感应加热电路及控制方法

技术领域

本发明属于中小功率感应加热方法技术领域，涉及感应加热的电路，还涉及感应加热电路的控制方法。

背景技术

目前，电磁炉作为家庭厨房中主要的几种加热方式之一，现有技术的感应加热电磁炉只能有效加热铁磁性材料锅具或电磁炉专用锅具，不能加热低磁导率锅具，另外不同品牌电磁炉锅具的使用存在通用性问题，所以电磁炉对不同磁导率锅具的适应性较差。

发明内容

本发明的目的是提供感应加热电路，通过在电路的拓扑当中添加中继线圈，来提高电磁炉的负载适应性以加热不同磁导率的锅具；本发明的另一目的是提出感应加热电路的控制方法，通过分析整流后等效电阻的大小来选择工作模式，解决了电路谐振电流的问题。

本发明所采用的技术方案是，感应加热电路，包括工频交流电源，工频交流电源依次连接整流电路、逆变电路、初级线圈，初级线圈与中继线圈耦合。

整流电路包括晶闸管a，晶闸管a通过导线与晶闸管c、晶闸管b、晶闸管d依次连接；

逆变电路包括MOSFET开关管a，MOSFET开关管a通过导线与MOSFET开关管c、MOSFET开关管b、MOSFET开关管d串联在一起，滤波电容一端分别连接MOSFET开关管a的输入端和晶闸管的输出端，另一端分别连接MOSFET开关管a的输出端和晶闸管的输入端；

初级线圈包括电阻a，电阻a通过导线与初级侧线圈、电容a相连，电容a与开关a、电容b、开关b和电容c并联，电阻a的接入端与MOSFET开关管b输出端相连。

中继线圈包括电阻b，电阻b通过导线与中继侧线圈、电容d串联，电容d与开关c、电容e、开关d和电容f并联，中继侧线圈与初级线圈耦合。

本发明的另一个技术方案是：感应加热电路的控制方法，该方法使用上述的感应加热电路，具体按以下步骤进行：

步骤1，首先启动感应加热电路；

步骤2，使用电流霍尔元器件和电压霍尔元器件分别采集感应加热电路中整流电路输入电压V

步骤3，感应加热电路依据等效电阻R

步骤4，感应加热电路根据初级线圈的电流频率与MOSFET开关管频率的倍数关系，以及计算整流后等效电阻R

感应加热电路中逆变电路的三倍频模式，当初级线圈的电流频率为感应加热电路中逆变电路MOSFET开关管的最小开关频率f

感应加热电路中逆变电路的二倍频模式，初级线圈的电流频率为感应加热电路中逆变电路MOSFET开关管最小开关频率f

感应加热电路中逆变电路的半桥模式，当初级线圈的电流频率为感应加热电路中逆变电路MOSFET开关管的最小开关频率f

感应加热电路中逆变电路的全桥模式，当初级线圈的电流频率为感应加热电路中逆变电路MOSFET开关管的最小开关频率f

本发明的有益效果是：本发明在现有技术的感应加热电路的初次侧感应线圈与次级负载侧感应线圈的基础上，在初次侧线圈和锅具负载之间加入了一个中继线圈；

根据感应加热电路整流后的等效电阻大小来选择工作模式，本感应加热电路一共有四种工作模式，能够有效的加热低电阻率以及低磁导率锅具，提升了传统电磁炉的锅具负载适应性。

附图说明

图1为本发明感应加热电路的电路图；

图2为本发明感应加热方法的流程示意图；

图3为本发明感应加热电路的控制方法的电路拓扑示意图。

图中，1.工频交流高压电源，2.整流电路，3.逆变电路，4.初级线圈，5.中继线圈；

201.晶闸管a，202.晶闸管b，203.晶闸管c，204.晶闸管d，301.滤波电容，302.MOSFET开关管a，303.MOSFET开关管b，304.MOSFET开关管c，305.MOSFET开关管d，401.初级侧线圈，402.电阻a，403.电容a，404.开关a，405.电容b，406.开关b，407.电容c，501.中继侧线圈，502.电阻b，503.电容d，504.开关c，505.电容e，506.开关d，507.电容f。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明用于电磁炉感应加热的电路，如图1所示，包括工频交流电源1，工频交流电源1经过由四个晶闸管组成的整流电路2之后，经过整流电路2此时获得一个大小为V

如图2所示，感应加热电路先依据加热拓扑整流侧的等效电阻选择工作模式，然后在稳态下通过调频调功的方式调节传输功率，即R

通过计算所得到的等效电阻的大小与四种模式下等效电阻的大小进行对比，改变逆变电路3中MOSFET开关管的控制方法，使逆变电路3分别工作在全桥模式、半桥模式、二倍频模式和三倍频模式。并根据不同模式下感应加热电路的谐振频率，利用电路切换线圈的谐振电容，完成各个模式下的谐振槽路匹配，从而完成对不同锅具的加热。

感应加热电路经常应用于电磁炉的家用电器，在设计时需考虑噪音方面的影响，由于人类耳朵可听到声音频率为20Hz～20kHz，因此一般家用电磁炉设置逆变器的工作频率略大于20kHz，因此本加热电路开关器件MOSFET的最小开关频率为25KHZ。

本发明的感应加热电路的控制方法的具体步骤是：

步骤1，首先启动带有中继线圈5的感应加热电路；

步骤2，使用电流霍尔元器件和电压霍尔元器件分别采集感应加热电路拓扑中整流侧输入电压V

步骤3，依据计算得到的等效电阻选择工作模式，感应加热电路逆变电路3的工作模式分别有三倍频模式、二倍频模式、半桥模式以及全桥模式。

步骤4，系统根据初级线圈4的电流频率与开关频率的倍数关系，以及整流后所计算的等效电阻的大小关系，选择系统的工作模式，根据PFM即调频调功的方式调整所需的系统功率。

本发明感应加热电路的控制方法中步骤3的具体过程为：

步骤3.1，当初级线圈4的电流频率为电路拓扑中逆变电路开关管的最小开关频率f

步骤3.2，初级线圈4的电流频率为最小开关频率f

步骤3.3,初级线圈4的电流频率为最小开关频率f

步骤3.4，初级线圈4的电流频率为最小开关频率f

比如，我们选取输入感应加热电路的是单相220V，频率为50HZ的交流电，装置的额定功率为2100W，开关器件的最小工作频率是25KHz,即f

因此在感应加热电路整流侧的负载参数计算上，以感应加热电路的逆变电路3工作在全桥模式上计算，全桥模式下整流后的最大等效电阻为：

半桥模式，二倍频模式以及三倍频模式下，感应加热电路整流电路2的等效电阻大小为全桥模式等效电阻的四分之一，为5.76Ω。

此时具体的工作流程是：启动感应加热电路后，分别采集电路拓扑中整流侧输入电压和输入电流的大小，输入电压和输入电流的比值大小进行相关计算，得到整流后等效电阻R

即感应加热电路中初级线圈4的电流频率大小为75KHz时，此时进行控制开关完成初级线圈4和中继线圈5的电容投切，且此时测得等效电阻大小5.76Ω小于23Ω，则感应加热电路工作在三倍频模式。感应加热电路中初级线圈4的电流频率大小为50KHz时，此时控制开关进行初级线圈4和中继线圈5的电容投切，且此时测得等效电阻大小小于5.76Ω，则感应加热电路工作在二倍频模式。感应加热电路中初级线圈4的电流频率大小为25KHz时，此时测得等效电阻小于5.76Ω，感应加热电路工作在半桥模式。当感应加热电路的整流电路2测得等效电阻大于5.76Ω小于23Ω时，电路工作在全桥模式。

如图3所示，锅具负载侧线圈，中继线圈5，初级线圈4，电容a403、电容b405以及电容c407是初次侧的谐振电容，电容d503、电容e505以及电容f507是中继线圈侧的谐振电容。当感应加热电路工作在不同的模式时，电容通过控制开关a404、开关b406以及开关c504、开关d506的开通关断进行电容的投切匹配，从而满足感应加热电路的谐振频率，用以提高感应加热电路的负载适应性。M

本发明感应加热的电路及控制方法，其工作原理如下：

添加中继线圈以及分析感应加热电路拓扑整流侧等效电阻的大小，来控制电路逆变电路开关管的开关频率的大小，来解决低磁导率锅具的加热问题。启动带有中继线圈5的感应加热电路控制系统；分别采集电路拓扑中整流侧输入电压和输入电流的大小，输入电压和输入电流的比值大小进行相关计算，得到整流后等效电阻；系统依据计算得到的等效电阻选择工作模式，逆变电路的工作模式分别有三倍频模式、二倍频模式、半桥模式以及全桥模式；系统根据初级线圈4的电流频率与开关频率的倍数关系，以及整流后所计算的等效电阻的大小关系，选择系统的工作模式，根据PFM即调频调功的方式调整所需的系统功率。

本发明感应加热的电路及控制方法，其优点在于：添加了中继线圈的感应加热电路，针对传统的感应加热电路所加热的锅具材质受限问题，增加了中继线圈增加磁场强度，并且根据电路整流后等效电阻的大小来选择感应加热电路的工作模式，有效的提升了电磁炉锅具的适用性。