本實(shí)用新型涉及電磁加熱技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種恒功率控制電路及應(yīng)用其的電磁加熱設(shè)備和家用電器。

背景技術(shù)：

電磁加熱的原理是通過(guò)電子線路板組成部分產(chǎn)生交變磁場(chǎng)、當(dāng)用含鐵質(zhì)容器放置上面時(shí)，容器表面即切割交變磁力線而在容器底部金屬部分產(chǎn)生交變的電流(即渦流)，渦流使容器底部的鐵原子高速無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，原子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能。從而起到加熱物品的效果。目前的電磁爐，電磁灶都是采用的電磁加熱技術(shù)。該技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的電阻加熱技術(shù)具有使用壽命長(zhǎng)、安全可靠、高效節(jié)能、準(zhǔn)確控溫、絕緣性好等優(yōu)點(diǎn)。

電磁加熱設(shè)備或家用電器通常會(huì)設(shè)置多個(gè)檔位，以適用實(shí)際使用的需求。而目前的電磁加熱技術(shù)對(duì)功率檔位的控制，主要是以檢測(cè)諧振環(huán)路的電流為主，即，基于電路中不同功率時(shí)環(huán)路中的電流值也不一樣的原理進(jìn)行功率檔位控制。這種控制方法通常是在開發(fā)階段測(cè)試實(shí)際的功率與電壓，并記錄所需的各個(gè)功率檔位所對(duì)應(yīng)的電流值，然后在產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)，固定在驅(qū)動(dòng)程序中。然后這種控制方式在實(shí)際生產(chǎn)中無(wú)法對(duì)每一產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)電磁加熱設(shè)備或家用電器大量生產(chǎn)時(shí)，每一產(chǎn)品的功率誤差較大，一致性很差。而且即使對(duì)于同一產(chǎn)品，其在工作過(guò)程中由于諧振元件受溫度等的影響，會(huì)引起電器參數(shù)波動(dòng)，從而會(huì)引起產(chǎn)品的實(shí)際功率不穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種用于電磁加熱設(shè)備的恒功率控制電路，該電磁加熱設(shè)備包括諧振電路和電源構(gòu)成的諧振環(huán)路，所述諧振電路包括晶體管和諧振電容組成的半橋式或全橋式電路，該恒功率控制電路包括：電壓檢測(cè)電路，并聯(lián)于所述諧振環(huán)路的電源母線兩端，用于檢測(cè)諧振環(huán)路的母線電壓Vp；電流檢測(cè)電路，串聯(lián)于所述諧振環(huán)路中，用于檢測(cè)環(huán)路電流I；以及控制器，所述控制器根據(jù)所述電壓Vp和電流I以及預(yù)設(shè)功率調(diào)節(jié)所述諧振電路的功率；其中，所述諧振電路、所述電壓檢測(cè)電路的輸出端以及所述電流檢測(cè)電路的輸出端與所述控制器相連。

優(yōu)選地，所述電壓檢測(cè)電路可以包括電阻器件R14，并聯(lián)于所述諧振環(huán)路的電源母線兩端。

優(yōu)選地，所述電壓檢測(cè)電路還可以包括第一穩(wěn)壓器件，并聯(lián)于所述電阻器件R14的兩端，用于穩(wěn)定電阻R14兩端的電壓，以便于控制器對(duì)R14兩端的電壓進(jìn)行檢測(cè)。

優(yōu)選地，所述電流檢測(cè)電路包括：電流互感器、電阻器件R1、整流電路以及電阻器件R4；其中所述電流互感器的初級(jí)線圈串聯(lián)于所述諧振環(huán)路中，次級(jí)線圈并聯(lián)于所述電阻器件R1兩端；所述整流電路的輸入端的兩端并聯(lián)于所述電阻器件R1的兩端，輸出端的兩端并聯(lián)于所述電阻器件R4的兩端，所述整流電路的輸出端的一端接地。

優(yōu)選地，所述電流檢測(cè)電路還包括第二穩(wěn)壓器件，并聯(lián)在所述電阻器件R4的兩端，用于穩(wěn)定電阻器件R4的電壓，以便于控制器對(duì)R4兩端的電壓進(jìn)行檢測(cè)。

優(yōu)選地，所述電流檢測(cè)電路還包括電容器件C5，并聯(lián)在所述電阻器件R4的兩端與所述第二穩(wěn)壓器件共同穩(wěn)定電阻器件R4兩端的電壓。

優(yōu)選地，所述電流檢測(cè)電路還包括濾波電路，并聯(lián)于所述整流電路的輸出端的兩端，用于將由所述整流電路整流后的電流整流成直流電流，然后該直流電流輸出至所述電流檢測(cè)電流的輸出端的電阻器件。

優(yōu)選地，所述濾波電路包括電容器件EC3和電阻器件R2，所述電容器件EC3和所述電阻器件R2互相并聯(lián)后并聯(lián)于所述整流電路的輸出端的兩端。

其中，所述恒功率控制電路可以根據(jù)所述電壓Vp和所述電流I計(jì)算的實(shí)際功率，和所述預(yù)設(shè)功率的功率差值調(diào)整用于驅(qū)動(dòng)所述晶體管的PWM的占空比，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定功率的目的。

進(jìn)一步地，所述恒功率控制電路調(diào)整所述PWM的占空比可以由控制器根據(jù)以下公式完成：

PWM_{調(diào)整后}＝PWM_{調(diào)整前}+Pn+In

Pn＝功率差值/比例系數(shù)

In＝功率差值/微分系數(shù)

其中，PWM_{調(diào)整前}是未調(diào)整的PWM的占空比，PWM_{調(diào)整后}是根據(jù)所述功率差值調(diào)整后的PWM的占空比，比例系數(shù)和微分系數(shù)是預(yù)設(shè)值，可以在開發(fā)階段通過(guò)多次測(cè)試得出，然后固定在控制程序中。

進(jìn)一步地，為了精確調(diào)整，所述控制器可以以預(yù)定的采樣周期對(duì)所述電壓Vp和所述電流I進(jìn)行采樣，并以預(yù)定的調(diào)整周期調(diào)整所述PWM的點(diǎn)空比。

進(jìn)一步地，為了防止對(duì)所述PWM過(guò)度調(diào)整而使電路中的功率超出所要控制的范圍，所述控制器對(duì)預(yù)設(shè)功率和/或所述PWM的占空比設(shè)定上下限。

通過(guò)上述技術(shù)方案，所述恒功率控制電路利用檢測(cè)到的諧振環(huán)路的母線電壓和環(huán)路電流計(jì)算實(shí)際功率，并基于實(shí)際功率和預(yù)設(shè)功率的差值實(shí)時(shí)地調(diào)整電路的整體功率，能夠?qū)崿F(xiàn)電路根據(jù)自身的情況對(duì)功率自調(diào)整的功能，從而保證電路中的功率恒定。

本實(shí)用新型的另外兩個(gè)方面還提供了一種應(yīng)用所述恒功率控制電路的電磁加熱設(shè)備和家用電器，通過(guò)上述技術(shù)方案的恒功率控制電路，能夠保證該電磁加熱設(shè)備的每個(gè)檔位功率穩(wěn)定，并且即使在大量生產(chǎn)時(shí)，也能保證每一臺(tái)電磁加熱設(shè)備或家用電器的功率的一致性。

本實(shí)用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

附圖是用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本實(shí)用新型，但并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。在附圖中：

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例一的恒功率檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例二的恒功率檢測(cè)測(cè)電路的電路圖；

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例二的恒功率控制電路的優(yōu)選實(shí)施方式的電路圖；

圖4是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例三的恒功率控制電路調(diào)節(jié)功率的流程圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

100：諧振環(huán)路 110：諧振電路

200：電壓檢測(cè)電路 300：電流檢測(cè)電路

310：整流電流 400：控制器

410：微控制器

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限制本實(shí)用新型。

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例一的恒功率檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，該電磁加熱設(shè)備包括諧振電路和電源構(gòu)成的諧振環(huán)路100，所述諧振電路包括晶體管和諧振電容組成的半橋式或全橋式電路，該恒功率控制電路包括：電壓檢測(cè)電路200，并聯(lián)于所述諧振環(huán)路的電源母線兩端，用于檢測(cè)諧振環(huán)路的母線電壓Vp；電流檢測(cè)電路300，串聯(lián)于所述諧振環(huán)路中，用于檢測(cè)環(huán)路電流I；以及控制器400，所述控制器根據(jù)所述電壓Vp和電流I以及預(yù)設(shè)功率調(diào)節(jié)所述諧振電路的功率；其中，所述諧振電路、所述電壓檢測(cè)電路的輸出端以及所述電流檢測(cè)電路的輸出端與所述控制器相連。

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例二的恒功率檢測(cè)測(cè)電路的電路圖。圖2主要示意了所述電壓檢測(cè)電路200和所述電流檢測(cè)電路300，以及控制器與諧振環(huán)路的具體連接關(guān)系，在圖2所示的實(shí)施例二中，控制器選用的是微控制器410，實(shí)踐中也可以用FPGA等有類似功能的其他控制器件代替。如圖2所示，ACL、ACN為市電接口，BD01橋堆，構(gòu)成電路的電源部分，其與電容器件C0將市電整流成直流電，諧振環(huán)路110連接于母線中，與橋堆和電容器件C0構(gòu)成諧振環(huán)路100。電壓檢測(cè)電路200跨接于母線的兩端，電流檢測(cè)電路300串聯(lián)在環(huán)路中，其中，電流檢測(cè)電路的連接位置并不限于圖2所示的位置，其可以串聯(lián)在諧振環(huán)路的母線的任意位置。諧振電路110包括晶體管IGBT1、IGBT2以及諧振電容C1、C2組成的半橋，以及驅(qū)動(dòng)IGBT1的IGBT驅(qū)動(dòng)電路1和驅(qū)動(dòng)IGBT2的IGBT驅(qū)動(dòng)電路2，IGBT動(dòng)動(dòng)電路1和IGBT驅(qū)動(dòng)電路2連接于微控制器410，微控制器410輸出PWM控制其驅(qū)動(dòng)晶體管IGBT1、IGBT2開通或截止，從而使諧振電路110在其電容電感的作用下產(chǎn)生振蕩。

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例二的恒功率控制電路的優(yōu)選實(shí)施方式的電路圖。如圖3所示，所述電壓檢測(cè)電路200可以包括電阻器件R14，并聯(lián)于所述諧振環(huán)路的電源母線兩端。電阻R14的兩端可以并聯(lián)有電容器件EC0，用于穩(wěn)定電阻器件R14兩端的電壓。電壓檢測(cè)電路200還可以包括分壓電阻R11、R12、R13，所述分壓電阻串聯(lián)于電壓檢測(cè)電路中，用于對(duì)電壓檢測(cè)電路進(jìn)行分壓，實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)電路的實(shí)際母線電線大小來(lái)設(shè)計(jì)分壓電阻的數(shù)量。電壓檢測(cè)電路的輸出端連接微控制器410的AD_V輸入端，微控制器410根據(jù)其AD_V輸入端檢測(cè)到的電壓值VAD_voltage計(jì)算出諧振環(huán)路中的母線電壓Vp。

如圖3所示，所述電流檢測(cè)電路可以包括：電流互感器T01、電阻器件R1、整流電路310以及電阻器件R4；其中所述電流互感器T01的初級(jí)線圈串聯(lián)于所述諧振環(huán)路100中，次級(jí)線圈并聯(lián)于所述電阻器件R1兩端，R1為電流互感器的輸出電阻；所述整流電路310的輸入端的兩端并聯(lián)于所述電阻器件R1的兩端，電阻器件R4跨接在整流電路310的輸出端的兩端，所述整流電路的輸出端的一端接地，電阻器件R4的電壓輸出端即所述電流檢測(cè)電路200的輸出端，其連接于微控制器410的AD_C輸入端，微控制器410根據(jù)該輸入端檢測(cè)到的電壓VADC計(jì)算所述諧振環(huán)路中的電流I。

在圖3中，整流電路310選用由二極管D1、D2、D3和D4構(gòu)成的全波整流電路，全波整流電路將互感器T01感生的電流進(jìn)行初步整流，感生電流被全波整流電路整流后，其頻率是整流前的兩倍。圖3中電容器件EC3和電阻器件組成濾波電路，經(jīng)全波整流電路310整流后的電流，進(jìn)一步在濾波電路的作用下，被整流成直流電流。

根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)的需要，所述電流檢測(cè)電路還可以有與電阻器件R4串聯(lián)的分壓電阻，例如圖3中所示的電阻器件R3，電阻器件R3與R4串聯(lián)后組成的電路跨接在所述電流互感器T01的輸出端。

所述電阻器件R4的兩端可以并聯(lián)有電容器件EC4，用于穩(wěn)定電阻器件R14的電壓。電阻器件R4的兩端還可以進(jìn)一步并聯(lián)有電容器件C5，用于過(guò)濾輸出端的噪聲信號(hào)，并與電容器件EC4共同穩(wěn)定電阻器件R4的電壓。

在本實(shí)施例中，電容器件EC0、EC3、EC4優(yōu)選為電解電容。

如圖3所示的電路中，微控制器410檢測(cè)到的所述電壓檢測(cè)電路的輸出電壓VAD_voltage的值與母線電線Vp之間的計(jì)算關(guān)系為：

其中，VAD_voltage為實(shí)際檢測(cè)到的已知值，母電壓Vp可以通過(guò)該公式計(jì)算得出。

所述微控制器根據(jù)其輸入端AD_C檢測(cè)到的電壓VADC計(jì)算所述諧振環(huán)路100的電流I的計(jì)算原理為：

假設(shè)電流互感器T01的初級(jí)繞組為N1，次級(jí)繞組為N2，初級(jí)與次級(jí)的繞組的比值為N1:N2＝1:100。電流互感器T01一次繞組與二次繞組有相等的安培匝數(shù)，因而I1×N1＝I2×N2。

電阻器件R1的電壓為50Hz交流電壓，經(jīng)全波整流電路整流后輸出100Hz電壓。根據(jù)全波整流公式VR1是電阻器件R1兩端的電壓，VEC3為電容器件EC3的電壓。經(jīng)全波整流電路整流后的輸出電壓被包括電容EC3與電阻器件R2的整流電路進(jìn)一步整流成直流電壓。因此，電阻器件R3、R4以及電容器件EC4、C5的電壓均為直流電壓。其中

初級(jí)電流I＝100IR1。

其中，根據(jù)電容與電阻并聯(lián)的組抗計(jì)算公式：因?yàn)榱鬟^(guò)電阻器件R3、R4以及電容器件EC4、C5的電流為直流電，因此f為0，電容EC4和C的阻抗也為0。

綜上，最終計(jì)算環(huán)路電流I的公式如下：

進(jìn)而，所述恒功率控制電路可以根據(jù)所述母線電壓Vp和所述電流I計(jì)算的實(shí)際功率，和所述預(yù)設(shè)功率的功率差值調(diào)整用于驅(qū)動(dòng)所述晶體管的PWM的占空比，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定功率的目的。

圖4是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例三的恒功率控制電路調(diào)節(jié)功率的流程圖。本實(shí)施例中利用PID算法中的比例與積分部分，利用實(shí)際功率與預(yù)設(shè)功率比較的方式，調(diào)整驅(qū)動(dòng)所述晶體管的PWM的占空比，從而實(shí)現(xiàn)保證電路中的功率恒定的目的。

首先，控制器對(duì)諧振環(huán)路的母線電壓Vp和環(huán)路中的電流I進(jìn)行檢測(cè)，并計(jì)算電路的實(shí)際功率，然后根據(jù)實(shí)際功率與預(yù)設(shè)功率的差值，調(diào)整所述PWM的占空比，其調(diào)整所述PWM的占空比可以由控制器根據(jù)以下公式完成：

PWM_{調(diào)整后}＝PWM_{調(diào)整前}+Pn+In

Pn＝功率差值/比例系數(shù)

In＝功率差值/微分系數(shù)

其中，PWM_{調(diào)整前}是未調(diào)整的PWM的占空比，PWM_{調(diào)整后}是根據(jù)所述功率差值調(diào)整后的PWM的占空比，比例系數(shù)和微分系數(shù)是預(yù)設(shè)值，可以通過(guò)開發(fā)測(cè)試后選定合適的值固定在控制程序中。

進(jìn)一步地，為了精確調(diào)整，所述控制器可以以預(yù)定的采樣周期對(duì)所述電壓Vp和所述電流I進(jìn)行采樣，并以預(yù)定的調(diào)整周期調(diào)整所述PWM的占空比，例如，母線電壓和電流采樣周期為5ms，PID算法對(duì)PWM的調(diào)整周期為50ms。

進(jìn)一步地，為了防止對(duì)所述PWM過(guò)度調(diào)整而使電路中的功率超出所要控制的范圍，所述控制器對(duì)預(yù)設(shè)功率和/或所述PWM的占空比設(shè)定上下限。

當(dāng)所述恒功率控制電路應(yīng)用于電磁電熱設(shè)備或家用電器中時(shí)，可以根據(jù)其功能設(shè)計(jì)的需求設(shè)定各個(gè)檔位的預(yù)設(shè)功率，當(dāng)所述電磁加熱設(shè)備或家用電器調(diào)節(jié)到相應(yīng)檔位時(shí)，控制器根據(jù)該檔位對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)功率與當(dāng)前電路的實(shí)際功率比較，從而調(diào)整驅(qū)動(dòng)晶體管的PWM的占空比，使整體電路的實(shí)際工作功率被調(diào)節(jié)到與該檔位相適應(yīng)的功率，并保持該功率進(jìn)行工作。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

另外需要說(shuō)明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本實(shí)用新型對(duì)各種可能的組合方式不再另行說(shuō)明。

此外，本實(shí)用新型的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本實(shí)用新型的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實(shí)用新型所公開的內(nèi)容。