專利名稱：帶電流互感器零電壓開關的橋式電磁感應加熱電路的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種高性能的感應加熱電路，具體涉及帶電流互感器零電壓開關 的橋式電磁感應加熱電路。
背景技術：
習知的電磁加熱裝置，其控制電路多采用單開關調諧電路，工作穩定性差，加熱功 率低，而且電路結構限制了大的工作電流，不能滿足較大功率的加熱裝置所需。也有眾多的其它裝置采用了半橋或者全橋電路，但是如果應用在感應加熱設備 中，其驅動電路對負載改變和電路異常的保護性做的不夠好，反應不夠快，電路的安全可靠 性依然存在較大的隱患。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種帶電流互感器零電壓開關的橋式電磁感應加熱 電路，應用于感應加熱裝置中，以解決現有技術中針對電磁式熱水器驅動電路和負載改變 保護電路不可靠的問題，有效提高了電路性能。為實現上述目的，本實用新型采用了如下技術方案。帶電流控制零電壓開關的橋式電磁加熱電路，包括電流互感器、電橋電路、功率電 磁感應線圈和脈沖控制器，電橋電路的輸入端連接直流電源，其上橋臂連接電源正極，其下 橋臂連接電源負極，功率線圈與電流互感器串聯接入電橋電路的輸出端，電橋電路其中一 組或兩組輸出端的上下橋臂分別設有電子開關，脈沖控制器設有兩路受控脈沖輸出分別匹 配上下橋臂的電子開關，受控脈沖輸出與電子開關的控制端連接。所述的電流互感器產生 的感應信號電壓直接輸入到脈沖控制器受控，脈沖控制器根據這個信號電壓來判斷脈沖輸 出的一個條件。可選的，電子開關是IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)或者M0SFET(場效應晶體管) 或者SCRs (單向可控硅)。作為上述技術方案的改進，電子開關并聯有緩振電容和續流二極管。作為上述技術方案的一種改進，電橋電路為半橋模式，包括兩組具有電子開關的 橋臂和兩組由電容組成的橋臂，電路中的電子開關、電容、續流二極管、功率電磁感應線圈 以及電流互感器可以由單個組成，也可以由多個并聯或者串聯組成，還可以由多個串并聯 組成。作為上述技術方案的另一種改進，電橋電路為全橋模式，包括四組具有電子開關 的橋臂，電路中的電子開關、電容、續流二極管、功率電磁感應線圈以及電流互感器可以由 單個組成，也可以由多個并聯或者串聯組成，還可以由多個串并聯組成。與現有技術相比，本實用新型的有益效果在于采用了橋式諧振電路，使電子開關 工作在零電壓切換的狀態，同時在輸出功率線圈回路中串聯有電流互感器，結合脈沖控制 器，使電路具有很好負載異常關閉和功率電路異常保護的功能，從而使設備具有良好的工作穩定性和可靠性。
圖1是本實用新型的實施例一的結構示意圖。圖2是本實用新型的實施例二的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合說明書附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步的說明。如圖1所示，本實用新型的實施例一中電橋橋臂電路為半橋模式，電路包括五個 電容CI、C2、C3、C4、C5，兩個電子開關Kl、K2，連個二極管Dl、D2，一個電流互感器T1，一 個功率電磁感應線圈Power Coil,以及脈沖控制器pulse control, C2、C3串聯且與C1并 聯，從C1兩端連接直流電源v+input和v-input，v+input和v-input是由各種單相市電 或者工業三相交流整流得到的直流電源，后文中將稱C1兩端的電壓為輸入電壓Vin，C4、 D1、K1并聯組成電橋橋臂電路的上橋臂，C5、D2、K2并聯組成電橋橋臂電路的下橋臂，從C2、 C3之間和C4、C5之間分別引出兩個輸出端連接至Power Coil與T1組成的串聯電路兩端， pulsecontrol由相關的硬件電路或者軟件結合硬件的電路產生Channel A和Channel B兩 路受控制脈沖輸出，Channel A連接至Kl的控制端，Channel B連接至K2的控制端。為了便于理解，下面按實施例一中脈沖控制器pulse control的工作時序來進一 步闡述圖示電路的工作原理。(1)在t0-tl時序，當Channel A有信號高電平輸入時觸發Kl打開，電容C1、C2對 電感Power Coil和C3進行充電，電感Power Coil中的電流上升，同時由于充電的原因導 致C3兩端的電壓升高。此時，開關K2和電容C5兩端的電壓為輸入電壓Vin。(2)在tl_t2時序，開關Kl由于驅動電壓撤消而關閉，電容CI、C2繼續對電感 Power Coil和C3進行充電，并對C4進行充電；此時，電容C5開始放電，C5的放電電流也對 C3以及電感Power Coil進行正向充電，電感Power Coil中的正向電流繼續上升，直到C5 放電結束后，這時K2兩端的電壓等于C5兩端的電壓而降低到等于0V，那么K1和C4兩端的 電壓也隨著C5兩端電壓的逐漸消失而逐漸上升至輸入電壓Vin。C5放電完畢而D2導通， 此時電感Power Coil中的電流經由D2對C3繼續充電，但此時電感PowerCoil中的電流已 呈下降趨勢，在D2導通期間，脈沖控制器將Channel B打開的第一條件滿足，這時如果打開 K2可以達到零電壓切換的目的；脈沖控制器電路同時檢測電流互感器中的電流值，當脈沖 控制器電路檢測到電流互感器中的電流不再增加同時也不超過預定的線圈電流值時，表明 電路此時并無異常，脈沖控制器將Channel B打開的第二條件也滿足；這時，脈沖控制器將 K2打開；如果打開K2的第二條件不能滿足，脈沖控制器立刻將2路輸出控制脈沖關閉，進 入保護狀態，從而達到了正半周過流或異常保護的目的。(3)在t2-t3時序，由于K2的打開，此時的K1和C4兩端已經承受輸入電壓Vin， 電感Power Coil中電流繼續經由D2對C3進行充電，C1也對電感Power Coil以及C2進 行充電，經過一段時間，開關K2持續導通，電感Power Coil中的電流下降并減少到OA時， 電感Power Coil的極性改變，此時電容C3開始對電感Power Coil進行充電，電感中的電 流開始負向增加。[0020](4)在t3_t4時序，開關K2由于驅動電壓撤消而關閉，電容CI、C3繼續對電感 Power Coil進行充電，并對C5進行充電，此時，電容C4開始放電，C4的放電電流也對C2以 及電感Power Coil進行反向充電，電感Power Coil中的電流繼續反向上升，直到C4放電 結束后，這時K1兩端的電壓等于C4兩端的電壓而降低到等于0V，那么K2和C5兩端的電 壓也隨著C4兩端電壓的消失而逐漸上升至輸入電壓Vin。C4放電完畢而D1導通，此時電 感Power Coil中的反向電流經由D1對C2繼續充電，但此時電感Power Coil中的反向電 流已呈下降趨勢，在D1導通期間，脈沖控制器將Channel A打開的第一條件滿足，這時如果 打開K1可以達到零電壓切換的目的；脈沖控制器電路同時檢測電流互感器中的電流值，當 脈沖控制器電路檢測到電流互感器中的電流不再增加同時也不超過預定的線圈電流值時， 表明電路此時并無異常，脈沖控制器將Channel A打開的第二條件也滿足；這時，脈沖控制 器將K1打開；如果打開K1的第二條件不能滿足，脈沖控制器立刻將輸出控制脈沖關閉，進 入保護狀態，從而達到了負半周過流或異常保護的目的。(5)在t4-t5時序，開關K1打開，開關K2以及電容C5兩端達到輸入電壓Vin。K1 導通的瞬間，電感Power Coil繼續對C2進行充電，經過一段時間，電感Power Coil中的電 流值負向減少一直到0，此時，電感PowerCoil中的電流方向改變轉為正向流動。至此，整個電路周而復始循環整個過程。如圖2所示，本實用新型的實施例二中電橋橋臂電路為全橋模式，電路包括六個 %WC1、C2、C3、C4、C5、C6，四個開關器件 K1、K2、K3、K4，四個二極管 Dl、D2、D3、D4，一個電 流互感器T1，一個功率電磁感應線圈Power Coil，以及一個脈沖控制器pulse control，從 C1兩端連接電壓輸入端v+input和v-input，從C2、C3之間和C4、C5之間分別引出輸出端 連接至功率線圈power coil的兩端，同時PowerCoil與電流互感器T1以及電容C6串聯， C4、D2、K1并聯組成上橋臂一，C2、D1、K3并聯組成上橋臂二，C5、D3、K2并聯組成下橋臂一， C3、D4、K4并聯組成下橋臂二 ；脈沖控制器pulse control由相關的硬件電路或者軟件硬件 結合電路產生Channel A和Channel B兩路受控制脈沖輸出，Channel A連接至K1、K4的 控制端，Channel B連接至K2、K3的控制端，電流互感器T1、功率電感Power Coil、C6串聯 連接在2橋臂之間。v+input和v-input是由各種單相市電或者工業三相交流整流得到的 直流電源，并在v+input和v-input之間跨接電容C1，后文中將稱C1兩端的電壓為輸入 電壓Vin。為了便于理解，下面按實施例二中脈沖控制器的工作時序來進一步闡述圖示電路 的工作原理。(1)在t0-tl時序，當Channel A有高電平信號觸發打開開關K1、K4，電容C1對電 感Power Coil和電容C6進行充電，Power Coil中的電流正向上升，此時，開關K2和電容 C5、開關K3和電容C2兩端的電壓為輸入電壓Vin。(2)在tl_t2時序，開關K1、K4由于脈沖控制器所輸出的驅動電壓撤消而關閉，電 容C2、C5繼續對電感Power Coil和C6進行充電，并對C3、C4進行充電，電感Power Coil 中的電流繼續正向上升，當C2、C5放電完畢繼而D1、D3導通，C3、C4也充電至輸入電壓Vin ； 此時，電感Power Coil中的正向電流不在增加而呈正向下降的趨勢，在Dl、D3導通期間， K2、K3兩端的電壓為0，脈沖控制器將Channel B打開的第一條件滿足，這時如果打開K2、 K3可以達到零電壓切換的目的；脈沖控制器電路同時檢測電流互感器中的電流值，當脈沖
5控制器電路檢測到電流互感器中的電流不再增加同時也不超過預定的最高電流值時，表明 電路此時并無異常，脈沖控制器將Channel B打開的第二條件也滿足；這時，脈沖控制器將 K2、K3打開；如果打開K2、K3的第二條件不能滿足，脈沖控制器立刻將輸出控制脈沖關閉， 進入保護狀態，從而達到了正半周過流或異常保護的目的。(3)在t2_t3時序，開關K2、K3打開，此時的開關K1和電容C4、開關K4和電容C3 兩端的電壓為輸入電壓Vin，電感Power Coil中電流繼續經由D1、D3對C6進行充電；經過 一段時間，開關K2、K3持續導通，電感Power Coil中的正向電流逐漸下降并減少到OA時， 電感Power Coil的電流方向改變，此時，電容C1對電感Power Coil以及電容C6進行負向 充電，電感Power Coil中的電流呈線性負向增加。同樣，電容C6中的電流方向也為負向流 動。(4)在t3-t4時序，開關K2、K3關閉，電容C3、C4繼續對電感PowerCoil和C6進 行負向充電，并對C2、C5進行充電，電感Power Coil中的電流繼續負向上升，當C3、C4放 電完畢繼而D2、D4導通，C2、C5也充電至輸入電壓Vin ；此時，電感Power Coil中的負向電 流不再增加而呈負向下降的趨勢，在D2、D4導通期間，Kl、K4兩端的電壓為0，脈沖控制器 將Channel B打開的第一條件滿足，這時如果打開Kl、K4可以達到零電壓切換的目的；脈 沖控制器電路同時檢測電流互感器中的電流值，當脈沖控制器電路檢測到電流互感器中的 電流不再增加同時也不超過預定的線圈電流值時，表明電路此時并無異常，脈沖控制器將 Channel A打開的第二條件也滿足；這時，脈沖控制器將K1、K4打開；如果打開K1、K4的第 二條件不能滿足，脈沖控制器立刻將輸出控制脈沖關閉，進入保護狀態，從而達到了負半周 過流或異常保護的目的。(5)在t4_t5時序，開關K1、K4導通，開關K2和電容C5、開關K3和電容C2兩端的 電壓為輸入電壓Vin。K1、K4導通的瞬間，電感Power Coil繼續對C2、C5進行充電，經過一 段時間，電感Power Coil中的電流負向減少一直到0 ；此時，電感PowerCoil中的電流方向 改變為正向流動。至此，整個電路周而復始循環整個過程。本實用新型可應用于多種電磁加熱裝置，比如直管式電磁熱水器，將該電路的 Power Coil繞制在直的水管外壁，中間加以絕緣層，可在加熱的同時使水管以5KHZ-500KHZ 的頻率同步震動，從而獲得無水垢沉積的理想效果。對于本領域的技術人員來說，可根據本實用新型所揭示的結構和原理獲得其它各 種相應的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都屬于本實用新型的保護范疇。
權利要求帶電流互感器零電壓開關的橋式電磁感應加熱電路，其特征在于包括電流互感器、電橋電路、功率電磁感應線圈和脈沖控制器，電橋電路的輸入端連接直流電源，其上橋臂連接電源正極，其下橋臂連接電源負極，功率線圈與電流互感器串聯接入電橋電路的輸出端，電橋電路其中一組或兩組輸出端的上下橋臂分別設有電子開關，脈沖控制器設有兩路受控脈沖輸出分別匹配上下橋臂的電子開關，受控脈沖輸出與電子開關的控制端連接。
2.根據權利要求1所述的帶電流互感器零電壓開關的橋式電磁感應加熱電路，其特征 在于電子開關是IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)或者MOSFET (場效應晶體管)或者SCRs (單 向可控硅)。
3.根據權利要求1或2所述的帶電流互感器零電壓開關的橋式電磁感應加熱電路，其 特征在于電子開關并聯有緩振電容和續流二極管。
4.根據權利要求3所述的帶電流互感器零電壓開關的橋式電磁感應加熱電路，其特征 在于電橋電路為半橋模式，包括兩組具有電子開關的橋臂和兩組由電容組成的橋臂。
5.根據權利要求4所述的帶電流互感器零電壓開關的橋式電磁感應加熱電路，其特征 在于電路中的電子開關、電容、續流二極管、功率電磁感應線圈以及電流互感器可以由單 個組成，也可以由多個并聯或者串聯組成，還可以由多個串并聯組成。
6.根據權利要求3所述的帶電流互感器零電壓開關的橋式電磁感應加熱電路，其特征 在于電橋電路為全橋模式，包括四組具有電子開關的橋臂。
7.根據權利要求6所述的帶電流互感器零電壓開關的橋式電磁感應加熱電路，其特征 在于電路中的電子開關、電容、續流二極管、功率電磁感應線圈以及電流互感器可以由單 個組成，也可以由多個并聯或者串聯組成，還可以由多個串并聯組成。
專利摘要帶電流互感器零電壓開關的橋式電磁感應加熱電路，包括電流互感器、電橋電路、功率電磁感應線圈和脈沖控制器，電橋電路的輸入端連接直流電源，其上橋臂連接電源正極，其下橋臂連接電源負極，功率線圈與電流互感器串聯接入電橋電路的輸出端，電橋橋臂電路其中一個或兩個輸出端其兩側的上下橋臂分別設有電子開關，脈沖控制器設有兩路受控脈沖輸出分別匹配上下橋臂的電子開關，受控脈沖輸出與電子開關的控制端連接。本實用新型采用脈沖控制器驅動電子開關工作在零電壓切換狀態，由于功率電磁感應線圈與電流互感器串聯，即使負載由于異常變動或者電路本身的某些故障，皆能及時迅速的關閉控制脈沖斷開電子開關，使電路具有優良的工作穩定性和可靠性。
文檔編號H05B6/06GK201682646SQ20102018211
公開日2010年12月22日 申請日期2010年4月29日 優先權日2010年4月29日
發明者李岳剛 申請人:李岳剛