电磁加热装置及防干烧的控制方法与流程

本发明涉及家用电器领域，尤其是涉及一种电磁加热装置及防干烧的控制方法。

背景技术：

目前，电磁加热相对于传统的电阻加热具有节能环保、安全可靠等优点，被广泛应用于电磁炉、电磁炒灶、电磁汤锅等家用电器中。然而，在电磁炉等采用电磁加热的家用电器的使用过程中，经常会发生干烧现象。现阶段对于干烧存在两种解决方式：其一，当检测到温度大于某一特定值时，关断电磁炉；其二，当检测电磁炉在某一温度范围内升温过快时，关断电磁炉。然而，由于产品本身结构的限制，温度采样装置(如热敏电阻)往往不能与锅具直接接触，导致干烧保护严重滞后，大大增加了锅具和电器干烧损坏的概率，无法真正起到防干烧的保护目的。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种防干烧的控制方法。

本发明的另一个目的在于提出一种使用了防干烧的控制方法的电磁电磁加热装置。

为实现上述至少一个目的，根据本发明的一方面的实施例，提出了一种一种防干烧的控制方法，其包括步骤：启动电磁加热装置，检测lc谐振电路的谐振频率及输出功率；若当前检测周期的谐振频率f0'相对上一个检测周期的谐振频率f0变大△f且当前检测周期的输出功率相对上一个检测周期的输出功率变小时，使当前检测周期下提供给逆变电路的驱动信号频率f1'相对上一个检测周期的驱动信号频率f1变大△f；当驱动信号频率f1'大于预设频率阈值时，判断发生干烧，关闭输入电源使电磁加热装置停止工作；其中，预设频率阈值为电磁加热装置在空载状态下lc谐振电路的谐振频率。通过使驱动信号频率跟随谐振频率变化，保证了稳定的输出功率，并通过进一步判断驱动信号频率在大于预设频率阈值时才认为发生干烧，频率检测准确且快捷，可有效防止出现干烧损坏产品。

根据本发明的一个实施例，在上述技术方案中，优选地，在预设时间段内持续出现驱动信号频率f1'大于预设频率阈值时，才判断发生干烧。比如，预设时间段为10秒-25秒。通过预设时间段防止出现误判，提高检测的准确性。

根据本发明的一个实施例，在上述技术方案中，优选地，检测lc谐振电路的谐振频率的步骤包括：采样lc谐振电路流过的高频交流电流，将为正弦波的高频交流电流转化成方波信号后，传送至微控制器的一个检测端口；微控制器通过采样确定方波信号的频率，该频率就是lc谐振电路的负载谐振频率。

根据本发明的一个实施例，在上述技术方案中，优选地，检测输出功率的步骤包括：分别采样输入电源的输入电流幅值及输入电压幅值；利用输入电压乘以输入电流得到电磁加热装置的输出功率。

一种电磁加热装置，包括依次顺序连接的emc模块、整流电路、滤波电路、逆变电路及lc谐振电路，连接输入电源的输入电流采样电路和输入电压采样电路，与lc谐振电路连接的输出电流采样电路，且输入电流采样电路、输入电压采样电路和输出电流采样电路均连接微控制器，而微控制器的一个控制端口通过驱动电路连接逆变电路的控制端；且该电磁加热装置使用了所述的防干烧的控制方法。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提出的电磁加热装置，在考虑锅具及使用实际情况，不仅可以确保在使用者抛锅过程中输出稳定的功率，还可以有效地提高干烧保护的准确性和及时性，降低电磁加热装置发生干烧损坏的概率，从而延长电磁加热装置使用寿命，同时提高电磁加热装置的可靠性及使用安全性，提升用户体验。

附图说明

图1是电磁灶的工作原理框图；

图2是lc谐振电路的等效电路图；

图3是lc谐振电路的等效阻抗随负载电流频率变化的示意图；

图4是防干烧的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

以电磁灶为例的电磁加热装置，其工作原理框图如图1所示，其包括：依次顺序连接的emc模块、整流电路、滤波电路、逆变电路及lc谐振电路，该emc模块的输入端连接三相交流电源、输出端分别连接输入电流采样电路和输入电压采样电路，与lc谐振电路连接的输出电流采样电路，且输入电流采样电路、输入电压采样电路和输出电流采样电路均连接微控制器(一般是由单片机或dsp芯片实现)，而微控制器的一个控制端口通过驱动电路连接逆变电路的控制端。

由emc模块实现三相交流电源与电磁灶之间的电磁干扰隔离。比如，emc模块包括分别串接在a相、b相和c相上的一个电感及保险管，以及在在a相、b相和c相上的电感与保险管的公共端与零线n之间分别连接一个滤波电容。而滤波电路包括分别串接在整流电路的两个输出端的电感l2及电感l3，以及连接在电感l2与电感l3之间的滤波电容c3。逆变电路包括2个大功率开关管igbt1和igbt2构成的半桥igbt模块。lc谐振电路包括谐振电容c1、谐振电容c2及电磁线圈盘l1，以及设置在电磁线圈盘l1上方的锅具。

lc谐振电路中的等效电感l0是由电磁线圈盘l1及锅具组成，锅具相对电磁线圈盘l1的距离变化及锅具因温度变化都会造成等效电感l0发生变化，从而影响lc谐振电路的谐振频率其中，lc谐振电路的等效电路如图2所示，由谐振电容c1和谐振电容c2的等效电容c0、电磁线圈盘l1及锅具组成的等效电感l0构成的串联谐振电路，lc谐振电路的等效阻抗|z|是随着流过lc谐振电路中的电流频率f变化，其变化曲线如图3所示。从图3可以看出：当负载输入电压ac一定时，电流频率f越偏离负载谐振频率f0，等效阻抗|z|越大，输出的功率越小；当f＝f0时，等效阻抗|z|最小，此时负载的功率最大；当f>f0时，等效阻抗|z|呈感性且频率越大感抗越大，输出功率越小；当f＜f0时，等效阻抗|z|呈容性，且频率越小容抗越大，输出功率越小。因此，lc谐振电路的谐振频率略低于逆变电路中2个大功率开关管igbt1和igbt2的最低工作频率，使负载在任何情况下(无论锅具距离电磁线圈盘l1的远近等情况)均呈感性。

三相交流电源经过整流电路被整流成直流电压，经过滤波电路滤波处理成稳定平滑的直流电压，由逆变电路转换成高频交流电信号，lc谐振电路中电磁线圈盘l1上流过高频交流电流，高频的交流电流产生交变的电磁场，根据电磁感应加热原理，在电磁线圈盘l1上方放置锅具后，电磁能辐射至锅具的锅底，锅具的锅底产生涡流，由于涡流的热效应加热锅具，从而实现电能转换成热能加热锅具。

当厨师使用电磁灶炒菜时，为了锅具内的食物快速、均匀加热是保证食物口感的重要条件，为此厨师会时常有上下抛锅的习惯。然而，在上下抛锅过程中，作为负载的锅具离开电磁线圈盘l1时，lc谐振电路中等效电感l0的电感量减小，lc谐振电路的谐振频率f0会变大，导致谐振频率f0大于谐振频率f0而从感性谐振状态滑入容性谐振状态，使电磁灶的输出功率会降低导致锅具发热急剧减少，不利于食物快速、均匀加热！为此，本发明电磁加热装置需要在保证加热功率的前提下有效防干烧。结合图4所示，该实施例包括如下实现步骤：

步骤s1.启动电磁灶，检测lc谐振电路的谐振频率f0及电磁灶的输出功率。

通过输出电流采样电路检测电磁线圈盘l1上流过的高频交流电流，将为正弦波的高频交流电流转化成方波信号后，传送至微控制器的一个检测端口。微控制器通过采样确定方波信号的频率，该频率就是电磁线圈盘l1上的电流频率，也就是lc谐振电路的负载谐振频率f0。同时，通过输入电流采样电路、输入电压采样电路分别采样输入电流幅值及输入电压幅值并传送至微控制器，由微控制器计算出电磁灶的功率(功率＝输入电压*输入电流)。

步骤s2.若当前检测周期的谐振频率f0'相对上一个检测周期的谐振频率f0变大△f(即f0'＝f0+△f)且当前检测周期的输出功率相对上一个检测周期的输出功率变小时，微控制器通过改变控制端口输出pwm信号的脉宽来调节驱动电路输出至逆变电路的驱动信号的频率，使当前检测周期的驱动信号频率f1'相对上一个检测周期的驱动信号频率f1变大△f，即f1'＝f1+△f。

当微控制器通过输出电流采样电路检测到负载电流频率f相对负载谐振频率f0的变大△f时，由于上下抛锅时锅具离开电磁线圈盘l1时，电磁灶的功率会降低，故微控制器实时通过输入电流采样电路、输入电压采样电路分别采样输入电流及输入电压后，计算出电磁灶的输出功率减小，故在电磁灶的输出功率减小且检测到谐振频率变大△f时，微控制器通过改变控制端口输出pwm信号的脉宽来调节驱动电路输出至逆变电路的驱动信号的频率f1，使驱动信号频率f1也同向变化△f，从而使驱动信号频率f1略高于谐振频率f0，使lc谐振电路接近于谐振状态，lc谐振电路中电磁线圈盘l1的电流突增而使电磁灶保持较高且较为稳定的输出功率。

当然，作为负载的锅具回到电磁线圈盘l1上方时，此时微控制器将检测到谐振频率f0的变小△f，同时也将检测到电磁灶的输出功率变化，由微控制器通过改变pwm信号的脉宽来使驱动信号频率跟随谐振频率也变小△f。

步骤s3.进一步判断当前检测周期的驱动信号频率f1'是否大于预设频率阈值，若否表示没有发生干烧继续工作，若是，转入步骤s4。

其中，预设频率阈值为电磁灶在空载状态下(即无锅具时)lc谐振电路的谐振频率。此预设频率阈值由于与锅具无关，故在电磁灶生产制造厂家在出厂前可预先确定。

步骤s4.当驱动信号频率f1'大于预设频率阈值时，判断发生干烧，此时微控制器控制轰鸣器发出报警并关闭输入电源，停止工作。

当然，为了防止出现误判，可增加一个时间限制，比如在预设时间段(比如10秒-25秒)内持续出现驱动信号频率f1'大于预设频率阈值时才认为是发生干烧，此时才关闭输入电源使电磁灶停止工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。