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专利名称：一种高效的电磁炉节能烧机装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及节能电子产品技术领域，尤其是一种高效的电 磁炉节能烧机装置。
技术背景电磁炉在生产过程中，必须经过严格的烧机试验(又称老化试 验， 一般进行两个小时)，以检验出该电磁炉的电气性能及工作是否 正常。目前生产电磁炉的制造厂商，大多数是使用相应的电磁炉锅 具加水进行模拟烧机试验，还有的制造厂商是用大块磁性金属板放 于电磁炉上进行模拟烧机试验，这两种方式在烧机过程中白白地消 耗了大量的电能和用水，使得电磁炉的生产厂商为此不仅要付出很 大的电费开支，而且其烧机试验室的环境会因为大量的水蒸汽而变 得十分潮湿，不利于电磁炉的生产。为了克服上述缺点，有人设计出了电磁炉节能烧机装置，如本 人先前申请的中国专利号为200820043000.X的电磁炉节能烧机装 置，其主要由感应电压线圈、高频升压整流滤波电路、启动假负载 电路、DC/AC (直流电转交流电)电路、正弦波脉宽调制及控制电 路组成，该电磁炉节能烧机装置的将被烧机电磁炉的电磁能转化为 电能，经过高频升压整流滤波电路的处理后，把大部分的电能通过 DC/AC电路返回给交流电网，即回馈电能给被烧机电磁炉提供电能，从而显著地降低电磁炉烧机过程中所消耗的电能，达到节能烧机的 目的。此种电磁炉节能烧机装置，其在一定程度上克服了上述缺点， 但仍然存在不足的地方，因其感应电压线圈输出的电压只经过高频 升压整流滤波电路简单的升压、整流和滤波作用，使得回馈到DC/AC 逆变电路的直流电压不够稳定，导致整个装置的电磁能转化为电能 的转换效率较低。 实用新型内容本实用新型的目的就是针对现有技术存在的不足而提供一种高 效的电磁炉节能烧机装置，其通过输出稳定的直流电压，从而提高 电磁能转化为电能的转换效率。为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是它包括感应电压线圈、DC/AC逆变电路、高频电压耦合及整流 电路、高频PFC (Power Factor Correction,功率因数校正)转换电 路、DSP (Digital Signal Processor,数字信号处理器)控制电路， DC/AC逆变电路的输出端与交流电网连接，所述高频电压耦合及整 流电路的输入端与感应电压线圈的输出端连接，高频电压耦合及整 流电路的输出端与高频PFC转换电路的电压输入端连接，高频PFC 转换电路的输出端与DC/AC逆变电路的电压输入端连接；DSP控制 电路的控制输出端分别与DC/AC逆变电路的控制输入端、高频PFC 转换电路的控制输入端连接，用于控制DC/AC逆变电路和高频PFC 转换电路。进一步包括高频整流电路、启动假负载及控制电路，所述高频整流电路的输入端与感应电压线圈的输出端连接，高频整流电路的 输出端与启动假负载及控制电路的输入端连接；所述DSP控制电路 的控制输出端与启动假负载及控制电路的控制输入端连接，用于控 制启动假负载及控制电路。进一步包括用于为各个电路提供工作电源的辅助电源电路，辅 助电源电路的输入端与交流电网连接。所述DSP控制电路包括DSP隔离驱动正弦波逆变电路、DSP 隔离驱动启动电路，DSP隔离驱动正弦波逆变电路与DC/AC逆变电 路的控制输入端连接，用于控制DC/AC逆变电路；DSP隔离驱动启 动电路与启动假负载及控制电路的控制输入端连接，用于控制启动 假负载及控制电路。所述感应电压线圈由圆盘形线圈和高频磁条组成，圆盘形线圈 是由若干股漆包线绕制而成。所述的交流电网为单相交流电网，也可以为三相交流电网。进一步包括用于连接高频PFC转换电路与DC/AC逆变电路的 DC/DC隔离转换电路、用于控制DC/DC隔离转换电路的均流控制 电路，所述DC/DC隔离转换电路串接在高频PFC转换电路的输出 端与DC/AC逆变电路的电压输入端之间，高频PFC转换电路的输 出端与DC/DC隔离转换电路的电压输入端连接，DC/DC隔离转换 电路的输出端与DC/AC逆变电路的电压输入端连接；所述均流控制 电路的控制输出端分别与各个DC/DC隔离转换电路的控制输入端 连接。本实用新型有益效果在于本实用新型提供的一种高效的电磁炉节能烧机装置，由于感应 电压线圈输出的电压经过高频电压耦合及整流电路的电容耦合和整 流作用、高频PFC转换电路的提高功率因数，使得回馈到DC/AC 逆变电路的直流电压稳定性提高，从而提高整个装置的电磁能转化 为电能的转换效率。

图1是本实用新型实施例一的结构方框图；图2是本实用新型实施例一感应电压线圈、高频电压耦合及整 流电路、高频PFC转换电路、辅助电源电路、高频整流电路、启动 假负载及控制电路、DSP隔离驱动启动电路的电路原理图；图3是本实用新型实施例一 DC/AC逆变电路、DSP隔离驱动正 弦波逆变电路；图4是本实用新型实施例二的结构方框图；图5是本实用新型实施例二感应电压线圈、高频电压耦合及整 流电路、高频PFC转换电路的电路原理图；图6是本实用新型实施例二第一相线的DC/AC逆变电路、DSP 隔离驱动正弦波逆变电路的电路原理图；图7是本实用新型实施例二第二相线的DC/AC逆变电路、DSP 隔离驱动正弦波逆变电路的电路原理图；图8是本实用新型实施例二辅助电源电路、第三相线的DC/AC 逆变电路、DSP隔离驱动正弦波逆变电路的电路原理图；图9是本实用新型实施例二高频整流电路、启动假负载及控制电路、DSP隔离驱动启动电路的电路原理图；图10是本实用新型实施例二第一相线的DC/DC隔离转换电路 及对应的均流控制电路的电路原理图；图11是本实用新型实施例二第二相线的DC/DC隔离转换电路 及对应的均流控制电路的电路原理图；图12是本实用新型实施例二第三相线的DC/DC隔离转换电路 及对应的均流控制电路的电路原理图。
具体实施方式
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以下结合附图对本实用新型作进一步的说明，请参考图1，为本 实用新型的实施例一,它主要适用于使用单相交流220V供电的电磁 炉烧机，所述交流电网为单相交流电网，其包括感应电压线圈2、 DC/AC逆变电路5、高频电压耦合及整流电路3、高频PFC转换电 路4、 DSP控制电路9， DC/AC逆变电路5的输出端与单相交流电 网连接，所述高频电压耦合及整流电路3的输入端与感应电压线圈2 的输出端连接，高频电压耦合及整流电路3的输出端与高频PFC转 换电路4的电压输入端连接，高频PFC转换电路4的输出端与DC/AC 逆变电路5的电压输入端连接；这样，感应电压线圈2输出的交流 电，经过高频电压耦合及整流电路3的电容耦合和整流作用、高频 PFC转换电路4的功率因数校正后，变成了稳定的直流电，并输入 至DC/AC逆变电路5中，由DC/AC逆变电路5转换为交流电，返 回给单相交流电网；所述DSP控制电路9的控制输出端分别与DC/AC逆变电路5的控制输入端、高频PFC转换电路4的控制输入 端连接，用于控制DC/AC逆变电路5和高频PFC转换电路4。本实用新型进一步包括高频整流电路7、启动假负载及控制电路 8，所述高频整流电路7的输入端与感应电压线圈2的输出端连接， 高频整流电路7的输出端与启动假负载及控制电路8的输入端连接; 所述DSP控制电路9的控制输出端与启动假负载及控制电路8的控 制输入端连接，用于控制启动假负载及控制电路8;其中，所述启动 假负载及控制电路8可以通过电子开关的工作方式对启动假负载实 现加载和去载，以及可实现不同程度的加载，因为电磁炉的输出功 率要达到一定的功率后，才能正常工作，所以DSP控制电路9可以 通过控制启动假负载及控制电路8来启动电磁炉后，再去掉启动假 负载，以免消耗额外的电能。本实施例的DSP控制电路9，是一种运算速度快、处理功能强、 内存容量大的单片微处理器，通过对电流、电压、温度、功能开关、 时间设置等电参量的采集取样，配备相应的软件，可驱动启动假负 载及控制电路8、 DC/AC逆变电路5和控制高频PFC转换电路4的 工作时序、抑制浪涌电流电路的工作时序、工作状态指示、时间电 路、报警电路等；在本实施中，所述DSP控制电路9包括DSP隔离 驱动正弦波逆变电路91、 DSP隔离驱动启动电路92， DSP隔离驱动 正弦波逆变电路91与DC/AC逆变电路5的控制输入端连接，用于 控制DC/AC逆变电路5; DSP隔离驱动启动电路92与启动假负载 及控制电路8的控制输入端连接，用于控制启动假负载及控制电路8。
本实施例的高频整流电路7中的"高频"是交流电压的频率在10KHz以上，高频PFC转换电路4中的"高频"是指其转换处理前的直流脉动电压的频率在10KHz以上，且所述高频PFC转换电路4属于功率因数校正电路，其可以迫使输入电压和电流的相位差接近于零，也即要提高功率因数接近于1，高频PFC转换电路4的作用是提高对感应电压线圈2输出的感应电能(即回馈电能)的利用效率，同时换取稳定的母线电压。
本实用新型进一步包括用于为各个电路提供工作电源的辅助电源电路6，辅助电源电路6的输入端与单相交流电网连接，将单相交
流电网输入的交流电转换为低压直流电等工作电源，用于为各个电路提供合适的工作电源。
本实施例的感应电压线圈2由圆盘形线圈和高频磁条组成，圆盘形线圈是由若干股漆包线绕制而成，当然，所述的感应电压线圈2是与被烧机电磁炉1内部的线圈匹配，当被烧机电磁炉1内部的线圈有电流通过时，所述的感应电压线圈2能够感应，并有高频电压产生。
本实用新型在使用时，所述感应电压线圈2是放置在被烧机电磁炉1的陶瓷微晶板上，被烧机电磁炉1的电源输入端与单相交流电网连接，为电磁炉提供烧机所需的电能，当被烧机电磁炉1开始烧机(即老化)时，所述的感应电压线圈2能够感应被烧机电磁炉1内部的线圈的电流，并产生高频交流电压，该高频交流电压经过高频电压耦合及整流电路3的电容耦合和整流作用、高频PFC转换电路4的功率因数校正后，变成了稳定的直流电，该直流电作为母线
电压，回馈到DC/AC逆变电路5中，由DC/AC逆变电路5转换为交流电，返回给单相交流电网，重新为被烧机电磁炉1提供电能，达到节能的目的；由于感应电压线圈2输出的高频交流电压，经过高频电压耦合及整流电路3的电容耦合和整流作用、高频PFC转换电路4的提高功率因数后，使得回馈到DC/AC逆变电路5的直流电压更加稳定、本实用新型电磁能转化为电能的转换效率更高。
请参考图2、 3，为本实用新型的具体电路图。其中，被烧机电磁炉1的电源输入端与单相交流电网连接，为电磁炉提供烧机所需的电能，图2中的L0为被烧机电磁炉1内部的线圈，Ll为感应电压线圈2，当L1放置在被烧机电磁炉1的陶瓷微晶板上时，相当于L0与L1组成一个高频变压器，LO相当于变压器的初级，Ll相当于变压器的次级，当LO有高频电流通过时，Ll就有高频电压产生。
所述高频电压耦合及整流电路3由电容Cl和桥式整流器BD1组成，Cl的一端与BD1的第1脚连接，另一端与Ll的一端连接，Ll的另一端BD1的第3脚连接，BD1的第2脚为高频电压耦合及整流电路3的正极电压输出端，BD1的第4脚为高频电压耦合及整流电路3的负极电压输出端，Cl为耦合电容，起到阻抗匹配的作用，以保证被烧机电磁炉1的正常工作，因为电磁炉的这一电能转换所呈现的负载阻抗并非纯电阻负载;所述高频PFC转换电路4包括PFC控制电路401，场效应管Q1， 二极管D1，电感L2，电阻R1 R2、R3，电容C2、 C3，正极电压输入端、负极电压输入端、正极电压输出端(VBUS0+)、负极电压输出端(VBUSO-);其中，正极电压输入端和负极电压输入端分别与高频电压耦合及整流电路3的正极电压输出端和负极电压输出端连接；C2为前滤波电容，其连接在高频PFC转换电路4的正极电压输入端和负极电压输入端之间；L2的一端与正极电压输入端连接，另一端与D1的阳极连接，Dl的阴极与高频PFC转换电路4的正极电压输出端(VBUS0+)连接；C3的正极与高频PFC转换电路4的正极电压输出端连接，C3的负极与高频PFC转换电路4的负极电压输出端连接，R2的一端与Dl的阴极连接，另一端与R3的一端连接，R3的另一端与高频PFC转换电路4的负极电压输出端连接；场效应管Ql的第1脚与Dl的阳极连接，第2脚与高频PFC转换电路4的负极电压输出端连接，第3脚与PFC控制电路401的第2脚(GATE)连接；PFC控制电路401的第1脚(VCC)为电源输入端，与电源VCCO连接，第3脚(VFB)与R2、R3之间的接点连接，第4脚(GND)与高频PFC转换电路4的负极电压输出端连接，第5脚(Isns)与高频PFC转换电路4的负极电压输入端连接，当然，所述PFC控制电路401可以由一个PFC芯片实现；Rl连接在PFC控制电路401的第4脚与第5脚之间，PFC控制电路401的工作电源VCCO由辅助电源电路6经过隔离转换后提供，同时受DSP控制电路9的控制，即DSP控制电路9通过控制工作电源VCC0而控制高频PFC转换电路4 (但图中未示)；当高频PFC转换电路4的输出电压(VBUSO)大于预先设定的母线电压后，高频PFC转换电路4的VCCO才能接通，高频PFC转换电路4才开始工作。
所述DC/AC逆变电路5包括功率变换器501和低通滤波器502，功率变换器501的输出端与低通滤波器502的输入端连接，其中功率变换器501由功率管Q3、 Q4、 Q5、 Q6组成，功率管Q3、 Q4、Q5、Q6分别受DSP隔离驱动正弦波逆变电路91的控制端UaO、UbO、UcO、 UdO所控制，电感L3、 L4和电容C4构成低通滤波器502，低通滤波器502的输出端与单相交流电网连接，将电能返回给单相交流电网，重新为电磁炉提供烧机所需的电能。
所述高频整流电路7为桥式整流器BD2，启动假负载及控制电路8由电阻R4和功率管Q2组成，电阻R4为启动假负载，功率管Q2受DSP隔离驱动启动电路92的控制；当VBUSO大于预先设定的母线电压时，高频PFC转换电路4的VCCO接通，高频PFC转换电路4开始工作后，DSP隔离驱动正弦波逆变电路91输出正弦波开关信号驱动功率变换器501的功率管Q3、 Q4、 Q5、 Q6，再由L3、147c4^SfiSS^502^SM^M^lT (一回馈)单相交流电网中去，直至最佳或最大功率，与此同时，DSP隔离驱动启动电路92控制启动假负载R4由满负载逐渐减载，直至完全去载，这样，既保证了被烧机电磁炉1的正常启动，也避免了消耗额外的电能。
需要说明的是，在被烧机电磁炉l启动前，高频PFC转换电路4必须先停止工作，让高频PFC转换电路4停止工作的动作可以是断开高频PFC转换电路4的工作电压、给PFC控制电路401的VFB
(输出电压取样)脚施加一个比内部相关比较的Vref (参考电压)值高的电压、给PFC控制电路401的过压OVP (输出过压保护)脚施加一个比内部相关比较的达到过压保护动作点高的电压或给PFC控制电路401的电流检测Isns (过流检测)脚施加一个比内部相关比较的达到过流保护动作点高的绝对值电压；在被烧机电磁炉1的启动过程中，当高频PFC转换电路4的输出电压VBUSO大于预先设定的母线电压时，高频PFC转换电路4才开始工作，让高频PFC转换电路4开始工作的动作可以是接通高频PFC转换电路4的工作电源或人为施加外部电压迫使高频PFC转换电路4进入保护状态的功能全部撤除；在高频PFC转换电路4开始工作后，所述的DC/AC逆变电路5才开始工作，且返回给单相交流电网的电流从最小逐渐变大，直至烧机功率满载，同时，所述的启动假负载及控制电路8，在电磁炉节能烧机启动过程中，启动假负载R4先满负载接上，当回馈电能的电流从最小逐渐加大的同时，启动假负载R4的负载逐渐减轻，以致完全空载，即去掉启动假负载R4，以免消耗额外的电能。请参考图4 12，为本实用新型的实施例二，它主要适用于使用三相交流380V供电的电磁炉烧机，所述交流电网为三相交流电网，本实施例与实施例一的不同之处在于用于处理感应电压线圈2输出的电压的高频电压耦合及整流电路31、 32、 33，高频PFC转换电路41、 42、 43、 DC/AC逆变电路51、 52、 53和用于控制DC/AC逆变电路51、 52、 53的DSP隔离驱动正弦波逆变电路911、 912、 913，由一组电路变为三组电路，分别与三相交流电网的第一相线、第二相线、第三相线对应；而且，本实施例增加了三个分别用于连接高
频PFC转换电路41 、 42、 43与DC/AC逆变电路51 、 52、 53的DC/DC隔离转换电路101、 102、 103,用于控制三个DC/DC隔离转换电路
101、 102、 103的均流控制电路11;三个DC/DC隔离转换电路101、
102、 103分别串接在高频PFC转换电路41 、42、43的输出端与DC/AC逆变电路51、 52、 53的电压输入端之间，三个DC/DC隔离转换电路101、 102、 103的电压输入端分别与对应的高频PFC转换电路41、42、 43的输出端连接，三个DC/DC隔离转换电路101、 102、 103的输出端与对应的DC/AC逆变电路51、 52、 53的电压输入端连接；所述均流控制电路11的控制输出端分别与三个DC/DC隔离转换电路101、 102、 103的控制输入端连接。因为，经实验表明，感应电压线圈2绕制三个独立的绕组是不切实际的，用于一个被烧机电磁炉1.时，只能使用一个绕组，经过三组电路的处理，得到三路独立的母线电压，再通过相应的DC/AC逆变电路51、 52、 53返回给三相交流电网，因此，本实施例在高频PFC转换电路41、 42、 43和DC/AC逆变电路51、 52、 53之间对应增加了DC/DC隔离转换电路101、 102、 103，使高频PFC转换电路41、 42、 43输出的直流电压符合DC/AC逆变电路51、 52、 53的输入电压标准，同时，增加了用于控制三个DC/DC隔离转换电路101、 102、 103的均流控制电路11。在本实施例中，所述三个DC/DC隔离转换电路101、 102、 103均采用推挽式结构，当然，所述DC/DC隔离转换电路101、 102、103也可以采用全桥式等电路结构，不限于采用推挽式结构；所述均流控制电路ll由采用三环控制的均流控制芯片实现，为了让三路高
频PFC转换电路41、 42、 43的输出功率相同或接近，保证三路高频PFC转换电路41、 42、 43正常工作，使回馈电能的总功率最大，三个DC/DC隔离转换电路101、 102、 103的结构完全相同，只是三环控制信号的相位不同而已。由于其它电路的结构和工作原理与实施例一相同，因此这里不再赘述。
当然，以上所述仅是本实用新型的较佳实施例，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰,均包括于本实用新型专利申请范围内。
权利要求1、一种高效的电磁炉节能烧机装置，它包括感应电压线圈、DC/AC逆变电路，DC/AC逆变电路的输出端与交流电网连接，其特征在于它还包括高频电压耦合及整流电路、高频PFC转换电路、DSP控制电路，所述高频电压耦合及整流电路的输入端与感应电压线圈的输出端连接，高频电压耦合及整流电路的输出端与高频PFC转换电路的电压输入端连接，高频PFC转换电路的输出端与DC/AC逆变电路的电压输入端连接；DSP控制电路的控制输出端分别与DC/AC逆变电路的控制输入端、高频PFC转换电路的控制输入端连接，用于控制DC/AC逆变电路和高频PFC转换电路。
2、 根据权利要求l所述的一种高效的电磁炉节能烧机装置，其 特征在于进一步包括高频整流电路、启动假负载及控制电路，所 述高频整流电路的输入端与感应电压线圈的输出端连接，高频整流 电路的输出端与启动假负载及控制电路的输入端连接；所述DSP控 制电路的控制输出端与启动假负载及控制电路的控制输入端连接， 用于控制启动假负载及控制电路。
3、 根据权利要求2所述的一种高效的电磁炉节能烧机装置，其 特征在于进一步包括用于为各个电路提供工作电源的辅助电源电 路，辅助电源电路的输入端与交流电网连接。
4、 根据权利要求3所述的一种高效的电磁炉节能烧机装置，其 特征在于所述DSP控制电路包括DSP隔离驱动正弦波逆变电路、DSP隔离驱动启动电路，DSP隔离驱动正弦波逆变电路与DC/AC 逆变电路的控制输入端连接，用于控制DC/AC逆变电路；DSP隔离 驱动启动电路与启动假负载及控制电路的控制输入端连接，用于控 制启动假负载及控制电路。
5、 根据权利要求4所述的一种高效的电磁炉节能烧机装置，其特征在于所述感应电压线圈由圆盘形线圈和高频磁条组成，圆盘形线圈是由若干股漆包线绕制而成。
6、 根据权利要求5所述的一种高效的电磁炉节能烧机装置，其特征在于所述的交流电网为单相交流电网。
7、 根据权利要求5所述的一种高效的电磁炉节能烧机装置，其特征在于所述的交流电网为三相交流电网。
8、 根据权利要求7所述的一种高效的电磁炉节能烧机装置，其 特征在于进一步包括用于连接高频PFC转换电路与DC/AC逆变 电路的DC/DC隔离转换电路、用于控制DC/DC隔离转换电路的均 流控制电路，所述DC/DC隔离转换电路串接在高频PFC转换电路 的输出端与DC/AC逆变电路的电压输入端之间，高频PFC转换电 路的输出端与DC/DC隔离转换电路的电压输入端连接，DC/DC隔 离转换电路的输出端与DC/AC逆变电路的电压输入端连接；所述均 流控制电路的控制输出端分别与各个DC/DC隔离转换电路的控制 输入端连接。
专利摘要本实用新型涉及节能电子产品技术领域，尤其是一种高效的电磁炉节能烧机装置，其包括感应电压线圈、DC/AC逆变电路、高频电压耦合及整流电路、高频PFC转换电路、用于控制DC/AC逆变电路和高频PFC转换电路的DSP控制电路，DC/AC逆变电路的输出端与交流电网连接，所述高频电压耦合及整流电路的输入端与感应电压线圈的输出端连接，高频电压耦合及整流电路的输出端与高频PFC转换电路的电压输入端连接，高频PFC转换电路的输出端与DC/AC逆变电路的电压输入端连接；本实用新型可以提高回馈到DC/AC逆变电路的直流电压的稳定性，从而提高整个装置的电磁能转化为电能的转换效率。
文档编号G01R31/00GK201387456SQ20092005127
公开日2010年1月20日 申请日期2009年2月17日 优先权日2009年2月17日
发明者潘永阳 申请人:潘永阳