电磁汤炉及基于自感应重量的功率控制方法与流程

本发明涉及一种烹饪器具，尤其是涉及一种电磁汤炉及电磁汤炉基于自感应重量的功率控制方法。

背景技术：

采用电磁感应加热的电磁汤炉具有节约电能、热效率高、清洁环保、方便耐用等众多优点，已广泛应用到人们日常生活中，电磁炉灶通过电磁线盘产生交变磁场；由于外锅一般采用铁、镍能导磁材料制作，交变磁场使放置其上的铁磁质锅体6产生涡流热，起到加热的作用。

cn201335429y提出一种一体式大功率商用电磁炉，在电磁炉加热主体的线圈支架的底部与加热主机的主机箱直接安装接风罩和风扇，通过接风罩使电磁炉头总成与电磁加热主机之间形成一个竖直、密封的风道，从而使电磁炉头总成与电磁加热主机共用一个风扇散热，以降低电磁炉成本。该技术方案存在如下缺陷：

1.由于主机箱的上通风窗与接风罩的下罩口相对接，从而主机箱的上盖板并没有密封，导致水容易自上而下甚至通过进风口吸入，导致主机箱电路板、晶体管等失效，从而该电磁炉的工作稳定性及可靠性较差。

2.无法根据需要烹饪物的多寡相应的调节加热速度，从而不便于用户使用。

技术实现要素：

本发明提出一种电磁汤炉及电磁汤炉基于自感应重量的功率控制方法，通过判断电磁汤炉总体重量变化来判断锅体内烹饪物的多寡，为电磁汤炉依据烹饪物多寡甚至状态选择不同的烹饪策略提供了依据。

一种基于自感应重量的功率控制方法，其包括如下步骤：

启动电磁汤炉，获取检测初始状态下电磁汤炉的初始重量p0及lc谐振电路的谐振频率f0；

检测到电磁汤炉在检测周期t时的重量pt以及lc谐振电路在检测周期t时的负载谐振频率ft；

当判断电磁汤炉的重量pt相对于上一个检测周期t-1的重量pt-1有变化时，计算检测周期t时lc谐振电路的负载谐振频率ft相对上一个检测周期t-1的谐振频率ft-1的变化量△f＝ft-ft-1，由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f'，使下一个检测周期t+1内的驱动信号频率f't+1相对检测周期t的驱动信号频率ft'也变大△f，即f′t+1＝ft'+△f。

其中，当检测到电磁汤炉的重量持续减小并减小到初始重量p0，并在n个连续检测周期内电磁汤炉的重量维持为初始重量p0时，关闭电磁汤炉使之停止工作。

其中，n为5～15的自然数。

其中，其特征在于，检测周期t时的负载谐振频率ft的步骤包括：

在周期t内采样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ft。

其中，电磁汤炉的重量是通过设置在电磁汤炉的支撑脚上的压力传感器来实现。

相应的，本发明提出一种采用了所述基于自感应重量的功率控制方法的电磁汤炉，该电磁汤炉包括：底部具有散热槽的灶体，该灶体的底部设有若干支撑脚，该支撑架包括重力脚及设于重力脚上用于实现电磁汤炉自感应重量测量的压力检测结构；设于灶体的主机箱和线圈支架，该主机箱内设有电源模块及控制电路板，该线圈支架上固定有与电源模块相连的电磁线圈；设于灶体上端面的灶台，该灶台的中央设有锅圈，在锅圈上设有锅体。

其中，压力检测结构包括：套设在重力脚上末端的弹簧；套设在弹簧外的套筒，该套筒的上末端具有固定座，该固定座上设有容纳座；设于容纳座之中的压力传感器，该压力传感器通过固定螺母与重力脚的上末端固定相连，且该压力传感器与主机箱的控制电路板电性相连。

其中，所述电磁汤炉还包括设于灶台一侧面的操控面板，该操控面板上设有用于显示电磁汤炉工作状态的显示屏以及与外部水源相连通的水龙头。

其中，主机箱的其中一侧面设有主机散热风扇。

其中，主机箱的上端面设有用于为电磁线圈散热的线圈散热风扇。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提出的电磁汤炉，在支撑脚上设置压力传感器检测电磁汤炉总体重量变化，从而判断锅体内烹饪物的多寡，为电磁汤炉依据烹饪物多寡甚至状态选择不同的烹饪策略提供了依据，确保电磁汤炉可以以较高效率加热并防止干烧。本发明具有结构简单、实现成本低及工作稳定可靠的优点。

附图说明

图1是电磁汤炉的部分分解结构示意图。

图2是电磁汤炉的立体结构示意图。

图3是电磁汤炉的支撑脚的分解结构示意图。

图4是电源模块及控制电路板控制电路的示意图。

具体实施方式

结合图1-图3所示(其中图1相比图2而言，图1未画出固定在灶体1四周的外壳)，本发明提出一种具有重量测量功能的电磁汤炉，该电磁汤炉包括：底部具有散热槽11的灶体1，该灶体1的底部设有若干支撑脚3；固定在灶体1底部的主机箱2，该主机箱2内设有电源模块及控制电路板，且主机箱2的其中一侧面设有主机散热风扇21，在主机箱2的上端面固定有线圈散热风扇22；设于灶体1内的线圈支架4，该线圈支架4上固定有与电源模块相连的电磁线圈41；设于灶体1上端面的灶台5，该灶台5的中央设有锅圈51，固定在锅圈51上的锅体6；设于灶台1一侧面的操控面板7，该操控面板7上至少设有显示电磁汤炉工作状态的显示屏71及与外部水源相连通的水龙头72。

电源模块给电磁线圈41供电，电磁线圈41产生高速变化的磁场，当磁场内之磁力通过锅体6底部时即会产生无数之小涡流，使锅体6本身自行迅速发热，然后再加热于锅内食物，从而可实现烹调食物的功能。由于控制电路板上具有高发热量的igbt功率控制开关，故将控制电路板设于主机箱2内，且通过主机箱2一侧面的主机散热风扇21进行散热；而线圈散热风扇22用于提供气流吹过电磁线圈41的表面，为电磁线圈41散热，从而确保电磁汤炉不会因为过热保护而停止工作，提高电磁汤炉的工作稳定性及可靠性。

另外，支撑脚3包括：重力脚31；套设在重力脚31上末端的弹簧32；套设在弹簧32外的套筒33，该套筒33的上末端具有固定座331，该固定座331上设有容纳座332；设于容纳座332之中的压力传感器34；压力传感器34通过固定螺母35与重力脚31上末端固定相连，且该压力传感器34与主机箱2的控制电路板电性相连，由控制电路板根据压力传感器34的检测结果判断电磁汤炉的总体重量变化，为电磁汤炉的功率控制提供依据。

结合图4所示。电源模块包括依次顺序连接的emc模块、整流电路、滤波电路，该emc模块的输入端连接三相交流电源。控制电路包括：逆变电路及lc谐振电路；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，且压力传感器34与微控制器的数据端口相连。

由emc模块实现三相交流电源与电磁汤炉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上方的锅体6。

lc谐振电路中的等效电感l0是由电磁线圈盘l1及锅体6组成，锅体6相对电磁线圈盘l1的距离变化及锅体6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及锅体6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：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(无论锅体6有无烹饪物及烹饪物多寡)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上方放置锅体6后，电磁能辐射至锅体6的锅底，锅体6的锅底产生涡流，由于涡流的热效应加热锅体6，从而实现电能转换成热能加热锅体6。

当使用电磁汤炉炖汤时，为了锅体6内的烹饪物快速加热提高烹饪效率并防止干烧，故通过压力传感器34的检测结果判断锅体6内烹饪物的多寡，以此作为电磁汤炉输出功率控制的依据。当向锅体6内添加烹饪物时会导致lc谐振电路中等效电感l0的电感量增加，lc谐振电路的谐振频率f0会变小，导致驱动信号频率偏离lc谐振电路f0使电磁汤炉的输出功率会降低；反之，当锅体6内烹饪物减少时会导致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lc谐振电路从感性谐振状态滑入容性谐振状态，使电磁汤炉的输出功率会降低导致锅体6发热急剧减少，不利于烹饪物被快速加热！

压力传感器34的检测结果代表电磁汤炉的重量。在一个典型实施例中，电磁汤炉功率控制如下实现步骤：

步骤s1.启动电磁汤炉，获取检测初始状态下压力传感器34的初始检测值p0(表示电磁汤炉的初始重量)，并检测lc谐振电路的谐振频率f0及电磁汤炉的输出功率。

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汤炉的功率(功率＝输入电压*输入电流)。

步骤s2.在检测周期t时，通过压力传感器34检测电磁汤炉的重量pt、lc谐振电路的负载谐振频率ft，当判断检测结果pt相对于上一个检测周期t-1的检测结果pt-1有变化时，计算检测周期t时lc谐振电路的负载谐振频率ft相对上一个检测周期的谐振频率ft-1的变化量△f(即△f＝ft-ft-1)，由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f'，使t+1检测周期的驱动信号频率f′t+1相对检测周期t的驱动信号频率ft'也变大△f，即f′t+1＝ft'+△f。

因此，通过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，使驱动信号频率f'也跟随lc谐振电路的负载谐振频率ft同向、同量变化△f，从而使驱动信号频率f'略高于谐振频率ft，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汤炉保持较高的输出功率，从而提高加热效率。

当然，当通过压力传感器检测到锅体6烹饪物减少时，此时微控制器将检测到谐振频率的变小△f，同时也将检测到电磁汤炉的输出功率变化，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.当电磁汤炉的重量持续减小并减小到初始重量p0时，此时对应为锅体6烹饪物减少至无烹饪物，为了防止发生干烧，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n个连续检测周期内(比如n为5～15的自然数)持续出现压力传感器的检测值＝初始检测值p0时才认为是继续加热可能会发生干烧，此时才关闭输入电源使电磁汤炉停止工作。

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。