专利名称：带电流互感器零电压开关的桥式电磁感应加热电路的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种高性能的感应加热电路，具体涉及带电流互感器零电压开关 的桥式电磁感应加热电路。
背景技术：
习知的电磁加热装置，其控制电路多采用单开关调谐电路，工作稳定性差，加热功 率低，而且电路结构限制了大的工作电流，不能满足较大功率的加热装置所需。也有众多的其它装置采用了半桥或者全桥电路，但是如果应用在感应加热设备 中，其驱动电路对负载改变和电路异常的保护性做的不够好，反应不够快，电路的安全可靠 性依然存在较大的隐患。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种带电流互感器零电压开关的桥式电磁感应加热 电路，应用于感应加热装置中，以解决现有技术中针对电磁式热水器驱动电路和负载改变 保护电路不可靠的问题，有效提高了电路性能。为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案。带电流控制零电压开关的桥式电磁加热电路，包括电流互感器、电桥电路、功率电 磁感应线圈和脉冲控制器，电桥电路的输入端连接直流电源，其上桥臂连接电源正极，其下 桥臂连接电源负极，功率线圈与电流互感器串联接入电桥电路的输出端，电桥电路其中一 组或两组输出端的上下桥臂分别设有电子开关，脉冲控制器设有两路受控脉冲输出分别匹 配上下桥臂的电子开关，受控脉冲输出与电子开关的控制端连接。所述的电流互感器产生 的感应信号电压直接输入到脉冲控制器受控，脉冲控制器根据这个信号电压来判断脉冲输 出的一个条件。可选的，电子开关是IGBT(绝缘栅双极型晶体管)或者M0SFET(场效应晶体管) 或者SCRs (单向可控硅)。作为上述技术方案的改进，电子开关并联有缓振电容和续流二极管。作为上述技术方案的一种改进，电桥电路为半桥模式，包括两组具有电子开关的 桥臂和两组由电容组成的桥臂，电路中的电子开关、电容、续流二极管、功率电磁感应线圈 以及电流互感器可以由单个组成，也可以由多个并联或者串联组成，还可以由多个串并联 组成。作为上述技术方案的另一种改进，电桥电路为全桥模式，包括四组具有电子开关 的桥臂，电路中的电子开关、电容、续流二极管、功率电磁感应线圈以及电流互感器可以由 单个组成，也可以由多个并联或者串联组成，还可以由多个串并联组成。与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于采用了桥式谐振电路，使电子开关 工作在零电压切换的状态，同时在输出功率线圈回路中串联有电流互感器，结合脉冲控制 器，使电路具有很好负载异常关闭和功率电路异常保护的功能，从而使设备具有良好的工作稳定性和可靠性。
图1是本实用新型的实施例一的结构示意图。图2是本实用新型的实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式
对本实用新型做进一步的说明。如图1所示，本实用新型的实施例一中电桥桥臂电路为半桥模式，电路包括五个 电容CI、C2、C3、C4、C5，两个电子开关Kl、K2，连个二极管Dl、D2，一个电流互感器T1，一 个功率电磁感应线圈Power Coil,以及脉冲控制器pulse control, C2、C3串联且与C1并 联，从C1两端连接直流电源v+input和v-input，v+input和v-input是由各种单相市电 或者工业三相交流整流得到的直流电源，后文中将称C1两端的电压为输入电压Vin，C4、 D1、K1并联组成电桥桥臂电路的上桥臂，C5、D2、K2并联组成电桥桥臂电路的下桥臂，从C2、 C3之间和C4、C5之间分别引出两个输出端连接至Power Coil与T1组成的串联电路两端， pulsecontrol由相关的硬件电路或者软件结合硬件的电路产生Channel A和Channel B两 路受控制脉冲输出，Channel A连接至Kl的控制端，Channel B连接至K2的控制端。为了便于理解，下面按实施例一中脉冲控制器pulse control的工作时序来进一 步阐述图示电路的工作原理。(1)在t0-tl时序，当Channel A有信号高电平输入时触发Kl打开，电容C1、C2对 电感Power Coil和C3进行充电，电感Power Coil中的电流上升，同时由于充电的原因导 致C3两端的电压升高。此时，开关K2和电容C5两端的电压为输入电压Vin。(2)在tl_t2时序，开关Kl由于驱动电压撤消而关闭，电容CI、C2继续对电感 Power Coil和C3进行充电，并对C4进行充电；此时，电容C5开始放电，C5的放电电流也对 C3以及电感Power Coil进行正向充电，电感Power Coil中的正向电流继续上升，直到C5 放电结束后，这时K2两端的电压等于C5两端的电压而降低到等于0V，那么K1和C4两端的 电压也随着C5两端电压的逐渐消失而逐渐上升至输入电压Vin。C5放电完毕而D2导通， 此时电感Power Coil中的电流经由D2对C3继续充电，但此时电感PowerCoil中的电流已 呈下降趋势，在D2导通期间，脉冲控制器将Channel B打开的第一条件满足，这时如果打开 K2可以达到零电压切换的目的；脉冲控制器电路同时检测电流互感器中的电流值，当脉冲 控制器电路检测到电流互感器中的电流不再增加同时也不超过预定的线圈电流值时，表明 电路此时并无异常，脉冲控制器将Channel B打开的第二条件也满足；这时，脉冲控制器将 K2打开；如果打开K2的第二条件不能满足，脉冲控制器立刻将2路输出控制脉冲关闭，进 入保护状态，从而达到了正半周过流或异常保护的目的。(3)在t2-t3时序，由于K2的打开，此时的K1和C4两端已经承受输入电压Vin， 电感Power Coil中电流继续经由D2对C3进行充电，C1也对电感Power Coil以及C2进 行充电，经过一段时间，开关K2持续导通，电感Power Coil中的电流下降并减少到OA时， 电感Power Coil的极性改变，此时电容C3开始对电感Power Coil进行充电，电感中的电 流开始负向增加。[0020](4)在t3_t4时序，开关K2由于驱动电压撤消而关闭，电容CI、C3继续对电感 Power Coil进行充电，并对C5进行充电，此时，电容C4开始放电，C4的放电电流也对C2以 及电感Power Coil进行反向充电，电感Power Coil中的电流继续反向上升，直到C4放电 结束后，这时K1两端的电压等于C4两端的电压而降低到等于0V，那么K2和C5两端的电 压也随着C4两端电压的消失而逐渐上升至输入电压Vin。C4放电完毕而D1导通，此时电 感Power Coil中的反向电流经由D1对C2继续充电，但此时电感Power Coil中的反向电 流已呈下降趋势，在D1导通期间，脉冲控制器将Channel A打开的第一条件满足，这时如果 打开K1可以达到零电压切换的目的；脉冲控制器电路同时检测电流互感器中的电流值，当 脉冲控制器电路检测到电流互感器中的电流不再增加同时也不超过预定的线圈电流值时， 表明电路此时并无异常，脉冲控制器将Channel A打开的第二条件也满足；这时，脉冲控制 器将K1打开；如果打开K1的第二条件不能满足，脉冲控制器立刻将输出控制脉冲关闭，进 入保护状态，从而达到了负半周过流或异常保护的目的。(5)在t4-t5时序，开关K1打开，开关K2以及电容C5两端达到输入电压Vin。K1 导通的瞬间，电感Power Coil继续对C2进行充电，经过一段时间，电感Power Coil中的电 流值负向减少一直到0，此时，电感PowerCoil中的电流方向改变转为正向流动。至此，整个电路周而复始循环整个过程。如图2所示，本实用新型的实施例二中电桥桥臂电路为全桥模式，电路包括六个 %WC1、C2、C3、C4、C5、C6，四个开关器件 K1、K2、K3、K4，四个二极管 Dl、D2、D3、D4，一个电 流互感器T1，一个功率电磁感应线圈Power Coil，以及一个脉冲控制器pulse control，从 C1两端连接电压输入端v+input和v-input，从C2、C3之间和C4、C5之间分别引出输出端 连接至功率线圈power coil的两端，同时PowerCoil与电流互感器T1以及电容C6串联， C4、D2、K1并联组成上桥臂一，C2、D1、K3并联组成上桥臂二，C5、D3、K2并联组成下桥臂一， C3、D4、K4并联组成下桥臂二 ；脉冲控制器pulse control由相关的硬件电路或者软件硬件 结合电路产生Channel A和Channel B两路受控制脉冲输出，Channel A连接至K1、K4的 控制端，Channel B连接至K2、K3的控制端，电流互感器T1、功率电感Power Coil、C6串联 连接在2桥臂之间。v+input和v-input是由各种单相市电或者工业三相交流整流得到的 直流电源，并在v+input和v-input之间跨接电容C1，后文中将称C1两端的电压为输入 电压Vin。为了便于理解，下面按实施例二中脉冲控制器的工作时序来进一步阐述图示电路 的工作原理。(1)在t0-tl时序，当Channel A有高电平信号触发打开开关K1、K4，电容C1对电 感Power Coil和电容C6进行充电，Power Coil中的电流正向上升，此时，开关K2和电容 C5、开关K3和电容C2两端的电压为输入电压Vin。(2)在tl_t2时序，开关K1、K4由于脉冲控制器所输出的驱动电压撤消而关闭，电 容C2、C5继续对电感Power Coil和C6进行充电，并对C3、C4进行充电，电感Power Coil 中的电流继续正向上升，当C2、C5放电完毕继而D1、D3导通，C3、C4也充电至输入电压Vin ； 此时，电感Power Coil中的正向电流不在增加而呈正向下降的趋势，在Dl、D3导通期间， K2、K3两端的电压为0，脉冲控制器将Channel B打开的第一条件满足，这时如果打开K2、 K3可以达到零电压切换的目的；脉冲控制器电路同时检测电流互感器中的电流值，当脉冲
5控制器电路检测到电流互感器中的电流不再增加同时也不超过预定的最高电流值时，表明 电路此时并无异常，脉冲控制器将Channel B打开的第二条件也满足；这时，脉冲控制器将 K2、K3打开；如果打开K2、K3的第二条件不能满足，脉冲控制器立刻将输出控制脉冲关闭， 进入保护状态，从而达到了正半周过流或异常保护的目的。(3)在t2_t3时序，开关K2、K3打开，此时的开关K1和电容C4、开关K4和电容C3 两端的电压为输入电压Vin，电感Power Coil中电流继续经由D1、D3对C6进行充电；经过 一段时间，开关K2、K3持续导通，电感Power Coil中的正向电流逐渐下降并减少到OA时， 电感Power Coil的电流方向改变，此时，电容C1对电感Power Coil以及电容C6进行负向 充电，电感Power Coil中的电流呈线性负向增加。同样，电容C6中的电流方向也为负向流 动。(4)在t3-t4时序，开关K2、K3关闭，电容C3、C4继续对电感PowerCoil和C6进 行负向充电，并对C2、C5进行充电，电感Power Coil中的电流继续负向上升，当C3、C4放 电完毕继而D2、D4导通，C2、C5也充电至输入电压Vin ；此时，电感Power Coil中的负向电 流不再增加而呈负向下降的趋势，在D2、D4导通期间，Kl、K4两端的电压为0，脉冲控制器 将Channel B打开的第一条件满足，这时如果打开Kl、K4可以达到零电压切换的目的；脉 冲控制器电路同时检测电流互感器中的电流值，当脉冲控制器电路检测到电流互感器中的 电流不再增加同时也不超过预定的线圈电流值时，表明电路此时并无异常，脉冲控制器将 Channel A打开的第二条件也满足；这时，脉冲控制器将K1、K4打开；如果打开K1、K4的第 二条件不能满足，脉冲控制器立刻将输出控制脉冲关闭，进入保护状态，从而达到了负半周 过流或异常保护的目的。(5)在t4_t5时序，开关K1、K4导通，开关K2和电容C5、开关K3和电容C2两端的 电压为输入电压Vin。K1、K4导通的瞬间，电感Power Coil继续对C2、C5进行充电，经过一 段时间，电感Power Coil中的电流负向减少一直到0 ；此时，电感PowerCoil中的电流方向 改变为正向流动。至此，整个电路周而复始循环整个过程。本实用新型可应用于多种电磁加热装置，比如直管式电磁热水器，将该电路的 Power Coil绕制在直的水管外壁，中间加以绝缘层，可在加热的同时使水管以5KHZ-500KHZ 的频率同步震动，从而获得无水垢沉积的理想效果。对于本领域的技术人员来说，可根据本实用新型所揭示的结构和原理获得其它各 种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都属于本实用新型的保护范畴。
权利要求带电流互感器零电压开关的桥式电磁感应加热电路，其特征在于包括电流互感器、电桥电路、功率电磁感应线圈和脉冲控制器，电桥电路的输入端连接直流电源，其上桥臂连接电源正极，其下桥臂连接电源负极，功率线圈与电流互感器串联接入电桥电路的输出端，电桥电路其中一组或两组输出端的上下桥臂分别设有电子开关，脉冲控制器设有两路受控脉冲输出分别匹配上下桥臂的电子开关，受控脉冲输出与电子开关的控制端连接。
2.根据权利要求1所述的带电流互感器零电压开关的桥式电磁感应加热电路，其特征 在于电子开关是IGBT (绝缘栅双极型晶体管)或者MOSFET (场效应晶体管)或者SCRs (单 向可控硅)。
3.根据权利要求1或2所述的带电流互感器零电压开关的桥式电磁感应加热电路，其 特征在于电子开关并联有缓振电容和续流二极管。
4.根据权利要求3所述的带电流互感器零电压开关的桥式电磁感应加热电路，其特征 在于电桥电路为半桥模式，包括两组具有电子开关的桥臂和两组由电容组成的桥臂。
5.根据权利要求4所述的带电流互感器零电压开关的桥式电磁感应加热电路，其特征 在于电路中的电子开关、电容、续流二极管、功率电磁感应线圈以及电流互感器可以由单 个组成，也可以由多个并联或者串联组成，还可以由多个串并联组成。
6.根据权利要求3所述的带电流互感器零电压开关的桥式电磁感应加热电路，其特征 在于电桥电路为全桥模式，包括四组具有电子开关的桥臂。
7.根据权利要求6所述的带电流互感器零电压开关的桥式电磁感应加热电路，其特征 在于电路中的电子开关、电容、续流二极管、功率电磁感应线圈以及电流互感器可以由单 个组成，也可以由多个并联或者串联组成，还可以由多个串并联组成。
专利摘要带电流互感器零电压开关的桥式电磁感应加热电路，包括电流互感器、电桥电路、功率电磁感应线圈和脉冲控制器，电桥电路的输入端连接直流电源，其上桥臂连接电源正极，其下桥臂连接电源负极，功率线圈与电流互感器串联接入电桥电路的输出端，电桥桥臂电路其中一个或两个输出端其两侧的上下桥臂分别设有电子开关，脉冲控制器设有两路受控脉冲输出分别匹配上下桥臂的电子开关，受控脉冲输出与电子开关的控制端连接。本实用新型采用脉冲控制器驱动电子开关工作在零电压切换状态，由于功率电磁感应线圈与电流互感器串联，即使负载由于异常变动或者电路本身的某些故障，皆能及时迅速的关闭控制脉冲断开电子开关，使电路具有优良的工作稳定性和可靠性。
文档编号H05B6/06GK201682646SQ20102018211
公开日2010年12月22日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者李岳刚 申请人:李岳刚