一种稳定的电磁加热控制系统的制作方法
专利名称:一种稳定的电磁加热控制系统的制作方法
【专利摘要】本方案提出一种稳定的电磁加热控制系统，包括控制器、滤波模块、整流模块、功率元件及与功率元件连接的驱动模块，其特征在于：所述电磁加热控制系统还包括以使输入到驱动模块的电压稳定的电压控制模块。所述电压控制模块包括PFC单元，所述PFC单元输入端连接整流模块，所述PFC单元输出端连接驱动模块输入端，以将整流模块输出的电压稳定后输入到驱动模块。设置FPFC模块使得输入到驱动模块的电压得到稳定，为后续驱动模块的电路稳定性得以提升，同时有效提升整个系统的功率因数，进而提升整个系统的稳定性。
【专利说明】一种稳定的电磁加热控制系统 【技术领域】
[0001 ]本发明涉及电磁加热技术领域，具体涉及一种稳定的电磁加热控制系统。 【【背景技术】】
[0002] 随着电磁感应加热技术的迅速发展，基于电磁感应加热原理的厨房电器比如基于 电磁加热技术电磁灶、基于IH加热技术电饭煲等越来越多，现有技术中电磁加热控制系统 通常包括交流电源、滤波模块、整流滤波及IBGT，现有技术中当交流电源经整流和滤波后， 将平直的电压直接施加于各类负载或驱动电路上时，虽然输入电压的波形是正弦波，但是 输入电流的波形是窄脉冲，因而使电路中的电流含有大量谐波分量，并使整个电路的功率 因数大为降低。
[0003] 同时，由于电流波形与电压波形的相位滞后性，再加之系统扰动使得系统中的功 率因数通常仅能达到〇. 5~0.7左右，实际有效功率占总耗电量比重低，尤其是在负载发生 变化时，电能被有效利用的程度更是相对较低。因此对电磁加热系统的改进提升电能有效 利用率，对节约电能提升加热效率及系统稳定性有重要意义。 【【实用新型内容】】
[0004] 本实用新型方案提出稳定的电磁加热控制系统，旨在一定程度上改善上述问题， 提升电路系统稳定性及加热效率。
[0005] 为达到以上技术效果，本实用新型采用如下技术方案：
[0006] -种稳定的电磁加热控制系统，包括控制器、滤波模块、整流模块、功率元件及与 功率元件连接的驱动模块，所述电磁加热控制系统还包括以使输入到驱动模块的电压稳定 的电压控制模块。
[0007] 进一步的方案，所述电压控制模块包括升压单元，所述升压单元输入端连接整流 模块，所述升压单元输出端连接驱动模块输入端，以将输入到驱动模块的电压进行升压控 制。
[0008]进一步的方案，所述电压控制模块包括PFC单元，所述PFC单元输入端连接整流模 块，所述PFC单元输出端连接驱动模块输入端，以将整流模块输出的电压稳定后输入到驱动 模块。
[0009] 进一步的方案，所述PFC单元为升压PFC单元，所述升压PFC单元输入电压为220~ 350V，输出电压为310V~450V。
[0010] 进一步的方案，所述电磁加热控制系统还包括用于切换电压控制模块通断的开关 模块，切换开关模块通断状态以将电压控制模块接入或退出所述电磁加热控制系统。
[0011] 进一步的方案，所述驱动模块包括谐振单元、变频单元及切换单元，切换所述切换 单元以改变变频单元与谐振单元组合关系。
[0012] 进一步的方案，所述切换单元包括与变频单元串联或并联连接的可控电子开关器 件，切换可控电子开关器件通断状态以改变变频单元与谐振单元组合关系，进而改变电磁 加热控制系统的谐振频率。
[0013] 进一步的方案，所述可控电子开关器件为继电器或交流接触器或半导体开关。
[0014] 进一步的方案，所述功率元件为IGBT，所述驱动模块还包括与IGBT连接的驱动电 路。
[0015] 进一步的方案，所述驱动电路为与IGBT连接的单管驱动电路；或所述驱动电路为 与IGBT连接的半桥驱动电路;或所述驱动电路为与IGBT连接的全桥驱动电路。
[0016] 本实用新型方案的有益效果：
[0017] 1、一种稳定的电磁加热控制系统，包括控制器、滤波模块、整流模块、功率元件及 与功率元件连接的驱动模块，所述电磁加热控制系统还包括以使输入到驱动模块的电压稳 定的电压控制模块，设置电压控制模块使得输入到驱动模块的电压得到稳定，为后续驱动 模块的电路稳定性得以提升，进而提升整个系统的稳定性，当然电压控制模块本方案中可 以为电压控制、电压转化、电压处理、电压校正、电压跟踪等。
[0018] 2、进一步的方案，所述电压控制模块包括升压单元，所述升压单元输入端连接整 流模块，所述升压单元输出端连接驱动模块输入端，以将输入到驱动模块的电压进行升压 控制。升压控制相同功率情况下，可以有效降低系统电流，对元器件及电路都起到良好的保 护作用。
[0019] 3、所述电压控制模块包括PFC单元，所述PFC单元输入端连接整流模块，所述PFC单 元输出端连接驱动模块输入端，以将整流模块输出的电压稳定后输入到驱动模块。进一步 的方案，所述PFC单元为升压PFC单元，所述升压PFC单元输入电压为220~350V，输出电压为 310V~450V。通过升压与功率校正结合在一起，实现功率因数的提升，提升加热效率同时增 项系统稳定性。加入升压PFC模块可以实现功率因数的校正使电网输入电流波形完全跟踪 电网输入电压波形，使得输入电流波形为正弦波且和电压波形同相位。在理想情况下，可将 整流器的负载等效为一个纯电阻，此时的PF值为1。
[0020] 4、所述驱动模块包括谐振单元、变频单元及切换单元，切换所述切换单元以改变 变频单元与谐振单元组合关系。所述切换单元包括与变频单元串联或并联连接的可控电子 开关器件，切换可控电子开关器件通断状态以改变变频单元与谐振单元组合关系，进而改 变电磁加热控制系统的谐振频率。所述可控电子开关器件为继电器或交流接触器或半导体 开关。设置变频模块可以改变系统的谐振频率适应不同场合的应用，同时体现了对此种情 况下电压控制模块对于提升系统性能的必要性。 【【附图说明】
】
[0021] 下面结合附图和实施例对本方案做进一步详细的说明。
[0022 ]图1为现有技术电磁感应加热的半桥控制系统；
[0023 ]图2为现有技术电磁感应加热的全桥控制系统；
[0024] 图3为本实用新型一种适应不同材质锅具加热的电磁加热半桥控制系统；
[0025] 图4为本实用新型一种适应不同材质锅具加热的电磁加热半桥控制系统；
[0026] 图5为本实用新型具体实施例一谐振单元与切换单元电路示意图；
[0027] 图6为本实用新型具体实施例二谐振单元与切换单元电路示意图；
[0028] 图7为本实用新型具体实施例三谐振单元与切换单元电路示意图；
[0029] 图8为本实用新型具体实施例四谐振单元与切换单元电路示意图；
[0030] 图9为本实用新型具体实施例五驱动模块与功率元件连接关系示意图；
[0031] 图10为本实用新型方案利用铝锅加热测试曲线波形图。 【【具体实施方式】】
[0032] 为使本实用新型技术方案实施例目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图 对本实用新型实施例的技术方案进行清楚地解释和说明，但下述实施例仅为本实用新型的 优选实施例，而不是全部实施例。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创 造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
[0033] 参照下面的描述和附图，将清楚本实用新型的实施例的这些和其他方面。在这些 描述和附图中，具体公开了本实用新型的实施例中的一些特定实施方式来表示实施本实用 新型的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的实施例的范围不受此限制。 相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、 修改和等同物。
[0034]为使本方案的实施例目的、技术方案和优点更加清楚下面结合附图1及附图2对背 景技术提到的现有技术方案做进一步阐述交代。
[0035] 如图1为现有技术电磁感应加热的半桥控制系统及图2为现有技术电磁感应加热 的全桥控制系统图中包括交流电源1、滤波模块2及整流模块3、功率元件4及驱动功率元件 工作的驱动模块5构成电路系统，现有技术中整流模块3输出的电压直接输入到驱动模块5， 由此导致了现有技术中电磁加热控制系统将平直的电压直接施加于负载上或驱动电路上 时，虽然输入电压的波形是正弦波，但是输入电流的波形是窄脉冲，因而使线路电流含有大 量谐波分量，并使变换器的功率因数大为降低。
[0036] 同时，现有的电磁加热系统多为特定的谐振频率为定值或(相对范围内的定范围 值)现有技术通常谐振频率范围为50KHz以下，此频率范围为铁质或不锈钢锅具谐振匹配范 围，无法实现多频段的切换与拓展，所以现有技术下只能对铁质或不锈钢锅具进行加热。如 果对后续谐振频率进行拓展对电磁加热系统进行改进，势必对系统的稳定性造成影响，因 此有必要对系统的电压进行稳定有效的控制。
[0037] 如图3及图4所示，结合上述现有技术分析，本方案提出一种稳定性好的的电磁加 热控制系统，可以应用于电磁炉、IH加热电饭煲等厨房家电，所述的电磁加热控制系统包括 交流电源1，电源通常为市电220V交流，当然为适应不同地区或国家标准电源电压也可以为 其它值，所述的电磁加热控制系统还包括控制器（图中未标出）、滤波模块2、整流模块3、功 率元件4、驱动模块5及电压控制模块，本实施例中功率元件4为IGBT，当然也可以为智能功 率模块等其它功率器件，滤波模块2可具有EMC滤波功能等，整流模块3可以为全桥整流也可 以为半桥整流，本实施例中附图3或附图4中所展示为全桥整流方式，本方案所述电磁加热 控制系统还包括使输入到驱动模块的电压稳定的电压控制模块，本实施例中电压控制模块 为升压PFC模块6，所述升压PFC模块6输入端连接整流模块输出端，升压PFC模块6输出端连 接驱动模块输入端。驱动模块5包括谐振单元51、变频单元与切换单元的组合52,顾名思义 变频单元与切换单元的组合52包括变频单元521与切换单元522 (如图5~图8所示），本实施 例中谐振单元为51为LC谐振单元，所述驱动模块5还包括与功率元件4连接的驱动电路53， 本实施例中驱动电路53为全桥驱动电路或半桥驱动电路。功率元件4还可以智能功率模块 等。功率元件4即本实施例中的IGBT可以为一个，此时为常规单管控制系统，也可以为半桥 控制系统（如图3 )，此时IGBT的个数为两个，当然相应的驱动电路53也为两个。当然，也可以 为全桥控制系统(如图4 )，此时IGBT为四个，对应的驱动电路53也为四个。所述驱动模块5包 括谐振单元51，本实施例中谐振单元51为LC谐振单元包括电感L通常情况下为电磁线圈，还 包括谐振电容，通常情况下LC谐振单元的谐振电感与谐振电容串联，本方案中驱动模块还 包括变频单元及切换单元组合52,顾名思义变频单元及切换单元组合52包括变频单元521 及切换单元522的组合，所述切换单元522切换变频单元521与LC谐振单元组合关系以改变 驱动模块5的谐振频率适应不同材质锅具进行加热。比如，如图5当切换单元S522闭合时，此 时变频单元521 (此时为单独电容)未接入工作电路，此时的驱动模块包括LC谐振单元，此时 可以实现对铁质或不锈钢锅具的加热，当切换单元S522断开时，此时变频单元521接入工作 电路，此时的驱动模块包括LC谐振单元与变频单元521，变频单元521的接入，增加了系统的 谐振频率，此时可以达到铝锅锅具或其它材质锅具的谐振范围，实现对铝锅材质的加热或 其他需要高频谐振的材质锅具加热，当然也可以通过降低谐振频率实现需要低频谐振的材 质锅具加热。由电磁加热系统的谐振频率公式频率为：
可知，降低谐振电容或谐 振电感或两者都降低，则升高系统的谐振频率，反之增加谐振电容或谐振电感或两者都增 加则升高系统的谐振频率。通常情况下，由物理学基本定律常识可知，并联方式量值降低， 串联方式量值则增加。本实施例中所述变频单元可以包括一个谐振电容或多个谐振电容组 合电路，多个谐振电容连接方式可以为串联、并联及串并联组合。此时电视加热控制系统中 由于谐振频率的切换变化以及负载的变化会系统的不稳定性，因此对于系统中驱动模块5 的输入电压进行有效控制就有必要意义了，这也是本方案发明点给予解决的实际问题之 〇
[0038] 当然为配合上述变频实现不同材质锅具加热的系统完整性，所述电磁加热控制系 统还包括锅具类型检测模块(图中未标出），所述锅具类型检测模块检测锅具的材质类型并 将对应的信号传输控制器，控制器获取信号后通过控制所述切换单元522的通断状态，进而 改变变频单元521与LC谐振单元的组合关系，实现与锅具所要求的谐振参数相匹配的谐振 频率，以启动相应的谐振频率对锅具进行加热。
[0039] 所述切换单元522包括与变频单元521串联或并联连接的可控电子开关器件，所述 可控电子开关器件为继电器或交流接触器或半导体开关。切换可控电子开关器件通断状态 以改变变频单元522与LC谐振单元组合关系，进而改变系统的谐振频率。本实施例中可控电 子开关器件为继电器，通过控制器对继电器的控制可以实现继电器的通断控制，进而改变 变频单元521与LC谐振单元组合关系，进而改变系统的谐振频率。
[0040] 为解决本方案的主要技术点，增强系统的整体性能，本方案所述主要提出电磁加 热控制系统中包括的使输入到驱动模块5的电压稳定的电压控制模块，本实施例中电压控 制模块为升压PFC模块6，所述升压PFC模块6输入端连接整流模块3输出端，升压PFC模块6输 出端连接驱动模块5输入端。比如，高频频率提升电压，低频频率加热相对降低电压，使用 PFC电路有以下效果或好处：
[0041 ]其一:传统的从220V交流电网通过非控整流获取直流电压的方法使得输入电流波 形发生严重畸变，含有大量的谐波成分。不仅辐射干扰严重，而且电路的功率因数通常仅能 达到0.5~0.7左右;加入升压PFC模块6可以实现功率因数的校正使电网输入电流波形完全 跟踪电网输入电压波形，使得输入电流波形为正弦波且和电压波形同相位。在理想情况下， 可将整流器的负载等效为一个纯电阻，此时的PF值为1。
[0042]其二:升压PFC模块6还可以具有提升驱动模块电压并使其稳定的作用，将整流模 块3输出的电压220V~350V之间，可以通过PFC升压技术为驱动模块提供310Vdc~450Vdc的 稳定电源，此时PFC模块为驱动模块5稳定电压输入，提升加热系统的有效功率占总能耗的 占比，提升加热效率及电能利用率，同时可以有效的降低系统的电流值，这样系统更加安全 可靠。
[0043] 所述电磁加热控制系统还包括用于切换电压控制模块6通断的开关模块（图中未 标出），切换开关模块通断状态以将电压控制模块6接入或退出所述电磁加热控制系统。比 如在常规条件好的情况下(系统稳定好及负载无波动情况下，可以将电压控制模块6退出系 统，这样有利于节能，当然大多数情况下为稳定性能提升系统效率切换开关模块通断状态 以将电压控制模块6接入所述电磁加热控制系统）。
[0044] 具体的控制系统的工作流程为，当然此流程不分先后顺序，当系统上电后，电源经 过变压器对电源进行变压处理，可能还要经过EMC滤波模块，滤波可以为模块或单独的滤波 元器件，后经过整流桥堆的整流对电源信号进行整流处理后进入升压PFC模块6，升压PFC模 块6-方面实现电路的功率因数的校正，同时使得输入驱动模块的电压保持稳定，同时具有 升压稳压作用，使得后续电压稳定在适合电路的较高值，如此，在整个系统功率一定的情况 下，由P=IU可知，电压升高后，系统电路的电流会降低，电流降低提升电路的整体稳定性， 也进一步保护了元器件。在此之前锅具类型检测模块对锅具的材质进行了检测反馈到控制 器，控制器根据锅具类型可以启动与锅具相匹配的谐振频率，然后驱动相应的逆变电路，开 通^价实现对锅具的加热。本系统中适应铁锅(不锈钢锅具）感应加热的谐振频率范围为 15KHz~50KHz之间，最优频率范围为20KHz~30KHz之间；适应铝锅感应加热的谐振频率范 围为50KHz~100ΚΗz之间，最优频率范围为50KHz~80KHz。该谐振频率可以根据线盘的电感 量(根据感应面积、能效、功率参数)进行设计与调试。
[0045] 如图10,为利用本实施例实验测试图，所用锅具为铝锅锅具，采用全桥控制系统， 加热1000W利用示波器测试捕获波形。（其中表笔1(波形1)为ARM的IGBT驱动引脚波形，表笔 2(波形2)为下桥臂b、e两端波形，表笔3(波形3)其中一个谐振电容两端的谐振电压，表笔4 (波形4)为线盘电流波形)从图中明显可以看到表笔3谐振电容两端的谐振电压及表笔4线 盘电流的弦形函数，图中可以看出线盘电流幅值为38A，由此该方案系统可实现了对铝锅锅 具进行加热，同时由于升压PFC模块6的加入整个波形及系统的稳定性有效提升。
[0046] 具体实施例二：
[0047]如图6所示，本实施例中，采用改变电感量实现谐振频率的控制，由以谐振频率的 决定公式可知改变谐振电感也可以实现谐振频率的改变，所以本方案采用单独改变电感方 式去实现系统频率的改变，所述变频单元可以包括一个谐振电感或多个谐振电感组合电 路，多个谐振电感连接方式可以为串联、并联及串并联组合。
[0048] 具体实施三：
[0049]如图7所示，本实施例中，采用改变谐振电容与电感量共同实现谐振频率的控制， 此时谐振电感与谐振电容采用串联后与可控电子开关器件S并联，所述变频单元也可以包 括一个谐振电容与一个谐振电感的组合电路，也可以为多个谐振电容与多个谐振电感的组 合电路，连接方式可以为并联。
[0050] 具体实施例四：
[0051] 如图8所示，本实施例与具体实施例三的不同在于谐振电感与谐振电容采用串联 后与可控电子开关器件S并联，所述变频单元也可以包括一个谐振电容与一个谐振电感的 组合电路，也可以为多个谐振电容与多个谐振电感的串联组合电路。
[0052] 具体实施五：
[0053 ]当然，如图9所示，谐振电感与谐振电容的组合连接方式有很多比如电感与电容并 联后再与另外的单独一个电容或电感串联，或者两个电感与电容并联后再相互串联，再有， 本实施方案多写到可控电子开关器件S与变频单元并联的情况，当然也可以为满足设计的 串联连接，在此不再赘述。
[0054]本方案提出一种稳定的电磁加热控制系统，包括控制器、滤波模块、整流模块、功 率元件及与功率元件连接的驱动模块，所述电磁加热控制系统还包括以使输入到驱动模块 的电压稳定的电压控制模块，设置电压控制模块使得输入到驱动模块的电压得到稳定，为 后续驱动模块的电路稳定性得以提升，进而提升整个系统的稳定性。进一步的方案，所述电 压控制模块包括升压单元，所述升压单元输入端连接整流模块，所述升压单元输出端连接 驱动模块输入端，以将输入到驱动模块的电压进行升压控制。升压控制相同功率情况下，可 以有效降低系统电流，对元器件及电路都起到良好的保护作用。所述电压控制模块包括PFC 单元，所述PFC单元输入端连接整流模块，所述PFC单元输出端连接驱动模块输入端，以将整 流模块输出的电压稳定后输入到驱动模块。进一步的方案，所述PFC单元为升压PFC单元，所 述升压PFC单元输入电压为220~350V，输出电压为310V~450V。通过升压与功率校正结合 在一起，实现功率因数的提升，提升加热效率同时增项系统稳定性。所述驱动模块包括谐振 单元、变频单元及切换单元，切换所述切换单元以改变变频单元与谐振单元组合关系。所述 切换单元包括与变频单元串联或并联连接的可控电子开关器件，切换可控电子开关器件通 断状态以改变变频单元与谐振单元组合关系，进而改变电磁加热控制系统的谐振频率。所 述可控电子开关器件为继电器或交流接触器或半导体开关。设置变频模块可以改变系统的 谐振频率适应不同场合的应用，同时体现了压控模块对此种情况下的必要性。
【主权项】
1. 一种稳定的电磁加热控制系统，包括控制器、滤波模块、整流模块、功率元件及与功 率元件连接的驱动模块，其特征在于:所述电磁加热控制系统还包括以使输入到驱动模块 的电压稳定的电压控制模块。2. 如权利要求1所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述电压控制模块包括升压单 元，所述升压单元输入端连接整流模块，所述升压单元输出端连接驱动模块输入端，以将输 入到驱动模块的电压进行升压控制。3. 如权利要求1所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述电压控制模块包括PFC单 元，所述PFC单元输入端连接整流模块，所述PFC单元输出端连接驱动模块输入端，以将整流 模块输出的电压稳定后输入到驱动模块。4. 如权利要求3所述的电磁加热控制系统，其特征在于：所述PFC单元为升压PFC单元， 所述升压PFC单元输入电压为220~350V，输出电压为310V~450V。5. 如权利要求1~4之一所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述电磁加热控制系 统还包括用于切换电压控制模块通断的开关模块，切换开关模块通断状态以将电压控制模 块接入或退出所述电磁加热控制系统。6. 如权利要求1~4之一所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述驱动模块包括谐 振单元、变频单元及切换单元，切换所述切换单元以改变变频单元与谐振单元组合关系。7. 如权利要求6所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述切换单元包括与变频单元 串联或并联连接的可控电子开关器件，切换可控电子开关器件通断状态以改变变频单元与 谐振单元组合关系，进而改变电磁加热控制系统的谐振频率。8. 如权利要求7所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述可控电子开关器件为继电 器或交流接触器或半导体开关。9. 如权利要求1~4之一所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述功率元件为IGBT， 所述驱动模块还包括与IGBT连接的驱动电路。10. 如权利要求9所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述驱动电路为与IGBT连接 的单管驱动电路；或所述驱动电路为与IGBT连接的半桥驱动电路；或所述驱动电路为与 IGBT连接的全桥驱动电路。
【文档编号】H05B6/06GK205726494SQ201620395209
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】朱泽春, 胡文飞, 唐久奎, 张伟
【申请人】九阳股份有限公司
【专利摘要】本方案提出一种稳定的电磁加热控制系统，包括控制器、滤波模块、整流模块、功率元件及与功率元件连接的驱动模块，其特征在于：所述电磁加热控制系统还包括以使输入到驱动模块的电压稳定的电压控制模块。所述电压控制模块包括PFC单元，所述PFC单元输入端连接整流模块，所述PFC单元输出端连接驱动模块输入端，以将整流模块输出的电压稳定后输入到驱动模块。设置FPFC模块使得输入到驱动模块的电压得到稳定，为后续驱动模块的电路稳定性得以提升，同时有效提升整个系统的功率因数，进而提升整个系统的稳定性。
【专利说明】一种稳定的电磁加热控制系统 【技术领域】
[0001 ]本发明涉及电磁加热技术领域，具体涉及一种稳定的电磁加热控制系统。 【【背景技术】】
[0002] 随着电磁感应加热技术的迅速发展，基于电磁感应加热原理的厨房电器比如基于 电磁加热技术电磁灶、基于IH加热技术电饭煲等越来越多，现有技术中电磁加热控制系统 通常包括交流电源、滤波模块、整流滤波及IBGT，现有技术中当交流电源经整流和滤波后， 将平直的电压直接施加于各类负载或驱动电路上时，虽然输入电压的波形是正弦波，但是 输入电流的波形是窄脉冲，因而使电路中的电流含有大量谐波分量，并使整个电路的功率 因数大为降低。
[0003] 同时，由于电流波形与电压波形的相位滞后性，再加之系统扰动使得系统中的功 率因数通常仅能达到〇. 5~0.7左右，实际有效功率占总耗电量比重低，尤其是在负载发生 变化时，电能被有效利用的程度更是相对较低。因此对电磁加热系统的改进提升电能有效 利用率，对节约电能提升加热效率及系统稳定性有重要意义。 【【实用新型内容】】
[0004] 本实用新型方案提出稳定的电磁加热控制系统，旨在一定程度上改善上述问题， 提升电路系统稳定性及加热效率。
[0005] 为达到以上技术效果，本实用新型采用如下技术方案：
[0006] -种稳定的电磁加热控制系统，包括控制器、滤波模块、整流模块、功率元件及与 功率元件连接的驱动模块，所述电磁加热控制系统还包括以使输入到驱动模块的电压稳定 的电压控制模块。
[0007] 进一步的方案，所述电压控制模块包括升压单元，所述升压单元输入端连接整流 模块，所述升压单元输出端连接驱动模块输入端，以将输入到驱动模块的电压进行升压控 制。
[0008]进一步的方案，所述电压控制模块包括PFC单元，所述PFC单元输入端连接整流模 块，所述PFC单元输出端连接驱动模块输入端，以将整流模块输出的电压稳定后输入到驱动 模块。
[0009] 进一步的方案，所述PFC单元为升压PFC单元，所述升压PFC单元输入电压为220~ 350V，输出电压为310V~450V。
[0010] 进一步的方案，所述电磁加热控制系统还包括用于切换电压控制模块通断的开关 模块，切换开关模块通断状态以将电压控制模块接入或退出所述电磁加热控制系统。
[0011] 进一步的方案，所述驱动模块包括谐振单元、变频单元及切换单元，切换所述切换 单元以改变变频单元与谐振单元组合关系。
[0012] 进一步的方案，所述切换单元包括与变频单元串联或并联连接的可控电子开关器 件，切换可控电子开关器件通断状态以改变变频单元与谐振单元组合关系，进而改变电磁 加热控制系统的谐振频率。
[0013] 进一步的方案，所述可控电子开关器件为继电器或交流接触器或半导体开关。
[0014] 进一步的方案，所述功率元件为IGBT，所述驱动模块还包括与IGBT连接的驱动电 路。
[0015] 进一步的方案，所述驱动电路为与IGBT连接的单管驱动电路；或所述驱动电路为 与IGBT连接的半桥驱动电路;或所述驱动电路为与IGBT连接的全桥驱动电路。
[0016] 本实用新型方案的有益效果：
[0017] 1、一种稳定的电磁加热控制系统，包括控制器、滤波模块、整流模块、功率元件及 与功率元件连接的驱动模块，所述电磁加热控制系统还包括以使输入到驱动模块的电压稳 定的电压控制模块，设置电压控制模块使得输入到驱动模块的电压得到稳定，为后续驱动 模块的电路稳定性得以提升，进而提升整个系统的稳定性，当然电压控制模块本方案中可 以为电压控制、电压转化、电压处理、电压校正、电压跟踪等。
[0018] 2、进一步的方案，所述电压控制模块包括升压单元，所述升压单元输入端连接整 流模块，所述升压单元输出端连接驱动模块输入端，以将输入到驱动模块的电压进行升压 控制。升压控制相同功率情况下，可以有效降低系统电流，对元器件及电路都起到良好的保 护作用。
[0019] 3、所述电压控制模块包括PFC单元，所述PFC单元输入端连接整流模块，所述PFC单 元输出端连接驱动模块输入端，以将整流模块输出的电压稳定后输入到驱动模块。进一步 的方案，所述PFC单元为升压PFC单元，所述升压PFC单元输入电压为220~350V，输出电压为 310V~450V。通过升压与功率校正结合在一起，实现功率因数的提升，提升加热效率同时增 项系统稳定性。加入升压PFC模块可以实现功率因数的校正使电网输入电流波形完全跟踪 电网输入电压波形，使得输入电流波形为正弦波且和电压波形同相位。在理想情况下，可将 整流器的负载等效为一个纯电阻，此时的PF值为1。
[0020] 4、所述驱动模块包括谐振单元、变频单元及切换单元，切换所述切换单元以改变 变频单元与谐振单元组合关系。所述切换单元包括与变频单元串联或并联连接的可控电子 开关器件，切换可控电子开关器件通断状态以改变变频单元与谐振单元组合关系，进而改 变电磁加热控制系统的谐振频率。所述可控电子开关器件为继电器或交流接触器或半导体 开关。设置变频模块可以改变系统的谐振频率适应不同场合的应用，同时体现了对此种情 况下电压控制模块对于提升系统性能的必要性。 【【附图说明】
】[0021] 下面结合附图和实施例对本方案做进一步详细的说明。
[0022 ]图1为现有技术电磁感应加热的半桥控制系统；
[0023 ]图2为现有技术电磁感应加热的全桥控制系统；
[0024] 图3为本实用新型一种适应不同材质锅具加热的电磁加热半桥控制系统；
[0025] 图4为本实用新型一种适应不同材质锅具加热的电磁加热半桥控制系统；
[0026] 图5为本实用新型具体实施例一谐振单元与切换单元电路示意图；
[0027] 图6为本实用新型具体实施例二谐振单元与切换单元电路示意图；
[0028] 图7为本实用新型具体实施例三谐振单元与切换单元电路示意图；
[0029] 图8为本实用新型具体实施例四谐振单元与切换单元电路示意图；
[0030] 图9为本实用新型具体实施例五驱动模块与功率元件连接关系示意图；
[0031] 图10为本实用新型方案利用铝锅加热测试曲线波形图。 【【具体实施方式】】
[0032] 为使本实用新型技术方案实施例目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图 对本实用新型实施例的技术方案进行清楚地解释和说明，但下述实施例仅为本实用新型的 优选实施例，而不是全部实施例。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创 造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
[0033] 参照下面的描述和附图，将清楚本实用新型的实施例的这些和其他方面。在这些 描述和附图中，具体公开了本实用新型的实施例中的一些特定实施方式来表示实施本实用 新型的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的实施例的范围不受此限制。 相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、 修改和等同物。
[0034]为使本方案的实施例目的、技术方案和优点更加清楚下面结合附图1及附图2对背 景技术提到的现有技术方案做进一步阐述交代。
[0035] 如图1为现有技术电磁感应加热的半桥控制系统及图2为现有技术电磁感应加热 的全桥控制系统图中包括交流电源1、滤波模块2及整流模块3、功率元件4及驱动功率元件 工作的驱动模块5构成电路系统，现有技术中整流模块3输出的电压直接输入到驱动模块5， 由此导致了现有技术中电磁加热控制系统将平直的电压直接施加于负载上或驱动电路上 时，虽然输入电压的波形是正弦波，但是输入电流的波形是窄脉冲，因而使线路电流含有大 量谐波分量，并使变换器的功率因数大为降低。
[0036] 同时，现有的电磁加热系统多为特定的谐振频率为定值或(相对范围内的定范围 值)现有技术通常谐振频率范围为50KHz以下，此频率范围为铁质或不锈钢锅具谐振匹配范 围，无法实现多频段的切换与拓展，所以现有技术下只能对铁质或不锈钢锅具进行加热。如 果对后续谐振频率进行拓展对电磁加热系统进行改进，势必对系统的稳定性造成影响，因 此有必要对系统的电压进行稳定有效的控制。
[0037] 如图3及图4所示，结合上述现有技术分析，本方案提出一种稳定性好的的电磁加 热控制系统，可以应用于电磁炉、IH加热电饭煲等厨房家电，所述的电磁加热控制系统包括 交流电源1，电源通常为市电220V交流，当然为适应不同地区或国家标准电源电压也可以为 其它值，所述的电磁加热控制系统还包括控制器（图中未标出）、滤波模块2、整流模块3、功 率元件4、驱动模块5及电压控制模块，本实施例中功率元件4为IGBT，当然也可以为智能功 率模块等其它功率器件，滤波模块2可具有EMC滤波功能等，整流模块3可以为全桥整流也可 以为半桥整流，本实施例中附图3或附图4中所展示为全桥整流方式，本方案所述电磁加热 控制系统还包括使输入到驱动模块的电压稳定的电压控制模块，本实施例中电压控制模块 为升压PFC模块6，所述升压PFC模块6输入端连接整流模块输出端，升压PFC模块6输出端连 接驱动模块输入端。驱动模块5包括谐振单元51、变频单元与切换单元的组合52,顾名思义 变频单元与切换单元的组合52包括变频单元521与切换单元522 (如图5~图8所示），本实施 例中谐振单元为51为LC谐振单元，所述驱动模块5还包括与功率元件4连接的驱动电路53， 本实施例中驱动电路53为全桥驱动电路或半桥驱动电路。功率元件4还可以智能功率模块 等。功率元件4即本实施例中的IGBT可以为一个，此时为常规单管控制系统，也可以为半桥 控制系统（如图3 )，此时IGBT的个数为两个，当然相应的驱动电路53也为两个。当然，也可以 为全桥控制系统(如图4 )，此时IGBT为四个，对应的驱动电路53也为四个。所述驱动模块5包 括谐振单元51，本实施例中谐振单元51为LC谐振单元包括电感L通常情况下为电磁线圈，还 包括谐振电容，通常情况下LC谐振单元的谐振电感与谐振电容串联，本方案中驱动模块还 包括变频单元及切换单元组合52,顾名思义变频单元及切换单元组合52包括变频单元521 及切换单元522的组合，所述切换单元522切换变频单元521与LC谐振单元组合关系以改变 驱动模块5的谐振频率适应不同材质锅具进行加热。比如，如图5当切换单元S522闭合时，此 时变频单元521 (此时为单独电容)未接入工作电路，此时的驱动模块包括LC谐振单元，此时 可以实现对铁质或不锈钢锅具的加热，当切换单元S522断开时，此时变频单元521接入工作 电路，此时的驱动模块包括LC谐振单元与变频单元521，变频单元521的接入，增加了系统的 谐振频率，此时可以达到铝锅锅具或其它材质锅具的谐振范围，实现对铝锅材质的加热或 其他需要高频谐振的材质锅具加热，当然也可以通过降低谐振频率实现需要低频谐振的材 质锅具加热。由电磁加热系统的谐振频率公式频率为：
可知，降低谐振电容或谐 振电感或两者都降低，则升高系统的谐振频率，反之增加谐振电容或谐振电感或两者都增 加则升高系统的谐振频率。通常情况下，由物理学基本定律常识可知，并联方式量值降低， 串联方式量值则增加。本实施例中所述变频单元可以包括一个谐振电容或多个谐振电容组 合电路，多个谐振电容连接方式可以为串联、并联及串并联组合。此时电视加热控制系统中 由于谐振频率的切换变化以及负载的变化会系统的不稳定性，因此对于系统中驱动模块5 的输入电压进行有效控制就有必要意义了，这也是本方案发明点给予解决的实际问题之 〇
[0038] 当然为配合上述变频实现不同材质锅具加热的系统完整性，所述电磁加热控制系 统还包括锅具类型检测模块(图中未标出），所述锅具类型检测模块检测锅具的材质类型并 将对应的信号传输控制器，控制器获取信号后通过控制所述切换单元522的通断状态，进而 改变变频单元521与LC谐振单元的组合关系，实现与锅具所要求的谐振参数相匹配的谐振 频率，以启动相应的谐振频率对锅具进行加热。
[0039] 所述切换单元522包括与变频单元521串联或并联连接的可控电子开关器件，所述 可控电子开关器件为继电器或交流接触器或半导体开关。切换可控电子开关器件通断状态 以改变变频单元522与LC谐振单元组合关系，进而改变系统的谐振频率。本实施例中可控电 子开关器件为继电器，通过控制器对继电器的控制可以实现继电器的通断控制，进而改变 变频单元521与LC谐振单元组合关系，进而改变系统的谐振频率。
[0040] 为解决本方案的主要技术点，增强系统的整体性能，本方案所述主要提出电磁加 热控制系统中包括的使输入到驱动模块5的电压稳定的电压控制模块，本实施例中电压控 制模块为升压PFC模块6，所述升压PFC模块6输入端连接整流模块3输出端，升压PFC模块6输 出端连接驱动模块5输入端。比如，高频频率提升电压，低频频率加热相对降低电压，使用 PFC电路有以下效果或好处：
[0041 ]其一:传统的从220V交流电网通过非控整流获取直流电压的方法使得输入电流波 形发生严重畸变，含有大量的谐波成分。不仅辐射干扰严重，而且电路的功率因数通常仅能 达到0.5~0.7左右;加入升压PFC模块6可以实现功率因数的校正使电网输入电流波形完全 跟踪电网输入电压波形，使得输入电流波形为正弦波且和电压波形同相位。在理想情况下， 可将整流器的负载等效为一个纯电阻，此时的PF值为1。
[0042]其二:升压PFC模块6还可以具有提升驱动模块电压并使其稳定的作用，将整流模 块3输出的电压220V~350V之间，可以通过PFC升压技术为驱动模块提供310Vdc~450Vdc的 稳定电源，此时PFC模块为驱动模块5稳定电压输入，提升加热系统的有效功率占总能耗的 占比，提升加热效率及电能利用率，同时可以有效的降低系统的电流值，这样系统更加安全 可靠。
[0043] 所述电磁加热控制系统还包括用于切换电压控制模块6通断的开关模块（图中未 标出），切换开关模块通断状态以将电压控制模块6接入或退出所述电磁加热控制系统。比 如在常规条件好的情况下(系统稳定好及负载无波动情况下，可以将电压控制模块6退出系 统，这样有利于节能，当然大多数情况下为稳定性能提升系统效率切换开关模块通断状态 以将电压控制模块6接入所述电磁加热控制系统）。
[0044] 具体的控制系统的工作流程为，当然此流程不分先后顺序，当系统上电后，电源经 过变压器对电源进行变压处理，可能还要经过EMC滤波模块，滤波可以为模块或单独的滤波 元器件，后经过整流桥堆的整流对电源信号进行整流处理后进入升压PFC模块6，升压PFC模 块6-方面实现电路的功率因数的校正，同时使得输入驱动模块的电压保持稳定，同时具有 升压稳压作用，使得后续电压稳定在适合电路的较高值，如此，在整个系统功率一定的情况 下，由P=IU可知，电压升高后，系统电路的电流会降低，电流降低提升电路的整体稳定性， 也进一步保护了元器件。在此之前锅具类型检测模块对锅具的材质进行了检测反馈到控制 器，控制器根据锅具类型可以启动与锅具相匹配的谐振频率，然后驱动相应的逆变电路，开 通^价实现对锅具的加热。本系统中适应铁锅(不锈钢锅具）感应加热的谐振频率范围为 15KHz~50KHz之间，最优频率范围为20KHz~30KHz之间；适应铝锅感应加热的谐振频率范 围为50KHz~100ΚΗz之间，最优频率范围为50KHz~80KHz。该谐振频率可以根据线盘的电感 量(根据感应面积、能效、功率参数)进行设计与调试。
[0045] 如图10,为利用本实施例实验测试图，所用锅具为铝锅锅具，采用全桥控制系统， 加热1000W利用示波器测试捕获波形。（其中表笔1(波形1)为ARM的IGBT驱动引脚波形，表笔 2(波形2)为下桥臂b、e两端波形，表笔3(波形3)其中一个谐振电容两端的谐振电压，表笔4 (波形4)为线盘电流波形)从图中明显可以看到表笔3谐振电容两端的谐振电压及表笔4线 盘电流的弦形函数，图中可以看出线盘电流幅值为38A，由此该方案系统可实现了对铝锅锅 具进行加热，同时由于升压PFC模块6的加入整个波形及系统的稳定性有效提升。
[0046] 具体实施例二：
[0047]如图6所示，本实施例中，采用改变电感量实现谐振频率的控制，由以谐振频率的 决定公式可知改变谐振电感也可以实现谐振频率的改变，所以本方案采用单独改变电感方 式去实现系统频率的改变，所述变频单元可以包括一个谐振电感或多个谐振电感组合电 路，多个谐振电感连接方式可以为串联、并联及串并联组合。
[0048] 具体实施三：
[0049]如图7所示，本实施例中，采用改变谐振电容与电感量共同实现谐振频率的控制， 此时谐振电感与谐振电容采用串联后与可控电子开关器件S并联，所述变频单元也可以包 括一个谐振电容与一个谐振电感的组合电路，也可以为多个谐振电容与多个谐振电感的组 合电路，连接方式可以为并联。
[0050] 具体实施例四：
[0051] 如图8所示，本实施例与具体实施例三的不同在于谐振电感与谐振电容采用串联 后与可控电子开关器件S并联，所述变频单元也可以包括一个谐振电容与一个谐振电感的 组合电路，也可以为多个谐振电容与多个谐振电感的串联组合电路。
[0052] 具体实施五：
[0053 ]当然，如图9所示，谐振电感与谐振电容的组合连接方式有很多比如电感与电容并 联后再与另外的单独一个电容或电感串联，或者两个电感与电容并联后再相互串联，再有， 本实施方案多写到可控电子开关器件S与变频单元并联的情况，当然也可以为满足设计的 串联连接，在此不再赘述。
[0054]本方案提出一种稳定的电磁加热控制系统，包括控制器、滤波模块、整流模块、功 率元件及与功率元件连接的驱动模块，所述电磁加热控制系统还包括以使输入到驱动模块 的电压稳定的电压控制模块，设置电压控制模块使得输入到驱动模块的电压得到稳定，为 后续驱动模块的电路稳定性得以提升，进而提升整个系统的稳定性。进一步的方案，所述电 压控制模块包括升压单元，所述升压单元输入端连接整流模块，所述升压单元输出端连接 驱动模块输入端，以将输入到驱动模块的电压进行升压控制。升压控制相同功率情况下，可 以有效降低系统电流，对元器件及电路都起到良好的保护作用。所述电压控制模块包括PFC 单元，所述PFC单元输入端连接整流模块，所述PFC单元输出端连接驱动模块输入端，以将整 流模块输出的电压稳定后输入到驱动模块。进一步的方案，所述PFC单元为升压PFC单元，所 述升压PFC单元输入电压为220~350V，输出电压为310V~450V。通过升压与功率校正结合 在一起，实现功率因数的提升，提升加热效率同时增项系统稳定性。所述驱动模块包括谐振 单元、变频单元及切换单元，切换所述切换单元以改变变频单元与谐振单元组合关系。所述 切换单元包括与变频单元串联或并联连接的可控电子开关器件，切换可控电子开关器件通 断状态以改变变频单元与谐振单元组合关系，进而改变电磁加热控制系统的谐振频率。所 述可控电子开关器件为继电器或交流接触器或半导体开关。设置变频模块可以改变系统的 谐振频率适应不同场合的应用，同时体现了压控模块对此种情况下的必要性。
【主权项】
1. 一种稳定的电磁加热控制系统，包括控制器、滤波模块、整流模块、功率元件及与功 率元件连接的驱动模块，其特征在于:所述电磁加热控制系统还包括以使输入到驱动模块 的电压稳定的电压控制模块。2. 如权利要求1所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述电压控制模块包括升压单 元，所述升压单元输入端连接整流模块，所述升压单元输出端连接驱动模块输入端，以将输 入到驱动模块的电压进行升压控制。3. 如权利要求1所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述电压控制模块包括PFC单 元，所述PFC单元输入端连接整流模块，所述PFC单元输出端连接驱动模块输入端，以将整流 模块输出的电压稳定后输入到驱动模块。4. 如权利要求3所述的电磁加热控制系统，其特征在于：所述PFC单元为升压PFC单元， 所述升压PFC单元输入电压为220~350V，输出电压为310V~450V。5. 如权利要求1~4之一所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述电磁加热控制系 统还包括用于切换电压控制模块通断的开关模块，切换开关模块通断状态以将电压控制模 块接入或退出所述电磁加热控制系统。6. 如权利要求1~4之一所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述驱动模块包括谐 振单元、变频单元及切换单元，切换所述切换单元以改变变频单元与谐振单元组合关系。7. 如权利要求6所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述切换单元包括与变频单元 串联或并联连接的可控电子开关器件，切换可控电子开关器件通断状态以改变变频单元与 谐振单元组合关系，进而改变电磁加热控制系统的谐振频率。8. 如权利要求7所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述可控电子开关器件为继电 器或交流接触器或半导体开关。9. 如权利要求1~4之一所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述功率元件为IGBT， 所述驱动模块还包括与IGBT连接的驱动电路。10. 如权利要求9所述的电磁加热控制系统，其特征在于:所述驱动电路为与IGBT连接 的单管驱动电路；或所述驱动电路为与IGBT连接的半桥驱动电路；或所述驱动电路为与 IGBT连接的全桥驱动电路。
【文档编号】H05B6/06GK205726494SQ201620395209
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】朱泽春, 胡文飞, 唐久奎, 张伟
【申请人】九阳股份有限公司
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