CN108650726B - 电磁加热装置的半桥电路及电磁加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电磁加热装置的半桥电路，包括电源电路、驱动电路和半桥谐振电路，半桥谐振电路包括第一开关管和第二开关管，电源电路包括开关管电源电路和弱电电源电路，开关管电源电路包括第一电源和第一接地端，以及由第一电源自举形成的第二电源和第二接地端，第一电源用以供驱动电路驱动第一开关管，第一接地端用以供第一开关管接地，第二电源用以供驱动电路驱动第二开关管，第二接地端用以供第二开关管接地；弱电电源电路包括弱电电源端和弱电接地端；第一接地端和弱电接地端之间连接有耦合电容。本方案在第一接地端和弱电接地端之间设置耦合电容，有效减少了开关管对弱电电路的影响，提升了电路稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及厨房电器技术领域，尤其涉及一种电磁加热装置的半桥电路及电磁加热装置。
背景技术
目前电磁加热装置的加热方案有单管方案、半桥方案和全桥方案，其中半桥方案因电路稳定可靠且成本适中，而具有较广泛的应用前景。半桥电路包括交替开通的上臂开关管和下臂开关管，通常上臂开关管和下臂开关管需进行隔离。然而现有技术中，因未考虑开关管接地与单片机信号电路等弱电电路的接地端的设置问题，使得两者之间存在影响，影响电控的可靠性。
因而，确有必要提供一种技术方案，以克服上述现有技术存在的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，而提供一种电磁加热装置的半桥电路，其电路间干扰小，电路稳定性好、可靠性高。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种电磁加热装置的半桥电路，包括电源电路、驱动电路和半桥谐振电路，所述半桥谐振电路包括第一开关管和第二开关管，所述电源电路用于为驱动电路产生电源，其中，所述电源电路包括开关管电源电路和弱电电源电路，所述开关管电源电路包括第一电源和第一接地端，以及由第一电源自举形成的第二电源和第二接地端，所述第一电源用以供所述驱动电路驱动所述第一开关管，所述第一接地端用以供所述第一开关管接地，所述第二电源用以供所述驱动电路驱动所述第二开关管，所述第二接地端用以供所述第二开关管接地；所述弱电电源电路包括弱电电源端和弱电接地端；所述第一接地端和/或所述第二接地端与所述弱电接地端之间连接有耦合电容。本方案通过将第一接地端、第二接地端和弱电接地端均非共地设置，并在第一接地端和/或第二接地端和弱电接地端设置耦合电容，有效减少了开关管对弱电电路的影响，提升了电路稳定性。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一电源和所述第二电源之间连接有二极管，所述二极管的正极连接所述第一电源，所述二极管的负极连接所述第二电源。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述第二电源和所述第二接地端之间连接有自举电容，所述耦合电容设在所述第一接地端和所述弱电接地端之间，第一开关管导通时，所述第二接地端与所述第一接地端连通，所述第一电源向所述自举电容充电。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述驱动电路包括用于驱动所述第二开关管的第二驱动电路，所述第二驱动电路包括第二信号电路、第二电压电路以及隔离所述第二信号电路和第二电压电路的第二隔离电路，所述第二电压电路连接所述第二电源和第二接地端，所述第二信号电路连接所述弱电电源端和弱电接地端。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述驱动电路包括用于驱动所述第一开关管的第一驱动电路，所述第一驱动电路包括第一信号电路、第一电压电路以及隔离所述第一信号电路和第一电压电路的第一隔离电路，所述第一电压电路连接所述第一电源和第一接地端，所述第一信号电路连接所述弱电电源端和弱电接地端。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一隔离电路和所述第二隔离电路均包括光电耦合器。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一开关管的发射极连接所述第一接地端，所述第一开关管的集电极和所述第二开关管的发射极连接所述第二接地端。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述开关管电源电路包括第一整流滤波模块和第一稳压器，所述第一稳压器的输入端连接所述第一整流滤波模块的输出端，所述第一稳压器的输出端输出所述第一电源。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述弱电电源电路包括第二整流模块和第二稳压器，所述第二整流模块的输出端输出第三电压，所述第二稳压器的输入端连接所述第三电压，所述第二稳压器的输出端输出第四电压，所述第四电压的电压值小于所述第三电压的电压值。
本发明提供的一种电磁加热装置的半桥方案，通过将第一接地端、第二接地端和弱电接地端均非共地设置，并在第一接地端和/或第二接地端与弱电接地端之间设置耦合电容，有效减少了开关管对弱电电路的影响，提升了电路稳定性。本发明还提供了一种采用上述半桥电路的电磁加热装置，该电磁加热装置具有电磁线盘，半桥电路控制电磁线盘工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电磁加热装置的半桥电路的模块框图。
图2为本发明电磁加热装置的半桥电路一实施例中的电源电路图。
图3为本发明电磁加热装置的半桥电路一实施例中的驱动电路和半桥谐振电路图。
图4为图3中驱动电路的放大图。
附图标记：
1-电源电路；11-开关管电源电路；12-弱电电源电路；2-驱动电路；21-第一驱动电路；211-第一信号电路；212-第一隔离电路；213-第一电压电路；22-第二驱动电路；221-第二信号电路；222-第二隔离电路；223-第二电压电路；3-半桥谐振电路；31-第一开关管；32-第二开关管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图4，本发明提供一种电磁加热装置的半桥电路，包括电源电路1、驱动电路2和半桥谐振电路3，所述半桥谐振电路3包括第一开关管31和第二开关管32，所述电源电路1用于为驱动电路2产生电源，其中，所述电源电路1包括开关管电源电路11和弱电电源电路12，所述开关管电源电路11包括第一电源15VA和第一接地端GND1，以及由第一电源15VA自举形成的第二电源15VB和第二接地端GND2，所述第一电源15VA用以供所述驱动电路2驱动所述第一开关管31，所述第一接地端GND1用以供所述第一开关管31接地，所述第二电源15VB用以供所述驱动电路2驱动所述第二开关管32，所述第二接地端GND2用以供所述第二开关管32接地；所述弱电电源电路12包括弱电电源端VCC和弱电接地端GND；所述第一接地端GND1和所述弱电接地端GND之间连接有耦合电容C9。本技术方案通过将第一接地端GND1、第二接地端GND2和弱电接地端GND均非共地设置，并在第一接地端GND1和弱电接地端GND之间设置耦合电容C9，有效减少了开关管31、32对弱电电路的影响，提升了电路稳定性。
请重点参阅图2，其为本发明电磁加热装置的半桥电路一实施例中的电源电路图。所述电源电路包括高频变压器T1，所述开关管电源电路11和所述弱电电源电路12由所述高频变压器T1的副边并列引出。所谓并列引出是指开关管电源电路11和弱电电源电路12彼此独立，如此可避免开关管电源电路11与弱电电源电路12的牵连、干扰，方便电路设计。
所述开关管电源电路11包括第一整流滤波模块和第一稳压器U3，所述第一整流滤波模块包括二极管D1和电容EC1，所述第一稳压器U3优选为三端稳压器，其输入端连接所述第一整流滤波模块的输出端，所述第一稳压器U3的输出端输出所述第一电源15VA，所述第一稳压器U3的接地端连接至第一接地端GND1。在第一稳压器U3的输出端后的第一电源15VA和第一接地端GND1之间还并联有电容EC2和电容C10。所述第一电源15VA经过二极管D2和电阻R10以后，输出第二电源15VB，所述二极管D2的正极连接第一电源15VA，负极连接第二电源15VB，所述第二电源15VB经过自举电容EC3后连接第二接地端GND2，自举电容EC3的正极连接第二电源15VB，负极接第二接地端GND2。
所述弱电电源电路12包括第二整流模块，所述第二整流模块包括二极管D3，所述弱电电源电路12经二极管D3整流后输出第三电压，在本实施例中，所述第三电压为18V，用以给风扇供电。第三电压18V经过电阻R20后连接有第二稳压器U4，所述第二稳压器U4的输入端连接第三电压，第二稳压器U4的输出端输出弱电电源端VCC，第二稳压器U4的接地端连接至弱电接地端GND。在第三电压18V与弱电接地端GND之间还连接有电容EC4，在第二稳压器U4的输入端与弱电接地端GND之间还连接有电容C20，在弱电电源端VCC与弱电接地端GND之间还并联有电容C30和EC5。在本实施例中，所述弱电电源端VCC用以给信号电路供电，例如MCU、显示模块、测温模块、采样模块等。需要说明的是，此处所述的弱电电源电路，是指用以给除了开关管以外的其他单元提供电源电压，如以上举例所述的MCU、显示模块、测温模块、采样模块、风扇等，而非限定电压值或是电流值小于某一值的为弱电。在本实施例中，所述弱电电源电路12依次产生18V的第三电压和5V的第四电压，即弱电电源端VCC的电压为5V。请继续参阅图2，所述第一接地端GND1与所述弱电接地端GND之间设置有耦合电容C9，有效减少了开关管对弱电电路的影响，提升了电路稳定性。因第一接地端GND1既是第一开关管31的接地端，又是市电经过交流整流模块后的接地端，为实际接地端。由于市电的波动以及第一开关管31的频繁通断，会使第一接地端GND1出现电压毛刺，该电压毛刺会传递给弱电接地端GND，对弱电电路造成干扰，因此在第一接地端GND1与弱电接地端GND之间设置耦合电容，可有效抑制电压毛刺、减小电路间干扰、增强电路稳定性效果较佳；而第二接地端GND2为虚拟接地端，其在第一开关管31导通时与第一接地端GND1连通，可通过第一接地端GND1与弱电接地端GND之间耦合电容抗干扰。因此在该实施例中为，优选为仅在第一接地端GND1与所述弱电接地端GND之间设置有耦合电容，可在保证电路稳定性的同时，减少一个耦合电容的使用。当然了，在另一实施例中，也可以在第二接地端GND2与弱电接地端GND之间设置耦合电容，或者在第一接地端GND1和第二接地端GND2与弱电接地端GND之间分别设置耦合电容。优选的，所述耦合电容C9的电容值为1000皮法至3300皮法，如1500皮法、2000皮法、2200皮法、2500皮法等。
请参阅图3，其为本发明电磁加热装置的半桥电路一实施例中的驱动电路和半桥谐振电路图。MCU和驱动电路2相连，驱动电路2用以驱动半桥谐振电路3。所述驱动电路2包括用以驱动第一开关管IGBT1的第一驱动电路21和用以驱动第二开关管IGBT2的第二驱动电路22，MCU具有与所述第一驱动电路21和第二驱动电路22相连的两个端口。
请一并参阅图4，所述第一驱动电路21包括第一信号电路211、第一电压电路213以及隔离所述第一信号电路211和第一电压电路213的第一隔离电路212，所述第一电压电路213连接所述第一电源15VA和第一接地端GND1，所述第一信号电路211连接所述第一隔离电路212和弱电接地端GND。所述第一电源15VA经过限流电阻R8连接至第一开关管IGBT1的门极，所述第一开关管IGBT1的发射极连接第一接地端GND1，关断电阻R9的两端分别与所述第一开关管IGBT1的门极和发射极连接。限流电阻R8用以限制流入第一开关管IGBT1的电流，关断电阻R9用以在第一开关管IGBT1关断时让其电压快速降为零。第一电源15VA和第一接地端GND1之间还连接有电容C3。所述第一信号电路211用以输入MCU的控制信号，第一信号电路211包括三极管Q2、电阻R6、R7，其中三极管Q2的基极连接至MCU的端口，其发射极连接弱电接地端GND，其集电极经过电阻R7连接至第一隔离电路212，电阻R6的两端分别与三极管Q2的基极和发射极相连。本实施例中，所述第一隔离电路212包括光电耦合器U2。类似的，所述第二驱动电路22包括第二信号电路221、第二电压电路223以及隔离所述第二信号电路221和第二电压电路223的第二隔离电路222，所述第二电压电路223连接所述第二电源15VB和第二接地端GND2，所述第二信号电路221连接所述第二隔离电路222和弱电接地端GND。所述第二电源15VB经过限流电阻R3连接至第二开关管IGBT2的门极，所述第二开关管IGBT2的发射极和所述第一开关管IGBT1的集电极连接第二接地端GND2，关断电阻R4的两端分别与所述第二开关管IGBT2的门极和发射极连接。第二电源15VB和第二接地端GND2之间还连接有电容C2。所述第二信号电路221用以输入MCU的控制信号，第二信号电路221包括三极管Q1、电阻R1、R2，其中三极管Q1的基极连接至MCU的端口，其发射极连接弱电接地端GND，其集电极经过电阻R2连接至第二隔离电路222，电阻R1的两端分别与三极管Q1的基极和发射极相连，所述第二隔离电路222包括光电耦合器U1。第一接地端GND1、第二接地端GND2和弱电接地端GND均非共地设置，且通过光电耦合器进行隔离，提升了电路稳定性。
下面重点参阅图3，介绍本实施例半桥电路的控制过程。工作时，第一开关管IGBT1和第二开关管IGBT2为交替开通，首先由MCU输出控制信号，由光电耦合器U2控制第一开关管IGBT1导通，且第二开关管IGBT2截止，此时第二开关管IGBT2的发射极电压被下拉至GND1，即此时GND1与GND2相连，第一电源15VA通过二极管D2向自举电容EC3充电；然后由MCU输出控制信号，控制第一开关管IGBT1截止，此时IGBT2的发射极电压为自举电容EC3充电得到的电压值，第二开关管IGBT2的门极与发射极之间的压差为第二电源15VB，以实现第二开关管IGBT2的导通。如此交替导通实现谐振加热。为了避免因关断有延迟而导致在某一时间段内，第一开关管IGBT1和第二开关管IGBT2出现同时导通的情形，本方案在控制时设置一时间段，在该时间段时第一开关管和第二开关管均为截止状态，即，保证上一次导通的开关管完全截止后，下一次导通的开关管再导通，该时间段优选为0.5微秒至3微秒，例如1微秒、1.5微秒、2微秒、2.5微秒等。
本发明还提供了一种采用上述半桥电路的电磁加热装置，该电磁加热装置具有电磁线盘，半桥电路控制电磁线盘工作。所述电磁加热装置可以是电磁炉、IH饭煲、IH压力煲、IH炒菜机等。
通过以上描述可知，本发明提供的一种电磁加热装置的半桥方案，通过将第一接地端、第二接地端和弱电接地端均非共地设置，并在第一接地端和弱电接地端之间设置耦合电容，有效减少了开关管对弱电电路的影响，提升了电路稳定性。
具体实施例描述及附图中所示结构为优选结构。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种电磁加热装置的半桥电路，包括电源电路、驱动电路和半桥谐振电路，所述半桥谐振电路包括第一开关管和第二开关管，所述电源电路用于为驱动电路产生电源，其特征在于，所述电源电路包括开关管电源电路和弱电电源电路，所述开关管电源电路包括第一电源和第一接地端，以及由第一电源自举形成的第二电源和第二接地端，所述第一电源用以供所述驱动电路驱动所述第一开关管，所述第一接地端用以供所述第一开关管接地，所述第二电源用以供所述驱动电路驱动所述第二开关管，所述第二接地端用以供所述第二开关管接地；所述弱电电源电路包括弱电电源端和弱电接地端；所述第一接地端和/或所述第二接地端与所述弱电接地端之间连接有耦合电容。
2.如权利要求1所述的电磁加热装置的半桥电路，其特征在于，所述第一电源和所述第二电源之间连接有二极管，所述二极管的正极连接所述第一电源，所述二极管的负极连接所述第二电源。
3.如权利要求2所述的电磁加热装置的半桥电路，其特征在于，所述第二电源和所述第二接地端之间连接有自举电容，所述耦合电容设在所述第一接地端和所述弱电接地端之间，第一开关管导通时，所述第二接地端与所述第一接地端连通，所述第一电源向所述自举电容充电。
4.如权利要求1所述的电磁加热装置的半桥电路，其特征在于，所述驱动电路包括用于驱动所述第二开关管的第二驱动电路，所述第二驱动电路包括第二信号电路、第二电压电路以及隔离所述第二信号电路和第二电压电路的第二隔离电路，所述第二电压电路连接所述第二电源和第二接地端，所述第二信号电路连接所述第二隔离电路和弱电接地端。
5.如权利要求4所述的电磁加热装置的半桥电路，其特征在于，所述驱动电路包括用于驱动所述第一开关管的第一驱动电路，所述第一驱动电路包括第一信号电路、第一电压电路以及隔离所述第一信号电路和第一电压电路的第一隔离电路，所述第一电压电路连接所述第一电源和第一接地端，所述第一信号电路连接所述第一隔离电路和弱电接地端。
6.如权利要求5所述的电磁加热装置的半桥电路，其特征在于，所述第一隔离电路和所述第二隔离电路均包括光电耦合器。
7.如权利要求1所述的电磁加热装置的半桥电路，其特征在于，所述第一开关管的发射极连接所述第一接地端，所述第一开关管的集电极和所述第二开关管的发射极连接所述第二接地端。
8.如权利要求1所述的电磁加热装置的半桥电路，其特征在于，所述开关管电源电路包括第一整流滤波模块和第一稳压器，所述第一稳压器的输入端连接所述第一整流滤波模块的输出端，所述第一稳压器的输出端输出所述第一电源。
9.如权利要求1所述的电磁加热装置的半桥电路，其特征在于，所述弱电电源电路包括第二整流模块和第二稳压器，所述第二整流模块的输出端输出第三电压，所述第二稳压器的输入端连接所述第三电压，所述第二稳压器的输出端输出第四电压，所述第四电压的电压值小于所述第三电压的电压值。
10.一种电磁加热装置，包括电磁线盘，其特征在于，所述电磁加热装置包括如权利要求1-9中任一所述的电磁加热装置的半桥电路，所述半桥电路控制电磁线盘工作。
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