專利名稱：一種電感控制器及含有電感控制器的電感加熱裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電磁感應加熱技術領域，尤其涉及一種電感控制器及含有該電感 控制器的電感加熱裝置。
背景技術：
現(xiàn)階段市場上銷售、工廠里使用的塑膠機械所用的加熱方式普遍為電阻式電熱圈 加熱，通過接觸傳導方式把熱量傳到加熱筒上，只有緊靠在加熱筒表面內側的熱量才能傳 到加熱筒上，這樣外側的熱量大部分散失到空氣中，存在著熱傳導損失，溫度不夠均勻(梯 度大)并導致工作環(huán)境溫度上升，工廠甚至需要增加降溫設備來保持常溫環(huán)境。電熱圈加 熱還有一個缺點就是功率密度低，在一些需要溫度較高的場合就無法適應了。加熱圈加熱 時溫度很高，容易因高溫老化而燒斷，因而使用壽命短、維修量大。這種傳統(tǒng)的加熱方式導 致了電能的嚴重浪費，惡化了工作環(huán)境，增加了維修費用?，F(xiàn)有的關于工業(yè)用的電磁加熱裝置的文獻包括專利，主要涉及電磁感應加熱線圈 的結構(例如中國專利 03248743. 6,200520029577. 1,200620130406. 2,200720006231. 9、 200720127209. X,200820102523. 7,200820207943. 1,200910037142. 4)，以及骨架的改進 (例如中國專利 200520105939. 0,200620053047. 5,200820156231. 1,200920118927. X)， 和加熱線圈與相關控制電源、控制電路的連接的改進(例如中國專利200520051559. 3、 200520119602.5,200720031342.5,200820094331.6,200820166522.9,200920049911.8)， 其中電路連接的改進主要在于增加了溫度檢測及其控制電路，以及電路成本的節(jié)約(例如 中國專利200820166522. 9)。但是上述的所有改進基本上沒有系統(tǒng)地涉及如何提高系統(tǒng) 的可靠性和穩(wěn)定性。中國專利200720179150. 9和200920054490. 8涉及對加熱控制電路 的改進以提高功率管的可靠性，前者是在加熱線圈兩端并接諧振電容、采用對角線功率管 同時激勵和倍流式電流電測電路，使功率管始終工作在零電壓或零電流開關狀態(tài)；后者是 線圈充放電回路采用兩個以上獨立控制的回路，具有兩個以上絕緣柵雙極型功率管IGBT， 這樣與單線圈產生的功率相比，可達到同樣加熱功率的情況下，線圈和IGBT通過的電流都 會降低一半，大大降低IGBT因電應力問題引起的失效。但是中國專利200720179150. 9和 200920054490. 8的應用是頻率穩(wěn)定的電磁爐，其工作環(huán)境和條件與工業(yè)用電磁加熱裝置差 異很大，不能滿足工業(yè)用電磁加熱裝置的需要。綜上所述，目前用于工業(yè)塑膠機械中的電磁感應加熱控制裝置存在效率低、能耗 大、可靠性和穩(wěn)定性差且使用壽命短的技術缺陷。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種效率高、低耗 能、可靠性和穩(wěn)定性好且使用壽命長的電感控制器及含有該電感控制器的電感加熱裝置。本實用新型所述電感控制器所采用的技術方案是所述電感控制器包括整流濾波 電路、低壓直流電路、電壓限峰電路、LC振蕩電路、IGBT、過壓保護電路、頻率同步電路、功率調節(jié)電路、過流保護電路、驅動放大電路、CPU。所述整流濾波電路、低壓直流電路、電壓限峰 電路的輸入端均連接供電電網，所述低壓直流電路分別與所述電壓限峰電路、過壓保護電 路、過流保護電路、頻率同步電路、功率調節(jié)電路、驅動放大電路、CPU電連接，所述整流濾波 電路的輸出端連接所述LC振蕩電路，所述LC振蕩電路還連接所述IGBT、過壓保護電路、頻 率同步電路，所述頻率同步電路的輸出端連接所述功率調節(jié)電路，所述功率調節(jié)電路與所 述驅動放大電路、電壓限峰電路、過壓保護電路、過流保護電路、CPU電連接，所述驅動放大 電路的輸出端連接所述IGBT，所述IGBT連接所述過流保護電路，所述CPU連接所述電壓限 峰電路、過壓保護電路、過流保護電路、功率調節(jié)電路。所述CPU包括程序控制裝置，通過所述程序控制裝置控制，在系統(tǒng)啟動或關閉時， 調節(jié)PWM信號的占空比緩慢增大或減小，實現(xiàn)軟啟動、軟關斷。本實用新型所述含有電感控制器的電感加熱裝置所采用的技術方案是所述電感 加熱裝置包括塑機加熱筒、保溫層、韌性骨架、兩個定位及防踩踏橡膠圈、電磁感應線圈、電 感控制器，所述保溫層敷設在所述加熱筒外，所述韌性骨架設置在所述保溫層上，所述定位 及防踩踏橡膠圈設置在韌性骨架上，所述電磁感應線圈設置在所述定位及防踩踏橡膠圈之 間，所述電感控制器與所述電磁感應線圈電連接。本實用新型的有益效果是本實用新型所述電感控制器包括整流濾波電路、低壓 直流電路、電壓限峰電路、LC振蕩電路、IGBT、過壓保護電路、頻率同步電路、功率調節(jié)電路、 過流保護電路、驅動放大電路、CPU，通過采用頻率同步電路來保證諧振回路無論工作在什 么頻率下，功率器件的開關頻率始終與其保持一致，使系統(tǒng)更加可靠；通過采用電壓限峰電 路自動調整輸出功率的大小，當電網電壓過高時，適當?shù)販p小輸出電流，使功率不隨著電壓 的增高而增大，從而增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；通過采用軟關斷、軟啟動技術使系統(tǒng)能夠緩慢的 啟動跟關斷，減小各個控制器在開啟跟關斷時對其他控制線圈上的影響，使各個控制器都 能夠緩慢、平滑地啟動跟關斷，提高整個系統(tǒng)的可靠性。上述三方面的電路改進系統(tǒng)性地提 高了工業(yè)電感加熱控制裝置的穩(wěn)定性和可靠性，大大降低了主控制器的故障率，使所述電 感控制器有效實現(xiàn)了效率高、低耗環(huán)保、可靠性和穩(wěn)定性好且使用壽命長的目的。
圖1是本實用新型所述電感加熱裝置的結構示意圖；圖2是本實用新型所述電感控制器的結構框圖；圖3是本實用新型頻率跟蹤電原理圖；圖4是本實用新型電壓限峰電原理圖；圖5是本實用新型軟關斷、軟啟動電原理圖。
具體實施方式
如圖2所示，所述電感控制器包括整流濾波電路、低壓直流電路、電壓限峰電路、 LC振蕩電路、IGBT、過壓保護電路、頻率同步電路、功率調節(jié)電路、過流保護電路、驅動放大 電路、CPU，所述整流濾波電路、低壓直流電路、電壓限峰電路的輸入端均連接供電電網，所 述低壓直流電路的輸出端分別與所述電壓限峰電路、過壓保護電路、過流保護電路、頻率同 步電路、功率調節(jié)電路、驅動放大電路、CPU電連接，所述整流濾波電路的輸出端連接所述LC振蕩電路，所述LC振蕩電路還連接所述IGBT、過壓保護電路、頻率同步電路，所述頻率 同步電路的輸出端連接所述功率調節(jié)電路，所述功率調節(jié)電路與所述驅動放大電路、電壓 限峰電路、過壓保護電路、過流保護電路、CPU電連接，所述驅動放大電路的輸出端連接所述 IGBT，所述IGBT連接所述過流保護電路，所述CPU連接所述電壓限峰電路、過壓保護電路、 過流保護電路、功率調節(jié)電路。所述CPU包括程序控制裝置，通過所述程序裝置控制，在系統(tǒng)啟動或關閉時，調節(jié) PWM信號的占空比緩慢增大或減小，實現(xiàn)軟啟動、軟關斷。其中LC振蕩電路、頻率同步電路、功率調節(jié)電路、驅動放大電路和IGBT構成了頻 率跟蹤電路，實現(xiàn)頻率跟蹤功能；低壓直流電路和電壓限峰電路實現(xiàn)了電壓限峰功能；通 過軟件編程，在系統(tǒng)啟動和關閉時，CPU實現(xiàn)系統(tǒng)軟啟動、軟關斷。如圖3所示，頻率跟蹤功能是這樣實現(xiàn)的由于系統(tǒng)中LC振蕩電路的電感Ll是可變電感，LC振蕩電路的工作頻率也跟著電 感Ll 一起變化。如果IGBT的開關頻率和LC振蕩電路的工作頻率不一致，則很容易損壞 IGBT0系統(tǒng)通過頻率跟蹤技術，使IGBT的開關頻率與LC振蕩電路的工作頻率保持一致。 頻率跟蹤技術是通過對LC振蕩電路工作頻率的采樣，反饋給IGBT，使IGBT的開關頻率跟 LC振蕩頻率一致。此技術的實現(xiàn)是通過對所述供電電網提供的市交流電進行整流濾波，將 220V的交流電變成300V左右的直流電，接入LC振蕩電路，LC振蕩電路的另一端接IGBT的 集電極(C極)，IGBT發(fā)射極(E極)接地，Nl即為IGBT。RU R3分別接入LC振蕩電路的 兩端，對LC振蕩電路兩端的電壓進行采集，將采集到的電壓送往IC3A的輸入端，RU R3的 電阻值分別為 680K Ω /2W、620K Ω /2ff, Rl 接 IC3A 的“-”端，R3 接 IC3A 的 “ + ” 端，IC3A 是 一個比較器，通過比較兩個輸入端的電壓值，輸出一個與LC振蕩電路工作頻率一致的脈沖 信號。脈沖信號接入系統(tǒng)功率調節(jié)模塊的功率調節(jié)點，功率調節(jié)模塊輸出一個頻率與LC振 蕩電路工作頻率一致、占空比可調的方波信號，經過驅動放大，經由R9接入IGBT的柵極(G 極)，控制IGBT的開關頻率，這樣就使IGBT的開關頻率與LC振蕩電路的工作頻率保持一 致，實現(xiàn)了頻率跟蹤。如圖4所示，電壓限峰功能是這樣實現(xiàn)的系統(tǒng)的功率跟電網電壓值成正比，電網電壓值越高，IGBT集電極和發(fā)射極兩端的 電壓值和流經IGBT的電流值會相應的增大，然而IGBT的耐壓值和額定電流值又是有極限 的，為了使IGBT工作在安全的范圍內，通過電壓限峰技術來控制IGBT的工作電壓和電流。 電壓限峰技術是通過對電網電壓的實時監(jiān)測，根據(jù)電網的電壓值來調節(jié)系統(tǒng)自身功率，當 電網電壓值超過系統(tǒng)的設定值時，所述電感控制器6通過降低系統(tǒng)功率，使IGBT在安全的 工作范圍內工作。此技術的實現(xiàn)是通過對電網電壓進行降壓整流，將交流高壓電變成低壓 直流電。通過運算放大器IC2B的“-”端采集降壓整流后的低壓直流電的電壓值，IC2B的 “ + ”端用一個+5V的電壓作為基準信號，IC2B輸出端并接電阻R44和R29，R44正向串接二 極管D12，D12反向接入功率調節(jié)模塊的功率調節(jié)點，進行功率調節(jié)。R29接入CPU，將IC2B 的輸出信號送往CPU，CPU同樣接入功率調節(jié)模塊，CPU通過對IC2B的輸出結果進行分析， 對系統(tǒng)功率進行智能調節(jié)。如圖5所示，系統(tǒng)軟啟動、軟關斷功能是這樣實現(xiàn)的由于系統(tǒng)LC振蕩電路中的電感是系統(tǒng)的負載，其安裝在系統(tǒng)的外部，用線圈繞制
5而成，各個線圈之間有互感作用，系統(tǒng)的啟動和關閉瞬間都會使電感上的電壓和電流突變， 軟關斷、軟啟動技術使系統(tǒng)能夠緩和的啟動和關閉。軟關斷、軟啟動技術是通過CPU輸出一 個PWM信號，通過軟件控制，使系統(tǒng)緩慢的開啟和關閉。此技術的實現(xiàn)是通過CPU輸出一個 占空比可調的PWM信號，通過軟件編程，PWM信號的占空比從0緩慢增大至設定值，CPU輸出 PWM信號的引腳與R19、R21并接，R19和C21組成一個RC充放電電路，PWM信號經過RC充 放電回路后在IC3B的“ + ”端經過一段時間形成一個電壓值固定的基準比較電壓，IC3B是 一個比較器，基準比較電壓的電壓值與系統(tǒng)功率成正比。當系統(tǒng)啟動時，基準比較電壓由0 緩慢地增大至系統(tǒng)設定值，系統(tǒng)功率也緩慢地增大至設定值，實現(xiàn)了系統(tǒng)的軟啟動。當系統(tǒng) 關閉時，CPU控制PWM信號的占空比從設定值緩慢減小至0，基準比較電壓也由設定值緩慢 地減小到0，系統(tǒng)功率也緩慢地從設定值減小到0，實現(xiàn)了系統(tǒng)的軟關斷。從而使系統(tǒng)能夠 緩慢的啟動和關閉。所述整流濾波電路的輸入端與供電電網相連接，輸出端接入LC振蕩電路；頻率同 步電路連接LC振蕩電路，頻率同步電路的輸出端連接功率調節(jié)電路的輸入端，功率調節(jié)電 路的輸出端連接驅動放大電路的輸入端，驅動放大電路的輸出端連接IGBT，IGBT又與LC振 蕩電路相連接。過壓保護電路的輸入端與LC振蕩電路相連接，輸出端接入功率調節(jié)電路的 輸入端；過流保護電路的輸入端與IGBT相連接，輸出端接入功率調節(jié)電路的輸入端；電壓 限峰電路的輸入端與供電電網相連接，輸出端接入功率調節(jié)電路的輸入端；CPU與功率調 節(jié)電路的輸入端相連接。所述供電電網提供的市交流電接入所述電感控制器后分兩路，一路經所述低壓直 流電路變壓整流形成直流電，用作系統(tǒng)直流低壓電源，供給所述電壓限峰電路、過壓保護電 路、過流保護電路、頻率同步電路、功率調節(jié)電路、驅動放大電路和CPU ；另一路經所述整流 濾波電路后流經所述LC振蕩電路，再流經所述IGBT后接地，形成主回路。所述LC振蕩電路由所述電磁感應線圈和電容組成。所述頻率同步電路對所述LC振蕩電路的頻率進行采樣，輸出一個與其同頻率的 周期信號，經過所述功率調節(jié)，輸出一個與所述LC振蕩電路同頻率，占空比可調的方波信 號，再經過所述驅動放大電路，得到IGBT驅動信號，直接驅動IGBT，IGBT獲得一個跟LC振 蕩電路頻率一致、占空比可調節(jié)的驅動信號。所述LC振蕩電路、頻率同步電路、功率調節(jié)電路、驅動放大電路和IGBT五個部分 構成的回路實現(xiàn)了系統(tǒng)的頻率跟蹤功能，使IGBT的開關頻率與LC振蕩電路的工作頻率保 持一致，減小了 IGBT的開關應力，降低IGBT損壞率，使系統(tǒng)更加可靠，并且可以控制IGBT 驅動信號的占空比，實現(xiàn)了系統(tǒng)功率可調。所述電壓限峰電路監(jiān)測供電電網的電壓值，根據(jù)實際的工作電壓，實時地進行系 統(tǒng)功率調節(jié)，并將監(jiān)測結果送往CPU。所述過壓保護電路監(jiān)測LC振蕩電路中電感兩端的電 壓，根據(jù)實際的電壓值，實時地進行系統(tǒng)功率調節(jié)，并將監(jiān)測結果送往CPU。所述過流保護 電路監(jiān)測流經IGBT的電流，根據(jù)實際的電流值，實時地進行系統(tǒng)功率調節(jié)，并將監(jiān)測結果 送往CPU。所述CPU對來自電壓限峰電路、過壓保護電路和過流保護電路的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行 分析，并根據(jù)分析結果對系統(tǒng)進行功率調節(jié)，實現(xiàn)對系統(tǒng)工作功率的控制。所述電壓限峰電 路、過壓保護電路和過流保護電路通過監(jiān)測系統(tǒng)存在的隱患點，實時調節(jié)系統(tǒng)的工作功率， 防止IGBT因為過載而損壞，使IGBT更加安全地工作。[0030]所述CPU采用相應的程序，在系統(tǒng)啟動和關閉時，實現(xiàn)系統(tǒng)軟啟動、軟關斷，使系 統(tǒng)能夠緩慢的啟動和關斷，減小各個控制器在開啟和關斷時對其他控制線圈的影響，提高 整個系統(tǒng)的可靠性。可見，本實用新型通過采用頻率同步電路來保證諧振回路無論工作在什么頻率 下，功率器件的開關頻率始終與其保持一致，使系統(tǒng)更加可靠；通過采用電壓限峰電路自動 調整輸出功率的大小，當電網電壓過高時，適當?shù)販p小輸出電流，使功率不隨著電壓的增高 而增大，從而增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；通過采用軟關斷、軟啟動技術使系統(tǒng)能夠緩慢的啟動跟 關斷，減小各個控制器在開啟跟關斷時對其他控制線圈上的影響，使各個控制器都能夠緩 慢、平滑地啟動跟關斷，提高整個系統(tǒng)的可靠性。上述三方面的電路改進系統(tǒng)性地提高了工 業(yè)電感加熱控制裝置的穩(wěn)定性和可靠性，大大降低了主控制器的故障率。如圖1所示，本實用新型提供的電感加熱裝置包括塑機加熱筒1、保溫層2、韌性骨 架3、兩個定位及防踩踏橡膠圈4、電磁感應線圈5、電感控制器6，所述保溫層2敷設在所述 加熱筒1外，所述韌性骨架3設置在所述保溫層2上，所述定位及防踩踏橡膠圈4設置在韌 性骨架3上，所述電磁感應線圈5設置在所述定位及防踩踏橡膠圈4上，所述電感控制器6 與所述電磁感應線圈5電連接，所述韌性骨架3由韌性絕緣的平板材料制成，可按照加熱筒 1的尺寸大小裁制成平板狀，所述韌性骨架3包覆保溫層2，是使用工業(yè)用高溫耐熱膠水將 韌性平板材料粘成圓筒狀而成，所述一對定位及防踩踏橡膠圈4固定在韌性骨架3上，使用 工業(yè)用高溫耐熱膠水進行固定。本實用新型所述電感控制器及含有該電感控制器的電感加熱裝置具有效率高、低 耗環(huán)保、可靠性和穩(wěn)定性好且使用壽命長的優(yōu)點，可廣泛應用于工業(yè)電感加熱技術領域中。
權利要求一種電感控制器，其特征在于所述電感控制器包括整流濾波電路、低壓直流電路、電壓限峰電路、LC振蕩電路、IGBT、過壓保護電路、頻率同步電路、功率調節(jié)電路、過流保護電路、驅動放大電路、CPU，所述整流濾波電路、低壓直流電路、電壓限峰電路的輸入端均連接供電電網，所述低壓直流電路分別與所述電壓限峰電路、過壓保護電路、過流保護電路、頻率同步電路、功率調節(jié)電路、驅動放大電路、CPU電連接，所述整流濾波電路的輸出端連接所述LC振蕩電路，所述LC振蕩電路還連接所述IGBT、過壓保護電路、頻率同步電路，所述頻率同步電路的輸出端連接所述功率調節(jié)電路，所述功率調節(jié)電路與所述驅動放大電路、電壓限峰電路、過壓保護電路、過流保護電路、CPU電連接，所述驅動放大電路的輸出端連接所述IGBT，所述IGBT連接所述過流保護電路，所述CPU連接所述電壓限峰電路、過壓保護電路、過流保護電路、功率調節(jié)電路。
2.一種含有權利要求1所述電感控制器的工業(yè)電感加熱裝置，其特征在于所述工業(yè) 電感加熱裝置包括塑機加熱筒(1)、保溫層(2)、韌性骨架(3)、兩個定位及防踩踏橡膠圈 (4)、電磁感應線圈(5)、電感控制器(6)，所述保溫層(2)敷設在所述加熱筒(1)外部，所述 韌性骨架(3)設置在所述保溫層(2)上，所述定位及防踩踏橡膠圈(4)設置在所述韌性骨 架(3)上，所述電磁感應線圈(5)設置在所述定位及防踩踏橡膠圈(4)之間，所述電感控制 器(6)與所述電磁感應線圈(5)電連接。
專利摘要本實用新型公開了一種用于工業(yè)塑膠機械加熱筒加熱的電感控制器及含有電感控制器的電感加熱裝置，旨在提供一種效率高、低耗能、可靠性和穩(wěn)定性好且使用壽命長的電磁控制器及電感加熱裝置。所述電磁控制器(6)包括整流濾波電路、低壓直流電路、電壓限峰電路、LC振蕩電路、IGBT、過壓保護電路、頻率同步電路、功率調節(jié)電路、過流保護電路、驅動放大電路、CPU，所述電感加熱裝置包括塑機加熱筒(1)、保溫層(2)、韌性骨架(3)、定位及防踩踏橡膠圈(4)、電磁感應線圈(5)、電磁控制器(6)，所述電磁控制器(6)與所述電磁感應線圈(5)電連接，本實用新型可廣泛應用于工業(yè)電感加熱技術領域。
文檔編號H05B6/10GK201718065SQ20102022311
公開日2011年1月19日 申請日期2010年6月10日 優(yōu)先權日2010年6月10日
發(fā)明者丁濤, 王飛, 蔡溢楓 申請人:珠海瑞普新能源科技有限公司