本發(fā)明涉及感應(yīng)加熱領(lǐng)域，特別涉及電磁加熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

相關(guān)技術(shù)中的電磁加熱烹飪系統(tǒng)通常在功率開關(guān)管的集電極電壓接近零伏時導(dǎo)通，此時為軟開關(guān)狀態(tài)，功率開關(guān)管損耗小。但是，其存在的缺點(diǎn)是，lc諧振模塊中有一個輸入直流電容，正常時，電容兩端的電壓為整流后的直流母線電壓，電壓過高。功率開關(guān)管的集電極電壓近似為電容兩端的電壓。當(dāng)lc諧振回路沒有足夠的能量使功率開關(guān)管的集電極電壓降至零伏時，功率開關(guān)管將在其集電極電壓不為零時導(dǎo)通，此時為硬開關(guān)狀態(tài)；導(dǎo)通瞬間產(chǎn)生的沖擊電流很大，一方面會產(chǎn)生電磁emi干擾，另一方面將導(dǎo)致諧振電容和功率開關(guān)管的電流超過其安全工作范圍，長時間工作容易損毀元器件，降低產(chǎn)品的使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種電磁加熱系統(tǒng)及其工作方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種電磁加熱系統(tǒng)，其特征在于，包括：控制模塊、功率開關(guān)管驅(qū)動電路模塊、功率開關(guān)管模塊和lc諧振模塊，lc諧振模塊接有電路輸入a端和電路輸入b端,lc諧振模塊還包括切換電容電路模塊，切換電容電路模塊設(shè)置有功率開關(guān)元器件，切換電容電路模塊與控制模塊連接，功率開關(guān)管驅(qū)動電路模塊連接控制模塊和功率開關(guān)管模塊，功率開關(guān)管模塊與lc諧振模塊相連。

進(jìn)一步，lc諧振模塊設(shè)置有線盤l1與電容c1并聯(lián)形成lc諧振電路、電容c2和切換電容電路模塊，lc諧振電路由線盤l1與電容c1并聯(lián)形成，切換電容電路模塊包括外圍電路電阻r7、r8和功率開關(guān)元器件q4，功率開關(guān)元器件q4設(shè)置有1號端口、2號端口和3號端口。

進(jìn)一步，lc諧振電路一端接于電路輸入a端和電容c2，另一端接于功率開關(guān)管模塊，電容c2與功率開關(guān)元器件q4串聯(lián)連接，電容c2與功率開關(guān)元器件q4串聯(lián)形成的串聯(lián)電路靠近電容c2的一端接于電路輸入a端，串聯(lián)電路靠近功率開關(guān)元器件q4的一端接于電路輸入b端，電容c2一端接于電路輸入a端，另一端接于功率開關(guān)元器件q4的一號端口，功率開關(guān)元器件q4的2號端口和3號端口接有電阻r8，電阻r7一端接于電阻r8和功率開關(guān)元器件q4的3號端口，另一端接于控制模塊。

進(jìn)一步，功率開關(guān)管模塊設(shè)置有元器件igbt，igbt的c極接于lc諧振模塊，e極接于電路輸入b端，g極接于功率開關(guān)管驅(qū)動電路模塊；

功率開關(guān)管驅(qū)動電路模塊二極管zd2和電阻r6并聯(lián)后接于igbt的g極和e極，電阻r5一端接于二極管zd2負(fù)極和電阻r6，另一端接于三極管q3的e極和三極管q2的e極,電阻r4、三極管q2和三極管q3串聯(lián)連接形成串聯(lián)電路，串聯(lián)電路一端接于電源vcc，另一端接于二極管zd2正極，電阻r4一端接于電源vcc，另一端接于三極管q2的c極，三極管q2的b極與三極管q3的b極相連接于三極管q1的c極，三極管q2的e極與三極管q3的e極相連接于電阻r5，三極管q3的c極接于二極管zd2正極和電阻r6，三極管q1的c極接于電阻r3一端，電阻r3另一端接于電源vcc，三極管q1的b極接于電阻r2，電阻r2另一端接于控制模塊，三極管q1的e極接于二極管zd2正極，二極管zd1正極接于三極管q1的e極，負(fù)極接于電阻r2、電阻r1和控制模塊，電阻r1另一端接于電源vcc；

控制模塊設(shè)置有微控制器u1，微控制器u1設(shè)置有接口ppg1和ppg2，ppg1接于功率開關(guān)管驅(qū)動電路模塊，ppg2接于切換電容電路模塊。

進(jìn)一步，功率開關(guān)元器件q4可為三極管、mos管或igbt等功率開關(guān)元器件。

進(jìn)一步，功率開關(guān)元器件q4為mos管，功率開關(guān)元器件q4的1號端口、2號端口和3號端口分別對應(yīng)mos管的d極、s極和g極。

進(jìn)一步，控制模塊輸出ppg觸發(fā)信號，ppg觸發(fā)信號觸發(fā)ppg輸出從而控制開關(guān)元器件導(dǎo)通和截止；其中ppg2控制功率開關(guān)元器件q4導(dǎo)通和截止。

一種電磁加熱系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)當(dāng)工作在大功率狀態(tài)時，控制模塊的ppg1發(fā)出控制信號，通過功率開關(guān)管驅(qū)動電路模塊控制功率開關(guān)管模塊的igbt周期性導(dǎo)通、截止；控制模塊的ppg2輸出高電平，使功率開關(guān)元器件q4一直導(dǎo)通，直流輸入電容c2接入lc諧振模塊中；

2)當(dāng)工作在小功率狀態(tài)時，在交流電過零點(diǎn)時刻，ppg1先輸出高電平，igbt截止；延遲5us-3ms，ppg2輸出低電平，功率開關(guān)元器件q4截止，直流輸入電容c2從lc諧振模塊電路中斷開，直流輸入電容c2停止充電；

3)等待下一次交流電過零點(diǎn)時刻，ppg2發(fā)出高電平，功率開關(guān)元器件q4導(dǎo)通，直流輸入電容c2再次接入lc諧振模塊中；延遲5us-3ms后，ppg1發(fā)出控制信號通過功率開關(guān)管驅(qū)動電路模塊控制igbt周期性導(dǎo)通、截止；

4)再一次交流電過零點(diǎn)時刻，返回步驟2)。

進(jìn)一步，步驟3)中ppg1先于ppg2動作。

進(jìn)一步，步驟2)與步驟3)的間隔時間和步驟3)與步驟4)的間隔時間可為一個及以上的交流電過零點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)中的電磁加熱烹飪系統(tǒng)，通常在igbt的集電極電壓接近零伏時導(dǎo)通，此時為軟開關(guān)狀態(tài)，功率開關(guān)管損耗小。但是在使用過程中存在如下問題，lc諧振模塊中設(shè)有直流輸入電容，正常工作時，直流輸入電容兩端的電壓為整流后的直流母線電壓，電壓過高，igbt的集電極電壓近似為電容兩端的電壓；當(dāng)lc諧振電路沒有足夠的能量使igbt的集電極電壓降至零伏時，igbt就會在集電極電壓不為零時導(dǎo)通，此時為硬開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通瞬間產(chǎn)生的沖擊電流很大，一方面會產(chǎn)生電磁emi干擾，另一方面將導(dǎo)致諧振電容和igbt的電流超過其安全工作范圍，且長時間工作容易損毀元器件，降低產(chǎn)品的使用壽命。

現(xiàn)有技術(shù)在小功率加熱時，在igbt的每個工作周期中，由于加熱功率低，igbt導(dǎo)通時間短，igbt關(guān)斷后lc諧振電路沒有足夠的能量把igbt集電極電壓降到零伏，一般情況為100-300v,此時igbt導(dǎo)通為硬開關(guān)，導(dǎo)通瞬間產(chǎn)生很大的沖擊電流流過igbt的集電極與發(fā)射極到地；該沖擊電流產(chǎn)生很強(qiáng)的噪聲、emi干擾，同時超出了開關(guān)管的安全工作范圍。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明設(shè)置有控制模塊、功率開關(guān)管驅(qū)動電路模塊、功率開關(guān)管模塊、lc諧振模塊，其中l(wèi)c諧振模塊設(shè)置有直流輸入電容、電容切換模塊。當(dāng)要開通igbt時，首先啟動切換電容電路模塊，把直流輸入電容從lc諧振模塊中斷開，降低igbt集電極電壓，然后再啟動igbt，使igbt工作在軟開關(guān)狀態(tài)，接著將直流輸入電容再次接入lc諧振模塊，電路恢復(fù)正常工作狀態(tài)。本方案根據(jù)lc震蕩工作原理，在合適的時間切斷直流輸入電容，降低igbt開通瞬間的igbt集電極電壓，使igbt處在軟開關(guān)狀態(tài)，從而降低硬開關(guān)狀態(tài)下產(chǎn)生的大的沖擊電流的幅值，從而減少電磁emi干擾和噪聲，保證igbt工作在安全電流范圍內(nèi)。

附圖說明

圖1為一種電磁加熱系統(tǒng)的模塊框圖；

圖2為一種電磁加熱系統(tǒng)的電路圖；

圖3為一種電磁加熱系統(tǒng)的工作方法的波形圖；

圖4為現(xiàn)有技術(shù)的電磁加熱系統(tǒng)的電路圖；

圖5為現(xiàn)有技術(shù)中ppg1控制信號與igbt的電壓電流波形圖；

圖6為lc振蕩電路工作原理的波形圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

如圖1和圖2所示，一種電磁加熱系統(tǒng)，包括：控制模塊100、功率開關(guān)管驅(qū)動電路模塊200、功率開關(guān)管模塊300和lc諧振模塊400，lc諧振模塊400接有電路輸入a端和電路輸入b端,lc諧振模塊400還包括切換電容電路模塊401，切換電容電路模塊401設(shè)置有功率開關(guān)元器件，切換電容電路模塊401與控制模塊100連接，功率開關(guān)管驅(qū)動電路模塊200連接控制模塊100和功率開關(guān)管模塊300，功率開關(guān)管模塊300與lc諧振模塊400相連。

lc諧振模塊400設(shè)置有線盤l1與電容c1并聯(lián)形成lc諧振電路、電容c2和切換電容電路模塊401，切換電容電路模塊401包括外圍電路電阻r7、r8和功率開關(guān)元器件q4，功率開關(guān)元器件q4設(shè)置有1號端口、2號端口和3號端口。lc諧振電路一端接于電路輸入a端和電容c2，另一端接于功率開關(guān)管模塊300，電容c2與功率開關(guān)元器件q4串聯(lián)連接，電容c2與功率開關(guān)元器件q4串聯(lián)形成的串聯(lián)電路靠近電容c2的一端接于電路輸入a端，串聯(lián)電路靠近功率開關(guān)元器件q4的一端接于電路輸入b端，電容c2一端接于電路輸入a端，另一端接于功率開關(guān)元器件q4的一號端口，功率開關(guān)元器件q4的2號端口和3號端口接有電阻r8，電阻r7一端接于電阻r8和功率開關(guān)元器件q4的3號端口，另一端接于控制模塊100。

功率開關(guān)管模塊300設(shè)置有元器件igbt，igbt的c極接于lc諧振模塊400，e極接于電路輸入b端，g極接于功率開關(guān)管驅(qū)動電路模塊200；功率開關(guān)管驅(qū)動電路模塊200二極管zd2和電阻r6并聯(lián)后接于igbt的g極和e極，電阻r5一端接于二極管zd2負(fù)極和電阻r6，另一端接于三極管q3的e極和三極管q2的e極,電阻r4、三極管q2和三極管q3串聯(lián)連接形成串聯(lián)電路，串聯(lián)電路一端接于電源vcc，另一端接于二極管zd2正極，電阻r4一端接于電源vcc，另一端接于三極管q2的c極，三極管q2的b極與三極管q3的b極相連接于三極管q1的c極，三極管q2的e極與三極管q3的e極相連接于電阻r5，三極管q3的c極接于二極管zd2正極和電阻r6，三極管q1的c極接于電阻r3一端，電阻r3另一端接于電源vcc，三極管q1的b極接于電阻r2，電阻r2另一端接于控制模塊100，三極管q1的e極接于二極管zd2正極，二極管zd1正極接于三極管q1的e極，負(fù)極接于電阻r2、電阻r1和控制模塊100，電阻r1另一端接于電源vcc；控制模塊100設(shè)置有微控制器u1，微控制器u1設(shè)置有接口ppg1和ppg2，ppg1接于功率開關(guān)管驅(qū)動電路模塊200，ppg2接于切換電容電路模塊401?？刂颇K100輸出ppg觸發(fā)信號，ppg觸發(fā)信號觸發(fā)ppg輸出從而控制開關(guān)元器件導(dǎo)通和截止；其中ppg2控制功率開關(guān)元器件q4導(dǎo)通和截止。

功率開關(guān)元器件q4可為三極管、mos管或igbt等功率開關(guān)元器件。如圖2所示，優(yōu)選的,功率開關(guān)元器件q4為mos管，功率開關(guān)元器件q4的1號端口、2號端口和3號端口分別對應(yīng)mos管的d極、s極和g極。mos管的d極接于電容c2，mos管的s極和g極接有電阻r8，電阻r7一端接于電阻r8和mos管的g極，另一端接于控制模塊100。

如圖3所示，一種電磁加熱系統(tǒng)的工作方法，包括如下步驟：

1)當(dāng)工作在大功率狀態(tài)時，t0-t1時間段，控制模塊100的ppg1發(fā)出控制信號，通過功率開關(guān)管驅(qū)動電路模塊200控制igbt周期性導(dǎo)通、截止；控制模塊100的ppg2輸出高電平，使功率開關(guān)元器件q4一直導(dǎo)通，直流輸入電容c2接入lc諧振模塊400中；

2)當(dāng)工作在小功率狀態(tài)時，在交流電過零點(diǎn)時刻t1，ppg1先輸出高電平，igbt截止；延遲5us-3ms，ppg2輸出低電平，功率開關(guān)元器件q4截止，直流輸入電容c2從lc諧振模塊400電路中斷開，直流輸入電容c2停止充電；

3)等待下一次交流電過零點(diǎn)時刻t2，ppg2發(fā)出高電平，功率開關(guān)元器件q4導(dǎo)通，直流輸入電容c2再次接入lc諧振模塊400中；延遲5us-3ms后，ppg1發(fā)出控制信號通過功率開關(guān)管驅(qū)動電路模塊200控制igbt周期性導(dǎo)通、截止；

4)再一次交流電過零點(diǎn)時刻t3，返回步驟2)。

由圖可看出，t3時刻重復(fù)t1時刻工作狀態(tài)，t4時刻重復(fù)t2時刻的工作狀態(tài)，通過周期重復(fù)工作可達(dá)到減少電磁emi干擾和噪聲的目的。

步驟3)中ppg1先于ppg2動作，可達(dá)到相同的有益效果。

如圖步驟2)與步驟3)的間隔時間和步驟3)與步驟4)的間隔時間均為兩個過零點(diǎn)時間，在實(shí)際操作中步驟2)與步驟3)的間隔時間和步驟3)與步驟4)的間隔時間可為一個及以上的交流電過零點(diǎn)。

結(jié)合電路圖圖4，igbt集電極電壓、電流波形圖圖5和圖6，lc諧振工作原理如下：

1)在t1-t2時間，ppg1信號加至igbt的集電極時,igbt飽和導(dǎo)通,電流i1從電源流過l1,由于線圈感抗不允許電流突變.所以在t1-t2時間i1隨線性上升；

2)在t2時ppg1信號結(jié)束,igbt截止,同樣由于感抗作用,i1不能立即變?yōu)?,于是向電容c1充電,產(chǎn)生充電電流i2；

3)在t3時間,電容c1電荷充滿,電流變0,這時l1的磁場能量全部轉(zhuǎn)為電容c1的電場能量,在電容c1兩端出現(xiàn)右負(fù)左正,幅度達(dá)到峰值電壓,在igbt的ce極間出現(xiàn)的電壓實(shí)際為逆程脈沖峰壓加電源電壓；

4)在t3-t4時間,電容c1通過l1放電完畢,i3達(dá)到最大值,電容c1兩端電壓消失,這時電容c1中的電能又全部轉(zhuǎn)為l1中的磁能,因感抗作用,i3不能立即變0,于是l1兩端電動勢反向,即l1兩端電位右正左負(fù),由于igbt體二極管的存在,電容c1不能繼續(xù)反向充電,而是經(jīng)過電容c2、igbt二極管回流,形成電流i4

5)在t4時間,ppg1第二個脈沖開始到來,但這時igbt的ue為正,uc為負(fù),處于反偏狀態(tài),所以igbt不能導(dǎo)通,待i4減小到0,l1中的磁能放完,即到t5時，igbt才開始第二次導(dǎo)通。

根據(jù)lc震蕩工作原理，在合適的時間切斷電容c2，降低igbt開通瞬間的igbt集電極電壓，使igbt處在軟開關(guān)狀態(tài)，從而降低硬開關(guān)狀態(tài)下產(chǎn)生的大的沖擊電流的幅值，從而減少電磁emi干擾和噪聲，保證igbt工作在安全電流范圍內(nèi)。

本發(fā)明解決了igbt在其集電極為高壓時導(dǎo)通的問題。本方案提出了在lc諧振模塊400設(shè)置切換電容電路模塊401，當(dāng)要開通igbt時，首先啟動切換電容電路模塊401，把電容c2從lc諧振模塊400中斷開，降低igbt集電極電壓，然后再啟動igbt，使igbt工作在軟開關(guān)狀態(tài)，接著將電容c2再次接入lc諧振模塊400，電路恢復(fù)正常工作狀態(tài),讓功率開關(guān)管工作在軟開關(guān)狀態(tài)，從而降低硬開關(guān)狀態(tài)下產(chǎn)生的大的沖擊電流的幅值，減少電磁emi干擾、噪聲，保證功率開關(guān)管工作在安全電流范圍內(nèi)。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實(shí)施方式是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體實(shí)施例，而在實(shí)際應(yīng)用中，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。