專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路及其控制方法
一種電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路及其控制方法本發(fā)明涉及電磁爐電路，尤其涉及一種電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路及其控制方法。電磁爐以其高效、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)逐漸取代了傳統(tǒng)的電加熱灶具，其所用到的電路拓?fù)浒ㄈ珮颉霕蛞约皢喂苤C振。全橋和半橋電路雖然性能好、效率高，但成本相對(duì)較高，只適用于高端應(yīng)用場(chǎng)合。而數(shù)量巨大的普通大眾應(yīng)用的電磁爐，一般采用的是成本低廉的單管諧振電路拓?fù)洹鹘y(tǒng)電磁爐單管諧振電路的原理如

圖1所示，包括整流濾波電路和主諧振電路。 其中，整流濾波電路包括整流橋DB1、濾波電感Ll和濾波電容Cl。整流橋DBl交流輸入端連接經(jīng)過(guò)EMC濾波的交流輸入線(xiàn)，整流橋DBl輸出端的正極接濾波電感Ll的一端，整流橋 DBl輸出端的負(fù)極接濾波電容Cl的負(fù)端，濾波電感Ll的另一端與濾波電容Cl的正端相連。 主諧振電路包括加熱繞組盤(pán)Lr、諧振電容Cr以及主開(kāi)關(guān)管Q1。加熱繞組盤(pán)Lr與諧振電容 Cr并聯(lián)，其一端連接所述輸出濾波電容Cl的正端，另一端連接主開(kāi)關(guān)管Ql的集電極，主開(kāi)關(guān)管Ql的發(fā)射極連接所述濾波電容Cl的負(fù)端。等效地，諧振電容Cr也可以并聯(lián)在主開(kāi)關(guān)管Ql的集電極和發(fā)射極兩端，不影響電路的工作狀態(tài)。在電磁爐的實(shí)際應(yīng)用中，為了降低主開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷損耗，開(kāi)關(guān)頻率一般選擇 20-30kHz左右。在這種開(kāi)關(guān)頻率范圍下，輸出2kW左右的功率，為把開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力限制在1000V以下，諧振電容Cr 一般取值0. 3-0. SuF0諧振電容Cr取值過(guò)小，則同樣輸出功率的情況下，主開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力過(guò)高，很容易超過(guò)規(guī)格限值造成器件損壞。諧振電容Cr取值較大，能夠存儲(chǔ)的能量較多。當(dāng)電磁爐輸出功率很大時(shí)，諧振電容Cr的能量可以完全釋放，自由諧振到零，實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管的零電壓軟開(kāi)關(guān)；當(dāng)輸出功率較小時(shí)，諧振電容Cr的電壓不能自由諧振到零。這時(shí)，如果主開(kāi)關(guān)管開(kāi)通，諧振電容上的多余能量將會(huì)瞬間釋放，在主開(kāi)關(guān)管中流過(guò)非常大的電流，很容易造成主開(kāi)關(guān)管損壞，電路的可靠性降低。而且這部分多余能量消耗在主開(kāi)關(guān)管上，造成整機(jī)的效率很低。因此，采用單管諧振的電磁爐一般只能連續(xù)大功率輸出。當(dāng)需要輸出小功率時(shí)，一般采用間歇輸出大功率的方法，使平均輸出功率達(dá)到一個(gè)較低的數(shù)值。這種假的低功率輸出，并不是真正意義上的低功率連續(xù)輸出，影響了某些食物的烹調(diào)效果，限制了電磁爐的應(yīng)用范圍。本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠在小功率輸出狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管零電壓開(kāi)通，達(dá)到低功率連續(xù)輸出，電磁爐的性能和可靠性較高的電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路。本發(fā)明另一個(gè)要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種上述電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路的控制方法。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路，包括整流濾波電路、主諧振電路和輔助諧振電路，所述主諧振電路包括加熱繞組盤(pán)、 諧振電容以及主開(kāi)關(guān)管所述的輔助諧振電路包括輔助諧振電感和輔助開(kāi)關(guān)管，所述的輔助諧振電路的主電路與主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)。以上所述的電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路，加熱繞組盤(pán)的一端接整流濾波電路輸出端的正極，另一端接主開(kāi)關(guān)管的集電極，主開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接整流濾波電路輸出端的負(fù)極， 諧振電容與加熱繞組盤(pán)并聯(lián)或與主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)；所述的輔助諧振電路包括二極管，所述的輔助諧振電感是耦合電感，所述的耦合電感包括相互耦合的原邊繞組和副邊繞組，原邊繞組的第一端接主開(kāi)關(guān)管的集電極，第二端接輔助開(kāi)關(guān)管的集電極，輔助開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接整流濾波電路輸出端的負(fù)極；副邊繞組與二極管組成串聯(lián)電路，串聯(lián)電路的一端接整流濾波電路輸出端的正極，另一端接整流濾波電路輸出端的負(fù)極；副邊繞組與原邊繞組第一端的同名端接整流濾波電路輸出端的負(fù)極時(shí)，二極管的陰極接整流濾波電路輸出端的正極; 二極管的陽(yáng)極接整流濾波電路輸出端的負(fù)極時(shí)，副邊繞組的另一端接整流濾波電路輸出端的正極。以上所述的電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路，所述的輔助諧振電路包括放電電阻，所述的放電電阻與所述的副邊繞組并聯(lián)。以上所述的電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路，所述的整流濾波電路包括整流電路、濾波電感和濾波電容。所述整流電路的交流輸入端連接經(jīng)過(guò)EMC濾波的交流輸入線(xiàn)，整流電路輸出端的正極連接濾波電感的一端，整流電路的輸出端的負(fù)極接濾波電容的負(fù)端，濾波電感的另一端接濾波電容的正端。以上所述的電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路，所述的主開(kāi)關(guān)管和輔助開(kāi)關(guān)管是IGBT 或 MOSFET。一種上述電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路的控制方法的技術(shù)方案是，當(dāng)電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路小功率輸出，主開(kāi)關(guān)管集電極的電壓不能正常諧振到零時(shí)，輔助諧振電路在主開(kāi)關(guān)管開(kāi)通前投入工作，釋放諧振電容的殘余電能。以上所述的控制方法，所述的小功率輸出是輸出功率小于額定功率的60%。以上所述的控制方法，加熱繞組盤(pán)的一端接整流濾波電路輸出端的正極，另一端接主開(kāi)關(guān)管的集電極，主開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接整流濾波電路輸出端的負(fù)極，諧振電容與加熱繞組盤(pán)并聯(lián)或與主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)；所述的輔助諧振電路還包括二極管，所述的輔助諧振電感是耦合電感，所述的耦合電感包括相互耦合的原邊繞組和副邊繞組，原邊繞組的第一端接主開(kāi)關(guān)管的集電極，第二端接輔助開(kāi)關(guān)管的集電極，輔助開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接整流濾波電路輸出端的負(fù)極；副邊繞組與二極管組成串聯(lián)電路，串聯(lián)電路的一端接整流濾波電路輸出端的正極，另一端接整流濾波電路輸出端的負(fù)極；其中，副邊繞組與原邊繞組第一端的同名端接、二極管的陽(yáng)極接整流濾波電路輸出端的負(fù)極；當(dāng)電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路小功率輸出時(shí)，先開(kāi)通輔助開(kāi)關(guān)管，發(fā)熱線(xiàn)圈盤(pán)、輔助諧振電感、諧振電容自由諧振，當(dāng)主開(kāi)關(guān)管集電極的電壓諧振到零時(shí)開(kāi)通主開(kāi)關(guān)管；主開(kāi)關(guān)管開(kāi)通后，輔助開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，存儲(chǔ)在輔助耦合電感中的能量通過(guò)副邊繞組和二極管反饋回輸入濾波電容，輔助耦合電感中的電流歸零，為下一個(gè)周期的工作做好準(zhǔn)備。以上所述的控制方法，當(dāng)電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路的功率輸出大到主開(kāi)關(guān)管集電極電壓可以正常諧振到零時(shí)，可以不開(kāi)通輔助開(kāi)關(guān)管，禁止輔助諧振電路工作。本發(fā)明電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路能夠在小功率輸出狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管零電壓開(kāi)通，達(dá)到真正的低功率連續(xù)輸出，提高了電磁爐的性能和可靠性。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖1是現(xiàn)有技術(shù)電磁爐用單管諧振電路原理圖。圖2是本發(fā)明電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路實(shí)施例1的原理圖。圖3是本發(fā)明電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路實(shí)施例1的控制時(shí)序和工作波形圖。圖4本發(fā)明電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路實(shí)施例2的原理圖。本發(fā)明電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)原理如圖2和圖3所示，電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路包括整流濾波電路、主諧振電路和輔助諧振電路。整流濾波電路包括整流橋DBl、濾波電感Ll和濾波電容Cl。整流橋DBl交流輸入端連接經(jīng)過(guò)EMC濾波的交流輸入線(xiàn)，整流橋DBl輸出端的正極接濾波電感Ll的一端，整流橋DBl輸出端的負(fù)極接濾波電容Cl的負(fù)端，濾波電感Ll的另一端與濾波電容Cl的正端相連。主諧振電路包括加熱繞組盤(pán)Lr、諧振電容Cr以及主開(kāi)關(guān)管Q1。加熱繞組盤(pán)Lr與諧振電容Cr并聯(lián)，其一端連接所述輸出濾波電容Cl的正端，另一端連接主開(kāi)關(guān)管Ql的集電極，主開(kāi)關(guān)管Ql的發(fā)射極連接濾波電容Cl的負(fù)端。為了實(shí)現(xiàn)真正的電磁爐低功率連續(xù)輸出，則需要解決小功率輸出情況下主開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通問(wèn)題。為此，本發(fā)明在傳統(tǒng)的單管諧振電磁爐電路中加入了輔助諧振電路。輔助諧振電路包括二極管Da，放電電阻Ra、輔助諧振電感La和輔助開(kāi)關(guān)管Qa。輔助諧振電感La是耦合電感，耦合電感La包括相互耦合的原邊繞組和副邊繞組， 輔助諧振電感La原邊繞組的第一端接主開(kāi)關(guān)管的集電極，第二端接輔助開(kāi)關(guān)管Qa的集電極，輔助開(kāi)關(guān)管Qa的發(fā)射極接濾波電容Cl的負(fù)端。耦合電感La的副邊繞組與二極管Da組成串聯(lián)電路。副邊繞組與原邊繞組第一端的同名端接濾波電容Cl的負(fù)端。副邊繞組的另一端接二極管Da的陽(yáng)極，二極管Da的陰極接濾波電容Cl的正端。放電電阻Ra與副邊繞組并聯(lián)。主開(kāi)關(guān)管Ql和輔助開(kāi)關(guān)管Qa是IGBT、MOSFET或其他電子開(kāi)關(guān)元件。圖3給出了本發(fā)明電磁爐用軟開(kāi)關(guān)電路的控制時(shí)序和工作波形圖，依次分別是主開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)時(shí)序、輔助開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)時(shí)序、主開(kāi)關(guān)管集電極電壓波形和輔助耦合電感電流波形。在小功率輸出時(shí)，在需要開(kāi)通主開(kāi)關(guān)管的t0時(shí)刻，主諧振電容Cr的電壓并沒(méi)有諧振到零。這時(shí)，首先開(kāi)通輔助開(kāi)關(guān)管Qa讓輔助諧振電路投入工作，發(fā)熱線(xiàn)圈盤(pán)Lr、輔助諧振電感 La以及主諧振電容Cr自由諧振，主開(kāi)關(guān)管Ql集電極電壓諧振下降；tl時(shí)刻，主開(kāi)關(guān)管的集電極電壓自由諧振到零，這時(shí)開(kāi)通主開(kāi)關(guān)管，從而順利實(shí)現(xiàn)了主開(kāi)關(guān)管的零電壓軟開(kāi)關(guān)；主開(kāi)關(guān)管Ql開(kāi)通后，輔助開(kāi)關(guān)管Qa控制關(guān)斷。這時(shí)，存儲(chǔ)在輔助耦合電感La中的能量通過(guò)副邊繞組和二極管反饋回輸入濾波電容Cl ；t2時(shí)刻，存儲(chǔ)在輔助耦合電感La中的能量全部
6回饋完畢，輔助耦合電感中的電流歸零，為下一個(gè)周期的工作做好準(zhǔn)備。電阻Ra的作用是在能量回饋完成后，釋放輔助諧振電路中的寄生能量，保證輔助諧振電感電壓歸零。如前所述，大功率輸時(shí)主開(kāi)關(guān)管Ql集電極電壓可以正常諧振到零，能夠自然實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通。此時(shí)，選擇不開(kāi)通輔助開(kāi)關(guān)管從而禁制輔助諧振電路工作。通過(guò)電路分析可以知道，輔助諧振電路中處理的能量?jī)H僅是存儲(chǔ)在主諧振電容Cl 上的多余能量，只要合理選擇輔助諧振電感的參數(shù)，可把輔助諧振電路中的電流控制在一個(gè)很小的范圍之內(nèi)。因此，輔助諧振電路可以選擇功率等級(jí)較小的器件，使得輔助諧振電路對(duì)電路造成的成本增加可以控制在一個(gè)可以接受的范圍之內(nèi)。本發(fā)明提供的一種電磁爐用單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路及其控制方法，可以方便的實(shí)現(xiàn)小功率輸出狀態(tài)下主開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通，達(dá)到了真正意義上的低功率連續(xù)輸出，提高了電磁爐的性能和可靠性，拓展了電磁爐在烹調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。本發(fā)明電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)如圖4所示，實(shí)施例2與實(shí)施例1的區(qū)別僅在于，主諧振電路的諧振電容Cr與主開(kāi)關(guān)管Ql并聯(lián)；輔助諧振電路二極管Da 的陰極接副邊繞組與原邊繞組第一端的同名端，二極管Da的陽(yáng)極接濾波電容Cl的負(fù)端；副邊繞組的另一端接濾波電容Cl的正端。實(shí)施例2是實(shí)施例1電路的變形，可以取得與實(shí)施例1同樣的有益效果。本發(fā)明是通過(guò)以上實(shí)施例進(jìn)行描述的，本技術(shù)領(lǐng)域人員知悉，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍情況下，可以對(duì)這些特征進(jìn)行等效替換或改變。因此，本發(fā)明不受上述公開(kāi)的實(shí)施例的限制，所有落入本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的實(shí)施例都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路，包括整流濾波電路和主諧振電路，所述主諧振電路包括加熱繞組盤(pán)、諧振電容以及主開(kāi)關(guān)管，其特征在于，包括輔助諧振電路，所述的輔助諧振電路包括輔助諧振電感和輔助開(kāi)關(guān)管，所述的輔助諧振電路的主電路與主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，加熱繞組盤(pán)的一端接整流濾波電路輸出端的正極，另一端接主開(kāi)關(guān)管的集電極，主開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接整流濾波電路輸出端的負(fù)極，諧振電容與加熱繞組盤(pán)并聯(lián)或與主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)；所述的輔助諧振電路包括二極管，所述的輔助諧振電感是耦合電感，所述的耦合電感包括相互耦合的原邊繞組和副邊繞組，原邊繞組的第一端接主開(kāi)關(guān)管的集電極，第二端接輔助開(kāi)關(guān)管的集電極， 輔助開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接整流濾波電路輸出端的負(fù)極；副邊繞組與二極管組成串聯(lián)電路，串聯(lián)電路的一端接整流濾波電路輸出端的正極，另一端接整流濾波電路輸出端的負(fù)極；副邊繞組與原邊繞組第一端的同名端接整流濾波電路輸出端的負(fù)極時(shí)，二極管的陰極接整流濾波電路輸出端的正極；二極管的陽(yáng)極接整流濾波電路輸出端的負(fù)極時(shí)，副邊繞組的另一端接整流濾波電路輸出端的正極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，所述的輔助諧振電路包括放電電阻，所述的放電電阻與所述的副邊繞組并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，所述的整流濾波電路包括整流電路、濾波電感和濾波電容，所述整流電路的交流輸入端連接經(jīng)過(guò)EMC濾波的交流輸入線(xiàn)，整流電路輸出端的正極連接濾波電感的一端，整流電路的輸出端的負(fù)極接濾波電容的負(fù)端，濾波電感的另一端接濾波電容的正端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，所述的主開(kāi)關(guān)管和輔助開(kāi)關(guān)管是IGBT或M0SFET。
6.一種權(quán)利要求1所述的電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路的控制方法，其特征在于，當(dāng)電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路小功率輸出，主開(kāi)關(guān)管集電極的電壓不能正常諧振到零時(shí)，輔助諧振電路在主開(kāi)關(guān)管開(kāi)通前投入工作，釋放諧振電容的殘余電能。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述的小功率輸出是輸出功率小于額定功率的60%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，加熱繞組盤(pán)的一端接整流濾波電路輸出端的正極，另一端接主開(kāi)關(guān)管的集電極，主開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接整流濾波電路輸出端的負(fù)極，諧振電容與加熱繞組盤(pán)并聯(lián)或與主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)；所述的輔助諧振電路還包括二極管， 所述的輔助諧振電感是耦合電感，所述的耦合電感包括相互耦合的原邊繞組和副邊繞組， 原邊繞組的第一端接主開(kāi)關(guān)管的集電極，第二端接輔助開(kāi)關(guān)管的集電極，輔助開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接整流濾波電路輸出端的負(fù)極；副邊繞組與二極管組成串聯(lián)電路，串聯(lián)電路的一端接整流濾波電路輸出端的正極，另一端接整流濾波電路輸出端的負(fù)極；其中，副邊繞組與原邊繞組第一端的同名端接和二極管的陽(yáng)極接整流濾波電路輸出端的負(fù)極；當(dāng)電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路小功率輸出時(shí)，先開(kāi)通輔助開(kāi)關(guān)管，發(fā)熱線(xiàn)圈盤(pán)、輔助諧振電感、諧振電容自由諧振，當(dāng)主開(kāi)關(guān)管集電極的電壓諧振到零時(shí)開(kāi)通主開(kāi)關(guān)管；主開(kāi)關(guān)管開(kāi)通后，輔助開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，存儲(chǔ)在輔助耦合電感中的能量通過(guò)副邊繞組和二極管反饋回輸入濾波電容，輔助耦合電感中的電流歸零，為下一個(gè)周期的工作做好準(zhǔn)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于，當(dāng)電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路的功率輸出大到主開(kāi)關(guān)管集電極電壓可以正常諧振到零時(shí)，不開(kāi)通輔助開(kāi)關(guān)管，禁止輔助諧振電路工作。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路及其控制方法。電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路包括整流濾波電路、主諧振電路和輔助諧振電路，所述主諧振電路包括加熱繞組盤(pán)、諧振電容以及主開(kāi)關(guān)管，所述的輔助諧振電路包括輔助諧振電感和輔助開(kāi)關(guān)管，所述的輔助諧振電路的主電路與主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)，當(dāng)電磁爐單管諧振軟開(kāi)關(guān)電路小功率輸出，主開(kāi)關(guān)管集電極的電壓不能正常諧振到零時(shí)，輔助諧振電路在主開(kāi)關(guān)管開(kāi)通前投入工作，釋放諧振電容的殘余電能。本發(fā)明能夠在小功率輸出狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管零電壓開(kāi)通，達(dá)到真正的低功率連續(xù)輸出，提高了電磁爐的性能和可靠性。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102548074SQ20121001128
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者高軍 申請(qǐng)人:深圳麥格米特電氣股份有限公司