用于電磁爐過流保護(hù)的控制電路和控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般地設(shè)及家用電器領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明設(shè)及一種對電磁爐的過流 保護(hù)的控制電路和控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電磁爐是采用磁場感應(yīng)禍流原理，利用高頻電流通過環(huán)形線圈，從而產(chǎn)生無數(shù)封 閉磁場力，使鍋體本身自行快速發(fā)熱，從而加熱鍋內(nèi)食物。當(dāng)線圈中通過高頻電流時，線圈 周圍產(chǎn)生高頻交變磁場。在高頻交變磁場中產(chǎn)生的磁力線通過導(dǎo)磁材料（如；鐵質(zhì)鍋）的 底部，使鐵質(zhì)鍋底產(chǎn)生無數(shù)小禍流，從而使鍋底迅速釋放出大量的熱量，達(dá)到加熱目的。電 磁爐的工作示意圖如圖1所示。
[0003] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中電磁爐工作的主回路的示意圖，由全波整流橋、LC濾波器、電磁 線圈MC、電容器C0與開關(guān)W構(gòu)成。該里，所述開關(guān)W為一絕緣柵雙極型晶體管IGBT。
[0004] 作為輸入的交流電，經(jīng)過全波整流橋后被全波整流，然后經(jīng)過LC濾波器，形成正 弦半波電壓。開關(guān)W不斷地導(dǎo)通和斷開，當(dāng)開關(guān)W導(dǎo)通時，輸入電壓加在電磁線圈兩端，電 磁線圈流過正向電流增加，當(dāng)開關(guān)W斷開時，電磁線圈與并聯(lián)的電容形成高頻諧振，電磁線 圈上電壓反向，流經(jīng)電磁線圈的電流減小，流過線圈的電流的改變形成高頻磁場。高頻磁場 產(chǎn)生的交變磁力線穿過鍋具，在鐵質(zhì)鍋體內(nèi)形成禍流，使鍋發(fā)熱。
[0005] 市場上常見的電磁爐加熱的控制方案就是利用上述的主回路架構(gòu)，通過W微控制 單元（MCU)為核屯、的數(shù)字控制電路實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)和保護(hù)。由于輸入功率等于輸入電壓與輸 入電流的乘積，其中，輸入電壓為電網(wǎng)電壓，基本固定，所W通過控制輸入的平均電流，即可 控制整個系統(tǒng)的功率。輸入電流是指從電網(wǎng)端流入系統(tǒng)的電流，當(dāng)開關(guān)W導(dǎo)通時，輸入電流 流入，當(dāng)開關(guān)W斷開時，輸入電流停止流入，所W通過控制開關(guān)W上的電流，即可通過控制輸 入電流從而控制輸入功率。在數(shù)字控制的環(huán)路中，將采樣輸入電壓和流過開關(guān)W的平均電 流得到的結(jié)果進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到相應(yīng)的數(shù)字信號；微控制單元MCU將輸入電壓與輸入電流 相乘W計算功率，通過將計算結(jié)果與設(shè)定功率相比較，對開關(guān)W的導(dǎo)通時間Ton進(jìn)行調(diào)節(jié)， 該里，Ton的變化范圍被MCU控制，每個導(dǎo)通時間Ton對應(yīng)一個功率。該種控制方案全部采 用數(shù)字電路進(jìn)行控制，因為通過數(shù)字電路進(jìn)行控制時，運(yùn)算需要時間，因而對于瞬間電流與 瞬間電壓的控制往往滯后。
[0006] 圖3是在電磁爐工作中發(fā)生浪涌時的電壓波形，輸入電壓Vi。電壓沖高，加在電磁 線圈電感上的電壓升高，通過電感的電流的斜率增大，因為數(shù)字電路控制的滯后反應(yīng)，導(dǎo)通 時間T。。不會實時地發(fā)生改變。因為電流斜率增大，如果導(dǎo)通時間T。。不變，那么T。。結(jié)束時， 電流Ipk將比上一周期顯著增加，根據(jù)Fw ，開關(guān)W上的電壓￥"將會增大，如果V" 超過開關(guān)W的耐壓，開關(guān)W將會炸毀，該種情況在輸入電壓Vin發(fā)生浪涌時將不可避免；上 述計算的公式中，V"為開關(guān)W的集電極電壓峰值，Ipk為流過開關(guān)W的集電極-發(fā)射極CE 電流峰值，L為電磁爐線圈電感，C為并聯(lián)在電磁爐電感上的電容。即使MCU通過外加輸入 電壓偵測電路檢測到電壓發(fā)生了浪涌，但MCU經(jīng)過運(yùn)算，最快判斷需要保護(hù)開關(guān)W的運(yùn)算時 間是1. 3US，因此斷開開關(guān)W的指令發(fā)出最少具有1. 3US的延遲，所W利用微控制單元MCU 來對開關(guān)W進(jìn)行過流保護(hù)是電磁爐安全性的一個瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，本發(fā)明的過流保護(hù)電路通過采用模擬電路控制，對 電磁爐系統(tǒng)進(jìn)行及時過流保護(hù)，使電磁爐系統(tǒng)的安全性大為提高；同時，對電磁爐的開關(guān)器 件的電壓，采用動態(tài)的電壓闊值進(jìn)行監(jiān)控，可對電磁爐系統(tǒng)提供在所有功率和相位條件下 的過流保護(hù)。
[000引根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了 一種控制電路，包括：采樣電路，對第一電壓信號進(jìn) 行采樣并將經(jīng)采樣的第一電壓信號作為第一輸出電壓信號輸出；差分放大電路，獲得與第 一電壓信號與第一輸出電壓信號之間的電壓差相應(yīng)的電壓；比較器，將該電壓與第一闊值 電壓進(jìn)行比較，當(dāng)該電壓大于第一闊值電壓時，輸出第一控制信號W便于斷開電磁爐主回 路中的第一開關(guān)。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中，采樣電路包括由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器、開 關(guān)和第一電容器，該電壓跟隨器的輸出端通過開關(guān)與第一電容器相連，第一電容器的另一 端接地，第一電容器上的電壓信號作為第一輸出電壓信號輸入到差分放大電路；第一電壓 信號輸入至該運(yùn)算放大器的正相輸入端；用于控制該開關(guān)導(dǎo)通和斷開的第一采樣信號的周 期與控制電磁爐主回路上的第一開關(guān)導(dǎo)通和斷開的第二控制信號的周期相同，并用于對第 一電壓信號的峰值電壓進(jìn)行采樣。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中，采樣電路包括由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器、兩 組開關(guān)電路和分別與該兩組開關(guān)電路相連的第二電容器、第=電容器，其中第二電容器和 第=電容器上的電壓信號分別輸入到該差分放大電路，第一電壓信號輸入至該運(yùn)算放大器 的正相輸入端，兩組開關(guān)電路內(nèi)的開關(guān)分別被第二采樣信號和第=采樣信號控制，該第二 采樣信號和第=采樣信號的周期分別為控制電磁爐主回路上的第一開關(guān)導(dǎo)通和斷開的第 二控制信號的周期的兩倍，第二采樣信號和第=采樣信號疊加起來構(gòu)成所述控制電磁爐主 回路上的第一開關(guān)導(dǎo)通和斷開的第二控制信號，兩組開關(guān)電路中的任一組在導(dǎo)通時將第一 電壓信號輸入到差分放大電路，并將兩組開關(guān)電路中的另一組對第一電壓信號進(jìn)行采樣獲 得的經(jīng)采樣的第一電壓信號作為第一輸出電壓信號輸入到差分放大電路W便該差分放大 電路獲得與第一電壓信號和第一輸出電壓信號之間的電壓差相應(yīng)的電壓。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中，第一電壓信號與電磁爐主回路上的電流相應(yīng)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種控制電路，包括；第一控制單元，將與參考電 壓和第一電壓信號的電壓之間的電壓差相應(yīng)的電流進(jìn)行積分獲得第二電壓信號，并將作為 斜坡信號的第S電壓信號的電壓與第二電壓信號的電壓進(jìn)行比較W輸出第一控制信號；將 與第一電壓信號與對第一電壓信號進(jìn)行義樣獲得的第一輸出電壓信號之間的電壓差相應(yīng) 的電壓與第一闊值電壓進(jìn)行比較W輸出第二控制信號；由第一控制信號和第二控制信號得 到第S控制信號；第二控制單元，將反映第四電壓信號的電壓變化的第五電壓信號的電壓 與第二闊值電壓進(jìn)行比較W輸出第四控制信號；第一邏輯控制單元，基于分別從第一控制 單元和第二控制單元輸出的第=控制信號和第四控制信號輸出第五控制信號。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中，第一控制單元包括；差分積分電路，包括第一運(yùn)算 跨導(dǎo)放大器和第一電容器，其中，通過第一運(yùn)算跨導(dǎo)放大器生成與參考電壓和第一電壓信 號的電壓之間的電壓差相應(yīng)的電流并通過第一電容器對該電流進(jìn)行積分W獲得第二電壓 信號；第一比較器，將第立電壓信號與第二電壓信號進(jìn)行比較W輸出第一控制信號，其中， 當(dāng)?shù)赟電壓信號的電壓大于第二電壓信號的電壓時，第一控制信號變?yōu)楦唠娖剑渲?，?dāng)?shù)?五控制信號為高電平時，第S電壓信號的電壓上升；當(dāng)?shù)谖蹇刂菩盘枮榈碗娖綍r，第S電壓 信號的電壓變?yōu)榱恪?br>[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中，第一控制單元還包括過流保護(hù)模塊，所述過流保護(hù) 模塊獲得與第一電壓信號與對第一電壓信號進(jìn)行采樣獲得的第一輸出電壓信號之間的電 壓差相應(yīng)的電壓并將該電壓與第一闊值電壓進(jìn)行比較W輸出第二控制信號，其中，當(dāng)該電 壓大于第一闊值電壓時，第二控制信號變?yōu)楦唠娖健?br>[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中，第一控制單元還包括：
[0016] 第二邏輯控制單元，由第一控制信號和第二控制信號得到第S控制信號，其中，第 一控制信號、第二控制信號、第=控制信號為電平信號，當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘柣虻诙刂菩盘枮?高電平時，第S控制信號為高電平。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中，第二控制單元包括第二電容器、第一電阻器、第二 電阻器、第=電阻器和第二比較器，其中，第二電阻器一端輸入第四電壓信號，另一端連接 至第S電阻器和由第二電容器和第一電阻器所形成的串聯(lián)電路構(gòu)成的并聯(lián)電路，并且第二 電容器與第一電阻器相連接的節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生的第五電壓信號輸入至第二比較器W與第二闊 值電壓進(jìn)行比較并輸出第四控制信號，其中，當(dāng)?shù)诙熤惦妷捍笥诘谖咫妷盒盘柕碾妷簳r， 第四控制信號變?yōu)楦唠娖健?br>[0018] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中，第S控制信號、第四控制信號和第五控制信號為電 平信號，其中，當(dāng)?shù)赟控制信號為高電平時，第五控制信號為低電平，當(dāng)?shù)谒目刂菩盘枮楦?電平時，第五控制信號為高電平。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中，邏輯控制單元為RS觸發(fā)器，其中，第=控制信號輸 入到RS觸發(fā)器的復(fù)位端，而第四控制信號輸入到RS觸發(fā)器的置位端。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其中，所述第五控制信號用于驅(qū)動連接在電磁爐主回路 中的第一開關(guān)，第一電壓信號與電磁爐主回路上的電流相應(yīng)，