用于电磁炉的模拟控制系统和电磁炉的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及电路领域，更具体地涉及一种用于电磁炉的模拟控制系统和电磁炉。
【背景技术】
[0002] 电磁炉又名电磁灶，是现代厨房革命的产物，它无需明火或传导式加热即让热直 接在锅底产生，因此热效率得到了极大地提高。电磁炉主要包括以下两个部分:用于产生高 频交变磁场的电子线路系统；以及用于固定电子线路系统并承载锅具的结构性外壳。
[0003] 图1是示出电磁炉的工作原理的示意图。如图1所示，电磁炉是采用磁场感应涡流 原理，利用高频电流通过环形线圈产生的无数封闭磁场使锅体本身自行快速发热来实现对 锅内食物的加热的。具体地，当环形线圈中通过高频电流时，环形线圈周围产生高频交变磁 场；当高频交变磁场的磁力线通过导磁材料的底部(例如，铁质锅的锅底)时，锅底在高频交 变磁场的作用下会产生无数小涡流，使得锅底迅速释放出大量热量从而达到加热锅内食物 的目的。
[0004] 图2是示出电磁炉中用于产生高频交变磁场的电子线路系统的示意图。如图2所 示，电子线路系统200包括整流桥202、LC滤波器204、电磁线圈（即，上面提到的环形线圈） 206、谐振电容208、以及开关器件210(例如，绝缘栅双极型晶体管（IGBT))。其中，整流桥202 和LC滤波器204对交流输入电压V ac进行全波整流和LC滤波，以形成整流后的输入电压Vin; 开关器件210不断地接通和断开，其中当开关器件210接通时整流后的输入电压V in被施加在 电磁线圈206两端，流过电磁线圈206的正向电流增加，当开关器件210断开时电磁线圈206 与谐振电容208形成高频谐振，电磁线圈206上的电压反向，流经电磁线圈206的电流减小； 流过电磁线圈206的变化电流形成高频交变磁场，高频交变磁场产生的交变磁力线穿过锅 底，使得锅底发热。
[0005] 目前，电磁炉大都采用图2所示的电子线路系统，并利用以微控制器单元(MCU)为 核心的数字控制电路来实现对图2所示的电子线路系统的功率调节和保护。众所周知，输入 功率是输入电压与输入电流的乘积。图2所示的电子线路系统200的交流输入电压（即，V ac) 是电网电压，基本固定，所以只要控制输入到电子线路系统200的平均电流就可以控制电子 线路系统200的输入功率。输入到电子线路系统200的电流是从电网端流入的电流，当开关 器件210接通时有电流流入电子线路系统200,当开关器件210断开时无电流流入电子线路 系统200。所以，只要控制开关器件210的接通和断开就可以控制输入到电子线路系统200的 电流，从而控制其输入功率。
[0006] 在以全数字方式对图2所示的电子线路系统进行功率调节和保护时，通过对交流 输入电压和流过开关器件210的平均电流进行采样来对交流输入电压和流过开关器件210 的平均电流进行模拟/数字(A/D)转换，从而形成数字电压信号和数字电流信号，MCU通过将 数字电压信号与数字电流信号相乘进行功率计算并将计算结果与设定功率相比较来调节 开关器件210的接通时间（Ton)。因为数字控制运算需要时间，所以对于瞬间电流与瞬间电 压的控制往往滞后。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了一种用于电磁炉的模拟控制系统和电磁炉。
[0008] 根据本发明实施例的用于电磁炉的模拟控制系统，其中电磁炉包括开关器件和电 磁线圈，开关器件通过不断地接通与断开来使电磁线圈产生高频交变磁场，该模拟控制系 统包括:开关控制组件，被配置为对电磁炉的输入取样电压与阈值电压进行比较，并根据输 入取样电压与阈值电压之间的比较结果来控制开关器件的接通与断开，其中，输入取样电 压是通过对电磁炉的交流输入电压进行整流分压后取样生成的。
[0009] 根据本发明实施例的电磁炉，包括:开关器件；电磁线圈；以及以上所述的模拟控 制系统。
【附图说明】
[0010] 从下面结合附图对本发明的【具体实施方式】的描述中可以更好地理解本发明，其 中：
[0011] 图1是示出电磁炉的工作原理的示意图；
[0012] 图2是示出电磁炉中用于产生高频交变磁场的电子线路系统的示意图；
[0013] 图3示出了图2所示的开关器件210的驱动信号、发生雷击时整流后的输入电压 Vin、以及发生雷击时开关器件210上的电压和电流的波形图；
[0014] 图4是示出根据本发明实施例的电磁炉的电子线路系统的电路图；
[0015] 图5a是示出图4中所示的生成第一控制信号的电路部分的另一实施例的电路图；
[0016] 图5b示出了开关器件210的驱动信号、用于控制图5a中的开关Sl的接通与断开的 Sl信号、输入取样电压Vac_in、雷击保护阈值Vth_H和Vth_L的波形图；
[0017] 图6a是示出图4中所示的生成第一控制信号的电路部分的又一实施例的电路图；
[0018] 图6b示出了开关器件210的驱动电压、S2信号、S3信号的波形图。
【具体实施方式】
[0019] 下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述 中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说 很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施 例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限 于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、 部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技 术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
[0020] 图3示出了图2所示的开关器件210的驱动信号、发生雷击时整流后的输入电压Vin、 以及发生雷击时开关器件210上的电压和电流的波形图。如图3所示，在电磁炉处于工作状 态时发生雷击的情况下，整流后的输入电压V in冲高，使得加在电磁线圈206两端的电压升 高，电磁线圈206产生的电感电流的斜率增大;然而，由于数字控制运算的滞后，开关器件 210的接通时间Ton不会有任何变化；因为电磁线圈206产生的电感电流的斜率增大，所以在 开关器件210的接通时间Ton结束时，流过开关器件210的峰值电流1沐会比上一周期大很多； 根据
，开关器件210上的电SVigbt将会增大;如果开关器件210上的电SV igbt超 过其耐压，开关器件210将会炸毁。即使MCU通过外加输入电压侦测电路检测到整流后的输 入电压Vin冲高，但MCU经过运算，最快保护开关器件210的运算时间是1.3us，使开关器件210 断开已经是1.3us后的事情了，所以利用MCU来对开关器件210进行过流保护是一个瓶颈。
[0021] 考虑到上述情况，本发明提供了一种通过模拟控制来实现电磁炉的实时雷击保护 的方法。图4是示出根据本发明实施例的电磁炉的电子线路系统的电路图。
[0022] 如图4所示，根据本发明实施例的电磁炉的电子线路系统除了包括图2所示的电子 线路系统200以外，还包括用于以模拟控制方式实现电磁炉的实时雷击保护的模拟控制系 统 400。
[0023]在图4所示的模拟控制系统400中，比较器Comp 1将输入取样电压Vac_in与阈值电 压Vth进行比较，以生成表征是否发生了雷击事件的第一控制信号，其中输入取样电压Vac_ in是通过对交流输入电压Vac进行整流分压后取样生成的；跨导放大器gm对电流采样电压 Vcs与参考电压Vref做差积分，以生成表征电子线路系统200的输入功率的功率表征信号 comp，其中电流采样电压Vcs是通过对流过电子线路系统200中的开关器件210的电流进行采 样生成的，参考电压V ref用于表征电子线路系统200的额定输入功率；比较器Comp 2将功率 表征信号comp与表征流过电子线路系统200中的开关器件210的电流的变化速率的速率表 征信号ramp进行比较，以生成第二控制信号，其中速率表征信号ramp是在电子线路系统200 中的开关器件210接通期间生成的；逻辑或器件对第一控制信号与第二控制信号进行逻辑 或运算，以生成第一驱动信号；比较器Comp 3将表征Vigbt变化斜率的电压与阈值电压Vth进 行比较，以生成第二驱动信号，其中表征Vicbt变化斜率的电压是利用电子线路系统200中的 开关器件210上的电压V icbt生成的；触发器利用第一驱动信号或者第二驱动信号来驱动电 子线路系统200中的开关器件210接通或者断开。