电磁加热系统及其保护装置的制作方法

本实用新型涉及家用电器技术领域，特别涉及一种电磁加热系统的保护装置和一种电磁加热系统。

背景技术：

在相关技术中，电磁加热系统通过调节输出脉冲信号的大小控制输出的加热功率，且控制芯片控制脉冲信号的大小依赖于实际电路的采样电压值。但是，加热过程中经常会出现供电电源的电压波动的现象，且控制芯片的功率调节需要一段反应时间，因此，相关技术中的电磁加热系统存在以下两个缺点：

其一，当供电电源的电压处于低压范围时，电磁加热系统以较低功率加热，电压如果从低压突变到高压，则会出现高压低功率加热过渡过程，此时，电磁加热系统的IGBT管工作在高压开通状态，存在过流击穿的风险。

其二，当供电电源的电压处于高压范围时，电磁加热系统以较高功率加热，电压如果从高压突变为低压，则会出现低压高功率加热过渡过程，此时，电磁加热系统的IGBT管工作在严重滞后状态，同样存在过流击穿的风险。

因此，相关技术需要进行改进。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种电磁加热系统的保护装置，该装置可以在电压异常波动时对电磁加热系统进行保护。

本实用新型的另一个目的在于提出一种电磁加热系统。

为达到上述目的，本实用新型一方面提出了一种电磁加热系统的保护装置，包括：电压采样电路，所述电压采样电路与供电电源相连，所述电压采样电路用于根据所述供电电源的电压生成电压采样信号，其中，所述供电电源用于为所述电磁加热系统供电；电压变换电路，所述电压变换电路与所述电压采样电路相连，所述电压变换电路用于对所述电压采样信号进行变压处理；触发电路，所述触发电路与所述电压变换电路相连，所述触发电路用于根据变压后的电压采样信号生成触发信号；控制芯片，所述控制芯片与所述触发电路相连，所述控制芯片用于在根据所述触发信号判断所述供电电源的电压超出预设电压范围时控制所述电磁加热系统停止加热。

根据本实用新型提出的电磁加热系统的保护装置，电压采样电路根据供电电源的电压生成电压采样信号，电压变换电路对电压采样信号进行变压处理，触发电路根据变压后的电压采样信号生成触发信号，进而，控制芯片根据触发信号判断供电电源的电压是否超出预设电压范围，并在判断电压超出预设电压范围时控制电磁加热系统停止加热。由此，本实用新型的电磁加热系统的保护装置通过对电压突变进行检测，可以有效避免电磁加热系统工作于高压低功率或者低压高功率状态，避免了异常电流引起的电磁加热系统的开关管过流击穿，能够在电压异常波动时对电磁加热系统进行保护，提高了系统的可靠性。

进一步地，所述电压采样电路包括：整流单元，所述整流单元的输入端与所述供电电源相连，所述整流单元用于对所述供电电源提供的交流电进行整流；分压单元，所述分压单元的输入端与所述整流单元的输出端相连，所述分压单元的输出端与所述电压变换电路相连，所述分压单元用于对整流后的交流电进行分压以生成所述电压采样信号。

进一步地，所述整流单元包括：第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述供电电源的第一端相连；第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述供电电源的第二端相连，所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阴极相连并具有第一节点，所述第一节点与所述分压单元的输入端相连。

进一步地，所述分压单元包括：依次串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻的一端与所述第一节点相连，所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端相连，所述第三电阻的一端与所述第二电阻的另一端相连并具有第二节点，所述第三电阻的另一端接地，所述第二节点与所述电压变换电路相连。

进一步地，所述分压单元还包括：第一电容，所述第一电容与所述第三电阻并联；电解电容，所述电解电容与所述第一电容并联。

进一步地，所述电压变换电路包括：运算放大器；第四电阻，所述第四电阻的一端接地，所述第四电阻的另一端与所述运算放大器的负输入端相连；第五电阻，所述第五电阻的一端与所述电压采样电路相连，所述第五电阻的另一端与所述运算放大器的正输入端相连；第六电阻，所述第六电阻的一端与所述运算放大器的正输入端相连，所述第六电阻的另一端与所述运算放大器的输出端相连，所述运算放大器的输出端与所述触发电路相连；第二电容，所述第二电容的一端与所述运算放大器的正输入端相连，所述第二电容的另一端接地。

进一步地，所述触发电路包括555定时器，所述555定时器的第一脚接地，所述555定时器的第二脚与第六脚相连后与所述电压变换电路相连，所述555定时器的第三脚与所述控制芯片相连，所述555定时器的第四脚与第八脚相连后与第一预设电源相连，所述555定时器的第七脚通过第七电阻与第二预设电压相连。

具体地，所述控制芯片在所述触发信号处于上升沿或下降沿时判断所述供电电源的电压超出所述预设电压范围。

优选地，所述预设电压范围的上限分界点可为240V，所述预设电压范围的下限分界点可为180V。

为达到上述目的，本实用新型另一方面提出的一种电磁加热系统，包括所述的电磁加热系统的保护装置。

根据本实用新型提出的电磁加热系统，通过上述电磁加热系统的保护装置，对电压突变进行检测，可以有效避免电磁加热系统工作于高压低功率或者低压高功率状态，避免了异常电流引起的电磁加热系统的开关管过流击穿，能够在电压异常波动时对电磁加热系统进行保护，提高了系统的可靠性。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的电磁加热系统的保护装置的方框示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的电磁加热系统的保护装置的电路原理图；以及

图3是根据本实用新型实施例的电磁加热系统的方框示意图。

附图标记：

电磁加热系统的保护装置100、供电电源200、谐振加热单元300和整流滤波模块400；

电压采样电路10、电压变换电路20、触发电路30和控制芯片40；

IGBT管310、谐振电容C0和加热线圈L0；

整流单元101和分压单元102；

第一二极管D1和第二二极管D2；

第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；

第一电容C1和电解电容C10；

运算放大器201、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第二电容C2；

555定时器301和第七电阻R7；整流模块401和滤波模块402。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号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例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图来描述本实用新型实施例提出的电磁加热系统及其保护装置。

图1是根据本实用新型实施例的电磁加热系统的保护装置的方框示意图。如图1所示，电磁加热系统的保护装置100包括：电压采样电路10、电压变换电路20、触发电路30和控制芯片40。

其中，电压采样电路10与供电电源200相连，电压采样电路10用于根据供电电源200的电压生成电压采样信号，其中，供电单元200用于为电磁加热系统供电；电压变换电路20与电压采样电路10相连，电压变换电路20用于对电压采样信号进行变压处理；触发电路30与电压变换电路20相连，触发电路30用于根据变压后的电压采样信号生成触发信号；控制芯片40与触发电路30相连，控制芯片40用于在根据触发信号判断供电电源200的电压超出预设电压范围时控制电磁加热系统停止加热。

具体来说，在电磁加热系统的工作过程中，供电电源200为电磁加热系统供电，同时，电压采样电路10实时采样供电电源200的电压并生成电压采样信号，电压变换电路20对电压采样信号进行变压处理，以使变压后的电压采样信号与触发电路30相匹配。在触发电路30接收到变压后的电压采样信号后，如果触发电路30输出的触发信号的电平保持不变例如处于高电平或低电平，控制芯片40则判断供电电源200的电压未超出预设电压范围，并控制电磁加热系统继续进行功率输出；如果触发电路30输出的触发信号发生翻转时，控制芯片40判断供电电源200的电压超出预设电压范围，并控制电磁加热系统停止加热，并重新检测供电电源200的电压变化，当供电电源200的电压在预设时间内的波动小于预设波动范围，则判断供电电源200的电压再次稳定，控制芯片40重新控制电磁加热系统输出功率。

根据本实用新型的一个实施例，控制芯片40在触发信号处于上升沿或下降沿时判断供电电源200的电压超出预设电压范围。

根据本实用新型的一个具体实施例，预设电压范围的上限分界点可为240V，预设电压范围的下限分界点可为180V。

具体来说，控制芯片40是电磁加热系统的核心，控制芯片40用于控制电磁加热系统的功率输出。在本实用新型的实施例中，设置控制芯片40的外部中断类型为双向边沿触发即上升沿和/或下降沿触发，当触发电路30生成的触发信号为持续的高电平或低电平时，控制芯片40判断供电电源200的电压保持正常稳定，即电压值高于下限分界点180V且低于上限分界点240V，并控制电磁加热系统继续输出功率；当触发电路30生成的触发信号处于上升沿或下降沿时，控制芯片40判断供电电源200的电压超出预设电压范围，即电压突变为低压信号例如180V以下或者电压突变为高压信号例如240V以上，并控制电磁加热系统暂停加热即暂停输出功率，然后控制芯片40重新检测供电电源200的电压变化，当供电电源200的电压在预设时间内的波动小于预设波动范围，例如5-10V，则判断供电电源200的电压再次稳定，控制芯片40控制电磁加热系统重新输出功率。

由此，控制芯片40通过对电压突变进行检测，可以有效避免电磁加热系统工作于高压低功率或者低压高功率状态，避免了异常电流引起的电磁加热系统的开关管过流击穿，能够在电压异常波动时对电磁加热系统进行保护，提高了系统的可靠性。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，电压采样电路10包括：整流单元101和分压单元102，其中，整流单元101的输入端与供电电源200相连，整流单元101用于对供电电源200提供的交流电进行整流；分压单元102的输入端与整流单元101的输出端相连，分压单元102的输出端与电压变换电路20相连，分压单元102用于对整流后的交流电进行分压以生成电压采样信号。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，整流单元101包括：第一二极管D1和第二二极管D2，其中，第一二极管D1的阳极与供电电源200的第一端AC1相连；第二二极管D2的阳极与供电电源200的第二端AC2相连，第二二极管D2的阴极与第一二极管D1的阴极相连并具有第一节点，第一节点与分压单元102的输入端相连。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，分压单元102包括：依次串联的第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，其中，第一电阻R1的一端与第一节点相连，第二电阻R2的一端与第一电阻R1的另一端相连，第三电阻R3的一端与第二电阻R2的另一端相连并具有第二节点，第三电阻R3的另一端接地，第二节点与电压变换电路20相连。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，分压单元102还包括：第一电容C1和电解电容C10，第一电容C1与第三电阻R3并联；电解电容C10与第一电容C1并联，电解电容C10的正极与第二节点相连，电解电容C10的负极接地。

具体来说，电压采样电路10主要采用电阻分压、电容稳压的方法对供电电源200的电压进行采样，供电电源200提供的交流电经过整流单元101整流后输出直流电压信号，该直流电压信号的电压值为Vdc。进而，分压单元102中串联连接的第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3对直流电压信号进行分压，第三电阻R3两端的电压V1＝Vdc*R3/(R1+R2+R3)，第一电容C1和电解电容C10对第三电阻R3两端的电压进行滤波和稳压处理，并将滤波稳压处理后的电压采样信号输出至电压变换电路20。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，电压变换电路20包括：运算放大器201、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第二电容C2，第四电阻R4的一端接地GND，第四电阻R4的另一端与运算放大器201的负输入端相连；第五电阻R5的一端与电压采样电路10相连，第五电阻R5的另一端与运算放大器201的正输入端相连；第六电阻R6的一端与运算放大器201的正输入端相连，第六电阻R6的另一端与运算放大器201的输出端相连，运算放大器201的输出端与触发电路30相连；第二电容C2的一端与运算放大器201的正输入端相连，第二电容C2的另一端接地GND。

具体来说，电压变换电路20的第五电阻R5和第二电容C2组成RC滤波电路，电压变换电路20在接收到电压采样信号后，对电压采样信号进行滤波，并将滤波后的电压采样信号输出至运算放大器201组成的正向放大电路，其中，运算放大器201的放大比例为Av＝1+R6/R5，运算放大器201对电压采样信号进行放大处理，并将放大处理后的电压采样信号输出至触发电路30。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，触发电路30包括555定时器301，555定时器301的第一脚1接地GND，555定时器301的第二脚2与第六脚6相连后与电压变换电路20相连，555定时器301的第三脚3与控制芯片40相连，555定时器301的第四脚4与第八脚8相连后与第一预设电源VCC1相连，555定时器301的第七脚7通过第七电阻R7与第二预设电源VCC2相连。

具体来说,555定时器301可构成施密特触发器，根据555定时器的特点，触发电路30具有上限阈值电压V_T+和下限阈值电压V_T-，当触发电路30的输入信号的电压值从低于上限阈值电压V_T+突变到超过上限阈值电压V_T+或者从高于下限阈值电压V_T-突变到低于下限阈值电压V_T-时，触发电路30生成的触发信号发生翻转。

需要说明的是，电压变换电路20可用于匹配电压采样信号的电压差值和施密特触发器的回差电压(即上限阈值电压与下限阈值电压之间的差值)之间的关系，以使触发电路30的上限阈值电压V_T+对应预设电压范围的上限分界点例如240V，并使触发电路30的下限阈值电压V_T-对应预设电压范围的下限分界点例如180V。

在本实用新型的一个具体实施例中，假设电压采样电路10使用+5V作为基准电压进行分压采样，以某一分压比例为例，本实用新型实施例的保护装置的具体工作原理如下：

当供电电源200提供的交流电的电压值为180V时，电压采样电路10生成的电压采样信号的AD采样值为80(十六进制数)，对应的十进制数为128；当供电电源200提供的交流电的电压值为240V时，电压采样电路10生成的电压采样信号的AD采样值为9D(十六进制数)，对应的十进制数为157，两者对应的电压差值为5*(157-128)/255＝0.568。根据555定时器组成的施密特触发器的工作原理，触发电路30的上限阈值电压下限阈值电压回差电压为在本实用新型的实施例中，第一预设电源VCC1的电压值为+5V，触发电路30的回差电压为因此，需要调节电压变换电路20的放大比例，以匹配电压采样电路10生成的电压采样信号的电压差值与触发电路30的回差电压之间的比例关系，其中，电压变换电路20的运算放大器201的放大比例Av＝1.67/0.568＝2.93。

进一步地，根据555定时器301的特点，当变压后的电压采样信号从555定时器301的第二脚2输入，且变压后的电压采样信号的电压值从低于突变到超过时，555定时器301的第三脚3输出下降沿触发信号；当变压后的电压采样信号从555定时器301的第二脚2输入，且变压后的电压采样信号的电压值从高于突变到低于时，555定时器301的第三脚3输出上升沿触发信号。这样，当供电电源200的电压降低时，电压采样电路10生成的电压采样信号从高压下降到低压，电压变换电路20对电压采样信号进行变压处理，如果变压后的电压采样信号的电压值达到下限阈值电压V_T-即则触发电路30生成的触发信号发生翻转，并产生一个上升沿信号；当供电电源200的电压升高时，电压采样电路10生成的电压采样信号从低压上升到高压，电压变换电路20对电压采样信号进行变压处理，如果变压后的电压采样信号的电压值达到上限阈值电压V_T+即则触发电路30生成的触发信号发生翻转，并产生一个下降沿信号。

在本实用新型的一个具体实施例中，根据翻转点的不同，设置合理的预设电压范围以及合理的施密特触发器的触发点，并调整电压变换电路20的放大比例，以使预设电压范围的上限分界点例如240V对应电压值为的下降沿翻转点；并使预设电压范围的下限分界点例如180V对应电压值为的上升沿翻转点。这样，触发电路30可以根据变压后的电压检测信号生成触发信号。

根据本实用新型的一个具体实施例，电压采样电路10对供电电源200的电压进行采样，并获取电压采样信号的AD采样值，如果在预设时间内电压采样信号的AD采样值的波动范围小于5个AD点，则说明供电电源200的电压在预设时间内的波动小于预设波动范围，例如5-10V，此时，控制芯片40可判断供电电源200的电压再次稳定，并控制电磁加热系统重新输出功率。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，电磁加热系统包括谐振加热单元300和整流滤波模块400，其中，整流滤波模块400包括整流模块401和滤波模块402，整流模块401的第一输入端与供电电源200的第一端AC1相连，整流模块401的第二输入端与供电电源200的第二端AC2相连，整流模块401的第一输出端与滤波模块402的第一端相连，整流模块401的第二输出端与滤波模块402的第三端相连后接地GND。谐振加热单元300包括IGBT管(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)310以及并联的谐振电容C0和加热线圈L0，并联的谐振电容C0和加热线圈L0的一端与滤波模块402的第二端相连，并联的谐振电容C0和加热线圈L0另一端与IGBT管310的C极相连，IGBT管310的E极接地GND，IGBT管310的G极与控制芯片40相连。

具体来说，整流滤波模块400用于对供电电源200提供的交流电进行整流滤波，以为谐振加热单元300提供稳定的直流电源，谐振加热单元300在控制芯片40的控制下将电能转化为热能。

如上所述，在本实用新型实施例中，根据施密特触发器的特点，设置合理的预设电压范围以及合理的施密特触发器的触发点。在电磁加热系统的工作过程中，供电电源200为谐振加热单元300供电，同时，电压采样电路10对供电电源200的电压进行实时采样，电压变换电路20对电压采样信号进行变压处理，进而，触发电路30根据变压后的电压采样信号生成触发信号。当控制芯片40接收到的触发信号为持续的高电平或低电平时，控制芯片40判断供电电源200的电压保持正常稳定，并发出脉冲控制信号控制IGBT管301开通或关断，以控制电磁加热系统继续输出功率；当控制芯片40接收到上升沿或下降沿的触发信号时，控制芯片40判断供电电源200的电压超出预设电压范围，并停止输出脉冲控制信号，以控制电磁加热系统暂停加热即暂停输出功率，并重新检测供电电源200的电压变化，当供电电源200的电压在预设时间内的波动小于预设波动范围，则判断供电电源200的电压再次稳定，控制芯片40控制电磁加热系统重新输出功率。

综上，根据本实用新型实施例提出的电磁加热系统的保护装置，电压采样电路根据供电电源的电压生成电压采样信号，电压变换电路对电压采样信号进行变压处理，触发电路根据变压后的电压采样信号生成触发信号，进而，控制芯片根据触发信号判断供电电源的电压是否超出预设电压范围，并在判断电压超出预设电压范围时控制电磁加热系统停止加热。由此，本实用新型实施例的电磁加热系统的保护装置通过对电压突变进行检测，可以有效避免电磁加热系统工作于高压低功率或者低压高功率状态，避免了异常电流引起的电磁加热系统的开关管过流击穿，能够在电压异常波动时对电磁加热系统进行保护，提高了系统的可靠性。

图3是根据本实用新型实施例的电磁加热系统的方框示意图。如图3所示，该电磁加热系统50包括电磁加热系统的保护装置100。

综上，根据本实用新型实施例提出的电磁加热系统，通过上述电磁加热系统的保护装置，对电压突变进行检测，可以有效避免电磁加热系统工作于高压低功率或者低压高功率状态，避免了异常电流引起的电磁加热系统的开关管过流击穿，能够在电压异常波动时对电磁加热系统进行保护，提高了系统的可靠性。

在本实用新型的描述中，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”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。