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申请/专利权人：昂宝电子(上海)有限公司

摘要：提供了用于电磁炉的模拟控制系统和电磁炉。用于电磁炉的模拟控制系统，其中电磁炉包括开关器件和电磁线圈，开关器件通过不断地接通与断开来使电磁线圈产生高频交变磁场，该模拟控制系统包括：开关控制组件，被配置为对电磁炉的输入取样电压与阈值电压进行比较，并根据输入取样电压与阈值电压之间的比较结果来控制开关器件的接通与断开，其中，输入取样电压是通过对电磁炉的交流输入电压进行整流分压后取样生成的。

主权项：1.一种用于电磁炉的模拟控制系统，所述电磁炉包括开关器件和电磁线圈，所述开关器件通过不断地接通与断开来使所述电磁线圈产生高频交变磁场，该模拟控制系统包括：开关控制组件，被配置为对所述电磁炉的输入取样电压与阈值电压进行比较，并根据所述输入取样电压与所述阈值电压之间的比较结果来控制所述开关器件的接通与断开，其中，所述输入取样电压是通过对所述电磁炉的交流输入电压进行整流分压后取样生成的，其中：所述阈值电压包括第一阈值电压和第二阈值电压；所述开关控制组件包括两个第一开关和两个第二开关、以及第一电容和第二电容，其中，所述输入取样电压经由缓冲器耦接到所述两个第一开关中的一个第一开关的一端，所述一个第一开关的另一端耦接到所述第一电容的一端和所述两个第二开关中的一个第二开关的一端，所述第一电容的另一端耦接到地，所述一个第一开关、所述第一电容、和所述一个第二开关形成第一采样保持支路；所述输入取样电压经由所述缓冲器耦接到所述两个第二开关中的另一个第二开关的一端，所述另一个第二开关的另一端耦接到所述第二电容的一端和所述两个第一开关中的另一个第一开关的一端，所述第二电容的另一端耦接到地，所述另一个第二开关、所述第二电容、和所述另一个第一开关形成第二采样保持支路；并且所述一个第二开关的另一端与所述另一个第一开关的另一端耦接，用于输出判断基准电压；所述两个第一开关的接通和断开由第一开关控制信号来控制，所述两个第二开关的接通和断开由第二开关控制信号来控制，当所述第一开关控制信号为高电平时所述第二开关控制信号为低电平，并且当所述第一开关控制信号为低电平时所述第二开关控制信号为高电平；所述第一采样保持支路被配置为基于高电平的所述第一开关控制信号和低电平的所述第二开关控制信号、在所述开关器件断开期间的预定采样时刻对所述输入取样电压进行采样，所述第一电容用于记下所述预定采样时刻的所述输入取样电压，作为所述第一开关控制信号变为低电平时的所述判断基准电压，该判断基准电压分别与预定的正直流电压分量和预定的负直流电压分量的叠加结果作为所述第一开关控制信号为低电平时的所述第一阈值电压和所述第二阈值电压；所述第二采样保持支路被配置为基于低电平的所述第一开关控制信号和高电平的所述第二开关控制信号、在所述开关器件断开期间的所述预定采样时刻之前对所述输入取样电压进行采样，所述第二电容用于记下所述预定采样时刻之前的所述输入取样电压，作为所述第一开关控制信号变为高电平时的所述判断基准电压，该判断基准电压分别与所述预定的正直流电压分量和所述预定的负直流电压分量的叠加结果作为所述第一开关控制信号为高电平时的所述第一阈值电压和所述第二阈值电压。

全文数据：用于电磁炉的模拟控制系统和电磁炉本申请是申请日为2016年1月13日、申请号为201610020531.6、名称为“用于电磁炉的模拟控制系统和电磁炉”的发明专利申请的分案申请。技术领域本发明涉及电路领域，更具体地涉及一种用于电磁炉的模拟控制系统和电磁炉。背景技术电磁炉又名电磁灶，是现代厨房革命的产物，它无需明火或传导式加热即让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大地提高。电磁炉主要包括以下两个部分：用于产生高频交变磁场的电子线路系统；以及用于固定电子线路系统并承载锅具的结构性外壳。图1是示出电磁炉的工作原理的示意图。如图1所示，电磁炉是采用磁场感应涡流原理，利用高频电流通过环形线圈产生的无数封闭磁场使锅体本身自行快速发热来实现对锅内食物的加热的。具体地，当环形线圈中通过高频电流时，环形线圈周围产生高频交变磁场；当高频交变磁场的磁力线通过导磁材料的底部例如，铁质锅的锅底时，锅底在高频交变磁场的作用下会产生无数小涡流，使得锅底迅速释放出大量热量从而达到加热锅内食物的目的。图2是示出电磁炉中用于产生高频交变磁场的电子线路系统的示意图。如图2所示，电子线路系统200包括整流桥202、LC滤波器204、电磁线圈即，上面提到的环形线圈206、谐振电容208、以及开关器件210例如，绝缘栅双极型晶体管IGBT。其中，整流桥202和LC滤波器204对交流输入电压VAC进行全波整流和LC滤波，以形成整流后的输入电压Vin；开关器件210不断地接通和断开，其中当开关器件210接通时整流后的输入电压Vin被施加在电磁线圈206两端，流过电磁线圈206的正向电流增加，当开关器件210断开时电磁线圈206与谐振电容208形成高频谐振，电磁线圈206上的电压反向，流经电磁线圈206的电流减小；流过电磁线圈206的变化电流形成高频交变磁场，高频交变磁场产生的交变磁力线穿过锅底，使得锅底发热。目前，电磁炉大都采用图2所示的电子线路系统，并利用以微控制器单元MCU为核心的数字控制电路来实现对图2所示的电子线路系统的功率调节和保护。众所周知，输入功率是输入电压与输入电流的乘积。图2所示的电子线路系统200的交流输入电压即，VAC是电网电压，基本固定，所以只要控制输入到电子线路系统200的平均电流就可以控制电子线路系统200的输入功率。输入到电子线路系统200的电流是从电网端流入的电流，当开关器件210接通时有电流流入电子线路系统200，当开关器件210断开时无电流流入电子线路系统200。所以，只要控制开关器件210的接通和断开就可以控制输入到电子线路系统200的电流，从而控制其输入功率。在以全数字方式对图2所示的电子线路系统进行功率调节和保护时，通过对交流输入电压和流过开关器件210的平均电流进行采样来对交流输入电压和流过开关器件210的平均电流进行模拟数字AD转换，从而形成数字电压信号和数字电流信号，MCU通过将数字电压信号与数字电流信号相乘进行功率计算并将计算结果与设定功率相比较来调节开关器件210的接通时间Ton。因为数字控制运算需要时间，所以对于瞬间电流与瞬间电压的控制往往滞后。发明内容本发明提供了一种用于电磁炉的模拟控制系统和电磁炉。根据本发明实施例的用于电磁炉的模拟控制系统，其中电磁炉包括开关器件和电磁线圈，开关器件通过不断地接通与断开来使电磁线圈产生高频交变磁场，该模拟控制系统包括：开关控制组件，被配置为对电磁炉的输入取样电压与阈值电压进行比较，并根据输入取样电压与阈值电压之间的比较结果来控制开关器件的接通与断开，其中，输入取样电压是通过对电磁炉的交流输入电压进行整流分压后取样生成的。根据本发明实施例的电磁炉，包括：开关器件；电磁线圈；以及以上所述的模拟控制系统。附图说明从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：图1是示出电磁炉的工作原理的示意图；图2是示出电磁炉中用于产生高频交变磁场的电子线路系统的示意图；图3示出了图2所示的开关器件210的驱动信号、发生雷击时整流后的输入电压Vin、以及发生雷击时开关器件210上的电压和电流的波形图；图4是示出根据本发明实施例的电磁炉的电子线路系统的电路图；图5a是示出图4中所示的生成第一控制信号的电路部分的另一实施例的电路图；图5b示出了开关器件210的驱动信号、用于控制图5a中的开关S1的接通与断开的S1信号、输入取样电压Vac_in、雷击保护阈值Vth_H和Vth_L的波形图；图6a是示出图4中所示的生成第一控制信号的电路部分的又一实施例的电路图；图6b示出了开关器件210的驱动电压、S2信号、S3信号的波形图。具体实施方式下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。图3示出了图2所示的开关器件210的驱动信号、发生雷击时整流后的输入电压Vin、以及发生雷击时开关器件210上的电压和电流的波形图。如图3所示，在电磁炉处于工作状态时发生雷击的情况下，整流后的输入电压Vin冲高，使得加在电磁线圈206两端的电压升高，电磁线圈206产生的电感电流的斜率增大；然而，由于数字控制运算的滞后，开关器件210的接通时间Ton不会有任何变化；因为电磁线圈206产生的电感电流的斜率增大，所以在开关器件210的接通时间Ton结束时，流过开关器件210的峰值电流Ipk会比上一周期大很多；根据开关器件210上的电压VIGBT将会增大；如果开关器件210上的电压VIGBT超过其耐压，开关器件210将会炸毁。即使MCU通过外加输入电压侦测电路检测到整流后的输入电压Vin冲高，但MCU经过运算，最快保护开关器件210的运算时间是1.3us，使开关器件210断开已经是1.3us后的事情了，所以利用MCU来对开关器件210进行过流保护是一个瓶颈。考虑到上述情况，本发明提供了一种通过模拟控制来实现电磁炉的实时雷击保护的方法。图4是示出根据本发明实施例的电磁炉的电子线路系统的电路图。如图4所示，根据本发明实施例的电磁炉的电子线路系统除了包括图2所示的电子线路系统200以外，还包括用于以模拟控制方式实现电磁炉的实时雷击保护的模拟控制系统400。在图4所示的模拟控制系统400中，比较器Comp1将输入取样电压Vac_in与阈值电压Vth进行比较，以生成表征是否发生了雷击事件的第一控制信号，其中输入取样电压Vac_in是通过对交流输入电压VAC进行整流分压后取样生成的；跨导放大器gm对电流采样电压Vcs与参考电压Vref做差积分，以生成表征电子线路系统200的输入功率的功率表征信号comp，其中电流采样电压Vcs是通过对流过电子线路系统200中的开关器件210的电流进行采样生成的，参考电压Vref用于表征电子线路系统200的额定输入功率；比较器Comp2将功率表征信号comp与表征流过电子线路系统200中的开关器件210的电流的变化速率的速率表征信号ramp进行比较，以生成第二控制信号，其中速率表征信号ramp是在电子线路系统200中的开关器件210接通期间生成的；逻辑或器件对第一控制信号与第二控制信号进行逻辑或运算，以生成第一驱动信号；比较器Comp3将表征VIGBT变化斜率的电压与阈值电压Vth进行比较，以生成第二驱动信号，其中表征VIGBT变化斜率的电压是利用电子线路系统200中的开关器件210上的电压VIGBT生成的；触发器利用第一驱动信号或者第二驱动信号来驱动电子线路系统200中的开关器件210接通或者断开。在一些实施例中，当第一控制信号处于高电平时，表明发生了雷击事件；当第一控制信号处于低电平时，表明电子线路系统200处于正常工作状态；当第二控制信号处于高电平时，表明电子线路系统200的输入电流达到额定功率所需的电流值；当第二控制信号处于低电平时，表明电子线路系统200的输入电流未上升到额定功率所需的电流值；当第二驱动信号处于高电平时，表明电子线路系统200的VIGBT电压谐振到谷底即最低值；当第二驱动信号处于低电平时，表明VIGBT电压未谐振到谷底不能接通开关器件210；当第一驱动信号处于高电平时，触发器利用第一驱动信号来驱动电子线路系统200中的开关器件210断开；当第二驱动信号处于高电平时，触发器利用第二驱动信号来驱动电子线路系统200接通。在一些实施例中，电流采样电压Vcs反映了电子线路系统200的输入电流的大小；在功率表征信号comp大于或者等于速率表征信号ramp时，电子线路系统200中的开关器件201接通即，决定了开关器件210的接通时间Ton；当电子线路系统200中的开关器件201断开时，电子线路系统200中的电磁线圈与谐振电容一起发生谐振，当开关器件210上的电压谐振到谷底时，开关器件210接通。由于电子线路系统200中的电磁线圈的感量与谐振电容的电容大小是不变的，所以谐振周期基本恒定，所以开关器件210上的电压谐振到谷底的时间即，开关器件210的断开时间Toff基本恒定，只需要调节开关器件210的接通时间Ton来达到设定功率。模拟控制系统400可以实时检测输入取样电压Vac_in，当比较器Comp1检测到雷击发生时使得开关器件210快速断开。这主要是因为，在发生雷击时，整流后的输入电压Vin快速升高，电感电流斜率加大，在很短时间内流过开关器件210的电流即冲到开关器件210的额定电流；为了使开关器件210快速断开，可以检测输入取样电压Vac_in；当输入取样电压Vac_in在任何时候超过阈值保护电压Vth例如，雷击保护阈值时使得开关器件210断开，从而避免流过开关器件210的电流冲高。这样，既保证了流过开关器件210的电流在开关器件210的额定电流范围内，又保证在接下来开关器件210的断开时间内谐振电压不会超过开关器件210的额定电压。由于输入采样电压Vac_in为正弦波，如果雷击保护阈值为固定值，那么在输入取样电压Vac_in尚未达到正弦波顶部时发生雷击的情况下无法及时进行保护，而且不同输入电压条件下这个阈值很难设定。所以，在一些实施例中，利用正弦输入电压不会发生突变的原理，在电子线路系统200的开关器件210断开期间的某一固定时刻对输入取样电压Vac_in进行采样，采样得到的电压再叠加一定的直流分量△V，得到雷击保护阈值Vth_H和或Vth_L。在发生雷击时，交流输入电压VAC迅速升高，输入采样电压Vac_in会高于雷击保护阈值Vth_H，比较器的反映延迟时间在100ns以内，所以能够快速使开关器件210断开，保证开关器件210的安全工作。有时，雷击电压与交流输入电压反向，则输入取样电压Vac_in会低于雷击保护阈值Vth_L，此时也能快速使开关器件210断开，保证其安全工作。下面，将结合图5a-5b、以及图6a-6b详细描述确定雷击保护阈值的具体处理。图5a是示出图4中所示的生成第一控制信号的电路部分的另一实施例的电路图。图5b示出了开关器件210的驱动信号、用于控制图5a中的开关S1的接通与断开的S1信号、输入取样电压Vac_in、以及雷击保护阈值Vth_H和Vth_L的波形图。结合图5a和图5b可以看出，经过一个缓冲器隔离输入取样电压Vac_in，然后在开关器件210断开期间用S1信号对输入取样电压Vac_in进行采样，采样得到的电压减去0.3V得到Vth_L，采样得到的电压加上0.3V为Vth_H。当输入取样电压Vac_in高于Vth_H或者低于Vth_L时，输出高电平的第一控制信号。图6a是示出图4中所示的生成第一控制信号的电路部分的又一实施例的电路图。图6b示出了开关器件210的驱动电压、用于控制图6a中的开关S2的接通与断开的S2信号、以及用于控制图6a中的开关S3的接通与断开的S3信号的波形图。图5a所示的实施例中由于只使用了一个电容，所以如果在S1信号的短脉冲时间内发生雷击，会错过检测，不能及时的发生保护。所以，可以采用图6a所示的电路，用电容C1记下采样时刻的电压作为非采样时的判断基准电压，用电容C2记下采样前的电压作为采样时的判断基准电压。判断基准电压减去0.3V为雷击保护阈值Vth_L，判断基准电压加上0.3V为雷击保护阈值Vth_H。当输入采样电压Vac_in高于Vth_H或者低于Vth_L时，输出高电平的第一控制电压。以上所述的模拟控制系统可适用于各种功率等级的电磁炉，在发生雷击事件时可以快速使开关器件断开，从而可以避免开关器件的过流过压损坏。本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

权利要求：1.一种用于电磁炉的模拟控制系统，所述电磁炉包括开关器件和电磁线圈，所述开关器件通过不断地接通与断开来使所述电磁线圈产生高频交变磁场，该模拟控制系统包括：开关控制组件，被配置为对所述电磁炉的输入取样电压与阈值电压进行比较，并根据所述输入取样电压与所述阈值电压之间的比较结果来控制所述开关器件的接通与断开，其中，所述输入取样电压是通过对所述电磁炉的交流输入电压进行整流分压后取样生成的。2.根据权利要求1所述的模拟控制系统，其中，所述开关控制组件还被配置为在所述输入取样电压大于所述阈值电压时，断开所述开关器件。3.根据权利要求1所述的模拟控制系统，其中，所述开关控制组件还被配置为在所述开关器件断开期间，利用采样信号对所述输入取样电压进行采样并利用采样结果与预定直流分量的叠加结果作为所述阈值电压。4.根据权利要求1所述的模拟控制系统，其中，所述开关控制组件还被配置为在所述开关器件断开期间，分别利用第一采样信号和第二采样信号对所述输入取样电压进行采样，并在非采样时将利用所述第一采样信号得到的采样结果与预定直流分量的叠加结果作为所述阈值电压，在采样时将利用所述第二采样信号得到的采样结果与所述预定直流分量的叠加结果作为所述阈值电压。5.根据权利要求3或4所述的模拟控制系统，其中，所述预定直流分量包括正直流分量和负直流分量二者，所述开关控制组件还被配置为分别利用所述正直流分量和所述负直流分量计算所述阈值电压。6.根据权利要求5所述的模拟控制系统，其中，所述开关控制组件还被配置为对所述电磁炉的功率表征信号与速率表征信号进行比较，并根据所述功率表征信号与所述速率表征信号的比较结果来控制所述开关器件的接通与断开，其中所述功率表征信号用于表征所述电磁炉的输入功率并且是通过对电流采样电压和参考电压进行差积分生成的，所述电流采样电压是通过对流过所述开关器件的电流进行采样生成的，所述参考电压用于表征所述电磁炉的额定输入功率，所述速率表征信号用于表征流过所述电磁线圈的电流的变化速率。7.一种电磁炉，包括：开关器件；电磁线圈；以及根据权利要求1-6中任一项所述的模拟控制系统。

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