專利名稱：感應(yīng)加熱型烹飪裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)加熱型烹飪裝置，更具體地，本發(fā)明涉及具有用于驅(qū)動(dòng)逆變器單元的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的驅(qū)動(dòng)集成電路的感應(yīng)加熱型烹飪裝置。
背景技術(shù)：
通常，感應(yīng)加熱型烹飪裝置接收正常的交流電源，通過整流和平滑單元將所接收到的電源轉(zhuǎn)換成直流電，并通過逆變器單元的半導(dǎo)體高速開關(guān)操作使感應(yīng)加熱型線圈通過高頻電流。
當(dāng)高頻電流通過感應(yīng)加熱型線圈時(shí)，在線圈周圍形成很強(qiáng)的高頻磁場，以加熱接近線圈的磁性烹飪器具的表面。
圖1是傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱型烹飪裝置的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的框圖。
參照圖1，在傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱型烹飪裝置中，振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)器30包括幾個(gè)無源元件組，并占據(jù)逆變器印刷電路板(PCB)的至少一半面積。因此，單位生產(chǎn)成本升高。
傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱型烹飪裝置不具有恒定輸出控制功能，即在電源電壓升高時(shí)增大消耗功率，并在電源電壓降低時(shí)減小消耗功率，從而維持恒定的輸出。結(jié)果，烹飪時(shí)間隨電源電壓的變化而變化，烹飪出來的食物的味道也不一致。
在傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱型烹飪裝置中，當(dāng)電源電壓受到閃電等的干擾時(shí)，逆變器單元的IGBT會(huì)受到損壞。
現(xiàn)在參照圖1對傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱型烹飪裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
通過由橋式二極管構(gòu)成的整流和平滑單元11把通過交流電輸入端子10輸入的交流電源轉(zhuǎn)換成直流電，并供應(yīng)給逆變器單元12。逆變器單元12包含一對IGBT和諧振單元(未示出)。逆變器控制單元控制著逆變器單元12的振蕩頻率和開/關(guān)動(dòng)作。逆變器單元12把高頻諧振電流供應(yīng)給感應(yīng)加熱型線圈13，以加熱烹飪器具2。
現(xiàn)在說明振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)器30的內(nèi)部功能塊。當(dāng)微計(jì)算機(jī)14向模擬轉(zhuǎn)換單元22發(fā)出數(shù)字控制信號時(shí)，模擬轉(zhuǎn)換單元22把該數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，并把該模擬信號提供給電壓/頻率轉(zhuǎn)換單元31作為比較信號。電流檢測單元21檢測感應(yīng)加熱型烹飪裝置的輸入電流，并把所檢測到的電流反饋給電壓/頻率轉(zhuǎn)換單元31作為監(jiān)視值。電壓/頻率轉(zhuǎn)換單元31對振蕩頻率進(jìn)行控制，以使這兩個(gè)信號之間的差值最小。更具體地，模擬轉(zhuǎn)換單元22的輸出值是逆變器輸出的目標(biāo)值。這里，電流檢測單元21的輸出是判斷逆變器輸出是否達(dá)到了目標(biāo)值的參考信號。
當(dāng)來自電流檢測單元21的輸出值低于模擬轉(zhuǎn)換單元22的輸出值時(shí)，電壓/頻率轉(zhuǎn)換單元31降低振蕩頻率，而當(dāng)電流檢測單元21的輸出值高于模擬轉(zhuǎn)換單元22的輸出值時(shí)，提高振蕩頻率。即，為了控制感應(yīng)加熱型烹飪裝置的輸出，如上所述形成電壓/頻率轉(zhuǎn)換單元31，并根據(jù)兩個(gè)信號之間的差值改變振蕩頻率。根據(jù)該感應(yīng)加熱型烹飪裝置的諧振單元的特性，當(dāng)所施加的頻率升高時(shí)，感應(yīng)磁場的強(qiáng)度降低，從而所消耗的電流減小，而當(dāng)所施加的頻率降低時(shí)，諧振單元的電流增大，感應(yīng)磁場的強(qiáng)度升高，從而所消耗的電流增大。
另一方面，定時(shí)分配單元32將來自電壓/頻率轉(zhuǎn)換單元31的一個(gè)連續(xù)振蕩信號轉(zhuǎn)換成逆變器單元20的兩個(gè)IGBT(未示出)的工作所需的兩個(gè)獨(dú)立的交流脈沖列，并把這兩個(gè)列傳送給上脈沖驅(qū)動(dòng)單元36和下脈沖驅(qū)動(dòng)單元33。由上脈沖驅(qū)動(dòng)單元36和下脈沖驅(qū)動(dòng)單元33把信號放大為足夠的功率，并通過上脈沖變壓器37和下脈沖變壓器34供應(yīng)給上IGBT驅(qū)動(dòng)單元38和下IGBT驅(qū)動(dòng)單元35。
如上所述，在傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱型烹飪裝置中，振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)方法很復(fù)雜，從而降低了可靠性并增加了單位制造成本。
另外，當(dāng)電源電壓升高或降低時(shí)，所消耗的功率會(huì)發(fā)生變化。
另外，當(dāng)電源電壓受到閃電等的干擾時(shí)，逆變器單元的IGBT會(huì)被損壞。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題而提出了本發(fā)明。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種感應(yīng)加熱型烹飪裝置，其能夠通過使用自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路而簡化各個(gè)功能單元中的IGBT驅(qū)動(dòng)部件的電路結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種感應(yīng)加熱型烹飪裝置，其能夠通過采用集成電路而降低單位制造成本。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種感應(yīng)加熱型烹飪裝置，其能夠通過在電源電壓升高或降低時(shí)對電源電壓進(jìn)行補(bǔ)償以防止消耗功率的變化，從而維持恒定輸出。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種感應(yīng)加熱型烹飪裝置，其通過使用在電源電壓的波動(dòng)而導(dǎo)致的異常狀態(tài)(過諧振或過流)下快速地停止電路工作的安全裝置，從而提高可靠性并延長使用壽命。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，提供了一種感應(yīng)加熱型烹飪裝置，包括整流和平滑單元，用于對來自交流電輸入端子的正常交流電壓進(jìn)行整流和平滑，以轉(zhuǎn)換成直流電壓；逆變器單元，用于從整流和平滑單元接收直流電壓，并生成高頻功率信號；逆變器控制單元，用于輸出用于控制逆變器單元的控制信號；以及，微計(jì)算機(jī)，用于控制該烹飪裝置的總體工作，其中，逆變器控制單元包括模擬轉(zhuǎn)換單元，用于將來自微計(jì)算機(jī)的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換成模擬信號以控制逆變器單元的振蕩頻率；開/關(guān)切換單元，用于從微計(jì)算機(jī)接收控制信號，并把所接收到的信號輸出給輸出控制單元以控制逆變器單元的開/關(guān)動(dòng)作；以及，輸出控制單元，其由用于自振蕩的電阻器和電容器構(gòu)成，用于根據(jù)來自模擬轉(zhuǎn)換單元的模擬信號控制所述自振蕩用電阻器的值，從而改變振蕩頻率，把振蕩頻率輸出給自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路的電阻端子，并根據(jù)來自開/關(guān)切換單元的信號向自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路的電容端子輸出低或高信號；以及，自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路，其與輸出控制單元連接，并根據(jù)來自所述電容端子的信號而開/關(guān)，用于根據(jù)來自所述電阻端子的振蕩頻率而輸出用于驅(qū)動(dòng)逆變器單元的IGBT的脈沖信號。
優(yōu)選地，為了在電源電壓異常狀態(tài)(過流或過諧振)下保護(hù)逆變器單元，該感應(yīng)加熱型烹飪裝置還包括過流檢測單元，用于放大并輸出逆變器單元的直流模式(pattern)上的電勢差，以檢測逆變器單元的過流或過諧振狀態(tài)；以及，異常狀態(tài)保持單元，用于將來自過流檢測單元的過流信號與一個(gè)參考電壓進(jìn)行比較，并輸出結(jié)果值。開/關(guān)切換單元從異常狀態(tài)保持單元接收輸出值，并把所接收到的值輸出給輸出控制單元。
優(yōu)選地，開/關(guān)切換單元包括第一晶體管，其基極與微計(jì)算機(jī)的用于輸出低有效控制信號的輸出端子連接，其發(fā)射極接地；與第一晶體管的集電極連接的第一二極管；兩個(gè)推挽晶體管，它們的基極并聯(lián)地與第一二極管連接；以及連接在這兩個(gè)推挽晶體管的發(fā)射極和所述電容端子之間的第二二極管。
優(yōu)選地，開/關(guān)切換單元包括第三二極管，用于把異常狀態(tài)保持單元的輸出傳送到第一晶體管的集電極；第二晶體管，其基極被連接為接收異常狀態(tài)保持單元的輸出；以及，與第二晶體管的集電極連接的電阻器。第一二極管把第一和第二晶體管的集電極連接起來。
優(yōu)選地，異常狀態(tài)保持單元具有高有效輸出值。
優(yōu)選地，過流檢測單元包括運(yùn)算放大器，用于通過放大逆變器單元的直流模式上的電勢差，從而向異常狀態(tài)保持單元輸出過流信號；同相輸入端電阻器和反相輸入端電阻器，用于把逆變器單元的直流模式上的電勢差輸入到運(yùn)算放大器的加法端子；以及，負(fù)反饋電阻器，用于把來自運(yùn)算放大器的輸出端子的輸出信號輸入到運(yùn)算放大器的減法端子，從而確定增益。
優(yōu)選地，異常狀態(tài)保持單元包括比較單元，用于通過第一二極管從過流檢測單元接收過流信號，通過第二二極管從逆變器單元接收過諧振狀態(tài)發(fā)生信號，將接收到的信號與一個(gè)參考電壓進(jìn)行比較，并且當(dāng)接收到的信號高于參考電壓時(shí)輸出高信號；正反饋二極管，用于將來自比較單元的輸出反饋到比較單元的同相輸入端子，以即使對于瞬間發(fā)生并消失的異常信號也保持連續(xù)的高輸出；位于比較單元的輸出端的上拉(pullup)用第一電阻器；以及，用于形成二極管的電流通路的第二電阻器。
優(yōu)選地，模擬轉(zhuǎn)換單元從微計(jì)算機(jī)的輸出端接收幾位的二進(jìn)制碼或一位的PWM信號，通過積分處理把接收到的信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，并把該模擬信號輸出給輸出控制單元。
優(yōu)選地，輸出控制單元包括場效應(yīng)晶體管，其柵極被連接為通過第一電阻器從模擬轉(zhuǎn)換單元接收模擬信號，以改變漏極和源極之間的電阻值；第二電阻器，其一側(cè)連接到所述電阻端子，而另一側(cè)連接到場效應(yīng)晶體管的漏極；第三電阻器，其一側(cè)連接到所述電阻端子和第二電阻器，而另一側(cè)連接到場效應(yīng)晶體管的源極和所述電容端子；以及，電容器，其一側(cè)連接到場效應(yīng)晶體管的源極。
優(yōu)選地，該感應(yīng)加熱型烹飪裝置還包括電流檢測和電壓補(bǔ)償單元，用于測量消耗電流和正常交流電壓的輸入電壓，并向微計(jì)算機(jī)輸出其復(fù)制值，以檢測消耗電流并對輸入電壓進(jìn)行補(bǔ)償。
優(yōu)選地，該電流檢測和電壓補(bǔ)償單元包括整流二極管單元，用于將正常交流電壓轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)電壓；電流互感器，其串聯(lián)地連接在正常交流電壓和整流和平滑單元之間，用于檢測烹飪裝置的消耗電流；橋式二極管，它們的輸入端與整流二極管單元連接以接收脈動(dòng)電壓，它們的輸出端與微計(jì)算機(jī)的端子連接，通過串聯(lián)地連接兩個(gè)二極管而形成的兩對二極管并聯(lián)地連接，電流互感器的終結(jié)端與各個(gè)二極管對的中間點(diǎn)連接；第一充電電容器，其與橋式二極管的輸出端連接，用于將橋式二極管所轉(zhuǎn)換的脈動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換成直流電；與橋式二極管和整流二極管單元的輸入端連接的分壓電阻器；以及，與分壓電阻器連接的第二充電電容器。
優(yōu)選地，電流檢測和電壓補(bǔ)償單元還包括晶體管，其基極與微計(jì)算機(jī)的端子連接，其集電極與第二充電電容器連接，其發(fā)射極接地，從而微計(jì)算機(jī)可以識(shí)別是否存在烹飪器具。
優(yōu)選地，所述集成電路包括振蕩電路單元，其通過所述電阻端子和所述電容端子與輸出控制單元的電阻器和電容器連接，用于輸出用于實(shí)現(xiàn)自振蕩的互補(bǔ)信號；以及，脈沖信號發(fā)生單元，用于接收該互補(bǔ)信號，并生成用于驅(qū)動(dòng)逆變器單元的IGBT的脈沖信號。


參照附圖可以更加清楚地理解本發(fā)明，附圖僅以示例的形式給出，并不限制本發(fā)明的范圍，在附圖中圖1是傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱型烹飪裝置的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱型烹飪裝置的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱型烹飪裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)電路圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱型烹飪裝置的自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電路圖；圖5示出了異常狀態(tài)中的安全模式進(jìn)入處理；圖6示出了根據(jù)輸入電壓的變動(dòng)對輸出進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男盘柡铣商幚怼?br> 具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖對根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的感應(yīng)加熱型烹飪裝置進(jìn)行說明。然而，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的范圍不限于這些優(yōu)選實(shí)施例，而應(yīng)該由所附的權(quán)利要求限定。
該感應(yīng)加熱型烹飪裝置采用了自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路。圖2是根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱型烹飪裝置的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的框圖，圖3是圖2所示感應(yīng)加熱型烹飪裝置的詳細(xì)電路圖。
如圖2所示，該感應(yīng)加熱型烹飪裝置包括整流和平滑單元11，用于把來自交流電輸入端子10的正常交流電壓整流和平滑成直流電壓；逆變器單元12，用于從整流和平滑單元11接收直流電壓，生成高頻功率信號，并把該功率信號傳送到感應(yīng)加熱型線圈13；逆變器控制單元40，用于向逆變器單元12輸出用于控制逆變器單元12的控制信號；以及，微計(jì)算機(jī)14，用于控制該烹飪裝置的總體操作。
詳細(xì)地說，逆變器控制單元40包括模擬轉(zhuǎn)換單元41，用于把來自微計(jì)算機(jī)14的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換成模擬信號以控制逆變器單元12的振蕩頻率；開/關(guān)切換單元42，用于從微計(jì)算機(jī)14接收控制信號，并把所接收到的信號輸出到輸出控制單元43以控制逆變器單元12的開關(guān)動(dòng)作；由用于實(shí)現(xiàn)自振蕩的電阻器和電容器(參照圖3)構(gòu)成的輸出控制單元43，用于通過根據(jù)來自模擬轉(zhuǎn)換單元41的模擬信號控制自振蕩用電阻器的值，從而改變振蕩頻率，把該振蕩頻率輸出到自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路44的電阻端子RT(參照3)，并根據(jù)來自開/關(guān)切換單元42的信號向自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路44的電容端子CT(參照圖3)輸出低或高信號；以及，自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路44，其通過電阻端子RT和電容端子CT與輸出控制單元43連接，并根據(jù)來自電容端子CT的信號而開/關(guān)，用于根據(jù)來自電阻端子RT的振蕩頻率而輸出用于驅(qū)動(dòng)逆變器單元12的IGBT(參照圖3)的脈沖信號。
為了在電源電壓異常狀態(tài)(過流或過諧振)下保護(hù)逆變器單元12，該感應(yīng)加熱型烹飪裝置還包括過流檢測單元45，用于放大并輸出逆變器單元12的直流模式上的電勢差，以檢測逆變器單元12的過流或過諧振狀態(tài)；以及異常狀態(tài)保持單元46，用于將來自過流檢測單元45的過流信號與一個(gè)參考電壓進(jìn)行比較，并輸出結(jié)果值。在此，開/關(guān)切換單元42從異常狀態(tài)保持單元46接收輸出值，并向輸出控制單元43輸出所接收到的值。
另外，該感應(yīng)加熱型烹飪裝置還包括電流檢測和電壓補(bǔ)償單元50，用于測量消耗電流和正常交流電壓的輸出電壓，并向微計(jì)算機(jī)14輸出其復(fù)制值，以檢測消耗電流并對輸入電壓進(jìn)行補(bǔ)償。
現(xiàn)面參照圖3對根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱型烹飪裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行說明。
通過整流和平滑單元11的橋接二極管BD把交流電轉(zhuǎn)換成直流電，傳給電抗器L，并充入平滑電容器C1。電抗器L和平滑電容器C1用于限制系統(tǒng)中產(chǎn)生的噪聲發(fā)射到外部。
還參照圖3，逆變器單元12包括諧振單元，其具有諧振電容器C4和C5，以及一對IGBT IGBT1和IGBT2。下面結(jié)合自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路44說明逆變器單元12的工作。
模擬轉(zhuǎn)換單元41從微計(jì)算機(jī)14的輸出端接收幾位的二進(jìn)制值或一位的PWM信號，通過積分處理將接收的信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，并把該模擬信號輸出給輸出控制單元43。
開/關(guān)切換單元42包括晶體管TR1，其基極與微計(jì)算機(jī)14的用于輸出低有效控制信號的輸出端P1連接，其發(fā)射極接地；與晶體管TR1的集電極連接的二極管D1；兩個(gè)推挽晶體管TR2和TR3，它們的基極并聯(lián)地連接到二極管D1；以及，連接在兩個(gè)推挽晶體管TR2和TR3的發(fā)射極和電容端子CT之間的二極管D2。
另外，開/關(guān)切換單元42包括二極管D3，用于把來自異常狀態(tài)保持單元46的輸出傳送給晶體管TR1的集電極；晶體管TR4，其基極被連接為接收異常狀態(tài)保持單元46的輸出；以及，與晶體管TR4的集電極連接的電阻器R1。二極管D1把晶體管TR1和TR4的集電極連接起來。
輸出控制單元43包括場效應(yīng)晶體管FET，其柵極被連接為通過電阻器R2接收來自模擬轉(zhuǎn)換單元41的模擬信號，用于改變漏極和源極之間的電阻值；電阻器R3，其一側(cè)連接到電阻端子RT，另一側(cè)連接到場效應(yīng)晶體管FET的漏極；電阻器R4，其一側(cè)連接到電阻端子RT和電阻器R3，另一側(cè)連接到場效應(yīng)晶體管FET的源極和電容端子CT；以及，電容器C2，其一側(cè)連接到場效應(yīng)晶體管FET的源極。
振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路44包括與輸出控制單元43的電阻器(下面說明)和電容器C2耦合的振蕩電路單元(未示出)，用于輸出自振蕩互補(bǔ)信號；以及，脈沖信號發(fā)生單元(未示出)，用于接收該互補(bǔ)信號，并生成用于驅(qū)動(dòng)逆變器單元12的IGBT IGBT1和IGBT2的脈沖信號。
圖4示出了振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路44的內(nèi)部結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在參照圖4簡要說明振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路44的功能。集成電路44的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為振蕩電路單元和脈沖信號發(fā)生單元。當(dāng)把電阻端子RT和電容端子CT連接到振蕩電路單元上時(shí)，振蕩電路單元開始自己振蕩，這稱為自振蕩。在脈沖信號發(fā)生單元中，通過空載時(shí)間模塊、脈沖發(fā)生模塊和延遲模塊把振蕩電路單元中生成的互補(bǔ)輸出信號Q和/Q轉(zhuǎn)換成具有空載時(shí)間(dead time)的互補(bǔ)信號，并傳送到位于集成電路44的終結(jié)端的上和下推挽驅(qū)動(dòng)器。如圖4所示，分別地構(gòu)成上和下推挽驅(qū)動(dòng)器。端子LO輸出用于驅(qū)動(dòng)下IGBT IGBT2的脈沖信號，端子HO輸出用于驅(qū)動(dòng)上IGBTIGBT1的脈沖信號。集成電路44的結(jié)構(gòu)極其簡單，以降低單位制造成本。具體而言，在傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱型烹飪裝置中，構(gòu)成振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)器的元件的數(shù)目大約是47，而在使用集成電路44的感應(yīng)加熱型烹飪裝置中僅為4。另外，所占用的面積減小到1/10。
過流檢測單元45包括運(yùn)算放大器OP，用于通過放大逆變器單元12的直流模式上的電勢差而向異常狀態(tài)保持單元46輸出過流信號；非反轉(zhuǎn)輸出端電阻器R5和反轉(zhuǎn)輸出端電阻器R6，用于向運(yùn)算放大器OP1的加法端子輸入逆變器單元12的直流模式上的電勢差；以及，負(fù)反饋電阻器R7，用于通過把運(yùn)算放大器OP1的輸出端的輸出信號輸入到運(yùn)算放大器OP1的減法端子而確定增益。
異常狀態(tài)保持單元46包括比較單元OP2，用于通過二極管D4從過流檢測單元45接收過流信號，通過第二二極管D5從逆變器單元12接收過諧振狀態(tài)發(fā)生信號，將接收到的信號與參考電壓RV進(jìn)行比較，并在接收到的信號高于參考電壓RV時(shí)輸出高信號；正反饋二極管D6，用于把比較單元OP2的輸出反饋給比較單元OP2的同相輸入端子，以即使對于瞬間發(fā)生并消失的異常信號也保持連續(xù)的高輸出；位于比較單元OP2的輸出端的上拉用電阻器R8；以及，用于形成二極管D4、D5和D6的電流通路的電阻器R9。
電流檢測和電壓補(bǔ)償單元50包括整流二極管單元D11和D12，用于把正常交流電壓轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)電壓；電流互感器CT，其串聯(lián)地連接在正常交流電壓和整流和平滑單元11之間，用于檢測烹飪裝置的消耗電流；橋式二極管D7、D8、D9和D10，它們的輸入端A與整流二極管單元D11和D12連接以接收脈動(dòng)電壓，它們的輸出端B與微計(jì)算機(jī)14的端子P3連接，通過串聯(lián)地連接兩個(gè)二極管而形成的兩對二極管D7、D8、D9和D10并聯(lián)地連接，電流互感器CT的終結(jié)端與各個(gè)二極管對的中間點(diǎn)連接；充電電容器C6，其與輸出端B連接，用于將橋式二極管D7、D8、D9和D10所轉(zhuǎn)換的脈動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換成直流電；與輸入端A和整流二極管單元D11和D12連接的分壓電阻器R12和R13；與分壓電阻器R12和R13連接的充電電容器C7；以及，晶體管TR5，其基極連接到微計(jì)算機(jī)14的端子P4，其集電極連接到充電電容器C7，其發(fā)射極接地，從而微計(jì)算機(jī)14可以識(shí)別是否存在烹飪器具2。
下面詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱型烹飪裝置的開/關(guān)操作和輸出控制部分。微計(jì)算機(jī)14的用于輸出開/關(guān)感應(yīng)加熱型烹飪裝置的命令的端子P1具有低有效狀態(tài)。當(dāng)端子P1具有高態(tài)時(shí)，開/關(guān)切換單元42的晶體管TR1導(dǎo)通，推挽晶體管TR2和TR3的中間點(diǎn)具有低態(tài)，自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路44的電容端子CT由于二極管D2而具有低態(tài)，從而停止自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路44的工作。當(dāng)端子P1具有低態(tài)時(shí)，自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路44通過邏輯狀態(tài)的反轉(zhuǎn)操作而開始工作。
微計(jì)算機(jī)14的通過開/關(guān)切換單元42而開/關(guān)逆變器操作的端子P1也可以撤銷異常狀態(tài)保持單元46的保持功能。異常狀態(tài)保持單元46的輸出具有高有效狀態(tài)。在異常狀態(tài)保持單元46中，比較單元OP2在過流和過諧振狀態(tài)下分別通過二極管D4和D5接收異常信號，把該異常信號與參考電壓RV進(jìn)行比較，并且當(dāng)異常信號高于參考電壓RV時(shí)輸出高信號。為了即使對于瞬間發(fā)生并消失的異常信號也保持連續(xù)的高輸出，正反饋二極管D6把輸出反饋給比較單元OP2的同相輸入端子。使用電阻器R8來上拉比較單元OP2的輸出，并且使用電阻器R9作為二極管D4、D5和D6的電流通路。
圖5示出了在異常狀態(tài)下包括異常狀態(tài)保持單元46在內(nèi)的各個(gè)元件的狀態(tài)。在此以過流為例，但是過諧振也具有相同的狀態(tài)。例如，當(dāng)發(fā)生了異常狀態(tài)并且異常狀態(tài)保持單元46的輸出具有高態(tài)時(shí)，開/關(guān)切換單元42選擇兩個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)。首先，當(dāng)端子P1具有高態(tài)時(shí)(逆變器單元停止工作)，晶體管TR1導(dǎo)通，從而二極管D3忽略當(dāng)前狀態(tài)。相反，當(dāng)端子P1具有低態(tài)時(shí)(逆變器單元工作)，晶體管TR4導(dǎo)通，從而推挽晶體管TR2和TR3的中間點(diǎn)具有低態(tài)，從而直接停止逆變器單元12的工作。相應(yīng)地，逆變器單元12的IGBT IGBT1和IGBT2受到了保護(hù)。
為了消除逆變器單元12由于異常狀態(tài)而導(dǎo)致的不工作，微計(jì)算機(jī)14的端子P1瞬時(shí)地具有高態(tài)，然后具有低態(tài)。在端子P1具有高態(tài)的情況下，晶體管TR1導(dǎo)通，比較單元OP2的輸出由于二極管D3而具有低態(tài)，并且比較單元OP2的同相輸入端子的電壓變?yōu)榈陀趨⒖茧妷篟V。
模擬轉(zhuǎn)換單元41從微計(jì)算機(jī)14的端子P2接收幾位的二進(jìn)制值或者一位的PWM信號，通過積分處理將接收到的信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，并把該模擬信號輸出到輸出控制單元43。
模擬轉(zhuǎn)換單元41中生成的模擬信號被通過輸出控制單元43的電阻器R2傳送到場效應(yīng)晶體管FET的柵極，以改變場效應(yīng)晶體管FET的漏極和源極之間的阻值。結(jié)果，改變了自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路44的振蕩頻率，以控制上述感應(yīng)加熱型烹飪裝置的輸出。
自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路44的振蕩頻率由下面的式1表示式1Fo＝1/{1.4*(RT+75)*CT}這里，CT表示電容器C2的電容，當(dāng)漏極和源極之間的電阻為Rds時(shí)，RT＝{(R3+Rds)//R4}。
如式1所示，通過改變場效應(yīng)晶體管FET的漏極和源極之間的阻值，改變電阻端子RT的值，從而改變感應(yīng)加熱型烹飪裝置的振蕩頻率。
逆變器單元12的IGBT對，即上IGBT IGBT1和下IGBT IGBT2，從自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路44接收柵驅(qū)動(dòng)信號，并向作為負(fù)載的感應(yīng)加熱型線圈13輸出高頻切換電流。感應(yīng)加熱型線圈13與諧振單元的諧振電容器C4和C5一樣地在串行諧振狀態(tài)下工作。當(dāng)高頻諧振電流通過感應(yīng)加熱型線圈13時(shí)，在位于線圈13上的磁性烹飪器具2的底面中感應(yīng)出渦流，與烹飪器具2本身的金屬電阻一起作用，轉(zhuǎn)變成所需的熱。與自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路44連接的電容器C3積蓄內(nèi)部驅(qū)動(dòng)功率以生成上IGBT IGBT1的柵驅(qū)動(dòng)信號。與諧振單元連接的電阻器R12和電阻器R11降低諧振電壓，并把降低后的電壓傳送到異常狀態(tài)保持單元46作為判決輸入。
此后，過流檢測單元45通過運(yùn)算放大器OP1把感應(yīng)加熱型烹飪裝置的直流模式上的微小電勢差放大預(yù)定的倍數(shù)，并把放大后的電勢差傳送到異常狀態(tài)保持單元46。當(dāng)異常狀態(tài)下該裝置的電流異常地增大時(shí)，過流檢測單元45的運(yùn)算放大器OP1的輸出Y2變得高于異常狀態(tài)保持單元46的參考電壓RV。結(jié)果，異常狀態(tài)保持單元46的輸出具有高態(tài)，從而停止逆變器單元12的工作。反相輸入端電阻器R6和負(fù)反饋電阻器R7用于確定運(yùn)算放大器OP1的放大倍數(shù)，同相輸入端電阻器R5用于減小運(yùn)算放大器OP1的輸入漂移。傳統(tǒng)的過流檢測單元通常利用電流互感器把電流轉(zhuǎn)換成目標(biāo)元件中的電壓。但是，電流互感器比運(yùn)算放大器等的半導(dǎo)體更昂貴，并占用更大的面積。在本發(fā)明中，使用運(yùn)算放大器的過流檢測方法特別適用于解決上述問題。
電流檢測和電壓補(bǔ)償單元50在一個(gè)模塊中具有兩個(gè)功能，即，檢測感應(yīng)加熱型烹飪裝置的消耗電流并檢測其輸入電壓。電流互感器CT讀取該裝置的消耗電流，通過橋式二極管D7、D8、D9和D10將其轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)電壓，并通過充電電容器C6轉(zhuǎn)換成直流電。通過整流二極管單元D11和D12把正常的交流電轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)電壓，通過分壓電阻器R12和R13進(jìn)行降壓，通過充電電容器C7轉(zhuǎn)換成直流電，并表達(dá)為電壓V10。相應(yīng)地，電源電壓V10被加到該裝置的消耗電流上，并被施加到微計(jì)算機(jī)14的電流監(jiān)視端子P3。微計(jì)算機(jī)14把電源電壓所引起的電壓V12的電壓升高識(shí)別為消耗電流的增大，并降低輸出，從而與電源電壓的升降無關(guān)地維持恒定的輸出。當(dāng)微計(jì)算機(jī)14識(shí)別是否存在烹飪器具2時(shí)，晶體管TR5導(dǎo)通以去除所添加的輸入電壓。也就是說，微計(jì)算機(jī)14只需逆變器單元12的消耗電流來識(shí)別是否存在烹飪器具2。當(dāng)輸入電壓被加在消耗電流上時(shí)，微計(jì)算機(jī)14無法有效地識(shí)別烹飪器具2。優(yōu)選地，當(dāng)微計(jì)算機(jī)14識(shí)別到烹飪器具2時(shí)，端子P4具有高態(tài)從而導(dǎo)通晶體管TR5。
圖6示出了電源電壓的變動(dòng)中微計(jì)算機(jī)14的監(jiān)視電壓V12。在圖3的電流檢測和電壓補(bǔ)償單元50中，第一個(gè)圖示出了V11節(jié)點(diǎn)的電流值，第二個(gè)圖示出了平滑后的V12，即電壓補(bǔ)償之前的電流值，第三個(gè)圖示出了V10節(jié)點(diǎn)的輸入電壓，第四個(gè)圖示出了通過把V11值添加到V12節(jié)點(diǎn)上而獲得的電流值，即電壓補(bǔ)償后的電流值。
如圖6所示，當(dāng)輸入電壓(V10節(jié)點(diǎn)的電壓)高于額定值時(shí)，相應(yīng)的電壓值被加到電流檢測值上，從而獲得與電流增大相同的效果。微計(jì)算機(jī)14將其識(shí)別為電流增大，并降低輸出。
如前面所述，根據(jù)本發(fā)明，感應(yīng)加熱型烹飪裝置利用自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路而簡化了各個(gè)功能元件中的IGBT驅(qū)動(dòng)部分的電路結(jié)構(gòu)。
另外，該感應(yīng)加熱型烹飪裝置利用集成電路而降低了單位制造成本。
另外，該感應(yīng)加熱型烹飪裝置可以通過在電源電壓升降時(shí)對電源電壓進(jìn)行補(bǔ)償以防止消耗功率的變動(dòng)，從而維持恒定的輸出。
另外，該感應(yīng)加熱型烹飪裝置利用安全裝置，在由于電源電壓的擾動(dòng)而出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)(過諧振或過流)，快速地停止電路的工作，從而提高了可靠性并延長了使用壽命。
盡管對本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是可以理解，本發(fā)明不限于這些優(yōu)選實(shí)施例，在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)加熱型烹飪裝置，包括整流和平滑單元，用于把來自交流電輸入端子的正常交流電壓整流并平滑成直流電壓；逆變器單元，用于從所述整流和平滑單元接收直流電壓，并生成高頻功率信號；逆變器控制單元，用于輸出用于控制所述逆變器單元的控制信號；以及微計(jì)算機(jī)，用于控制所述烹飪裝置的總體工作，其中所述逆變器控制單元包括模擬轉(zhuǎn)換單元，用于將來自所述微計(jì)算機(jī)的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換成模擬信號以控制所述逆變器單元的振蕩頻率；開/關(guān)切換單元，用于從所述微計(jì)算機(jī)接收所述控制信號，并把所接收到的信號輸出給輸出控制單元以控制所述逆變器單元的開/關(guān)動(dòng)作；輸出控制單元，其由用于實(shí)現(xiàn)自振蕩的電阻器和電容器構(gòu)成，用于根據(jù)來自所述模擬轉(zhuǎn)換單元的模擬信號控制所述自振蕩用電阻器的值，從而改變振蕩頻率，把所述振蕩頻率輸出給自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路的電阻端子，并根據(jù)來自所述開/關(guān)切換單元的信號向所述自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路的電容端子輸出低或高信號；以及自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路，其與所述輸出控制單元連接，并根據(jù)來自所述電容端子的信號而開/關(guān)，用于根據(jù)來自所述電阻端子的振蕩頻率而輸出用于驅(qū)動(dòng)所述逆變器單元的IGBT的脈沖信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烹飪裝置，其中為了在電源電壓異常狀態(tài)(過流或過諧振)下保護(hù)所述逆變器單元，還包括過流檢測單元，用于放大并輸出所述逆變器單元的直流模式上的電勢差，以檢測所述逆變器單元的過流或過諧振狀態(tài)；以及異常狀態(tài)保持單元，用于將來自所述過流檢測單元的過流信號與一個(gè)參考電壓進(jìn)行比較，并輸出結(jié)果值，其中所述開/關(guān)切換單元從所述異常狀態(tài)保持單元接收所述輸出值，并把所接收到的值輸出給所述輸出控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烹飪裝置，其中所述開/關(guān)切換單元還包括第一晶體管，其基極與所述微計(jì)算機(jī)的用于輸出低有效控制信號的輸出端子連接，其發(fā)射極接地；與所述第一晶體管的集電極連接的第一二極管；兩個(gè)推挽晶體管，它們的基極并聯(lián)地與所述第一二極管連接；以及連接在所述兩個(gè)推挽晶體管的發(fā)射極和所述電容端子之間的第二二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的烹飪裝置，其中所述開/關(guān)切換單元包括第三二極管，用于把所述異常狀態(tài)保持單元的輸出傳送到所述第一晶體管的集電極；第二晶體管，其基極被連接為接收所述異常狀態(tài)保持單元的輸出；以及與所述第二晶體管的集電極連接的電阻器，所述第一二極管把所述第一和第二晶體管的集電極連接起來。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的烹飪裝置，其中所述異常狀態(tài)保持單元具有高有效輸出值。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的烹飪裝置，其中所述過流檢測單元包括運(yùn)算放大器，用于通過放大所述逆變器單元的直流模式上的電勢差，從而向所述異常狀態(tài)保持單元輸出過流信號；同相輸入端電阻器和反相輸入端電阻器，用于把所述逆變器單元的直流模式上的電勢差輸入到所述運(yùn)算放大器的加法端子；以及負(fù)反饋電阻器，用于把來自所述運(yùn)算放大器的輸出端子的輸出信號輸入到所述運(yùn)算放大器的減法端子，從而確定增益。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的烹飪裝置，其中所述異常狀態(tài)保持單元包括比較單元，用于通過第一二極管從所述過流檢測單元接收所述過流信號，通過第二二極管從所述逆變器單元接收過諧振狀態(tài)發(fā)生信號，將接收到的信號與一個(gè)參考電壓進(jìn)行比較，并且當(dāng)接收到的信號高于所述參考電壓時(shí)輸出高信號；正反饋二極管，用于將來自所述比較單元的輸出反饋到所述比較單元的同相輸入端子，以即使對于瞬間發(fā)生并消失的異常信號也保持連續(xù)的高輸出；位于所述比較單元的輸出端的上拉用第一電阻器；以及用于形成所述二極管的電流通路的第二電阻器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的烹飪裝置，其中所述模擬轉(zhuǎn)換單元從所述微計(jì)算機(jī)的輸出端接收幾位的二進(jìn)制碼或一位的PWM信號，通過積分處理把接收到的信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，并把該模擬信號輸出給所述輸出控制單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的烹飪裝置，其中所述輸出控制單元包括場效應(yīng)晶體管，其柵極被連接為通過第一電阻器從所述模擬轉(zhuǎn)換單元接收所述模擬信號，以改變漏極和源極之間的電阻值；第二電阻器，其一側(cè)連接到所述電阻端子，而另一側(cè)連接到所述場效應(yīng)晶體管的漏極；第三電阻器，其一側(cè)連接到所述電阻端子和所述第二電阻器，而另一側(cè)連接到所述場效應(yīng)晶體管的源極和所述電容端子；以及電容器，其一側(cè)連接到所述場效應(yīng)晶體管的源極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的烹飪裝置，還包括電流檢測和電壓補(bǔ)償單元，用于測量消耗電流和正常交流電壓的輸入電壓，并向所述微計(jì)算機(jī)輸出復(fù)制值，以檢測消耗電流并對輸入電壓進(jìn)行補(bǔ)償。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的烹飪裝置，其中所述電流檢測和電壓補(bǔ)償單元包括整流二極管單元，用于將正常交流電壓轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)電壓；電流互感器，其串聯(lián)地連接在正常交流電壓和所述整流和平滑單元之間，用于檢測所述烹飪裝置的消耗電流；橋式二極管，它們的輸入端與所述整流二極管單元連接以接收所述脈動(dòng)電壓，它們的輸出端與所述微計(jì)算機(jī)的端子連接，通過串聯(lián)地連接兩個(gè)二極管而形成的兩對二極管并聯(lián)地連接，所述電流互感器的終結(jié)端與各個(gè)二極管對的中間點(diǎn)連接；第一充電電容器，其與所述橋式二極管的輸出端連接，用于將所述橋式二極管所轉(zhuǎn)換的脈動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換成直流電；與所述橋式二極管的輸入端和所述整流二極管單元連接的分壓電阻器；以及與所述分壓電阻器連接的第二充電電容器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的烹飪裝置，其中所述電流檢測和電壓補(bǔ)償單元還包括晶體管，其基極與所述微計(jì)算機(jī)的端子連接，其集電極與所述第二充電電容器連接，其發(fā)射極接地，從而所述微計(jì)算機(jī)可以識(shí)別是否存在烹飪器具。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的烹飪裝置，其中所述集成電路包括振蕩電路單元，其通過所述電阻端子和所述電容端子與所述輸出控制單元的電阻器和電容器連接，用于輸出自振蕩互補(bǔ)信號；以及脈沖信號發(fā)生單元，用于接收該互補(bǔ)信號，并生成用于驅(qū)動(dòng)所述逆變器單元的IGBT的脈沖信號。
全文摘要
一種感應(yīng)加熱型烹飪裝置，包括整流和平滑單元，把正常交流電壓整流并平滑成直流電壓；逆變器單元，接收直流電壓，并生成高頻功率信號；逆變器控制單元，輸出用于控制逆變器單元的控制信號；以及微計(jì)算機(jī)，其控制烹飪裝置的總體工作。該逆變器控制單元包括模擬轉(zhuǎn)換單元，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；開/關(guān)切換單元，從微計(jì)算機(jī)接收控制信號，并把接收到的信號輸出給輸出控制單元；輸出控制單元，根據(jù)模擬信號控制自振蕩用電阻器的值，從而改變振蕩頻率，并根據(jù)來自開/關(guān)切換單元的信號輸出低或高信號；以及自振蕩半橋型驅(qū)動(dòng)集成電路，其根據(jù)來自電容端子的信號而開/關(guān)，根據(jù)來自電阻端子的振蕩頻率而輸出用于驅(qū)動(dòng)逆變器單元的IGBT的脈沖信號。
文檔編號H05B6/12GK1845644SQ20051006571
公開日2006年10月11日 申請日期2005年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日
發(fā)明者孫昌大 申請人:福庫電子株式會(huì)社