电磁加热系统及其电流检测及保护控制装置、方法与流程

本发明涉及电磁加热系统，特别涉及一种电磁加热系统的电流检测及保护控制装置、一种电磁加热系统以及一种电磁加热系统的电流检测及保护控制方法。

背景技术：

通常，电磁加热系统的电流检测方案有三种：(1)通过电流互感器检测交流市电；(2)整流桥堆地线电流检测；(3)igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)的e极电流检测。

在上述的三种检测方案中，如果采用电流互感器检测交流市电，则成本比较高，而且无法实时获取igbt的e极的脉冲电流，从而无法提供实时保护。如果采用整流桥堆地线电流检测方案，同样无法实时获取igbt的电流，不能提供实时保护。而相关技术中的igbt的e极电流检测方案，如图1所示，虽然能够实时获取igbt的电流，但是需内建运放电路以对电流信号进行放大，并经过rc滤波后发送到主控单元，所需器件比较多，而且电路复杂。

因此，需要对电磁加热系统的电流检测方案进行改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种能够最大限度减少因累积效应对igbt造成损坏的电磁加热系统的电流检测及保护控制装置。

本发明的另一个目的在于提出一种电磁加热系统。本发明的又一个目的在于提出一种电磁加热系统的电流检测及保护控制方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种电磁加热系统的电流检测及保护控制装置，所述电磁加热系统包括由igbt构成的谐振电路、将交流市电转换为第一直流电以供给所述谐振电路的第一整流电路、驱动所述igbt的驱动电路，所述电流检测及保护控制装置包括：将所述交流市电转换为第二直流电的第二整流电路；过零检测电路，所述过零检测电路与所述第二整流电路相连，所述过零检测电路根据所述第二直流电检测所述交流市电的过零点；电流检测电路，所述电流检测电路与所述igbt的e极相连，所述电流检测 电路用于检测所述igbt的电流；控制器，所述控制器分别与所述过零检测电路、所述电流检测电路和所述驱动电路相连，所述控制器在所述交流市电的过零点开始获取所述igbt的每个导通周期内的最大电流，并在所述igbt的当前导通周期内的最大电流大于电流保护阈值时，所述控制器通过控制所述驱动电路以控制所述igbt关断。

根据本发明实施例的电磁加热系统的电流检测及保护控制装置，通过第二整流电路将交流市电转换为第二直流电，过零检测电路根据第二直流电检测交流市电的过零点，控制器在交流市电的过零点开始通过电流检测电路获取igbt的每个导通周期内的最大电流，并在igbt的当前导通周期内的最大电流大于电流保护阈值时，通过控制驱动电路以控制igbt关断，从而最大限度减少因累积效应造成的igbt损坏，并且具有结构简单、可靠性高、成本低等优点。

根据本发明的一个实施例，当获取所述最大电流的次数大于预设次数或者获取所述最大电流的时间达到预设时间时，如果所述igbt的每个导通周期内的最大电流均小于等于所述电流保护阈值，所述控制器将获取的每个导通周期内的最大电流进行累加后取平均以获得平均电流，并根据所述平均电流计算所述电磁加热系统的功率，以及将所述电磁加热系统的功率与目标功率进行比较以调节所述igbt在下一导通周期内的导通时间。

根据本发明的一个实施例，如果所述电磁加热系统的功率大于所述目标功率，所述控制器通过控制所述驱动电路以减小所述igbt在下一导通周期内的导通时间；如果所述电磁加热系统的功率小于所述目标功率，所述控制器通过控制所述驱动电路以增加所述igbt在下一导通周期内的导通时间。

优选地，所述预设时间为所述交流市电的一个半波周期。

根据本发明的一个实施例，所述电流检测电路具体包括：采样电阻，所述采样电阻的一端与所述igbt的e极相连，所述采样电阻的另一端接地；滤波电阻，所述滤波电阻的一端分别与所述igbt的e极和所述采样电阻的一端相连；滤波电容，所述滤波电容的一端与所述滤波电阻的另一端相连，所述滤波电容的另一端接地，所述滤波电容的一端与所述滤波电阻的另一端之间具有第一节点，所述第一节点与所述控制器相连。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种电磁加热系统，其包括上述的电磁加热系统的电流检测及保护控制装置。

该电磁加热系统通过上述电磁加热系统的电流检测及保护控制装置，能够最大限度减少因累积效应造成的igbt损坏，并且具有结构简单、可靠性高、成本低等优点。

为达到上述目的，本发明又一方面实施例提出了一种电磁加热系统的电流检测及保护控制方法，所述电磁加热系统包括由igbt构成的谐振电路、将交流市电转换为第一直流电以供给所述谐振电路的第一整流电路、驱动所述igbt的驱动电路，所述电流检测及保护控 制方法包括以下步骤：检测所述igbt的电流；检测所述交流市电的过零点，并在所述交流市电的过零点开始获取所述igbt的每个导通周期内的最大电流；以及当所述igbt的当前导通周期内的最大电流大于电流保护阈值时，通过控制所述驱动电路以控制所述igbt关断。

根据本发明实施例的电磁加热系统的电流检测及保护控制方法，实时检测igbt的电流和交流市电的过零点，并在交流市电的过零点开始获取igbt的每个导通周期内的最大电流，当igbt的当前导通周期内的最大电流大于电流保护阈值时，通过控制驱动电路以控制igbt关断，从而最大限度减少因累积效应造成的igbt损坏，并且具有方法简单、可靠性高等优点。

根据本发明的一个实施例，当获取所述最大电流的次数大于预设次数或者获取所述最大电流的时间达到预设时间时，如果所述igbt的每个导通周期内的最大电流均小于等于所述电流保护阈值，将获取的每个导通周期内的最大电流进行累加后取平均以获得平均电流，并根据所述平均电流计算所述电磁加热系统的功率，以及将所述电磁加热系统的功率与目标功率进行比较以调节所述igbt在下一导通周期内的导通时间。

根据本发明的一个实施例，如果所述电磁加热系统的功率大于所述目标功率，通过控制所述驱动电路以减小所述igbt在下一导通周期内的导通时间；如果所述电磁加热系统的功率小于所述目标功率，通过控制所述驱动电路以增加所述igbt在下一导通周期内的导通时间。

优选地，所述预设时间为所述交流市电的一个半波周期。

附图说明

图1是传统的电磁加热系统中igbt的电流检测电路图。

图2是根据本发明实施例的电磁加热系统的电流检测及保护控制装置的方框示意图。

图3是根据本发明一个实施例的电磁加热系统的电流检测及保护控制装置的电路图。

图4是根据本发明一个实施例的电磁加热系统的电流检测及保护控制装置的工作流程图。

图5a-图5f是根据本发明一个实施例的igbt的电流波形图。

图6是根据本发明实施例的电磁加热系统的电流检测及保护控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图来描述本发明实施例提出的电磁加热系统的电流检测及保护控制装置、电磁加热系统以及电磁加热系统的电流检测及保护控制方法。

图2是根据本发明实施例的电磁加热系统的电流检测及保护控制装置的方框示意图，其中，电磁加热系统包括由igbt构成的谐振电路10、将交流市电转换为第一直流电以供给谐振电路10的第一整流电路20、驱动igbt的驱动电路30。如图2所示，电磁加热系统的电流检测及保护控制装置包括第二整流电路40、过零检测电路50、电流检测电路60以及控制器70。

其中，第二整流电路40将交流市电转换为第二直流电，过零检测电路50与第二整流电路40相连，过零检测电路50根据第二直流电检测交流市电的过零点，电流检测电路60与igbt的e极相连，电流检测电路60用于检测igbt的电流，控制器70分别与过零检测电路50、电流检测电路60和驱动电路30相连，控制器70在交流市电的过零点开始获取igbt的每个导通周期内的最大电流，并在igbt的当前导通周期内的最大电流大于电流保护阈值时，控制器70通过控制驱动电路30以控制igbt关断。

在本发明的实施例中，电流保护阈值可以根据实际情况进行标定。

根据本发明的一个实施例，上述的电磁加热系统的电流检测及保护控制装置还包括报警器(图中未具体示出)，报警器与控制器70相连，其中，在igbt的当前导通周期内的最大电流大于电流保护阈值时控制器70还控制报警器发出警示信息，并控制电磁加热系统关机。

简单的说，过零检测电路50实时检测交流市电是否过零点，在过零检测电路50检测到交流市电过零点时，电流检测电路60开始获取igbt的每个导通周期内的最大电流。如果获取的igbt的当前导通周期内的最大电流大于电流保护阈值，则控制器70通过控制驱动电路30来关断igbt，从而最大限度减少因累积效应对igbt造成的损坏，同时，控制器70控制报警器发出警示信息，并控制电磁加热系统关机以停止加热，从而对电磁加热系统进行过流保护。

根据本发明的一个实施例，当获取最大电流的次数大于预设次数或者获取最大电流的时间达到预设时间时，如果igbt的每个导通周期内的最大电流均小于等于电流保护阈值，控制器70将获取的每个导通周期内的最大电流进行累加后取平均以获得平均电流，并根据平均电流计算电磁加热系统的功率，以及将电磁加热系统的功率与目标功率进行比较以调节igbt在下一导通周期内的导通时间。

其中，预设次数和预设时间可以根据实际情况进行标定，优选地，预设时间可以为交流市电的一个半波周期。

根据本发明的一个实施例，如果电磁加热系统的功率大于目标功率，控制器70通过控制驱动电路30以减小igbt在下一导通周期内的导通时间；如果电磁加热系统的功率小于目标功率，控制器70通过控制驱动电路30以增加igbt在下一导通周期内的导通时间。

其中，目标功率可以根据实际情况进行标定。

具体而言，在过零检测电路50检测到交流市电过零点时，电流检测电路60开始获取igbt的每个导通周期内的最大电流。如果电流检测电路60获取的igbt的当前导通周期内的最大电流小于或等于电流保护阈值，则控制器70记录该最大电流，电流检测电路60继续获取igbt下一导通周期内的最大电流。当电流检测电路60获取最大电流的时间大于预设时间如交流市电的一个半波周期或者获取最大电流的次数大于预设次数时，控制器70计算预设时间内或预设次数的最大电流的平均值即平均电流，并根据下述公式(1)计算电流有效值：

y＝a+bx(1)

其中，y为电流有效值，a和b为系数，x为平均电流。

然后控制器70将计算的电流有效值乘以电压有效值得到电磁加热系统的功率，并将电磁加热系统的功率与目标功率进行比较。如果计算的电磁加热系统的功率大于目标功率，则控制器70通过控制驱动电路30以减小igbt在下一导通周期内的导通时间；如果计算的电磁加热系统的功率小于目标功率，则控制器70通过控制驱动电路30以增加igbt在下一导通周期内的导通时间，从而实现对电磁加热系统的功率调节，保证电磁加热系统按照目标功率稳定运行。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，电流检测电路60具体包括采样电阻rk1、滤波电阻r1和滤波电容c1，其中，采样电阻rk1的一端与igbt的e极相连，采样电阻rk1的另一端接地gnd，滤波电阻r1的一端分别与igbt的e极和采样电阻rk1的一端相连，滤波电容c1的一端与滤波电阻rk1的另一端相连，滤波电容c1的另一端接地gnd，滤波电容c1的一端与滤波电阻r1的另一端之间具有第一节点j1，第一节点j1与控制器70相连。该电流检测电路能够实时并准确获取igbt的电流，电路结构简单、可靠性比较高，并且有利于电磁加热系统的电流检测及保护控制装置的集成化和降低成本。

另外，图3所示的其它电路结构这里就不再详细描述。下面通过图4来说明电磁加热系统的电流检测及保护控制装置的工作过程，具体包括以下步骤：

s101，判断交流市电是否过零点。如果是，执行步骤s102；如果否，返回步骤s101，继续判断。

s102，初始化电流读取参数，并使能igbt的导通周期内的最大电流读取功能。

s103，读取igbt的当前导通周期内的最大电流。如图5a所示，在交流市电的过 零点处开始获取igbt的每个导通周期内的最大电流。需要说明的是，图5b-图5f是对图5a所示的igbt的电流波形图的局部放大图，以便能够清楚了解igbt的当前导通周期内的电流波形。

s104，判断igbt的当前导通周期内的最大电流是否小于电流保护阈值。如果是，执行步骤s105；如果否，执行步骤s108。

s105，判断是否达到预设次数或达到交流市电的一个半波周期。如果是，执行步骤s106；如果否，返回步骤s103，继续读取。

s106，进入电流转换函数处理，计算平均电流和电磁加热系统的功率，并根据电磁加热系统的功率控制igbt下一导通周期内的导通时间。

s107，判断是否关机。如果是，执行步骤s108；如果否，返回步骤s101，继续判断。

s108，关机。

综上所述，根据本发明实施例的电磁加热系统的电流检测及保护控制装置，通过第二整流电路将交流市电转换为第二直流电，过零检测电路根据第二直流电检测交流市电的过零点，控制器在交流市电的过零点开始通过电流检测电路获取igbt的每个导通周期内的最大电流，并在igbt的当前导通周期内的最大电流大于电流保护阈值时，通过控制驱动电路以控制igbt关断，从而最大限度减少因累积效应造成的igbt损坏，并且具有结构简单、可靠性高、成本低等优点。

此外，本发明的实施例还提出了一种电磁加热系统，其包括上述的电磁加热系统的电流检测及保护控制装置。

该电磁加热系统通过上述电磁加热系统的电流检测及保护控制装置，能够最大限度减少因累积效应造成的igbt损坏，并且具有结构简单、可靠性高、成本低等优点。

图6是根据本发明实施例的电磁加热系统的电流检测及保护控制方法的流程图，其中，电磁加热系统包括由igbt构成的谐振电路、将交流市电转换为第一直流电以供给谐振电路的第一整流电路、驱动igbt的驱动电路。如图6所示，该电磁加热系统的电流检测及保护控制方法包括以下步骤：

s1，检测igbt的电流。

s2，检测交流市电的过零点，并在交流市电的过零点开始获取igbt的每个导通周期内的最大电流。如图5a所示，在交流市电的过零点处开始获取igbt的每个导通周期内的最大电流。

s3，当igbt的当前导通周期内的最大电流大于电流保护阈值时，通过控制驱动电路以控制igbt关断。

根据本发明的一个实施例，在igbt的当前导通周期内的最大电流大于电流保护阈值时还发出警示信息，并控制电磁加热系统关机。

简单的说，实时检测交流市电是否过零点，在检测到交流市电过零点时，开始获取igbt的每个导通周期内的最大电流。如果获取的igbt的当前导通周期内的最大电流大于电流保护阈值，则通过控制驱动电路来关断igbt，同时发出警示信息，并控制电磁加热系统关机以停止加热，从而对电磁加热系统进行过流保护。

根据本发明的一个实施例，当获取最大电流的次数大于预设次数或者获取最大电流的时间达到预设时间时，如果igbt的每个导通周期内的最大电流均小于等于电流保护阈值，将获取的每个导通周期内的最大电流进行累加后取平均以获得平均电流，并根据平均电流计算电磁加热系统的功率，以及将电磁加热系统的功率与目标功率进行比较以调节igbt在下一导通周期内的导通时间。

根据本发明的一个实施例，如果电磁加热系统的功率大于目标功率，通过控制驱动电路以减小igbt在下一导通周期内的导通时间；如果电磁加热系统的功率小于目标功率，通过控制驱动电路以增加igbt在下一导通周期内的导通时间。

优选地，预设时间为交流市电的一个半波周期。

具体而言，在检测到交流市电过零点时，开始获取igbt的每个导通周期内的最大电流。如果获取的igbt的当前导通周期内的最大电流小于或等于电流保护阈值，则记录该最大电流并继续获取igbt下一导通周期内的最大电流。当获取最大电流的时间大于预设时间如交流市电的一个半波周期或者获取最大电流的次数大于预设次数时，计算预设时间内或预设次数的最大电流的平均值即平均电流，并根据上述公式(1)计算电流有效值，然后将计算的电流有效值乘以电压有效值得到电磁加热系统的功率，并将电磁加热系统的功率与目标功率进行比较。如果计算的电磁加热系统的功率大于目标功率，则通过控制驱动电路以减小igbt在下一导通周期内的导通时间；如果计算的电磁加热系统的功率小于目标功率，则通过控制驱动电路以增加igbt在下一导通周期内的导通时间，从而实现对电磁加热系统的功率调节，保证电磁加热系统按照目标功率稳定运行。

进一步地，本发明的一个实施例的电磁加热系统的电流检测及保护控制方法的流程图如图4所示，这里不再详细描述。

根据本发明实施例的电磁加热系统的电流检测及保护控制方法，实时检测igbt的电流和交流市电的过零点，并在交流市电的过零点开始获取igbt的每个导通周期内的最大电流，当igbt的当前导通周期内的最大电流大于电流保护阈值时，通过控制驱动电路以控制igbt关断，从而最大限度减少因累积效应造成的igbt损坏，并且具有方法简单、可靠性高等优点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。