[发明专利]用于电磁炉的控制电路、控制方法及其电磁炉

说明书

技术领域

本发明一般地涉及家用电器领域，更具体地说，本发明涉及一种用于电磁炉的控制电路、控制方法及其电磁炉。

背景技术

电磁炉是采用磁场感应涡流原理，利用高频电流通过环形线圈，从而产生无数封闭磁场力，使锅体本身自行快速发热，从而加热锅内食物。当线圈中通过高频电流时，线圈周围产生高频交变磁场。在高频交变磁场中产生的磁力线通过导磁材料(如：铁质锅)的底部，使铁质锅底产生无数小涡流，从而使锅底迅速释放出大量的热量，达到加热目的。电磁炉的工作示意图如图1所示。

图2是现有技术中电磁炉工作的主回路的示意图，由全波整流桥、LC滤波器、电磁线圈MC、电容器C0与开关W构成。这里，所述开关W为一绝缘栅双极型晶体管IGBT。

全波整流桥对输入的交流电AC IN进行全波整流得到单向脉动直流电，并经过由电感L和电容器C串联构成的LC滤波器对经过整流桥进行整流后得到的单向脉动直流电进行LC滤波，从而在电感L和电容器C相连接的点形成正弦半波电压Vin。由电磁线圈MC和电容器C0并联构成的谐振电路的一端连接至电感L和电容器C相连接的点，另一端与开关W连接。开关W不断地导通和断开，导通时输入电压V_in加在电磁线圈两端，流过电磁线圈MC和与其并联的电容器C0的正向电流增加，断开时电磁线圈MC与并联的电容器C0形成高频谐振，电磁线圈MC上电压反向，流经电磁线圈MC的电流减小，流过电磁线圈MC的变化电流形成高频的交变磁场。交变磁场产生的交变磁力线穿过锅具，在铁质锅体内形成涡流，使锅发热。因此，电磁炉是通过控制开关W的通断来调节功率。

传统的电磁炉都是利用MCU控制，在功率大于某个预定值(例如1000W)时，采取调节导通时间Ton的控制方式，Ton的变化范围被微控制单元(MCU)控制，每个Ton时间对应一个功率；而当功率小于该预定值时，控制信号如图3所示，导通时间Ton固定在某个固定值，通过MCU计算功率来调节开关W工作的时间T1和不工作的时间T2以将输出功率调节到设定值。

所以，传统的电磁炉在设定功率较小时工作状态不连续，锅里的水或者食物在开关W工作的时间T1内处于沸腾状态，在开关W不工作的时间T2内会降温而导致无法连续沸腾。这样的工作方式从本质上来说无法真正实现小功率的工作状态，并且会比连续的煮沸状态需要煮熟食物的时间更长，也更费电。

下面对图2的工作状态进行分析，了解图2这种架构是如何产生交变磁场。

在开关W闭合时，设定开关W的导通时间段为Ton，整流后半波电压经过电磁线圈和闭合的开关形成回路，电磁线圈MC是一个线性电感，流过电磁线圈MC的电流持续增加。

一般而言，由于开关W的导通时间Ton较小，因此流过电磁线圈MC的电流近似为线性增加，

L·Δi_L＝V_inputsinθ·T_on(1)

公式(1)中，通过电磁线圈MC的电流为Δi_L，θ为交流输入电压Vin的相位角，Vinput输入电压Vin的波峰。由于输入电压为一正弦波形电压，Vinput·sinθ为不同相位角下的输入电压值。

由公式(1)可得，

另外，设定开关W的断开时间段为Toff，开关W断开后，存储在电磁线圈MC中的能量转移到并联的谐振电容器C0，形成LC谐振回路。

谐振频率为：

其中，L为电磁线圈MC的电感值，C为与电磁线圈并联的谐振电容器C0的电容值。

当存储在电磁线圈MC中的能量全部转移到电容器C0上后，电容器C0电压最高，此时加在开关W上的电压达到谐振波峰。

将公式(2)代入公式(3)，可得：

因此，开关W上谐振电压的波峰V_PEAK也和交流输入电压一样呈现为正弦变化。当电磁炉的功率设定在最大时，开关W的导通时间Ton也达到最大，由于交流输入电压不稳定，具有一定的波动范围为176V～264V，若输入电压为高压264V，谐振的波峰会接近1200V，甚至达到开关W的耐压值，这样开关W有可能会过压损坏。

当谐振处于波峰时，可能会对开关W造成损坏；同样，当谐振处于波谷时，也可能对开关W造成不良影响。

当电容器C0上的能量全部转移到电感上形成负向的电流，电感的能量又全部转移到电容器C0上形成反向的电压，如图5所示，开关W上的电压将达到谐振波谷，此时：