2 的通斷頻率始終略高于諧振頻率，或關(guān)斷互補脈沖信號的輸出實現(xiàn)保護(hù)功 能。具體實施例中，諧振電流采樣電路8通過電流互感器T3采樣諧振回路 中的電流(見圖2)。
所述檢鍋電路包括所述SoC芯片片內(nèi)的CPU、第一比較器CP1和片 外的諧振電流采樣電路8。采樣的諧振電流輸入第一比較器CP1與參考電 壓Vref]比較，CPU根據(jù)檢鍋計數(shù)期內(nèi)第一比較器CP1輸出的脈沖數(shù)判斷 爐面是否有鍋。如果脈沖數(shù)小于設(shè)定閾值則判定爐面有鍋，反之則判定爐 面沒有鍋。
所述浪涌檢測電路包括所述SoC芯片片內(nèi)的積分器Jl、第四比較器 CP4、反相器、以及片外的輸入電流采樣電路4和第一 AC-DC轉(zhuǎn)換器5， 第一 AC-DC轉(zhuǎn)換器5與輸入電流采樣電路4連接，所述積分器Jl的輸入 端與片外的第一 AC-DC轉(zhuǎn)換器5負(fù)輸出端連接，輸出端接所述第四比較器 CP4，第四比較器CP4輸出通過所述反相器接所述SoC芯片片內(nèi)的CPU。當(dāng)220V50Hz交流供電回路出現(xiàn)浪涌尖峰電壓時，第一 AC-DC轉(zhuǎn)換器5會 向SoC芯片片內(nèi)的積分器Jl輸入一個負(fù)脈沖電壓，該負(fù)脈沖電壓積分后
輸入第四比較器CP4與參考電壓Vref3比較，確定浪涌是否超過設(shè)定值，若
超過，會通過反相器輸給SoC芯片片內(nèi)的CPU正脈沖，使CPU進(jìn)行相應(yīng) 的處理，保護(hù)系統(tǒng)的安全運行。具體實施例中，輸入電流采樣電路4通過 電流互感器T2采樣電源交流輸入回路中的電流(見圖2)。
所述SoC芯片片外的第二 AC-DC轉(zhuǎn)換器5的正輸出端接所述SoC芯 片片內(nèi)的CPU—輸入端，將采樣電流輸入CPU,用于確定電磁爐當(dāng)前的 功率。可以看出，本實用新型中采用了電流浪涌、電壓浪涌和整機(jī)功率電 流的檢測共用同一個電流釆樣電路(即輸入電流采樣電路4)的技術(shù)方案。 提取交流成分作為浪涌保護(hù)參考，直流成分作為整機(jī)工作電流參考。
多點溫度檢測電路9包括第一爐面溫度采樣電路、第二爐面溫度采樣 電路和IGBT溫度采樣電路，第一爐面溫度采樣電路的溫度感應(yīng)器安裝于 加熱線圏盤的中心位置，第二爐面溫度采樣電路的溫度感應(yīng)器安裝于加熱 線圈盤的盤中心與盤邊緣之間且距離盤中心的距離為加熱線圈盤半徑的 1/3-2/3， IGBT溫度采樣電路用于檢測兩個功率管IGBT1、 IGBT2的溫度。 三個溫度采樣電路采集到的溫度信號分別通過不同的接口 (CHK-BQ002V1.0型SoC芯片的5腳、11腳和13腳)輸入所述SoC芯 片。
其中，第二爐面溫度釆樣電路包括至少兩個溫度感應(yīng)器，它們均勻分 布在加熱線圏盤上以加熱線圏盤中心為圓心、R/3-2R/3為半徑的圓周上， 其中R為加熱線圏盤的半徑。第二爐面溫度采樣電路的多個溫度感應(yīng)器的 輸出均接至CHK-BQ002V1.0型SoC芯片的13腳。
參照圖4，所述SoC芯片片內(nèi)的CPU輸出的互補脈沖信號為互補的兩 組PFM ( pulse fr叫uency modulation )脈沖信號，脈沖信號的占空比均小 于0.5。它們通過外部的驅(qū)動電路7推動半橋諧振電路3工作。PFM脈沖 信號的周期T越大，電磁爐輸出功率越大。
所述SoC芯片片內(nèi)的通信接口為串行接口 ，該接口實現(xiàn)SoC芯片片內(nèi) CPU與外部控制開關(guān)及顯示器的通信。SoC芯片片內(nèi)的過零檢測電路對220V50Hz交流信號檢測，輸出至CPU 進(jìn)行相應(yīng)處理，以保護(hù)系統(tǒng)的安全運行。在交流過零時進(jìn)行開關(guān)機(jī)，能降 低電磁爐的開關(guān)噪聲，減小對IGBT的沖擊，延長IGBT的使用壽命。
所述CHK-BQ002V1.0型SoC芯片的引腳功能為
15，16電源引腳，
7，9, 10接地腳，
1,3， 8, 19空腳，
2，4， 6互補脈沖信號和開關(guān)信號輸出口 ，
IGBT溫度采樣輸入口，
11,13第一、第二爐面溫度采樣輸入口，
17過零檢測輸入口，
21喇叭控制輸出口 ，
23,25編碼器輸入口，
26，27， 28面板通信接口，
24風(fēng)扇控制口，
22市電電壓檢測口 ，
18，20諧振電流采樣輸入口，
12，14輸入電流采樣輸入口。
本大功率電磁爐電路釆用SoC芯片技術(shù)，SoC芯片片外只有半橋感應(yīng) 加熱的基本電路，基本電路通過兩個電流互感器T2、 T3給SoC芯片提供 工作狀態(tài)，SoC芯片檢測電源、溫度，實現(xiàn)具有恒功率、移鍋檢測、過流、 過壓、浪涌等保護(hù)的感應(yīng)加熱系統(tǒng)。SoC芯片依據(jù)人機(jī)界面發(fā)出的功率值， 由SoC芯片的2、4腳輸出互補脈沖信號使半橋諧振電路3工作在設(shè)定功率； 根據(jù)低頻電流互感器T2反饋的電流值調(diào)整輸出頻率，使功率恒定；根據(jù)高 頻電流互感器T3反饋的電流值調(diào)整SoC芯片的2、 4腳輸出的互補脈沖信 號的頻率，進(jìn)行狀態(tài)保護(hù)，調(diào)整，使IGBT1和IGBT2的驅(qū)動頻率始終略 高于諧振頻率，這樣IGBT1和IGBT2能穩(wěn)定可靠的工作在感性區(qū)。不良 鍋具的使用，系統(tǒng)根據(jù)保護(hù)電路的狀態(tài)自動調(diào)整到適當(dāng)?shù)墓β史秶?，保證 可靠運行。
9
權(quán)利要求1、一種基于SoC芯片的大功率電磁爐電路，包括整流橋、濾波器、功率逆變電路以及控制單元，其特征在于所述控制單元采用SoC芯片，該芯片內(nèi)集成有CPU、若干比較器、第二AC-DC轉(zhuǎn)換器、分壓電路、積分電路、反相器、過零檢測電路及通信接口；所述功率逆變電路為半橋諧振電路，所述SoC芯片片內(nèi)的CPU輸出互補脈沖信號和開關(guān)信號至外部的驅(qū)動電路推動半橋諧振電路工作；進(jìn)一步還包括自保護(hù)諧振跟蹤電路，該電路包括所述SoC芯片片內(nèi)的CPU、第二AC-DC轉(zhuǎn)換器、分壓電路、第二比較器、第三比較器和片外的諧振電流采樣電路，采樣的諧振電流經(jīng)第二AC-DC轉(zhuǎn)換器整流后，通過分壓電路產(chǎn)生兩路信號分別通過第二比較器、第三比較器輸入CPU的兩個輸入端；檢鍋電路，該電路包括所述SoC芯片片內(nèi)的CPU、第一比較器和片外的諧振電流采樣電路；浪涌檢測電路，該電路包括所述SoC芯片片內(nèi)的積分器、第四比較器、反相器、以及片外的輸入電流采樣電路和第一AC-DC轉(zhuǎn)換器，第一AC-DC轉(zhuǎn)換器與輸入電流采樣電路連接，所述積分器的輸入端與第一AC-DC轉(zhuǎn)換器負(fù)輸出端連接，輸出端接所述第四比較器，第四比較器輸出通過所述反相器接所述SoC芯片片內(nèi)的CPU；以及多點溫度檢測電路。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于SoC芯片的大功率電磁爐電路，其特征 在于所述多點溫度檢測電路包括第一爐面溫度釆樣電路、笫二爐面溫度 采樣電路和IGBT溫度采樣電路，第一爐面溫度采樣電路的溫度感應(yīng)器安 裝于加熱線圏盤的中心位置，第二爐面溫度采樣電路的溫度感應(yīng)器安裝于 加熱線圏盤的盤中心與盤邊緣之間且距離盤中心的距離為加熱線圏盤半徑 的1/3-2/3。
3、 如權(quán)利要求2所述的基于SoC芯片的大功率電磁爐電路，其特征 在于所述第二爐面溫度采樣電路包括至少兩個溫度感應(yīng)器，它們均勻分布在加熱線圈盤上以加熱線圏盤中心為圓心、R/3-2R/3為半徑的圓周上， 其中R為加熱線圈盤的半徑。
4、 如權(quán)利要求1所述的基于SoC芯片的大功率電磁爐電路，其特征 在于所述SoC芯片片外的第一 AC-DC轉(zhuǎn)換器的正輸出端接所述SoC芯 片片內(nèi)的CPU—輸入端，將釆樣電流輸入CPU,用于確定電磁爐當(dāng)前的 功率。
5、 如權(quán)利要求1所述的基于SoC芯片的大功率電磁爐電路，其特征 在于所述SoC芯片片內(nèi)的CPU輸出的互補脈沖信號為互補的兩組PFM 脈沖信號，脈沖信號的占空比均小于0.5。
6、 如權(quán)利要求1所述的基于SoC芯片的大功率電磁爐電路，其特征 在于所述半橋諧振電路包括功率管IGBTl、功率管IGBT2、電磁線圈 L0和電容C4、 >C7、 C12、 C13，功率管IGBTl的集電極接整流橋的正輸 出端，發(fā)射極接IGBT2的集電極及電磁線圏L0的一端，IGBT2的發(fā)射極 接整流橋的負(fù)輸出端，電容C7并接在功率管IGBTl的發(fā)射極和集電極之 間，電容C13并接在功率管IGBT2的發(fā)射極和集電極之間，電容C4、 C12 串聯(lián)后并接在整流橋的兩輸出端之間且公共端接所述電磁線圏L0的另一
7、 如權(quán)利要求1所述的基于SoC芯片的大功率電磁爐電路，其特征 在于所述SoC芯片片內(nèi)的通信接口為串行接口，該接口實現(xiàn)SoC芯片片 內(nèi)CPU與外部控制開關(guān)及顯示器的通信。
8、 如權(quán)利要求1所述的基于SoC芯片的大功率電磁爐電路，其特征 在于所迷諧振電流采樣電路通過電流互感器T3采樣諧振回路中的電流， 所述輸入電流采樣電路通過電流互感器T2采樣電源交流輸入回路中的電 流。
9、 如權(quán)利要求1所述的基于SoC芯片的大功率電磁爐電路，其特征 在于所述SoC芯片具有以下功能引腳互補脈沖信號和開關(guān)信號輸出口 ， 喇叭控制輸出口，風(fēng)扇控制輸出口， IGBT溫度采樣輸入口，第一、第二爐 面溫度采樣輸入口，過零檢測輸入口，市電電壓檢測口，諧振電流采樣輸 入口，輸入電流采樣輸入口，以及面板通信接口。
專利摘要一種基于SoC芯片的大功率電磁爐電路，包括整流橋、濾波器、功率逆變電路以及控制單元，所述控制單元采用集成有CPU、若干比較器、第二AC-DC轉(zhuǎn)換器、分壓電路、積分電路、反相器、過零檢測電路及通信接口的SoC芯片；所述功率逆變電路為半橋諧振電路，SoC芯片片內(nèi)的CPU輸出互補脈沖信號和開關(guān)信號至外部的驅(qū)動電路推動半橋諧振電路工作；還包括自保護(hù)諧振跟蹤電路、檢鍋電路、浪涌檢測電路及多點溫度檢測電路。其具有生產(chǎn)成本低、維修難度小、可靠性高、干燒檢測靈敏度高等優(yōu)點。而且其鍋體和爐可分離，且體積小，能夠配用不同的鍋具，給用戶提供了方便。
文檔編號F24C7/08GK201418166SQ20092013262
公開日2010年3月3日 申請日期2009年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者丘守慶, 真 呂, 鵬 李, 許申生 申請人:深圳市鑫匯科科技有限公司