[发明专利]基于交流过零点零电压启动的IH加热控制电路及方法

说明书

本发明涉及一种基于交流过零点零电压启动的IH加热控制电路及方法，交流电接口与市电接通后，交流电依次经LC滤波电路、整流器整流输出正向脉动电压；在交流电压过零点时，正向脉动电压也会降低到零电压；控制驱动电路在此零电压点触发驱动开关管导通，正向脉动电压经由电磁感应线圈、谐振电容和开关管构成的谐振电路形成电磁感应加热回路完成加热功率启动，并且控制驱动电路配合同步信号持续控制开关管的通断实现持续加热，本发明在每次停止加热到恢复加热的过程中监测交流过零信号，在过零点恢复开通开关管，配合谐振电路实现全工作过程零电压开通，以适应快速启停的工作环境要求。

技术领域

本发明涉及电磁加热的控制电路技术领域，特别是涉及基于交流过零点零电压启动的IH加热控制电路及方法。

背景技术

如图1所示，为传统单管电磁炉的加热控制电路，其电路原理基本为：市电经前级滤波后整流，整流后经后级滤波输出直流电压，直流电压供电磁感应线圈回路工作，在电磁感应线圈回路中串联有开关管，开关管由控制电路控制通断，实现加热回路的通断控制。在开关管处于关断状态时，整流后级滤波电容后的开路，等效电阻无穷大。所以交流电压经整流滤波后在A点(电磁感应线圈的输入端采样点)形成的直流稳定电压。所以每次开关管从静止关断状态到开通瞬间会产生一个A点电压从到0V的硬开通过程，此时开关管需要承受一次短路电流。同时对电路产生干扰。而且电压越高，这个硬开通短路电流越大。硬开通完成后，通过同步信号A点、B点(电磁感应线圈的输出端的采样点)的触发信号控制，开关管可以在谐振电路控制下实现零电压开通。所以每次启停开关需承受一次硬开通短路电流冲击。在要求不高的情况下基本能满足正常工作需求。但此硬开通冲击始终是需要开关管承受的过程，在启停频繁的使用场景下，此硬开通产生的损耗与噪音变成不可忽视的因素。

在开关管开启瞬间，开关管导通后产生回路，回路中XP1为电磁感应线圈，等效电阻为3～5Ω，RK1为采样电阻10mΩ，所以整个电路等效电阻很小，以5Ω来估算，交流220V输入电压时，A点直流电压约为330V，所以在开通瞬间开通管会流过330V/5Ω＝66A，开关管瞬间损耗为330V*66A＝21780J，开关管内部会产生很大的热量，但因此开通时间很短(10us内)，在启停不频繁(以秒为单位)的情况下，只要所产生的热量不大于开关管的耗散功率，开关管能够将产生的热量通过散热器散发，保证正常安全工作。同时330V在1us内被拉到0V，电压突变速率dV/dt很大，会产生很大的干扰信号，产生电路噪声。

开关管在短时开通(2～10us)后，通过XP1、CX2构成的谐振腔产生谐振，利用谐振的能量A点电压会振荡到零点，通过同步信号A\B产生同步触发信号让开关管零电压再次导通，循环形成电磁感应加热的振荡过程。所以除第一次开通，正常情况下开关管可以在零点导通，开关损耗小。

但单管电路有一个问题，当输出功率较小时因为开关管开通时间短，线圈盘充电储存的能量变小，而此部分能量一部分供锅具吸收产生涡流发热，一部分用于提供谐振能量，使A点电压能振荡回到零点。锅具的吸收能力与材质距离等有关，相当于定值，当总能量减少，用于谐振的能量就同时减少了，此时振荡呈现欠阻尼状态，此时A点无法回到零点，开关管又需要承受较高的dV/dt，此时开关管发热严重，无法长时间工作，所以普通单管电磁炉在小功率时需采取间断加热的方式。如500W加热时实际上为用1000W的功率加热5秒停止5秒。用户可以明显感觉水一会冒泡，一会不冒。而且每一次功率启停都会有嗒的一声启动噪音，这就是开通时很大的dV/dt产生的。

以秒为单位的启停会让用户感觉到明显的启停，用户体验不好。所以电磁炉行业想了很多的办法去实现小功率持续加热或更快频率的启停(ms为单位)。以快速启停方案来分析，其技术难点就在于，当开关管停止谐振后，电容C2会在短时间内电压又充电到下一次开管时开管关又要承受很高的dV/dt，启停频率提高，单位时间内开关次数增加，开关损耗成比例增加。开关管发热量大增，超过其耗散功率会产生击穿。导致损坏。同时因为很高的dV/dt，每次开关都会有很响的嗒的一声，高频率开关时声音会连成一片，形成很大的噪音，用户无法忍受。所以普通电路不能简单的提高启停频率开实现小功率持续加热。