一种应用于电磁感应加热的集成器件的制作方法

1.本发明涉及工业集成化技术领域，尤其涉及一种应用于电磁感应加热的集成器件。


背景技术：

2.电磁感应加热，利用电磁感应原理将电能转换成热能，目前，现有的电磁感应加热器件主要包括功率部分和功能部分，功率部分包括整流、滤波、逆变等模块电路，功能部分包括电源、驱动、控制等模块电路，通过个模块电路产生交变磁场、当用含铁质容器放置上面时，容器表面即切割交变磁力线而在容器底部金属部分产生交变的电流(即涡流)，涡流使容器底部的铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能，从而起到加热物品的效果。目前电磁感应加热技术在工业上的应用广泛，尤其在金属材料的热加工、热处理、熔炼及焊接等方面，电磁感应加热的效率最高，速度最快。
3.目前，由于市面上的电磁感应加热设备的各模块一般分散使用，集成度不高，导致现有设备的体积都比较大；而且需要自行将电路连接起来，线路复杂，安装麻烦；同时由于电路比较分散，容易产生误差，可靠性低，安全性差，因此针对以上问题，迫切需要设计出一种集成度更高、性能更可靠、稳定的能够应用于电磁感应加热的集成器件，以满足实际使用的需要。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种应用于电磁感应加热的集成器件。
5.本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
6.本发明提供一种应用于电磁感应加热的集成器件，包括：
7.一三相整流电路，所述三相整流电路的输入端连接一三相交流电源；
8.一滤波电路，所述滤波电路并联连接于所述三相整流电路的输出端；
9.一h桥逆变电路，所述h桥逆变电路的电源输入端分别连接所述滤波电路的输出端，所述h桥逆变电路包括至少四个逆变模块，所述h桥逆变电路的输出端输出两相变频信号；
10.一驱动电路，所述驱动电路的输出端连接所述h桥逆变电路的输入端，所述驱动电路用于输出至少一个驱动信号分别至每个所述逆变模块的输入端；
11.一检测电路，所述检测电路连接所述h桥逆变电路，所述检测电路包括
12.一温度采样电路，所述温度采样电路连接一温度电阻，用于检测所述集成器件的温度信号；
13.一过流检测电路，所述过流检测电路分别通过一电流检测电阻连接所述 h桥逆变电路的两相输出端，用于分别检测所述两相输出端的电流信号；
14.一控制电路，所述控制电路的输入端连接所述检测电路，所述控制电路的输出端连接所述驱动电路，用于所述控制电路根据所述温度信号和所述电流信号输出一驱动信
号，以控制所述h桥逆变电路的通断；
15.一开关电源电路，所述开关电源电路的输入端连接所述滤波电路的输出端，所述开关电源电路的输出端分别连接所述驱动电路、所述检测电路、所述控制电路。
16.优选地，还包括：
17.一电压转换电路，分别连接于所述开关电源电路和所述控制电路之间，用于将所述开关电源电路的输出电压转换成相应的电压值，并提供给所述控制电路；
18.一驱动信号转换电路，分别连接于所述控制电路和所述驱动电路之间，用于将所述控制电路输出的所述驱动信号转换后，并输出给所述驱动电路。
19.优选地，所述开关电源电路还包括一场效应管芯片，所述场效应管芯片用于控制所述开关电源电路的通断。
20.优选地，还包括：
21.一基板；
22.一印刷电路板，所述印刷电路板焊接于所述基板上，且所述印刷电路板上集成有所述三相整流电路、所述滤波电路、所述h桥逆变电路、所述驱动电路、所述检测电路、所述控制电路和所述开关电源电路；
23.若干信号端子和若干功率端子，分别焊接于所述印刷电路板上，所述印刷电路板上集成的各电路之间分别通过所述信号端子和/或所述功率端子相连接；
24.一外壳，盖合于所述基板上，所述外壳设有一第一凹槽，所述印刷电路板放置于所述第一凹槽内，所述外壳上还设有供各所述功率端子伸出的孔洞。
25.优选地，所述外壳还包括：
26.若干端子防脱落结构，设置于所述外壳的内部，且所述端子防脱落结构用于防止所述信号端子和/或所述功率端子脱落。
27.优选地，所述功率端子包括：
28.若干第一功率端子，所述三相整流电路分别通过所述第一功率端子外接所述三相交流电源；
29.两个第二功率端子，两个所述第二功率端子分别连接所述三相整流电路的输出端；
30.两个第三功率端子，两个所述第三功率端子分别连接所述滤波电路的输出端；
31.两个第四功率端子，两个所述第四功率端子分别连接所述h桥逆变电路的两相输出端。
32.优选地，所述三相整流电路包括六个整流二极管，各所述整流二极管通过铝线键合的方式连接所述印刷电路板，所述三相整流电路具体包括：
33.一第一整流二极管，所述第一整流二极管的阳极通过所述第一功率端子连接所述三相交流电源的第一端，所述第一整流二极管的阴极连接其中一个所述第二功率端子；
34.一第二整流二极管，所述第二整流二极管的阳极通过所述第一功率端子连接所述三相交流电源的第二端，所述第二整流二极管的阴极连接所述第一整流二极管的阴极；
35.一第三整流二极管，所述第三整流二极管的阳极通过所述第一功率端子连接所述三相交流电源的第三端，所述第三整流二极管的阴极连接所述第一整流二极管的阴极；
36.一第四整流二极管，所述第四整流二极管的阴极通过所述第一功率端子连接所述
三相交流电源的所述第一端，所述第四整流二极管的阳极连接另一所述第二功率端子；
37.一第五整流二极管，所述第五整流二极管的阴极通过所述第一功率端子连接所述三相交流电源的所述第二端，所述第五整流二极管的阳极连接所述第四整流二极管的阳极；
38.一第六整流二极管，所述第六整流二极管的阴极通过所述第一功率端子连接所述三相交流电源的所述第三端，所述第六整流二极管的阳极连接所述第四整流二极管的阳极。
39.优选地，所述h桥逆变电路包括：
40.一第一绝缘栅双极型晶体管，所述第一绝缘栅双极型晶体管的门极连接一第一信号端子，所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极分别连接一第一快恢复二极管的阴极和所述滤波电路的第一输出端，且所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极分别连接一第二信号端子和所述第一快恢复二极管的阳极；
41.一第二绝缘栅双极型晶体管，所述第二绝缘栅双极型晶体管的门极连接一第三信号端子，所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极分别连接一第二快恢复二极管的阴极和所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极，且所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极分别连接一第四信号端子和所述第二快恢复二极管的阳极；
42.一第三绝缘栅双极型晶体管，所述第三绝缘栅双极型晶体管的门极连接一第五信号端子，所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极分别连接一第三快恢复二极管的阴极和所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极，且所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极分别连接一第六信号端子和所述第三快恢复二极管的阳极；
43.一第四绝缘栅双极型晶体管，所述第四绝缘栅双极型晶体管的门极连接一第七信号端子，所述第四绝缘栅双极型晶体管的集电极分别连接一第四快恢复二极管的阴极和所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极，且所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极分别连接一第八信号端子和所述第四快恢复二极管的阳极。
44.优选地，还包括：
45.一谐振负载电路，所述谐振负载电路的一端连接所述h桥逆变电路的第一相输出端，所述第一相输出端连接所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极，所述谐振负载电路的另一端连接所述h桥逆变电路的第二相输出端，所述第二相输出端连接所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极。
46.优选地，所述电流检测电阻具体包括：
47.一第一电流检测电阻，连接于所述第一相输出端和所述谐振负载电路之间；
48.一第二电流检测电阻，连接于所述第二相输出端和所述谐振负载电路之间。
49.本发明技术方案的有益效果在于：
50.本发明将功率部分和功能部分集成于一体，使得器件的集成度更高，大幅度减小了整个器件的体积，提高其驱动效率，具有更高的生产和使用便捷性；同时无需手动连接各个模块电路，提高了安装的效率。
附图说明
51.图1是本发明中一种应用于电磁感应加热的集成器件的电路结构示意图；
52.图2是本发明中一种应用于电磁感应加热的集成器件具体实施例的内部结构示意图；
53.图3是本发明中一种应用于电磁感应加热的集成器件(带铝线)具体实施例的内部结构示意图；
54.图4是本发明中一种应用于电磁感应加热的集成器件具体实施例的局部剖面结构示意图；
55.图5是本发明中一种应用于电磁感应加热的集成器件具体实施例的滤波模块的电路结构示意图；
56.图6是本发明中一种应用于电磁感应加热的集成器件具体实施例的逆变模块的电路结构示意图。
具体实施方式
57.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
58.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
59.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
60.本发明提供一种应用于电磁感应加热的集成器件，属于工业集成化技术领域，如图1所示，具体包括：
61.一三相整流电路02，三相整流电路02的输入端连接一三相交流电源01；
62.一滤波电路03，滤波电路03并联连接于三相整流电路02的输出端；
63.一h桥逆变电路09，h桥逆变电路09的电源输入端分别连接滤波电路 03的输出端，h桥逆变电路09包括至少四个逆变模块，h桥逆变电路09的输出端输出两相变频信号；
64.一驱动电路08，驱动电路08的输出端连接h桥逆变电路09的输入端，驱动电路08用于输出至少一个驱动信号分别至每个逆变模块的输入端；
65.一检测电路10，检测电路10连接h桥逆变电路09，检测电路10包括
66.一温度采样电路，温度采样电路连接一温度电阻6，用于检测集成器件的温度信号；
67.一过流检测电路，过流检测电路分别通过一电流检测电阻连接h桥逆变电路09的两相输出端，用于分别检测两相输出端的电流信号；
68.一控制电路06，控制电路06的输入端连接检测电路10，控制电路06 的输出端连接驱动电路08，用于控制电路06根据温度信号和电流信号输出一驱动信号，以控制h桥逆变电路09的通断；
69.一开关电源电路04，开关电源电路04的输入端连接滤波电路03的输出端，开关电源电路04的输出端分别连接驱动电路08、检测电路10、控制电路06。
70.具体的，本发明提供的基于电磁感应加热技术的集成器件应用于工业领域中，具体包括电路功能部分和功率部分，其中功率部分包括三相整流电路 02、滤波电路03、h桥逆
变电路09，电路功能部分具体包括igbt驱动电路 08、温度采样电路、过流检测电路、控制电路06mcu、开关电源电路04。
71.三相整流电路02通过功率端子外接一三相交流电源01，滤波电路03连接三相整流电路02的输出端，滤波电路03包括一滤波电容c1，滤波电容 c1的两端并联三相整流电路02的输出端，滤波电路03用于将三相整流电路 02输出的母线电压滤波后供给h桥逆变电路09和开关电源电路04；开关电源电路04为驱动电路08、检测电路10、控制电路06mcu供电。
72.igbt驱动电路08通过控制h桥逆变电路09的各绝缘栅双极型晶体管 (insulated gate bipolar transistor，igbt)模块的开通与关断时间的占空比来实现逆变，绝缘栅双极型晶体管模块的开通与关断均受由驱动信号控制，而驱动信号是由mcu控制电路06的输出信号经pwm脉宽调制转换电路转换处理后输出得到的。
73.为了保证集成器件及产品的安全，还设置了温度采样电路和过流检测电路，过流检测电路和温度采样电路均连接于控制电路06和半桥逆变电路之间，且均采用闭环控制，温度采样电路通过两个信号端子(61、62)连接印刷电路板上的温度电阻6，两个信号端子(61、62)分别由温度电阻6的两端引出，该温度电阻6为温敏电阻，集成器件中各模块工作时会产生热量，该温敏电阻能够感应整个集成器件模块的温度；过流检测电路用于检测h桥逆变电路09的两相输出端的电流；
74.当检测到的温度过高时和/或电流过大时，相应的过流检测电路，和/或温度采样电路会输出一信号传输给mcu控制电路06，进而，mcu控制电路06根据电流信号，和/或温度信号来调整绝缘栅双极型晶体管模块的开通与关断，使得h桥逆变电路09恢复正常。
75.通过上述技术方案，各电路模块均集成于一个印刷电路板上，将功率部分和功能部分集成在一个模块中，提高了器件集成度和驱动效率，也使整个器件的体积大大的减小；igbt过流检测电路可以实时检测输出电流波形，温度采样电路检测整体模块的温度，产品的稳定性和可靠性较高；整个模块的电路高度集成，无需手动连接各个模块电路，降低了成本，节省人力物力。
76.在一个较佳的实施例中，还包括：
77.一电压转换电路05，分别连接于开关电源电路04和控制电路06之间，用于将开关电源电路04的输出电压转换成相应的电压值，并提供给控制电路 06；
78.一驱动信号转换电路07，分别连接于控制电路06和驱动电路08之间，用于将控制电路06输出的驱动信号转换后，并输出给驱动电路08。
79.具体的，在本实施例中，电压转换电路05将开关电源电路04输出的5v 电压转换成3.3v后提供给控制电路06的mcu，驱动信号转换电路07将控制电路06输出的驱动信号转换成5v的驱动信号输出给驱动电路08。
80.在一个较佳的实施例中，开关电源电路04还包括一场效应管芯片，场效应管芯片用于控制开关电源电路04的通断。
81.具体的，印刷电路板上还放置有一个mos场效应管芯片9，场效应晶体管芯片9为开关电源电路04的开关器件，用于控制开关电源电路04的开关，从场效应管芯片9的栅极、源极、漏极分别引出一个信号端子91，便于安装连接。
82.在一个较佳的实施例中，还包括：
83.一基板；
84.一印刷电路板，印刷电路板焊接于基板上，且印刷电路板上集成有三相整流电路02、滤波电路03、h桥逆变电路09、驱动电路08、检测电路10、控制电路06和开关电源电路04；
85.若干信号端子和若干功率端子，分别焊接于印刷电路板上，印刷电路板上集成的各电路之间分别通过信号端子和/或功率端子相连接；
86.一外壳5，盖合于基板上，外壳5设有一第一凹槽，印刷电路板放置于第一凹槽内，外壳5上还设有供各功率端子伸出的孔洞。
87.具体的，在本实施例中，以一块铜底板为基板，基板采用t2紫铜材料，表面电镀可焊镍，并做弧度预弯处理；还包括一外壳5，外壳5采用pbt材料制成，并通过密封胶与铜底板封装一体，填充绝缘硅凝胶，盖上盖板；
88.在外壳5的第一凹槽内放置印刷电路板，印刷电路板上集成有功率部分和电路功能部分，具体包括六个整流二极管组成的三相整流电路02、四个绝缘栅双极型晶体管(igbt芯片)和四个快恢复二极管(frd芯片)组成的 h桥逆变电路09、一个mos场效应管芯片9、温度采样电路和温度电阻组成的温度采样金属桥，还有若干电阻、若干信号端子、若干功率端子，由外壳5上的孔洞中伸出，优选地，孔洞设置在第一凹槽的底部，对应于功率端子和信号端子的设置位置，且功率端子和信号端子均采用纯铜材料，表面电镀可焊镍，并在焊点上方设计折弯，以缓冲安装应力。
89.功率部分和功能部分通过信号端子进行连接，功率输入和功率输出通过金属功率端子进行引出，信号端子通过金属插针进行引出；
90.于上述较佳的实施例中，在外壳5上还设有放置螺母的凹槽，外壳5安装完成后，将螺母放置在凹槽内，该凹槽的形状与螺母的形状贴合，以防止螺母在凹槽中转动。每个凹槽的一侧均设有供功率端子伸出的孔洞，螺母放入凹槽后，将对应的功率端子折弯于凹槽的上方，此时，功率端子折弯部的通孔对应于凹槽内的螺母，功率端子连接外部器件时，通过一螺栓穿过外部器件的引脚以及功率端子的通孔并拧紧至螺母。
91.进一步的，拧紧螺母后，将环氧树脂填充进第一凹槽内，直至填满，并在高温固化后将功率端子折弯，以便于用户安装，整个模块使用硅凝胶灌胶工艺，使得器件的防水防尘特性较佳，提高了使用安全性；且模块设有外设接口，安装便捷，安装效率高。
92.在一个较佳的实施例中，外壳5还包括：
93.若干端子防脱落结构，设置于外壳5的内部，且端子防脱落结构用于防止信号端子和/或功率端子脱落。
94.在一个较佳的实施例中，功率端子包括：
95.若干第一功率端子31，三相整流电路02分别通过第一功率端子31外接三相交流电源01的r端、s端、t端；
96.两个第二功率端子32，两个第二功率端子32分别连接三相整流电路02 的输出端；
97.两个第三功率端子33，两个第三功率端子33分别连接滤波电路03的输出端；
98.两个第四功率端子34，两个第四功率端子34分别连接h桥逆变电路09 的两相输出端。
99.如图5所示，在一个较佳的实施例中，三相整流电路02包括六个整流二极管，各整流二极管通过铝线键合的方式连接印刷电路板，三相整流电路02 具体包括：
100.一第一整流二极管21，第一整流二极管21的阳极通过第一功率端子31 连接三相
交流电源01的第一端，第一整流二极管21的阴极连接其中一个第二功率端子32；
101.一第二整流二极管22，第二整流二极管22的阳极通过第一功率端子31 连接三相交流电源01的第二端，第二整流二极管22的阴极连接第一整流二极管21的阴极；
102.一第三整流二极管23，第三整流二极管23的阳极通过第一功率端子31 连接三相交流电源01的第三端，第三整流二极管23的阴极连接第一整流二极管21的阴极；
103.一第四整流二极管24，第四整流二极管24的阴极通过第一功率端子31 连接三相交流电源01的第一端，第四整流二极管24的阳极连接另一第二功率端子32；
104.一第五整流二极管25，第五整流二极管25的阴极通过第一功率端子31 连接三相交流电源01的第二端，第五整流二极管25的阳极连接第四整流二极管24的阳极；
105.一第六整流二极管26，第六整流二极管26的阴极通过第一功率端子31 连接三相交流电源01的第三端，第六整流二极管26的阳极连接第四整流二极管24的阳极。
106.如图6所示，在一个较佳的实施例中，h桥逆变电路09包括：
107.一第一绝缘栅双极型晶体管t1，第一绝缘栅双极型晶体管t1的门极g1 连接一第一信号端子41，第一绝缘栅双极型晶体管t1的集电极c1分别连接一第一快恢复二极管d1的阴极和滤波电路03的第一输出端，且第一绝缘栅双极型晶体管t1的发射极e1分别连接一第二信号端子42和第一快恢复二极管d1的阳极；
108.一第二绝缘栅双极型晶体管t2，第二绝缘栅双极型晶体管t2的门极g2 连接一第三信号端子43，第二绝缘栅双极型晶体管t2的集电极c2分别连接一第二快恢复二极管d2的阴极和第一绝缘栅双极型晶体管t1的发射极，且第二绝缘栅双极型晶体管t2的发射极e2分别连接一第四信号端子44和第二快恢复二极管d2的阳极；
109.一第三绝缘栅双极型晶体管t3，第三绝缘栅双极型晶体管t3的门极g3 连接一第五信号端子45，第三绝缘栅双极型晶体管t3的集电极c3分别连接一第三快恢复二极管d3的阴极和第一绝缘栅双极型晶体管t1的集电极e1，且第三绝缘栅双极型晶体管t3的发射极e3分别连接一第六信号端子 46和第三快恢复二极管d3的阳极；
110.一第四绝缘栅双极型晶体管t4，第四绝缘栅双极型晶体管t4的门极g4 连接一第七信号端子47，第四绝缘栅双极型晶体管t4的集电极c4分别连接一第四快恢复二极管d4的阴极和第三绝缘栅双极型晶体管t3的发射极 e3，且第四绝缘栅双极型晶体管t4的发射极e4分别连接一第八信号端子 48和第四快恢复二极管d4的阳极。
111.具体的，h桥逆变电路09由四个绝缘栅双极型晶体管和四个快恢复二极管组成，快恢复二极管的背面和印刷电路板之间采用真空焊接技术进行连接，绝缘栅双极型晶体管的背面和印刷电路板之间采用真空焊接技术进行连接，有效降低集成制动器件的热阻，有效提高集成制动器件的散热能力。进一步地，快恢复二极管和绝缘栅双极型晶体管的正面材料为铝，背面材料为银；且其正面和印刷电路板之间采用纯铝丝进行连接，铝丝连接方式优选为超声波键合方式，采用铝丝键合工艺，有效提高了集成制动器件的生产效率和产品一致性。
112.在一个较佳的实施例中，还包括：
113.一谐振负载电路11，谐振负载电路的一端连接h桥逆变电路09的第一相输出端，第一相输出端连接第一绝缘栅双极型晶体管t1的发射极，谐振负载电路的另一端连接h桥逆变电路09的第二相输出端，第二相输出端连接第三绝缘栅双极型晶体管t3的发射极。
114.具体的，本发明采用谐振负载智能检测，使输出功率最大化，谐振负载电路包括一电容c2和一电感l1，谐振负载电路连接于h桥逆变电路09的两相输出端之间。
115.在一个较佳的实施例中，电流检测电阻具体包括：
116.一第一电流检测电阻7，连接于第一相输出端和谐振负载电路之间；
117.一第二电流检测电阻8，连接于第二相输出端和谐振负载电路之间。
118.具体的，h桥逆变电路09的两相输出端和谐振负载电路之间分别连接一个电流检测电阻，由第一电流检测电阻7的两端分别引出两个信号端子(71、 72)，由第二电流检测电阻8的两端分别引出两个信号端子(81、82)，过流检测电路分别通过信号端子连接两个电流检测电阻，可以实时检测h桥逆变电路09的两相输出电流波形，当检测到电流过大时，通过过流检测电路反馈给mcu控制电路06，进而，mcu控制电路06根据电流信号来调整绝缘栅双极型晶体管模块的开通与关断，使得h桥逆变电路09恢复正常。
119.本发明技术方案的有益效果在于：
120.本发明将功率部分和功能部分集成于一体，使得器件的集成度更高，大幅度减小了整个器件的体积，提高其驱动效率，具有更高的生产和使用便捷性；同时无需手动连接各个模块电路，提高了安装的效率。
121.以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。