电源电路及电磁加热装置的制作方法

本发明涉及生活电器领域，特别涉及一种电源电路及电磁加热装置。

背景技术：

请参阅图1，现有的电磁炉采用市电供电。电源电路包括桥式整流电路、高频滤波电容、扼流圈、大容量储能电容及lc谐振电路。工作时，市电依次通过桥式整流电路、高频滤波电容、扼流圈及大容量储能电容后作用在lc谐振电路上。其中，lc谐振电路在开关控制电路的控制下产生谐振电流，lc谐振电路的线圈盘产生周期性变化的磁场，磁场透过微晶板作用在锅具底部(锅底)，使锅底产生涡流发热，从而实现加热。

目前用于电磁炉的锅具一般采用430不锈钢制成，430不锈钢具有一定的铁磁性，因此，线圈盘产生的磁场会把锅底磁化，而磁化后的锅底受到线圈盘的磁场作用会与线圈盘相吸。在线圈盘的磁场消失瞬间，磁力消失，但同时锅具涡流又产生磁场，并且极性和线圈盘的磁场极性相同，因此锅具与线圈盘相斥。也即是说，在加热过程中，锅具和线圈盘不断相吸、相斥，最终导致锅具振动和产生噪音，吸引力及排斥力大小与线圈盘的瞬时谐振电流成正相关性。因此，线圈盘的谐振电流的频率特性会最终传递到锅具的噪音特性上。

然而，对于现有的电源电路，市电经过桥式整流电路后会产生多次谐波，虽然高频滤波电容可以滤除高次谐波及市电噪声，但整流后电压仍然包含低次谐波。为此，可以提高大容量储能电容的电容值，滤除低次谐波以使输出电压更加平滑。然而，大容量储能电容会抬高桥式整流电路的输出端的电压，导致市电只有在瞬时电压高于桥式整流电路的输出端的电压时，桥式整流电路的二极管才导通，或者说，只有在市电的峰值附近桥式整流电路的二极管才导通，导致整流后电流出现尖峰脉冲，存在多次谐波，同样导致锅具的噪声问题。另外，提高大容量储能电容的电容值同样导致桥式整流电路出现容性负载，导致电源电路的功率因数下降。为此，可以在大容量储能电容的前端设置扼流圈，利用扼流圈遏制整流后电流的瞬时突变，并补偿功率因数。然而，扼流圈作为简单的补偿措施，效果并不理想。输出电流仍存在低次谐波，而功率因数也无法补偿到位。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种驱动 电路及电磁加热装置。

本发明实施方式的电源电路，用于给电磁加热装置的lc谐振电路供电，所述电源电路包括：

桥式整流电路，所述桥式整流电路的输入端与交流电源连接；及

功率因数校正(powerfactorcorrection,pfc)电路，所述pfc电路的输入端与所述桥式整流电路的输出端连接，所述pfc电路的输出端与所述lc谐振电路连接；所述pfc电路用于剔除整流后电压的低次谐波并校正所述电源电路的功率因数。

在某些实施方式中，所述pfc电路包括：

吸收电感，所述吸收电感的一端与所述桥式整流电路的输出端连接；

整流二极管，所述整流二极管的阳极与所述吸收电感的另一端连接，所述整流二极管的阴极与所述lc谐振电路连接；

大容量储能电容，所述大容量储能电容一端与所述整流二极管的阴极连接，另一端接地，所述大容量储能电容用于滤除所述整流后电压的低次谐波以输出升降直流电压；

开关管，所述开关管的一个连接端与所述整流二极管的阳极连接，另一个连接端接地；及

控制芯片，所述控制芯片与所述开关管的控制端连接，用于控制所述两个连接端的导通与断开从而补偿所述电源电路的功率因数。

在某些实施方式中，所述大容量储能电容的电容值大于1000uf。

在某些实施方式中，所述pfc电路包括：

吸收电感，所述吸收电感的一端与所述桥式整流电路的输出端连接；

整流二极管，所述整流二极管的阳极与所述吸收电感的另一端连接，所述整流二极管的阴极与所述lc谐振电路连接；

大容量储能电容，所述大容量储能电容一端与所述整流二极管的阴极连接，另一端接地；

开关管，所述开关管的一个连接端与所述整流二极管的阳极连接，另一个连接端接地；

控制芯片，所述控制芯片与所述开关管的控制端连接；及

pid算法器，所述pid算法器连接所述桥式整流电路的输入端及输出端及所述pfc电路的输出端以采集所述交流电源的电压、所述整流后电压及所述pfc电路的输出电压从而控制所述两个连接端的导通与断开从而改变pfc输出波形并使得输出电压呈正弦波形。

在某些实施方式中，所述电源电路包括第二整流二极管，所述第二整流二极管的阳 极与所述桥式整流二极管的输入端连接，阴极与所述pid算法器连接。

在某些实施方式中，所述大容量储能电容的电容值大于1-10uf。

在某些实施方式中，所述pfc电路包括：保护二极管，所述保护二极管的阳极与所述pfc电路的输入端连接，阴极与所述pfc电路的输出端连接。

在某些实施方式中，所述电源电路包括高频滤波电容，所述高频滤波电容的一端与所述桥式整流电路的输出端连接，另一端接地，用于滤除整流后电压的高次谐波及交流电源的噪音。

本发明实施方式的电磁加热装置包括：

lc谐振电路；及

所述电源电路，所述电源电路用于给所述lc谐振电路供电。

在某些实施方式中，所述电磁加热装置包括电磁炉、电饭煲或电高压锅。

本发明实施方式的电源电路及电磁加热装置由于pfc电路可以剔除整流后电压的低次谐波，因此可以避免lc谐振电路的谐振电流出现低次谐波，可以避免锅具因低次谐波造成的噪声。另外，pfc电路还可以提高电源电路的功率因数，提高电源电路的功率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点可以从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术的电磁加热装置的电路示意图。

图2是本发明实施方式的电磁加热装置的电路示意图。

图3是本发明另一个实施方式的电磁加热装置的电路示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图2，本发明实施方式的电源电路，用于给电磁加热装置的lc谐振电路供电。电源电路包括桥式整流电路及功率因数校正(powerfactorcorrection,pfc)电路。

桥式整流电路的输入端与交流电源连接。pfc电路的输入端与桥式整流电路的输出端连接，pfc电路的输出端与lc谐振电路连接。pfc电路用于剔除整流后电压的低次谐波并校正电源电路的功率因数。

本发明实施方式的电源电路由于pfc电路可以剔除整流后电压的低次谐波，因此可以避免lc谐振电路的谐振电流出现低次谐波，可以避免锅具因低次谐波造成的噪声。另外，pfc电路还可以提高电源电路的功率因数，提高电源电路的功率。

桥式整流电路包括两个输入端、两个输出端及按预定偏置方式连接在两个输入端及两个输出端之间的四个整流二极管。

交流电源可以是市电，例如为220伏、50赫兹的单相正弦交流电压。交流电源也可以是经过变压的市电，以满足使用要求。当然，交流电源还可以是经过其他特殊处理的市电，例如，交流电源为经过emc电路的市电。

交流电源包括两个输出端，分别与桥式整流电路的两个输入端连接。而桥式整流电路的一个输出端接地，另一个输出端作为桥式整流电路的输出端。

正弦交流电压经过桥式整流电路后将产生多次谐波，例如，频率为100赫兹整数倍的谐波。

在某些实施方式中，pfc电路包括吸收电感、整流二极管、大容量储能电容、开关管及控制芯片。

吸收电感的一端作为pfc电路的输入端与桥式整流电路的输出端连接。整流二极管的阳极与吸收电感的另一端连接，整流二极管的阴极与lc谐振电路连接。大容量储能电容一端与整流二极管的阴极连接，另一端接地，大容量储能电容用于滤除整流后电压的低次谐波以输出升降直流电压。开关管的一个连接端与整流二极管的阳极连接，另一个连接端接地。控制芯片与开关管的控制端，用于控制两个连接端的导通与断开从而补偿电源电路的功率因数。

由于升降直流电压不包括交流频谱分量，因此，并不存在多次谐波，从而可以避免因多次谐波导致的锅具噪声问题。

具体的，工作时，控制芯片产生脉宽调制(pulsewidthmodulation,pwm)信号来控制开关管的导通与断开。在开关管的导通时间，整流后电压通过吸收电感及开关管接地，整流后电流对吸收电感充电，吸收电感储能，而大容量储能电容放电给lc谐振电路提供电压，整流二极管防止大容量储能电容的放电电流倒流回电源端。而在开关管的断开时间，吸收电感放电，与整流后电压一起给大容量储能电容充电，并给lc谐振电路供电。由于吸收电感可以等效成与交流电源串联的电源，电源电路实际上具有升压效果，即在整流后电压的基础上增加吸收电感的放电电压。例如，在某些实施方式中，通过选 择合适的吸收电感，在交流电源为220伏的情况下，可以使得电源电路的输出电压在310伏。

如前面讨论的，由于大容量储能电容用于滤除整流后电压的低次谐波，例如，100、200、300、400、500、600赫兹的谐波。因此，大容量储能电容需具备比较大的电容值。

具体的，大容量储能电容的电容值可以根据需求通过电容的储能公式确定，即：

i0/ωc0<δu

其中，i0为负载电流；ω为pfc电路的角频率，即ω＝2πf；c0即为大容量储能电容的电容值，δu为电压纹波。

在某些实施方式中，电磁加热装置的功率是1000-2000瓦，则大容量储能电容的储存的能量需满足2000瓦的功率需求，而作为例子，输出电压为310伏，所以可以推断负载电流为：

i0＝2000w/310v＝6.5a

电压纹波一般为10v左右，因此推定为10v。

交流电源整流后的频率为100hz，因此，pfc电路的角频率为：

ω＝2πf＝2π*100＝200π

综上，可以计算大容量储能电容的电容值为：

c0>1035uf

考虑到电容的实际规格及精度，因此设定大容量储能电容的电容值大于1000uf。

吸收电感、整流二极管、开关管及控制芯片构成了斩波电路。斩波电路相当于开关电路，通过反复开关将整流后电压斩成一串高频的方波，使得整流后电流可以跟踪整流后电压的变化，从而校正电源电路的功率因素。

高频的方波通过大容量储能电容积分后成为升降直流电压。

在某些实施方式中，pfc电路包括保护二极管，保护二极管的阳极与pfc电路的输入端连接，阴极与pfc电路的输出端连接。

保护二极管形成扼流圈的旁路，另外，也给大容量储能电容充电提供另一个支路，如此，可以防止在启动瞬间大电流流过扼流圈造成饱和，损坏开关管；另外，也能在上电过程中，使大容量储能电容更快充电，建立电压平衡。

在某些实施方式中，电源电路包括高频滤波电容，高频滤波电容的一端与桥式整流电路的输出端连接，另一端接地，用于滤除整流后电压的高次谐波及交流电源的噪声。

如此，电源电路可以滤除整流后电压中的高次谐波，从而与pfc电路一起完全滤除整流后电压的多次谐波。

请参阅图3，在某些实施方式中，pfc电路包括吸收电感、整流二极管、大容量储 能电容、开关管、控制芯片及pid算法器。

吸收电感的一端作为pfc电路的输入端与桥式整流电路的输出端连接。整流二极管的阳极与吸收电感的另一端连接，整流二极管的阴极与lc谐振电路连接。大容量储能电容一端与整流二极管的阴极连接，另一端接地，大容量储能电容一端与整流二极管的阴极连接，另一端接地。开关管的一个连接端与整流二极管的阳极连接，另一个连接端接地。控制芯片与开关管的控制端连接。pid算法器连接桥式整流电路的输入端及输出端及pfc电路的输出端以采集交流电源、整流后电压及pfc电路的输出电压从而控制两个连接端的导通与断开从而改变pfc输出波形并使得输出电压呈正弦波形。

由于电源电路的输出电压成正弦波形，因此不存在多次谐波，从而可以避免因多次谐波导致的锅具噪声问题。

具体的，工作时，可以预先将需要获得的输出电压的正弦波形的参数预存在pid算法器。pid算法器是指基于比例、积分、微分(proportionintegralandderivative，pid)算法的控制器。pid算法器通过采样交流电源的电压、整流后电压及电源电路的输出电压，然后通过pid算法计算得到要获得预存正弦波形的输出电压所需的pwm信号，并据此控制控制芯片产生对应的pwm信号，从而控制开关管导通及断开获得预存正弦波形的输出电压。

pid算法系统是一种线性调节系统，它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(p)、积分(i)、微分(d)通过线性组合构成控制量u(t)，对控制对象进行控制。

pid算法系统中控制量u(t)可以表示为：

式中e(t)＝r(t)-c(t)，kp表示比例系数，ti表示积分时间常数，td表示微分时间常数。

pid算法系统中包括比例调节环节、积分调节环节及微分调节环节。其中比例调节环节成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，则立即产生控制作用以减小偏差。积分调节环节主要用于消除净差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数ti，ti越大，积分作用越弱，反之则越强。微分调节环节能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。

在某些实施方式中，pid算法器运用到了上述pid算法的离散形式。控制量u(k)作用于控制芯片的pwm。控制量u(k)的离散形式可以表示为：

其中：kp、ki、kd分别表示比例系数、积分系数、微分系数。这些系数可以根据电源电路的需要进行设定并在测试及使用过程中通过机器学习等技术不断改善。e(k)为交流电源的电压和电源电路的输出电压的偏差。

在某些实施方式中，只需要运用到比例项和微分项，故上述式子可简化为：

u(k)＝kpe(k)+kd[e(k)-e(k-1)]

通过pid算法产生相应的控制量u(k)作用于控制芯片以产生相应的pwm信号进而控制开关管的导通及断开并最终滤除整流后电压的多次谐波。当e(k)＝0时，电源电路的输出压与交流电源的电压一致，此时直流电压成功转换为了正弦波电压。

吸收电感、整流二极管、开关管、控制芯片及pid算法器构成了斩波电路。斩波电路相当于开关电路，通过反复开关将整流后电压斩成一串高频的方波，使得整流后电流可以跟踪整流后电压的变化，从而校正电源电路的功率因素。

高频的方波通过大容量储能电容积分后成为正弦波形的输出电压。

以2000w为例，另外以控制开关管的pwm信号的频率25khz为例，即开关管开25us，关25us，开25us消耗2000*25*10^-6＝0.05j能量。由于电磁电容储能公式为：

w＝c*v²/2

由于v＝310v，因此可以计算出：

c≈1uf。

为了提供足够的能量，并考虑到电容的实际规格及精度，因此设定大容量储能电容的电容值大于1uf左右。

另外，考虑到大容量储能电容的电容值过大会导致正弦波变形，因此，根据经验值，大容量储能电容的电容值小于10uf。

在某些实施方式中，所述电源电路包括第二整流二极管，第二整流二极管的阳极与桥式整流二极管的输入端连接，阴极与pid算法器连接。

如此，可以防止采样电压的电流倒流回电源端。

在某些实施方式中，电磁加热装置可以是电饭煲、电磁炉或电压力锅等其他电磁加热设备。

电磁加热装置可以包括电源电路、lc谐振电路及开关控制电路。

lc谐振电路包括并联设置的谐振电容及线圈盘。开关控制电路包括开关管、驱动电路及控制器。控制器用于产生pwm信号，驱动电路用于根据pwm控制开关管导通或断开。

lc谐振电路的一端与电源电路的输出端连接，另一端与开关控制电路连接。电源电路提供输出电压，而开关控制电路控制lc谐振电路与输出电压之间的连接及断开，从而使得lc谐振电路产生谐振电流，线圈盘产生周期性变化的磁场，磁场透过微晶板作用在锅具底部(锅底)，使锅底产生涡流发热，从而实现加热。

在本发明的实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的实施方式的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的实施方式中的具体含义。

在本发明的实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的实施方式的不同结构。为了简化本发明的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明的实施方式提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其 他材料的使用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的实施方式的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤 是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明的各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施实施进行变化、修改、替换和变型。