CN106162970B - 电磁加热装置和具有其的电磁炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁加热装置和电磁炉，其中该装置包括：电源模块；谐振模块，谐振模块具有谐振电感和谐振电容构成的谐振子模块，其中谐振电感的第一端与电源模块相连，谐振电容的第一端与谐振电感的第二端相连；电容调整模块用于调整谐振模块中的谐振电容的电容值，包括：开关，开关的第一端与谐振电感的第一端相连，开关的第二端与谐振电容的第二端相连；调整电容，调整电容的第一端与开关的第二端相连，调整电容的第二端接地；控制器，控制器控制开关的闭合或断开；以及开关模块，开关模块与谐振模块中谐振电感的第二端相连。该装置实现了加热功率在一定频率(如200瓦至2000瓦)范围内连续加热，提高了烹饪食物效果，提升了用户体验。
Description
技术领域
本发明涉及电磁加热技术领域，尤其涉及一种电磁加热装置和具有该电磁加热装置的电磁炉。
背景技术
随着电磁加热领域的快速发展，电磁炉已经成为人们厨房中的主流厨具。目前，电磁炉主要是通过电磁感应方式烹饪食物，由于输出功率很大，一般能达到2000瓦，为了减小电磁炉中开关管的损耗，就必须将开关管工作在软开关状态，现有方案一般都采用LC谐振(其中，L是电感，C是电容)加热方案。但是，因为谐振电路具有选频特性，只有当开关管的工作频率与LC谐振频率一致时，其输出功率最大，工作状态最佳；当开关管的工作频率越偏离LC谐振频率时，谐振电路输出功率越小，工作状态越差。
例如，现有单管LC谐振电磁加热方案，由于线圈盘(即谐振感应)的电感量L和谐振电容的容量C都是一组已设定好的固定值，开关管工作在一定功率(如2000瓦)频率范围时(约20KHz)达到最佳状态，而开关管的开关频率越高，功率越低，工作状态越差，具体表现为开关管逐渐退出软开关状态，进入硬开关状态，开关管的温升越高，所以目前单管LC谐振电磁加热只能在如1000瓦～2000瓦范围连续加热工作，低于如1000瓦时以间歇加热方式实现低功率加热，比如实现500瓦加热，则以1000瓦加热5秒，再停止加热5秒为周期加热，但是这个间歇加热方式烹饪效果差，无法满足用户需求。
发明内容
本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种电磁加热装置。该装置可以实现输出功率在一定频率(如200瓦至2000瓦)范围内连续加热，显著提高了烹饪食物效果，提升了用户满意度。
本发明的第二个目的在于提出一种电磁炉。
为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的电磁加热装置，包括：电源模块；与所述电源模块相连的谐振模块，其中，所述谐振模块具有谐振电感和谐振电容构成的谐振子模块，其中，所述谐振电感的第一端与所述电源模块相连，所述谐振电容的第一端与所述谐振电感的第二端相连；电容调整模块，用于调整所述谐振模块中的谐振电容的电容值，所述电容调整模块包括：开关，所述开关的第一端与所述谐振电感的第一端相连，所述开关的第二端与所述谐振电容的第二端相连；调整电容，所述调整电容的第一端与所述开关的第二端相连，所述调整电容的第二端接地；控制器，所述控制器控制所述开关的闭合或断开；以及开关模块，所述开关模块与所述谐振模块中谐振电感的第二端相连。
根据本发明实施例的电磁加热装置，通过增加电容调整模块，可以实现输出功率在一定频率(如200瓦至2000瓦)范围内连续加热，与现有技术相比，实现了低功率连续加热的目的，显著提高了烹饪食物效果，提升了用户满意度。
其中，在本发明的实施例中，当所述电磁加热装置的加热功率大于设定功率值时，所述控制器将所述开关闭合，并在所述电磁加热装置的加热功率小于所述设定功率值时，将所述开关断开。
在本发明的实施例中，所述开关为继电器。
在本发明的实施例中，所述开关为金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET或绝缘栅双极晶体管IGBT。
根据本发明的一个实施例，所述电源模块包括：整流器，所述整流器与电源相连；电感，所述电感的第一端与所述整流器的输出端相连，所述电感的第二端与所述谐振电感的第一端相连；滤波电容，所述滤波电容的第一端与所述电感的第二端相连，所述滤波电容的第二端接地。
为了实现上述目的，本发明第二方面实施例的电磁炉，包括：本发明第一方面实施例的电磁加热装置。
根据本发明实施例的电磁炉，通过在电磁加热装置中增加电容调整模块，可以实现输出功率在一定频率(如200瓦至2000瓦)范围内连续加热，与现有技术相比，实现了低功率连续加热的目的，显著提高了烹饪食物效果，提升了用户满意度。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，
图1是根据本发明一个实施例的电磁加热装置的结构示意图；以及
图2是根据本发明一个实施例的电磁加热装置的电路示意图。
附图标记：
10：电源模块；20:谐振模块；21：谐振子模块；30：电容调整模块；31：控制器；40：开关模块；D：整流器；d1：整流器的输出端；L2：电感；l1：电感的第一端；l2：电感的第二端；C0：滤波电容；E1：滤波电容的第一端；E2：滤波电容的第二端；L1：谐振电感；P1：谐振电感的第一端；P2：谐振电感的第二端；K：开关；k1：开关的第一端；k2：开关的第二端；C1：谐振电容；A1：谐振电容的第一端；A2：谐振电容的第二端；C2：调整电容；B1：调整电容的第一端；B2：调整电容的第二端；Q1：开关管；E：开关管的发射极。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的电磁加热装置和具有其的电磁炉。
图1是根据本发明一个实施例的电磁加热装置的结构示意图。图2是根据本发明一个实施例的电磁加热装置的电路示意图。如图1和图2所示，该电磁加热装置可以包括：电源模块10、谐振模块20(图2中未示出)、电容调整模块30和开关模块40。具体地，电容调整模块30可用于调整谐振模块20中的谐振电容的电容值。需要说明的是，在本发明的一个实施例中，电容调整模块30可为一个或多个。也就是说，电磁加热装置中可具有一个或多个电容调整模块30，以调整谐振模块20中的谐振电容容量。
其中，在本发明的实施例中，如图1和图2所示，谐振模块20与电源模块10相连，该谐振模块20具有谐振电感L1和谐振电容C1构成的谐振子模块21。其中，如图2所示，谐振电感L1的第一端P1与电源模块10相连，谐振电容C1的第一端A1与谐振电感L1的第二端P2相连。另外，如图2所示，开关模块40与谐振模块20中谐振电感L1的第二端P2相连。
此外，在本发明的实施例中，如图2所示，电容调整模块30可包括：开关K、调整电容C2和控制器31(图2中未示出)，开关K的第一端k1与谐振电感L1的第一端P1相连，开关K的第二端k2与谐振电容C1的第二端A2相连，调整电容C2的第一端B1与开关K的第二端k2相连，调整电容C2的第二端B2接地，且调整电容C2的第二端B2也与开关模块40中开关管Q1的发射极E相连。
具体地，控制器31可控制开关K的闭合或断开。其中，在本发明的实施例中，当电磁加热装置的加热功率大于设定功率值时，控制器31可将开关K闭合，并在电磁加热装置的加热功率小于设定功率值时，将开关K断开。其中，在本发明的一个实施例中，开关K可为继电器。在本发明的另一个实施例中，开关K可为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管)。
进一步的，在本发明的一个实施例中，如图2所示，电源模块10可包括整流器D、电感L2和滤波电容C0，整流器D与电源相连，电感L2的第一端l1与整流器D的输出端d1相连，电感L2的第二端l2与谐振电感L1的第一端P1相连，滤波电容C0的第一端E1与电感L2的第二端l2相连，滤波电容C0的第二端E2接地。
为了使得本领域的技术人员能够更加清楚地了解本发明的优点，下面将结合图2对本发明电磁加热装置的工作原理进行进一步描述。
如图2所示，当上述电磁加热装置工作在大功率状态，即电磁加热装置的加热功率大于设定功率值(例如1000瓦)时，控制器31可控制开关K闭合，谐振电感L1和谐振电容C1组成并联谐振电路，调整电容C2与滤波电容C0组成滤波电容，此时谐振回路的等效电容的容量为谐振电容C1的容量，则谐振频率f0为：
其中，L为谐振回路中的电感量，C1为谐振回路中的等效电容容量。
优选状态下，当谐振频率f0的值为20KHz，开关模块40中的开关管Q1的PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)信号为20KHz时，电磁加热装置处于最佳状态，此时开关管Q1的集电极刚好在电压过零下导通，为软开关状态，开关管Q1的开关损耗最小。当逐渐减少PWM的高电平脉宽时，开关管Q1的导通时间减小，一方面致使经同步电路后，PWM的周期时间减少，PWM的频率升高，逐渐远离最佳谐振频率f0；另一方面致使谐振电感L1储存能量减少，输出功率逐渐减少，开关管Q1导通时没有足够的能量使谐振电容C1的电压降至0V，开关管Q1逐渐进入硬开关状态，导致开关管Q1的开关损耗增大。
当上述电磁加热装置工作在小功率状态，即电磁加热装置的加热功率小于设定功率值(如1000瓦)时，控制器31可控制开关K断开，谐振电感L1、谐振电容C1和调整电容C2组成串联谐振电路，调整电容C2参与谐振工作，此时谐振回路的等效电容容量为谐振电容C1和调整电容C2的容量串联之和，则谐振频率f1为：
其中，L为谐振回路中的电感量，C1为谐振电容C1的容量，C2为调整电容C2的容量。
由于谐振电容C1和调整电容C2串联，所以导致谐振回路中的总电容量减小，电磁加热装置的谐振频率f1增大，优选状态下，谐振频率f1的值为35KHz,由于减小PWM的高电平脉宽会减小输出功率，同时会减少PWM的周期，提高PWM的频率，假设输出功率为900瓦时，开关管Q1的驱动频率为35KHz,由于开关K断开后，电磁加热装置的谐振频率f1升至35KHz，与开关管Q1的驱动频率一致，所以此时电磁加热装置又工作于最佳状态，开关管Q1的集电极刚好在电压过零下导通，为软开关状态，开关管Q1的开关损耗最小，从而实现低功率连续加热。
根据本发明实施例的电磁加热装置，通过增加电容调整模块，可以实现输出功率在一定频率(如200瓦至2000瓦)范围内连续加热，与现有技术相比，实现了低功率连续加热的目的，显著提高了烹饪食物效果，提升了用户满意度。
为了实现上述实施例，本发明还提出了一种电磁炉，该电磁炉包括上述任一个实施例的电磁加热装置。
根据本发明实施例的电磁炉，通过在电磁加热装置中增加电容调整模块，可以实现输出功率在一定频率(如200瓦至2000瓦)范围内连续加热，与现有技术相比，实现了低功率连续加热的目的，显著提高了烹饪食物效果，提升了用户满意度。
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；可以是机械连接，也可以是电连接；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，除非另有明确的限定。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。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种电磁加热装置，其特征在于，包括：
电源模块；
与所述电源模块相连的谐振模块，其中，所述谐振模块具有谐振电感和谐振电容构成的谐振子模块，其中，所述谐振电感的第一端与所述电源模块相连，所述谐振电容的第一端与所述谐振电感的第二端相连；
电容调整模块，用于调整所述谐振模块中的谐振电容的电容值，所述电容调整模块包括：
开关，所述开关的第一端与所述谐振电感的第一端相连，所述开关的第二端与所述谐振电容的第二端相连；
调整电容，所述调整电容的第一端与所述开关的第二端相连，所述调整电容的第二端接地；
控制器，所述控制器控制所述开关的闭合或断开；以及
开关模块，所述开关模块与所述谐振模块中谐振电感的第二端相连。
2.如权利要求1所述的电磁加热装置，其特征在于，其中，当所述电磁加热装置的加热功率大于设定功率值时，所述控制器将所述开关闭合，并在所述电磁加热装置的加热功率小于所述设定功率值时，将所述开关断开。
3.如权利要求2所述的电磁加热装置，其特征在于，所述开关为继电器。
4.如权利要求2所述的电磁加热装置，其特征在于，所述开关为金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET或绝缘栅双极晶体管IGBT。
5.如权利要求1或2所述的电磁加热装置，其特征在于，所述电源模块包括：
整流器，所述整流器与电源相连；
电感，所述电感的第一端与所述整流器的输出端相连，所述电感的第二端与所述谐振电感的第一端相连；
滤波电容，所述滤波电容的第一端与所述电感的第二端相连，所述滤波电容的第二端接地。
6.一种电磁炉，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的电磁加热装置。
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