专利名称：电磁感应加热装置及其变换电路的制作方法
技术领域：
电i兹感应加热装置及其变换电路
技术领域：
本实用新型涉及一种利用高频电磁感应原理将磁能转换为热能对物体进 行加热的装置，尤其涉及一种应用于家庭、餐厅、厨房和工业领域的电》兹感 应加热装置及其变换电路。技术背景
目前，在我国家庭、餐厅广泛使用的电磁炉，如图1所示，其功率部分
的基本原理是当功率管Ql栅极加上正脉冲时导通，电流经由电感L1和电 容Cl组成的谐振回路至功率管Ql的C极再至E极，完成回路。当脉冲信号 为零时，功率管Q1截止关闭。脉沖信号的发出时间受控于同步电路和L1、 Cl 的谐振状况。输出功率的大小，取决于输出的脉沖宽度。当Q1所加的脉沖较 窄时，Ll中存储的能量较少。在与C1谐振时，振荡较弱，不能使Q1的C极 电位为零，此时如功率管Q1导通则属于硬导通，增加功率管本身的损耗，此 时如不导通则将使机器停止工作。相反，当Q1所加脉冲较宽时，将使L1、 Cl 回路振荡增强，产生很高的反向电压，如所产生的反向电压超出功率管本身 的耐压，将使得功率管击穿损坏。因此，目前常用的电^ 兹炉无法输出大功率， 也不能输出较小的功率(如需较小功率只能间歇工作)。
现阶段而言，在我国工商业等领域广泛使用的电磁加热装置，其加热原 理基本上为全桥式变换(参阅图2)或半桥式变换(参阅图3)。在此类全桥 式变换电路中，电容CM和电感LM串接于由功率QM1至QM4组成的桥式电路的对角线，功率管QM1与功率管QM3同时导通时，正脉冲经QM1 —CM —LM —QM3
完成回路。在QM1与QM3或QM4与QM2开通时刻，各功率管所加电压较高，约
为电源电压的1/2，且CM、 LM串联回路阻抗较小，因此，是在非零电压和非
零电流状态下开通的，属硬开通，各功率管的损耗加重。当QM1与QM3或QM4
与QM2在关断时刻，在LM上产生很大的自感电动势，施加于各功率管的C极
上，使C极电压快速上升。在大于电源电压时，通过QM2与QM4或QM1与QM3
的附加二极管返回电源。由于功率管的集电极和栅极间存在较大的电容(弥
勒电容)，C极电压的快速上升，极易造成功率管栅极电压升高，使功率管再
次导通，与现在导通的附加二极管串联起来，短接在电源两端，由于附加二
极管的反响恢复时间较长，产生极大的短路电流，致使功率管损坏，并且QM1
与QM3或QM4与QM2在关断时刻加在其上的电压非零电压。因此，全桥变换
电路的开通和关断损耗较大，且极易损坏功率管。在图3所示的半桥式变换
电路中，由CMl, CM2分别取代了全桥电路中的QM1、 QM2，其作用结果与全桥
电路相似，开通与关断损耗较大，且极易损坏功率管。
综上所述，目前的多种电磁加热变换电路稳定性较差，损耗较高，功率
调整范围小，故障率高，虽经添加多种附加电路，性能有所改变，但仍不理 相
实用新型内容
为此，本实用新型的目的就是要克服上述不足，提供一种性能稳定、低 损耗、可调功率范围较宽的电磁感应加热装置及其变换电路。
为实现该目的，本实用新型采用如下技术方案
本实用新型一种电^f兹感应加热装置的全桥式变换电if各，由四个功率管环 形串接组成全桥式电路，在全桥式电路的一对角处接入电源，在桥式电路的另一对角处串接由加热线團和电容器并联组成的谐振回路。
所述功率管为绝缘栅晶体管，或为绝缘栅场效应晶体管。
所述全桥式变换电路具体包括功率管QQ1、 QQ2、 QQ3、 QQ4、发热盘线圈 LO、谐振电容器CO、电流互感器CT1、 CT2、稳压二极管DW1~DW8、电阻器 R1 R8， QQ1发射极与CT1的①点连接，QQ2集电极与CT1的③点连接，QQ3 发射极与CT2的①点连接，QQ4集电极与CT2的③点连接，发热盘线圈LO连 接在CT1的②点与CT2的②点之间，谐振电容CO并联在LO两端，QQ1、 QQ3 的集电极接电源"+"极，QQ2、 QQ4的发射极接地。
本实用新型一种电磁感应加热装置的半桥式变换电路，由相邻的两个电 容器和相邻的两个功率管环形串接组成半桥式电路，在半桥式电路的一对角 处接入电源，在桥式电路的另一对角处串接由加热线圏和电容器并联组成的 谐振回路。
同理，所述功率管为绝缘栅晶体管，或为绝缘栅场效应晶体管。 所述半桥式变换电路具体包括功率开关管QB1、 QB2、电容器CB1、 CB2、 发热盘线圈LOl、谐振电容器COl、电流互感器CTO、稳压二极管DTO1 ~ DWB4、 电阻器Rl ~R4，电容器CB1与CB2串联连接，并分别连接在电源"+"极和地， QB1发射极与CTO的①点连接，QB2集电极与CTO的③点连接，发热盘线圈L01 连接在CB1、 CB2串连的中点与CTO的②点间，谐振电容COl并连在LO两端。 QB1的集电极接电源"+"极，QB2的发射极接地。
本实用新型的电》兹感应加热装置，包括变换电路、驱动电路、电流检测 电路、控制电路、中央处理器和整流滤波电路，变换电路分别与整流滤波电 路、驱动电路以及电流检测电路电性连接，电流检测电路还分别与控制电路 和中央处理器电性连接，所述变换电路为上述的全桥式变换电路。适应该全桥式变换电路，所述驱动电路包括高频输出变压器GB1、 GB2、 电容器C1、 C2、晶体管Q1、 Q2、 Q3、 Q4,高频变压器GB1的①端接地， ②端与电容器C1相连，C1的另一端与Q1、 Q2发射极相连，高频变压器GB2 的①端接地，②端与电容器C2相连，C2的另一端与Q3、 Q4发射极相连， Ql、 Q2与Q3、 Q4的基极与控制电路相连，集电极分别接+ 18V与地，驱动 电路中的电容器C1、 C2可以是无极性电容器，也可以是电解电容器。
所述电流检测电路包括全桥电流检测电路包括电流互感器CT1、 CT2、 电阻器R11 R17、 二极管D1、 D2、 D3、 D4、比4交器IC2, CT1、 CT2次级 的⑤脚接地， 、⑥脚分别接D1、 D2、 D3、 D4的"+"极，④⑤间和⑤⑥间 分别接电阻器Rll、 R12、 R13、 R14 , Dl、 D2、 D3、 D4的负极接比较器的 "+"端，比较器的"-，，端接R15、 R16, R15、 R16的另一端分别接+5V和 地，比较器的输出端接控制电路和中央处理器。
本实用新型的电磁感应加热装置，可包括变换电路、驱动电路、电流检 测电路、控制电路、中央处理器和整流滤波电路，变换电路分别与整流滤波 电路、驱动电路以及电流检测电路电性连接，电流检测电路还分别与控制电 路和中央处理器电性连接，所述变换电路可为上述的半桥式变换电路。
适应该半桥式变换电路，所述的半桥式驱动电路具体包括高频输出变 压器GB3、 GB4、电容器Cll、 C12、晶体管Qll、 Q12、 Q13、 Q14，高频变 压器GB3的①端接地，②端与电容器C11相连，Cll的另一端与Qll、 Q12 发射极相连，高频变压器GB4的①端接地，②端与电容器C12相连，C12的 另一端与Q13、 Q14发射极相连，Qll、 Q12与Q13、 Q14的基极与控制电路 相连，集电极分别接+18V与地，驱动电路中的电容器Cll、 C12可以是无极性电容器，也可以是电解电容器。
所述的电流检测电路包括电流互感器CTB1、电阻器RB11 RB17、 二 极管DB1、 DB2、比较器ICB2， CTB1次级的⑤脚接地，④、⑥脚分别接DB1、 DB2的正极，④⑤间和⑤⑥间分别接电阻RBll、 RB12， DB1、 DB2的负极 接比较器ICB2的"+"端，比较器的"-"端接RB15、 RB16, RB15、 RB16 的另 一端分别接+5V和地，比较器的输出端接控制电路和中央处理器。
与现有技术相比，本实用新型具备如下优点在加热线圈两端并接谐振 电容器、采用对角线功率管同时激励、和倍流式电流检测电路，使功率管始 终工作在零电压或零电流开关状态，大幅度地降低了开通与关断损耗，并从 根本上解决了上下桥臂功率管直通，损坏功率管的问题。
图1为传统常用电磁炉功率输出基本电路原理图； 图2为传统常用桥式功率输出基本电路原理图3为传统常用半桥式功率输出基本电路原理图4为本实用新型的全桥式变换电路原理图5为本实用新型的全桥式驱动电路原理图6为本实用新型的全桥式电流检测电路原理图7为本实用新型的半桥式变换电路原理图8为本实用新型的半桥式驱动电路原理图； 图9为本实用新型的半桥式电流检测电路原理图； 图io为本实用新型的全桥式变换实施例电路原理图； 图11为本实用新型的半桥式变换实施例电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明 全桥式变换电;兹感应加热器电路原理图如图4至图6及图IO所示。 由电源整流滤波电路送来的高压直流电源，加在功率管QQ1、 QQ4集电极 与发射极上。当Ql、 Q2基极输入正脉冲时，Ql导通，Q2截止，+18V电经 Ql集电极—发射极—C1 —GB1②—(D —地，在GB1次级得到两个正脉冲，分 别加到QQ1、 QQ4栅极，QQ1、 QQ4同时导通，530V直流电源经QQ1集电极 —发射极—CT1①—②—LO与CO并连电路—CT2②—③—QQ4集电极—发射 极—地，完成向LO、 CO的不断充电。当Q1、 Q2基极输入负脉冲时，Ql截止， Q2导通，QQ1、 QQ4关断，向L0、 C0充电停止。此时CO所充电方向为左"+" 右电压值与电源值相等，因此QQ1、 QQ4为零电压关断。同时LO产生 自感电动势，方向为左"-，，右"+"，在LO、 CO回路中产生环流，L0向C0反 向充电，方向为左"-"右"+", CO上电压以一定速度不断上升，由于上升速 度较慢，晶体管C-G电容(弥勒电容)作用可以忽视，当电压值大于供电电压 (530V)时，通过并生在QQ2、 QQ3集电极、发射才及间的二极管(如没有， 可另加)，向电源反送电。当反送电将要停止时(即LO磁能将放光时)，向Q3、 Q4基极发送正脉沖，QQ2、 QQ3导通。由于并生在QQ2、 QQ3集电极、发射 极间的二极管已先自然导通，所以QQ2、 QQ3为零电压、零电流导通。530V 直流电源经QQ3集电极—发射极—CT2(D —②—LO与CO并连电路—CT1②— ③—QQ2集电极—发射极—地，完成向L0、 CO的不断充电。当Q3、 Q4基极 输入负脉沖时，Q3截止，Q4导通，QQ2、 QQ3关断，向LO、 C0充电停止。 此时CO所充电方向为左"-"右"+"，电压值与电源值相等，因此QQ2、 QQ3为零电压关断。同时LO产生自感电动势，方向为左"+，，右"-，，，在LO、 CO 回路中产生环流，LO向CO反向充电，方向为左"+"右CO上电压以一 定速度不断上升，由于上升速度较慢，晶体管C-G电容(弥勒电容)作用可以 忽视，当电压值大于供电电压(530V)时，通过并生在QQ1、 QQ4集电极、 发射极间的二极管(如没有，可另加)，向电源反送电。当反送电将要停止时 (即LO磁能将放光时)，向Q1、 Q2基极发送正脉沖，QQ1、 QQ4再次导通。 由于并生在QQ1、 QQ4集电极、发射极间的二极管已先自然导通，所以QQ1、 QQ4为零电压、零电流导通。如此循环，使流过发热盘线圈的电流不断变换方 向。
当流过发热盘线圈的电流通过CT1、 CT2时，在其次级产生相应的电信号， 并分别通过Rll、 R12， R13、 R14产生环流，在Rll、 R12、 R13、 R14两端产 生相应的电压，该电压加至Dl或D2、 D3或D4上，整流后加至》文大器IC2 "+" 端。IC2的"-"端通过R15、 R16的分压，荻得一基准电压。当流过LO(即流 过功率管)的电流大于定值时，IC2 "+"端电位高于"-，，端基准电压，IC2 翻转，向控制电路、中央处理器发送"+"信号，适时关断功率管，并延时再 次开通。当QQ1、 QQ2或QQ3、 QQ4发生直通故障时，流过CT1、 CT2的电 流成倍增加，IC2迅速^L别并翻转，关断功率管，达到保护目的。
控制电路提供两个相位相差180度、具有一定死区时间、频率(或脉冲宽 度)可调的脉冲信号。在正脉沖的作用下，驱动电路中的Q1或Q3导通，+18V 电压通过GB1或GB2，向Cl或C2充电，充电电流承尤是GB1或GB2的厉力石兹电 流，在GB1或GB2的次级感应出两个相同的彼此绝缘的正脉冲，分别去控制 功率管开通。当控制电路输出负脉冲时，驱动电路中的Q1或Q3关断，Q2或Q4导通，此时GB1或GB2产生自感电势，方向与原电势相反，通过Q2或Q4、 GB1或GB2的初级迅速方丈电，在GB1或GB2的次级感应出两个相同的彼此绝 缘的负脉沖，分别去控制功率管的迅速关断。 实施例2:半桥式变换的实施
半桥式变换电;兹感应加热器电路原理图如图7至图9及图ll所示。 由电源整流滤波电路送来的高压直流电源，加在QB1集电^l与发射^l上。 当Qll、 Q12基极输入正脉冲时，Qll导通，Q12截止，十18V电经Q11集电极 —发射极—C11 — GB3②—①—地，在GB1次级得到 一个正脉冲，加到QB1栅 极，QB1导通，530V直流电源经QB1集电极—发射极—CTB1③—②—LBO 与CBO并连电路—CB2 —地，完成向LBO、 CBO的不断充电。当Qll、 Q12基 极输入负脉冲时，Qll截止，Q12导通，QB1关断，向LBO、 CBO充电停止。 此时CBO所充电方向为左"+"右"-"，电压值与电源值相等，因此QB1为零 电压关断。同时LBO产生自感电动势，方向为左"-，，右"+",在LBO、 CBO 回路中产生环流，LBO向CBO反向充电，方向为左"-"右"+"， CBO上电压 以一定速度不断上升，由于上升速度较慢，晶体管C-G电容(弥勒电容)作用 可以忽视，当电压值大于供电电压(530V)时，通过并生在QB2集电极、发 射极间的二极管(如没有，可另加)，向电源反送电。当反送电将要停止时(即 LBO磁能将放光时)，向Q13、 Q14基极发送正脉冲，QB2导通。由于并生在 QB2集电极、发射极间的二极管已先自然导通，所以QB2为零电压、零电流 导通。530V直流电源经CB2 —LBO与CBO并连电路—CTB1②—①—QB2集电 极—发射极—地，完成向LBO、 CBO的不断充电。当Q13、 Q14基极输入负脉 冲时，Q13截止，Q14导通，QB2关断，向LBO、 CBO充电停止。此时CBO所充电方向为左"-"右"+"，电压值与电源值近似相等，因此QB2为零电压 关断。同时LBO产生自感电动势，方向为左"+"右在LBO、 CBO回路 中产生环流，LBO向CBO反向充电，方向为左"+，，右"-，，，CBO上电压以一 定速度不断上升，由于上升速度较慢，晶体管C-G电容(弥勒电容)作用可以 忽视，当电压值大于供电电压(530V)时，通过并生在QB1集电极、发射极 间的二极管(如没有，可另加)，向电源反送电。当反送电将要停止时(即LBO 磁能将放光时)，向Qll、 Q12基极发送正脉冲，QB1再次导通。由于并生在 QB1集电极、发射极间的二极管已先自然导通，所以QB1为零电压、零电流 导通。如此循环，使流过发热盘线圈的电流不断变换方向。
当流过发热盘线圈的电流通过CTB1时，在其次级产生相应的电信号，并 分别通过RBll、 RB12产生环流，在RBll、 RB12两端产生相应的电压，该电 压加至DB1或DB2上，整流后加至放大器IC2 "+"端。IC2的"-"端通过 R15、 R16的分压，获得一基准电压。当流过LBO (即流过功率管)的电流大 于定值时，IC2 "+"端电位高于"-"端基准电压，IC2翻转，向控制电路、中 央处理器发送"+"信号，适时关断功率管，并延时再次开通。当QB1、 QB2 发生直通故障时，流过CTB1的电流成倍增加，IC2迅速视别并翻转，关断功 率管，达到保护目的。
控制电路提供两个相位相差180度、具有一定死区时间、频率(或脉沖宽 度)可调的脉沖信号。在正脉冲的作用下，驱动电路中的Qll或Q13导通，+18V 电压通过GB3或GB4，向C11或C12充电，充电电流就是GB3或GB4的励磁 电流，在GB3或GB4的次级感应出两个相同的4皮此绝缘的正脉沖，分别去控 制功率管开通。当控制电路输出负脉冲时，驱动电路中的Qll或Q13关断，Q12或Q14导通，此时GB3或GB4产生自感电势，方向与原电势相反，通过 Q12或Q14、 GB3或GB4的初级迅速放电，在GB3或GB4的次级感应出两个 相同的彼此绝缘的负脉沖，分别去控制功率管的迅速关断。
综上所述，本实用新型在加热线圈两端并接谐振电容器、采用对角线功 率管同时激励、和倍流式电流;险测电路，使功率管始终工作在零电压或零电 流开关状态，大幅度地降低了开通与关断损耗，并从根本上解决了上下桥臂 功率管直通，损坏功率管的问题。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受上述 实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、 修饰、替代、组合、简化，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求1、一种电磁感应加热装置的全桥式变换电路，由四个功率管环形串接组成全桥式电路，在全桥式电路的一对角处接入电源，其特征在于在桥式电路的另一对角处串接由加热线圈和电容器并联组成的谐振回路。
2、 根据权利要求1所述的电磁感应加热装置的全桥式变换电路，其特征在于所述功率管为绝缘栅晶体管，或为绝缘栅场效应晶体管。
3、 根据权利要求1或2所述的电磁感应加热装置的全桥式变换电路，其 特征在于所述全桥式变换电路具体包括功率管QQ1、 QQ2、 QQ3、 QQ4、发热 盘线圈L0、谐振电容器C0、电流互感器CT1、 CT2、稳压二极管DW1 DW8、 电阻器Rl ~ R8, QQ1发射极与CT1的①点连接，QQ2集电极与CT1的③点连接， QQ3发射极与CT2的①点连接，QQ4集电极与CT2的③点连接，发热盘线圏L0 连接在CT1的②点与CT2的②点之间，谐振电容CO并联在LO两端，QQ1、 QQ3 的集电极接电源"+"极，QQ2、 QQ4的发射极接地。
4、 一种电磁感应加热装置的半桥式变换电路，由相邻的两个电容器和相 邻的两个功率管环形串接组成半桥式电路，在半桥式电路的一对角处接入电 源，其特征在于在桥式电路的另一对角处串接由加热线圈和电容器并联组 成的谐振回路。
5、 根据权利要求4所述的电磁感应加热装置的半桥式变换电路，其特征 在于所述功率管为绝缘栅晶体管，或为绝缘栅场效应晶体管。
6、 根据权利要求4或5所述的电磁感应加热装置的全桥式变换电路，其 特征在于所述半桥式变换电路具体包括功率开关管QB1、 QB2、电容器CB1、 CB2、发热盘线圈LOl、谐振电容器COl、电流互感器CTO、稳压二极管DWB1 ~DWB4、电阻器R1 R4，电容器CB1与CB2串联连接，并分别连接在电源"+" 极和地，QB1发射极与CTO的①点连接，QB2集电极与CTO的③点连接，发热 盘线圈L01连接在CB1、 CB2串连的中点与CTO的②点间，谐振电容C01并连 在L0两端。QB1的集电极接电源"+"极，QB2的发射极接地。
7、 一种电磁感应加热装置，包括变换电路、驱动电路、电流检测电路、 控制电路、中央处理器和整流滤波电路，变换电路分别与整流滤波电路、驱 动电路以及电流检测电路电性连接，电流检测电路还分别与控制电路和中央 处理器电性连接，其特征在于所述变换电路为权利要求1至3中任意一项 所述的全桥式变换电路。
8、 根据权利要求7所述的电磁感应加热装置，其特征在于所述驱动电 路包括高频输出变压器GB1、 GB2、电容器C1、 C2、晶体管Q1、 Q2、 Q3、 Q4,高频变压器GB1的①端接地，②端与电容器Cl相连，Cl的另一端与 Ql、 Q2发射极相连，高频变压器GB2的①端接地，②端与电容器C2相连， C2的另一端与Q3、 Q4发射极相连，Ql、 Q2与Q3、 Q4的基极与控制电路相 连，集电极分别接+18V与地，驱动电路中的电容器C1、 C2可以是无极性电 容器，也可以是电解电容器。
9、 根据权利要求7或8所述的电》兹感应加热装置，其特征在于所述电 流检测电路包括全桥电流检测电路包括电流互感器CT1、CT2、电阻器Rll ~ R17、 二极管D1、 D2、 D3、 D4、比较器IC2， CT1、 CT2次级的⑤脚接地， ④、⑥脚分别接D1、 D2、 D3、 D4的"+"极，④⑤间和⑤⑥间分别接电阻器 Rll、 R12、 R13、 R14 ， Dl、 D2、 D3、 D4的负极接比较器的"+"端，比较 器的"-"端接R15、 R16, R15、 R16的另一端分别接+5V和地，比较器的输出端接控制电路和中央处理器。
10、 一种电磁感应加热装置，包括变换电路、驱动电路、电流检测电路、 控制电路、中央处理器和整流滤波电路，变换电路分别与整流滤波电路、驱 动电路以及电流检测电路电性连接，电流检测电路还分别与控制电路和中央处理器电性连接，其特征在于所述变换电路为权利要求4至6中任意一项 所述的半桥式变换电路。
11、 根据权利要求IO所述的电磁感应加热装置，其特征在于所述的半 桥式驱动电路具体包括高频输出变压器GB3、 GB4、电容器Cll、 C12、晶 体管Qll、 Q12、 Q13、 Q14,高频变压器GB3的①端接地，②端与电容器C11 相连，Cll的另一端与Qll、 Q12发射极相连，高频变压器GB4的①端接地， ②端与电容器C12相连，C12的另一端与Q13、 Q14发射极相连，Qll、 Q12 与Q13、 Q14的基极与控制电路相连，集电极分别接+18V与地，驱动电路中 的电容器Cll、 C12可以是无极性电容器，也可以是电解电容器
12、 根据权利要求10或11所述的电磁感应加热装置，其特征在于所述 的电流检测电路包括电流互感器CTB1、电阻器RBll ~RB17、 二极管DB1、 DB2、比较器ICB2， CTB1次级的⑤脚接地，④、⑥脚分别接DB1、 DB2的 正极，④⑤间和⑤⑥间分别接电阻RB11、 RB12, DB1、 DB2的负极接比较器 ICB2的"+"端，比较器的"-，，端接RB15、 RB16, RB15、 RB16的另一端 分别接+5V和地，比较器的输出端接控制电路和中央处理器。
专利摘要本实用新型电磁感应加热装置及其变换电路，全桥式变换电路(1)与三相整流滤波电路相连，与全桥驱动电路(2)相连，与全桥电流检测电路(3)相连；全桥电流检测电路(3)与中央处理器(8)和控制电路(7)相连。半桥式变换电路(4)与三相整流滤波电路相连，与半桥式驱动电路(5)相连，与半桥式电流检测电路(6)相连；半桥式电流检测电路(6)与中央处理器(8)和控制电路(7)相连。在加热线圈L0两端并接谐振电容C0、采用对角线功率管同时激励、和倍流式电流检测电路，使功率管始终工作在零电压或零电流开关状态，大幅度地降低了开通与关断损耗，并从根本上解决了上下桥臂功率管直通，损坏功率管的问题。
文档编号H03K17/60GK201146618SQ200720179150
公开日2008年11月5日 申请日期2007年12月29日 优先权日2007年12月29日
发明者樊延强 申请人:樊延强