CN102332713A - 用于电磁感应加热器具的防浪涌电路、加热器具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电磁感应加热器具的防浪涌电路，所述防浪涌电路包括扰动波形取得单元、其输出的触发信号持续时间大于扰动波形持续时间的触发信号形成单元以及触发信号输出单元；其中，所述扰动波形取得单元的输入端连接所述整流单元的直流电压输出端，所述扰动波形取得单元输出端连接到所述触发信号形成单元输入端；所述触发信号形成单元的输出端连接到所述触发信号输出单元的输入端，所述触发信号输出单元的输出端与所述开关器件的控制端连接；所述触发信号形成单元的输出端还与所述控制单元的中断输入端连接。实施本发明的用于电磁感应加热器具的防浪涌电路、加热器具及方法，具有以下有益效果：不会出现开关器件损坏的情况。

Description

用于电磁感应加热器具的防浪涌电路、加热器具及方法

技术领域

本发明涉及家用电器，更具体地说，涉及一种用于电磁感应加热器具的防浪涌电路、加热器具及方法。

背景技术

    浪涌干扰广泛存在于现实中，例如雷电、电机的启动和停止等均会在交流电源或交流电网上产生浪涌电压。当浪涌电压进入其他用电器具时，会带来其电压的急剧变化，使得其他用电器具的正常工作受到影响，严重时甚至会损毁用电器具中的元件。人们通常会采取一些措施避免其干扰。如图1所示，在现有技术中，电磁炉电源输入产生浪涌干扰时，该干扰信号通过电流互感器T1次级放大并经过D1,D2,D3,D4整流,在D1,D3的正端产生扰动信号，该扰动信号通过电阻R5、R6、R2引起U1第7脚电位变化，在U1比较器输出端第1脚产生一个低电平输出信号，该信号一路送入单片机（微控制器）产生中断，另一路直接送给开关器件（图1中为IGBT）驱动电路,通过驱动电路后在IGBT栅极产生低电平，使IGBT截止，保护IGBT，该电路的缺点是浪涌检测信号输出的低电平时间很短，硬件关断IGBT 的时间很短，要靠软件长时间关断IGBT驱动信号，当电网中有连续的浪涌脉冲干扰信号时，由于单片机反应速度不够快，有时会造成上述开关器件的损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在连续的浪涌脉冲干扰时会出现损坏开关器件的缺陷，提供一种在连续的浪涌脉冲干扰时不会出现损坏开关器件情况的用于电磁感应加热器具的防浪涌电路、加热器具及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于电磁感应加热器具的防浪涌电路，所述电磁感应加热器具包括发热器件、将交流电压转换为直流电压的整流单元、控制所述直流电压通过所述发热器件的开关器件以及控制所述开关器件导通或截止的控制单元，所述控制单元为微控制器，所述防浪涌电路包括扰动波形取得单元、其输出的触发信号持续时间大于扰动波形持续时间的触发信号形成单元以及触发信号输出单元；其中，所述扰动波形取得单元的输入端连接所述整流单元的直流电压输出端，所述扰动波形取得单元输出端连接到所述触发信号形成单元输入端；所述触发信号形成单元的输出端连接到所述触发信号输出单元的输入端，所述触发信号输出单元的输出端与所述开关器件的控制端连接；所述触发信号形成单元的输出端还与所述控制单元的中断输入端连接。 

在本发明所述的用于电磁感应加热器具的防浪涌电路中，所述触发信号形成单元还包括一个用于使得其由输入的扰动波形形成的触发信号时使所述触发信号持续时间延长的时间延长子单元。

在本发明所述的用于电磁感应加热器具的防浪涌电路中，所述触发信号单元为其正输入端与所述扰动波形取得单元输出端连接、其负输入端通过电阻接地的比较器，所述时间延长子单元连接在所述比较器的输出端和正输入端之间。 

在本发明所述的用于电磁感应加热器具的防浪涌电路中，所述时间延长子单元包括第一二极管、第二二极管、第一电阻、第一电容和第二电阻；其中，所述第一电容为其正极与所述比较器输出端连接、其负极与所述第一二极管正极连接的极性电容；所述第一二极管负极与所述比较器正输入端连接；所述第一二极管正极还与所述第二二极管负极连接，所述第二二极管正极通过所述第一电阻连接到地电位；所述第二电阻一端连接在所述第一电容的正端，一端连接电源正端。

在本发明所述的用于电磁感应加热器具的防浪涌电路中，所述扰动波形取得单元包括第四电阻、第五电阻、第九电阻、第三电容和第三二极管；其中，所述第四电阻和第三电容并联，并联后的一端连接在所述整流单元直流正输出端，其另一端与第五电阻一端连接；所述第五电阻另一端与所述第三二极管正极连接，所述第三二极管负极输出扰动波形；所述第三二极管正极还通过所述第九电阻连接在地电位上。 

在本发明所述的用于电磁感应加热器具的防浪涌电路中，所述触发波形输出单元包括第七电阻和第一晶体管，其中所述第七电阻一端与所述触发波形产生单元输出端连接，所述第七电阻的另一端与所述第一晶体管的基极连接，所述第一晶体管的发射极接地，其集电极与所述开关器件的控制端连接。

在本发明所述的用于电磁感应加热器具的防浪涌电路中，所述开关器件包括IGBT、场效应管或晶体管。

本发明还涉及一种电磁感应加热器具，包括防浪涌电路，所述防浪涌电路为上述的防浪涌电路；所述电磁感应加热器具为电磁炉、电磁热水器或电磁电饭煲。

本发明还涉及在电磁感应加热器具中防浪涌的方法，包括如下步骤：

A）判断是否出现扰动波形，如是，执行下一步骤；否则，重复本步骤；

B）硬件产生触发信号关断开关器件，同时产生中断信号传送到控制单元；

C）所述控制单元响应中断信号，设置保护时间后输出保护波形关断所述开关器件

D）所述控制单元在所述保护时间到后输出正常加热驱动波形使所述开关器件正常工作；

其中，所述触发信号的维持时间大于所述扰动波形出现到所述保护波形输出时的时间间隔。

在本发明所述的在电磁感应加热器具中防浪涌的方法中，所述步骤B）中，采用使所述由扰动波形形成的触发信号维持时间延长的时间延长子单元使得所述触发信号维持的时间大于所述扰动波形出现到所述保护波形输出时的时间间隔。

实施本发明的用于电磁感应加热器具的防浪涌电路、加热器具及方法，具有以下有益效果：由于扰动波形取自经过整流的直流输出端，且其触发信号形成单元所形成的触发信号较浪涌脉冲本身持续的时间较长且持续时间可以调节，所以在连续的浪涌脉冲存在的情况下可以保证开关器件不会工作，因而不会出现开关器件损坏的情况。

附图说明

图1是现有技术中电磁炉使用的浪涌保护电路的结构示意图；

图2是本发明用于电磁感应加热器具的防浪涌电路及其加热器具实施例的逻辑框图；

图3是所述实施例的电路原理图；

图4是所述实施例中在电磁感应加热器具中防浪方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图2所示，在本发明用于电磁感应加热器具的防浪涌电路及其加热器具实施例中，该电磁感应加热器具是一个电磁炉，电磁炉电路包括：发热器件22、将交流电压转换为直流电压的整流单元21、控制上述直流电压通过发热器件22的开关器件23以及控制开关器件23导通或截止的控制单元24，通常而言，控制单元24为微控制器加振荡电路和驱动电路。其工作时，整流单元21将交流电网上的交流电压转换为直流电压在图2中标注DC的两端输出，发热器件22和开关器件23串联后连接在上述DC的两端，当开关器件23导通时，直流电压依次经过发热器件22和开关器件23，使得发热器件22工作（此时整流单元输出的直流电压给谐振电路中的电感充电）；而当开关器件23截止时，直流电压没有形成回路，发热器件22谐振电路中的电感先给谐振电容充电，谐振电容充电到最高电压后又反过来对电感进行充电，谐振电路充放电过程产生交变磁场。控制上述开关器件23的状态（导通或截止）的是控制单元24，其通常位是微控制器（即单片机）加振荡电路和驱动电路，该微控制器的一个输入/输出端口的输出电压控制振荡电路的工作状态，振荡电路通过驱动电路控制开关器件23的导通或截止。值得一提的是，这里所讲的发热器件22并不一定其自身发热，例如，在本实施例中，该发热器件22就是一个谐振电路，其产生交变的磁场，使得附近的金属容器由于涡流效应而发热。在本实施例中，该防浪涌电路包括扰动波形取得单元25、触发信号形成单元26以及触发信号输出单元27；其中，扰动波形取得单元25的输入端连接整流单元21的直流电压输出端（即与发热器件22的一端连接在一起），扰动波形取得单元25的输出端连接到触发信号形成单元26的输入端；触发信号形成单元26的输出端连接到触发信号输出单元27的输入端，触发信号输出单元27的输出端与开关器件23的控制端连接；触发信号形成单元26的输出端还与控制单元24的中断输入端连接。其中，上述触发信号输出单元27输出的触发信号的持续时间大于其输入的扰动波形持续时间且触发信号输出单元27输出的触发信号的持续时间可调节。

在本实施例中，上述触发信号形成单元27中输出的触发信号的持续时间大于其输入的扰动波形持续时间这一功能是通过设置在其中的一个时间延长子单元（图中未示出）来实现的。该时间延长子单元的功能就是使所述触发信号持续时间延长。在本实施例中，触发信号形成单元包括其正输入端与扰动波形取得单元25输出端连接、其负输入端通过电阻接地的比较器，而时间延长子单元连接在该比较器的输出端和正输入端之间。

请参见图3，图3是本实施例中防浪涌电路的电原理图，在图3中，桥堆BR1为图2中的整流单元21，电感L1、电容C4为图2中的发热器件22，IGBT为图2中的开关器件23，电阻R4、电阻R5、电阻R9、电容C3和二极管D3是图2中的扰动波形取得单元25，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R8、电阻R10、电容C1、电容C2、二极管D1、二极管D2以及比较器U1是图2中的触发信号产生单元26，电阻R7和三极管TR1是图2中的触发信号输出单元27，而图2中的控制单元24并没有在图3中显示，仅仅只是表现出控制单元24的几个端口。因此，在本实施例中，时间延长子单元包括第一二极管（二极管D1）、第二二极管（二极管D2）、第一电阻（电阻R1）、第一电容（电容C1）和第二电阻（电阻R2）；其中，第一电容（电容C1）是其正极与比较器（U1）输出端连接、其负极与第一二极管（二极管D1）负极连接的极性电容；第一二极管（二极管D1）负极与比较器（U1）正输入端连接；第一二极管（二极管D1）正极还与第二二极管（二极管D2）负极连接，第二二极管（二极管D2）正极通过第一电阻（电阻R1）连接到地电位；第二电阻（电阻R2）一端连接在第一电容（电容C1）的正端，一端连接电源正端（图3中标示为VCC的端子）。

在本实施例中，扰动波形取得单元25包括第四电阻（电阻R4）、第五电阻（电阻R5）、第九电阻（电阻R9）、第三电容（电容C3）和第三二极管（二极管D3）；其中，第四电阻（电阻R4）和第三电容（电容C3）并联，并联后的一端连接在整流单元21直流正输出端，其另一端与第五电阻（电阻R5）一端连接；第五电阻（电阻R5）另一端与第三二极管（二极管D3）正极连接，第三二极管（二极管D3）负极输出扰动波形；第三二极管（二极管D3）正极还通过第九电阻（电阻R9）连接在地电位上。触发波形输出单元27包括第七电阻（电阻R7）和第一晶体管（晶体管TR1），其中第七电阻（电阻R7）一端与触发波形产生单元26的输出端连接，第七电阻（电阻R7）的另一端与第一晶体管（晶体管TR1）的基极连接，第一晶体管（晶体管TR1）的发射极接地，其集电极与开关器件23的控制端连接。触发波形输出单元27的设置使得当触发波形输出到开关器件23的控制端时，波形更加稳定。

在本实施例中，开关器件23为IGBT，但是在其他实施例中，开关器件23也可以是场效应管或晶体管。

由图3可以看出，在本实施例中，当电磁炉电源输入产生浪涌干扰时，该干扰信号经过桥堆BR1整流，电容C3（高压电容）、电阻R4滤波，产生扰动信号；该扰动信号通过电阻R5、R9分压，D3整流，电容C2滤波后，加到比较器U1第5脚的正相端（即正输入端），引起U1第5脚电位变化，在U1比较器输出端第2脚产生一个高电平输出信号，该信号通过电阻R7使三极管TR1导通，此时如果IGBT栅极为高电平，由于三极管TR1导通，IGBT栅极将被拉低为低电平，从而有效保护IGBT不被损坏；此时如果IGBT栅极为低电平，IGBT为截止状态。上述两种状态下IGBT都不会导通，从而能快速有效的保护IGBT不被损坏。同时，当U1比较器输出端第2脚为高时， VCC电压通过R2，C1，D1，R3，形成一充电回路，对电容C1进行充电，C1的电压通过D1加U1的第5脚，使比较器U1的第2脚继续维持一段时间的高电平，使三极管TR1导通，从而保护了IGBT，电容C1的大小决定了延时保护的时间，当浪涌消失的时候，电容C1放电，U1的第2脚输出继续为高电平，当C1放完电时，U1的第2脚输出为低电平，此时硬件不再控制IGBT 驱动电路。在硬件发生保护时，软件通过检测U1 第二脚的上升沿信号，进入中断服务程序，当进入上述中断服务程序后，控制单元关断IGBT的驱动电路，使得IGBT在软件控制下停止工作（注意，此时硬件控制也是关断IGBT,硬件关断只能持续一段时间，所以加上软件控制，可以任意控制关断时间长短，可靠性更高），同时，软件设置关断IGBT驱动电路的时间标志和IGBT保护标志，之后，主程序判断设置时间是否达到，如未达到，继续停止加热；如达到，清除标志位并返回继续加热。软件可以长时间关断IGBT 驱动信号（一般关断时间设为2秒）。由于硬件自锁保护时间较长，对于连续的浪涌干扰，通过软硬件保护相结合的方法，该电路可以大大提高保护的反应速度和保护的可靠性。

在本实施例中，还涉及一种电磁感应加热器具，该电磁感应加热器具除了实现其功能的电路外还包括防浪涌电路，而该防浪涌电路就是上述的防浪涌电路。在本实施例中，电磁感应加热器具为电磁炉，而在其他实施例中，该电磁感应加热器具也可以是电磁热水器或电磁电饭煲。

如图4所示，在本实施例中，还涉及一种在电磁感应加热器具中防浪涌的方法，其包括如下步骤：

步骤S11 扰动波形出现？如扰动波形出现，执行步骤S13和步骤S14；如扰动波形并未出现，执行步骤S12；在本实施例中，上述扰动波形是浪涌电流或电压出现后形成的波形，扰动波形的出现，意味浪涌电流或电压的出现；所以，本步骤也可以换一种描述方法，即浪涌电流或电压出现，执行步骤S13和步骤S14；否则，执行步骤S12。至于步骤S13和S14，在本实施例中为并行步骤，并无先后之分。也就是在执行步骤S13的同时执行步骤S14。

步骤S12 执行电磁加热其他程序：在本步骤中，由于在交流电上并无出现浪涌电流或电压，所以，不需要对开关器件（在本实施例中为IGBT）进行保护，也就是说，该电磁加热装置正常工作。并返回步骤S11，进行下一次判断。

步骤S13 硬件关断IGBT：在出现扰动波形时，在本实施例中，由硬件（即上述的扰动波形取得单元25、触发信号形成单元26以及触发信号输出单元27）产生触发信号并输出到开关器件（在本实施例中是IGBT）的控制端，不管IGBT目前的状态是关断还是连通，都使得IGBT关断，起到保护IGBT不被浪涌电流或电压冲击的作用。

步骤S14 发送中断信号，调用IGBT保护子程序：在执行上述步骤S13的同时，将由扰动波形得到的触发信号输送到控制装置（在本实施例中，该控制装置是一个MCU）的中断输入端，使其成为一个控制装置的中断信号；控制装置在接收到该中断信号后，调用IGBT的保护子程序。

步骤S15 设置保护标志位，设置保护时间，输出关断IGBT波形：在本步骤中，控制装置调用开关器件（IGBT）的保护子程序，设置保护标志位，屏蔽加热或其他操作；设置保护时间，并开始计时，同时，在控制装置的驱动开关器件的输出端上输出使得该开关器件关断的驱动波形，使得开关器件关断。之所以使用硬件和软件结合来实现关断开关器件从而达到在浪涌电流或电压到来时保护开关器件的目的，是因为硬件产生的触发信号的速度较快，但是，其维持时间不能太长或难于调节，所以，从快速的角度而言，需要硬件产生触发信号，尽快使得开关器件进入保护状态；但是，在出现连续的浪涌电流或电压时，硬件保护的时间不够，仍然存在开关器件损坏的危险；所以，采用在硬件保护之后，调用软件对开关器件再次进行保护，而软件的保护时间是可以设置的，其既可以达成较长的保护时间，也便于调节。但是，软件保护的启动需要一定的时间，所以，在本实施例中，上述硬件产生的触发信号一定要维持到软件保护的关断开关器件的驱动波形输出之后才能结束，也就是说，在本实施例中，触发信号的维持时间大于所述扰动波形出现到所述保护波形输出时的时间间隔。为达到此目的，在本实施例中，采用时间延长子单元使得所述触发信号维持的时间大于所述扰动波形出现到所述保护波形输出时的时间间隔。该时间延长子单元使扰动波形形成的触发信号维持时间延长。

步骤S16 保持IGBT关断：在本步骤中保持IGBT关断；值得一提的是，在本步骤中，可能硬件输出的触发信号还在维持IGBT的关断，但是，不管硬件输出的触发信号的状态，在本步骤中，由控制装置驱动开关器件的输出端的波形而言，其一定是使得开关器件关断的。也就是说，在本步骤中，可能是触发信号和控制装置输出的驱动波形同时使得开关器件关断的，也可能是控制装置输出的驱动波形单独使得上述开关器件关断的。

步骤S17 设置时间到？如已到设置时间，执行步骤S18；否则，返回步骤S16。

步骤S18 清除保护标志位，开始正常加热。

这样，既实现了在电磁加热器具中的浪涌电流或电压到来时的快速保护，也实现了保护时间的调节或延长。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于电磁感应加热器具的防浪涌电路，所述电磁感应加热器具包括发热器件、将交流电压转换为直流电压的整流单元、控制所述直流电压通过所述发热器件的开关器件以及控制所述开关器件导通或截止的控制单元，所述控制单元为微控制器，其特征在于，所述防浪涌电路包括扰动波形取得单元、其输出的触发信号持续时间大于扰动波形持续时间的触发信号形成单元以及触发信号输出单元；其中，所述扰动波形取得单元的输入端连接所述整流单元的直流电压输出端，所述扰动波形取得单元输出端连接到所述触发信号形成单元输入端；所述触发信号形成单元的输出端连接到所述触发信号输出单元的输入端，所述触发信号输出单元的输出端与所述开关器件的控制端连接；所述触发信号形成单元的输出端还与所述控制单元的中断输入端连接。

2.根据权利要求1所述的用于电磁感应加热器具的防浪涌电路，其特征在于，所述触发信号形成单元还包括一个用于使得其由输入的扰动波形形成的触发信号时使所述触发信号持续时间延长的时间延长子单元。

3.根据权利要求2所述的用于电磁感应加热器具的防浪涌电路，其特征在于，所述触发信号单元为其正输入端与所述扰动波形取得单元输出端连接、其负输入端通过电阻接地的比较器，所述时间延长子单元连接在所述比较器的输出端和正输入端之间。

4.根据权利要求3所述的用于电磁感应加热器具的防浪涌电路，其特征在于，所述时间延长子单元包括第一二极管、第二二极管、第一电阻、第一电容和第二电阻；其中，所述第一电容为其正极与所述比较器输出端连接、其负极与所述第一二极管正极连接的极性电容；所述第一二极管负极与所述比较器正输入端连接；所述第一二极管正极还与所述第二二极管负极连接，所述第二二极管正极通过所述第一电阻连接到地电位；所述第二电阻一端连接在所述第一电容的正端，一端连接电源正端。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的用于电磁感应加热器具的防浪涌电路，其特征在于，所述扰动波形取得单元包括第四电阻、第五电阻、第九电阻、第三电容和第三二极管；其中，所述第四电阻和第三电容并联，并联后的一端连接在所述整流单元直流正输出端，其另一端与第五电阻一端连接；所述第五电阻另一端与所述第三二极管正极连接，所述第三二极管负极输出扰动波形；所述第三二极管正极还通过所述第九电阻连接在地电位上。

6.根据权利要求5所述的用于电磁感应加热器具的防浪涌电路，其特征在于，所述触发波形输出单元包括第七电阻和第一晶体管，其中所述第七电阻一端与所述触发波形产生单元输出端连接，所述第七电阻的另一端与所述第一晶体管的基极连接，所述第一晶体管的发射极接地，其集电极与所述开关器件的控制端连接。

7.根据权利要求6所述的用于电磁感应加热器具的防浪涌电路，其特征在于，所述开关器件包括IGBT、场效应管或晶体管。

8.一种电磁感应加热器具，包括防浪涌电路，其特征在于，所述防浪涌电路为权利要求7所述的电路；所述电磁感应加热器具为电磁炉、电磁热水器或电磁电饭煲。

9.一种在电磁感应加热器具中防浪涌的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A）判断是否出现扰动波形，如是，执行下一步骤；否则，重复本步骤；

B）硬件产生触发信号关断开关器件，同时产生中断信号传送到控制单元；

C）所述控制单元响应中断信号，设置保护时间后输出保护波形关断所述开关器件

D）所述控制单元在所述保护时间到后输出正常加热驱动波形使所述开关器件正常工作；

其中，所述触发信号的维持时间大于所述扰动波形出现到所述保护波形输出时的时间间隔。

10.根据权利要求9所述的在电磁感应加热器具中防浪涌的方法，其特征在于，所述步骤B）中，采用使所述由扰动波形形成的触发信号维持时间延长的时间延长子单元使得所述触发信号维持的时间大于所述扰动波形出现到所述保护波形输出时的时间间隔。

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