本實用新型涉及電磁加熱技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種恒功率控制電路及應(yīng)用其的電磁加熱設(shè)備和家用電器。

背景技術(shù)：

電磁加熱的原理是通過電子線路板組成部分產(chǎn)生交變磁場、當(dāng)用含鐵質(zhì)容器放置上面時，容器表面即切割交變磁力線而在容器底部金屬部分產(chǎn)生交變的電流(即渦流)，渦流使容器底部的鐵原子高速無規(guī)則運動，原子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能。從而起到加熱物品的效果。目前的電磁爐，電磁灶都是采用的電磁加熱技術(shù)。該技術(shù)相對于傳統(tǒng)的電阻加熱技術(shù)具有使用壽命長、安全可靠、高效節(jié)能、準(zhǔn)確控溫、絕緣性好等優(yōu)點。

電磁加熱設(shè)備或家用電器通常會設(shè)置多個檔位，以適用實際使用的需求。而目前的電磁加熱技術(shù)對功率檔位的控制，主要是以檢測諧振環(huán)路的電流為主，即，基于電路中不同功率時環(huán)路中的電流值也不一樣的原理進行功率檔位控制。這種控制方法通常是在開發(fā)階段測試實際的功率與電壓，并記錄所需的各個功率檔位所對應(yīng)的電流值，然后在產(chǎn)品生產(chǎn)時，固定在驅(qū)動程序中。然后這種控制方式在實際生產(chǎn)中無法對每一產(chǎn)品進行調(diào)整，當(dāng)電磁加熱設(shè)備或家用電器大量生產(chǎn)時，每一產(chǎn)品的功率誤差較大，一致性很差。而且即使對于同一產(chǎn)品，其在工作過程中由于諧振元件受溫度等的影響，會引起電器參數(shù)波動，從而會引起產(chǎn)品的實際功率不穩(wěn)定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種用于電磁加熱設(shè)備的恒功率控制電路，該電磁加熱設(shè)備包括諧振電路和電源構(gòu)成的諧振環(huán)路，所述諧振電路包括晶體管和諧振電容組成的半橋式或全橋式電路，該恒功率控制電路包括：電壓檢測電路，并聯(lián)于所述諧振環(huán)路的電源母線兩端，用于檢測諧振環(huán)路的母線電壓Vp；電流檢測電路，串聯(lián)于所述諧振環(huán)路中，用于檢測環(huán)路電流I；以及控制器，所述控制器根據(jù)所述電壓Vp和電流I以及預(yù)設(shè)功率調(diào)節(jié)所述諧振電路的功率；其中，所述諧振電路、所述電壓檢測電路的輸出端以及所述電流檢測電路的輸出端與所述控制器相連。

優(yōu)選地，所述電壓檢測電路可以包括電阻器件R14，并聯(lián)于所述諧振環(huán)路的電源母線兩端。

優(yōu)選地，所述電壓檢測電路還可以包括第一穩(wěn)壓器件，并聯(lián)于所述電阻器件R14的兩端，用于穩(wěn)定電阻R14兩端的電壓，以便于控制器對R14兩端的電壓進行檢測。

優(yōu)選地，所述電流檢測電路包括：電流互感器、電阻器件R1、整流電路以及電阻器件R4；其中所述電流互感器的初級線圈串聯(lián)于所述諧振環(huán)路中，次級線圈并聯(lián)于所述電阻器件R1兩端；所述整流電路的輸入端的兩端并聯(lián)于所述電阻器件R1的兩端，輸出端的兩端并聯(lián)于所述電阻器件R4的兩端，所述整流電路的輸出端的一端接地。

優(yōu)選地，所述電流檢測電路還包括第二穩(wěn)壓器件，并聯(lián)在所述電阻器件R4的兩端，用于穩(wěn)定電阻器件R4的電壓，以便于控制器對R4兩端的電壓進行檢測。

優(yōu)選地，所述電流檢測電路還包括電容器件C5，并聯(lián)在所述電阻器件R4的兩端與所述第二穩(wěn)壓器件共同穩(wěn)定電阻器件R4兩端的電壓。

優(yōu)選地，所述電流檢測電路還包括濾波電路，并聯(lián)于所述整流電路的輸出端的兩端，用于將由所述整流電路整流后的電流整流成直流電流，然后該直流電流輸出至所述電流檢測電流的輸出端的電阻器件。

優(yōu)選地，所述濾波電路包括電容器件EC3和電阻器件R2，所述電容器件EC3和所述電阻器件R2互相并聯(lián)后并聯(lián)于所述整流電路的輸出端的兩端。

其中，所述恒功率控制電路可以根據(jù)所述電壓Vp和所述電流I計算的實際功率，和所述預(yù)設(shè)功率的功率差值調(diào)整用于驅(qū)動所述晶體管的PWM的占空比，從而實現(xiàn)穩(wěn)定功率的目的。

進一步地，所述恒功率控制電路調(diào)整所述PWM的占空比可以由控制器根據(jù)以下公式完成：

PWM_{調(diào)整后}＝PWM_{調(diào)整前}+Pn+In

Pn＝功率差值/比例系數(shù)

In＝功率差值/微分系數(shù)

其中，PWM_{調(diào)整前}是未調(diào)整的PWM的占空比，PWM_{調(diào)整后}是根據(jù)所述功率差值調(diào)整后的PWM的占空比，比例系數(shù)和微分系數(shù)是預(yù)設(shè)值，可以在開發(fā)階段通過多次測試得出，然后固定在控制程序中。

進一步地，為了精確調(diào)整，所述控制器可以以預(yù)定的采樣周期對所述電壓Vp和所述電流I進行采樣，并以預(yù)定的調(diào)整周期調(diào)整所述PWM的點空比。

進一步地，為了防止對所述PWM過度調(diào)整而使電路中的功率超出所要控制的范圍，所述控制器對預(yù)設(shè)功率和/或所述PWM的占空比設(shè)定上下限。

通過上述技術(shù)方案，所述恒功率控制電路利用檢測到的諧振環(huán)路的母線電壓和環(huán)路電流計算實際功率，并基于實際功率和預(yù)設(shè)功率的差值實時地調(diào)整電路的整體功率，能夠?qū)崿F(xiàn)電路根據(jù)自身的情況對功率自調(diào)整的功能，從而保證電路中的功率恒定。

本實用新型的另外兩個方面還提供了一種應(yīng)用所述恒功率控制電路的電磁加熱設(shè)備和家用電器，通過上述技術(shù)方案的恒功率控制電路，能夠保證該電磁加熱設(shè)備的每個檔位功率穩(wěn)定，并且即使在大量生產(chǎn)時，也能保證每一臺電磁加熱設(shè)備或家用電器的功率的一致性。

本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本實用新型，但并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中：

圖1是根據(jù)本實用新型實施例一的恒功率檢測電路的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是根據(jù)本實用新型實施例二的恒功率檢測測電路的電路圖；

圖3是根據(jù)本實用新型實施例二的恒功率控制電路的優(yōu)選實施方式的電路圖；

圖4是根據(jù)本實用新型實施例三的恒功率控制電路調(diào)節(jié)功率的流程圖。

附圖標(biāo)記說明

100：諧振環(huán)路 110：諧振電路

200：電壓檢測電路 300：電流檢測電路

310：整流電流 400：控制器

410：微控制器

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式進行詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限制本實用新型。

圖1是根據(jù)本實用新型實施例一的恒功率檢測電路的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，該電磁加熱設(shè)備包括諧振電路和電源構(gòu)成的諧振環(huán)路100，所述諧振電路包括晶體管和諧振電容組成的半橋式或全橋式電路，該恒功率控制電路包括：電壓檢測電路200，并聯(lián)于所述諧振環(huán)路的電源母線兩端，用于檢測諧振環(huán)路的母線電壓Vp；電流檢測電路300，串聯(lián)于所述諧振環(huán)路中，用于檢測環(huán)路電流I；以及控制器400，所述控制器根據(jù)所述電壓Vp和電流I以及預(yù)設(shè)功率調(diào)節(jié)所述諧振電路的功率；其中，所述諧振電路、所述電壓檢測電路的輸出端以及所述電流檢測電路的輸出端與所述控制器相連。

圖2是根據(jù)本實用新型實施例二的恒功率檢測測電路的電路圖。圖2主要示意了所述電壓檢測電路200和所述電流檢測電路300，以及控制器與諧振環(huán)路的具體連接關(guān)系，在圖2所示的實施例二中，控制器選用的是微控制器410，實踐中也可以用FPGA等有類似功能的其他控制器件代替。如圖2所示，ACL、ACN為市電接口，BD01橋堆，構(gòu)成電路的電源部分，其與電容器件C0將市電整流成直流電，諧振環(huán)路110連接于母線中，與橋堆和電容器件C0構(gòu)成諧振環(huán)路100。電壓檢測電路200跨接于母線的兩端，電流檢測電路300串聯(lián)在環(huán)路中，其中，電流檢測電路的連接位置并不限于圖2所示的位置，其可以串聯(lián)在諧振環(huán)路的母線的任意位置。諧振電路110包括晶體管IGBT1、IGBT2以及諧振電容C1、C2組成的半橋，以及驅(qū)動IGBT1的IGBT驅(qū)動電路1和驅(qū)動IGBT2的IGBT驅(qū)動電路2，IGBT動動電路1和IGBT驅(qū)動電路2連接于微控制器410，微控制器410輸出PWM控制其驅(qū)動晶體管IGBT1、IGBT2開通或截止，從而使諧振電路110在其電容電感的作用下產(chǎn)生振蕩。

圖3是根據(jù)本實用新型實施例二的恒功率控制電路的優(yōu)選實施方式的電路圖。如圖3所示，所述電壓檢測電路200可以包括電阻器件R14，并聯(lián)于所述諧振環(huán)路的電源母線兩端。電阻R14的兩端可以并聯(lián)有電容器件EC0，用于穩(wěn)定電阻器件R14兩端的電壓。電壓檢測電路200還可以包括分壓電阻R11、R12、R13，所述分壓電阻串聯(lián)于電壓檢測電路中，用于對電壓檢測電路進行分壓，實際應(yīng)用中可以根據(jù)電路的實際母線電線大小來設(shè)計分壓電阻的數(shù)量。電壓檢測電路的輸出端連接微控制器410的AD_V輸入端，微控制器410根據(jù)其AD_V輸入端檢測到的電壓值VAD_voltage計算出諧振環(huán)路中的母線電壓Vp。

如圖3所示，所述電流檢測電路可以包括：電流互感器T01、電阻器件R1、整流電路310以及電阻器件R4；其中所述電流互感器T01的初級線圈串聯(lián)于所述諧振環(huán)路100中，次級線圈并聯(lián)于所述電阻器件R1兩端，R1為電流互感器的輸出電阻；所述整流電路310的輸入端的兩端并聯(lián)于所述電阻器件R1的兩端，電阻器件R4跨接在整流電路310的輸出端的兩端，所述整流電路的輸出端的一端接地，電阻器件R4的電壓輸出端即所述電流檢測電路200的輸出端，其連接于微控制器410的AD_C輸入端，微控制器410根據(jù)該輸入端檢測到的電壓VADC計算所述諧振環(huán)路中的電流I。

在圖3中，整流電路310選用由二極管D1、D2、D3和D4構(gòu)成的全波整流電路，全波整流電路將互感器T01感生的電流進行初步整流，感生電流被全波整流電路整流后，其頻率是整流前的兩倍。圖3中電容器件EC3和電阻器件組成濾波電路，經(jīng)全波整流電路310整流后的電流，進一步在濾波電路的作用下，被整流成直流電流。

根據(jù)實際設(shè)計的需要，所述電流檢測電路還可以有與電阻器件R4串聯(lián)的分壓電阻，例如圖3中所示的電阻器件R3，電阻器件R3與R4串聯(lián)后組成的電路跨接在所述電流互感器T01的輸出端。

所述電阻器件R4的兩端可以并聯(lián)有電容器件EC4，用于穩(wěn)定電阻器件R14的電壓。電阻器件R4的兩端還可以進一步并聯(lián)有電容器件C5，用于過濾輸出端的噪聲信號，并與電容器件EC4共同穩(wěn)定電阻器件R4的電壓。

在本實施例中，電容器件EC0、EC3、EC4優(yōu)選為電解電容。

如圖3所示的電路中，微控制器410檢測到的所述電壓檢測電路的輸出電壓VAD_voltage的值與母線電線Vp之間的計算關(guān)系為：

其中，VAD_voltage為實際檢測到的已知值，母電壓Vp可以通過該公式計算得出。

所述微控制器根據(jù)其輸入端AD_C檢測到的電壓VADC計算所述諧振環(huán)路100的電流I的計算原理為：

假設(shè)電流互感器T01的初級繞組為N1，次級繞組為N2，初級與次級的繞組的比值為N1:N2＝1:100。電流互感器T01一次繞組與二次繞組有相等的安培匝數(shù)，因而I1×N1＝I2×N2。

電阻器件R1的電壓為50Hz交流電壓，經(jīng)全波整流電路整流后輸出100Hz電壓。根據(jù)全波整流公式VR1是電阻器件R1兩端的電壓，VEC3為電容器件EC3的電壓。經(jīng)全波整流電路整流后的輸出電壓被包括電容EC3與電阻器件R2的整流電路進一步整流成直流電壓。因此，電阻器件R3、R4以及電容器件EC4、C5的電壓均為直流電壓。其中

初級電流I＝100IR1。

其中，根據(jù)電容與電阻并聯(lián)的組抗計算公式：因為流過電阻器件R3、R4以及電容器件EC4、C5的電流為直流電，因此f為0，電容EC4和C的阻抗也為0。

綜上，最終計算環(huán)路電流I的公式如下：

進而，所述恒功率控制電路可以根據(jù)所述母線電壓Vp和所述電流I計算的實際功率，和所述預(yù)設(shè)功率的功率差值調(diào)整用于驅(qū)動所述晶體管的PWM的占空比，從而實現(xiàn)穩(wěn)定功率的目的。

圖4是根據(jù)本實用新型實施例三的恒功率控制電路調(diào)節(jié)功率的流程圖。本實施例中利用PID算法中的比例與積分部分，利用實際功率與預(yù)設(shè)功率比較的方式，調(diào)整驅(qū)動所述晶體管的PWM的占空比，從而實現(xiàn)保證電路中的功率恒定的目的。

首先，控制器對諧振環(huán)路的母線電壓Vp和環(huán)路中的電流I進行檢測，并計算電路的實際功率，然后根據(jù)實際功率與預(yù)設(shè)功率的差值，調(diào)整所述PWM的占空比，其調(diào)整所述PWM的占空比可以由控制器根據(jù)以下公式完成：

PWM_{調(diào)整后}＝PWM_{調(diào)整前}+Pn+In

Pn＝功率差值/比例系數(shù)

In＝功率差值/微分系數(shù)

其中，PWM_{調(diào)整前}是未調(diào)整的PWM的占空比，PWM_{調(diào)整后}是根據(jù)所述功率差值調(diào)整后的PWM的占空比，比例系數(shù)和微分系數(shù)是預(yù)設(shè)值，可以通過開發(fā)測試后選定合適的值固定在控制程序中。

進一步地，為了精確調(diào)整，所述控制器可以以預(yù)定的采樣周期對所述電壓Vp和所述電流I進行采樣，并以預(yù)定的調(diào)整周期調(diào)整所述PWM的占空比，例如，母線電壓和電流采樣周期為5ms，PID算法對PWM的調(diào)整周期為50ms。

進一步地，為了防止對所述PWM過度調(diào)整而使電路中的功率超出所要控制的范圍，所述控制器對預(yù)設(shè)功率和/或所述PWM的占空比設(shè)定上下限。

當(dāng)所述恒功率控制電路應(yīng)用于電磁電熱設(shè)備或家用電器中時，可以根據(jù)其功能設(shè)計的需求設(shè)定各個檔位的預(yù)設(shè)功率，當(dāng)所述電磁加熱設(shè)備或家用電器調(diào)節(jié)到相應(yīng)檔位時，控制器根據(jù)該檔位對應(yīng)的預(yù)設(shè)功率與當(dāng)前電路的實際功率比較，從而調(diào)整驅(qū)動晶體管的PWM的占空比，使整體電路的實際工作功率被調(diào)節(jié)到與該檔位相適應(yīng)的功率，并保持該功率進行工作。

以上結(jié)合附圖詳細描述了本實用新型的優(yōu)選實施方式，但是，本實用新型并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本實用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實用新型的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本實用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實用新型所公開的內(nèi)容。