[發(fā)明專利]一種功率開關(guān)級聯(lián)加熱電路和其控制方法以及加熱裝置

有效

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• 申請日: 2015-09-16
• 公開（公告）號: CN105323887B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖國專
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門安東電子有限公司
• 主分類號: H05B6/06
• 分類號: H05B6/06;H05B6/02
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司50212
• 代理人: 王海鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及感應(yīng)加熱領(lǐng)域，具體指一種功率開關(guān)級聯(lián)加熱電路和其控制方法以及加熱裝置。

背景技術(shù)

感應(yīng)加熱在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的電阻絲加熱存在明顯的缺點(diǎn)，其主要是通過接觸傳遞熱量，而這種傳遞熱能的方式效率低下，容易散失大量的熱能，而且電阻加熱功率密度低，無法適應(yīng)對溫度要求高的場合。隨著國家節(jié)能減排政策的大力推進(jìn)，高效節(jié)能的加熱技術(shù)正成本眾多生產(chǎn)企業(yè)追求的目標(biāo)。電磁感應(yīng)加熱相比于傳統(tǒng)的接觸加熱有諸多優(yōu)勢，主要優(yōu)勢如下：

（1）感應(yīng)加熱方法為非接觸式加熱，因此不會給加熱對象(工件)引入雜質(zhì)；

（2）感應(yīng)加熱過程中不會產(chǎn)生污染物且噪音小；

（3）易于自動控制，感應(yīng)加熱電路中存在電力電子器件，可以通過自動控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對加熱的控制。

雖然感應(yīng)加熱方法具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但我國感應(yīng)加熱技術(shù)研究的起步較晚，且直到20世紀(jì)80年代才開始快速發(fā)展。目前，國內(nèi)感應(yīng)加熱裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多采用單橋諧振或全橋諧振的感應(yīng)加熱電路。存在的主要問題是：加熱對象類型單一，損耗大、效率低下，且安全性較差。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明的第一個目的是提供一種高效能的功率開關(guān)級聯(lián)加熱電路。

本發(fā)明的第二個目的是提供一種雙閉環(huán)控制方法，對上述功率開關(guān)級聯(lián)加熱電路進(jìn)行控制，提高效能，降低損耗。

本發(fā)明的第三個目的是提供一種使用上述功率開關(guān)級聯(lián)加熱電路和雙閉環(huán)控制方法的加熱裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述第一個目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種功率開關(guān)級聯(lián)加熱電路，包括整流電路和逆變生熱電路；所述整流電路的交流正負(fù)極輸入端接市電，用于引入交流電，整流電路的直流正負(fù)極輸出端分別接逆變生熱電路，用于輸出直流電；所述逆變生熱電路為半橋型結(jié)構(gòu)，其中，包括多個級聯(lián)的低壓MOSFET構(gòu)成的第一功率開關(guān)、第一互感電容、多個級聯(lián)的低壓MOSFET構(gòu)成的第二功率開關(guān)、第二互感電容和感應(yīng)加熱線圈； 所述第一功率開關(guān)、感應(yīng)加熱線圈、第一互感電容依次連接，并接入整流電路的直流正負(fù)極輸出端，構(gòu)成第一回路；所述第二功率開關(guān)與第二互感電容、感應(yīng)加熱線圈依次連接，并接入整流電路的直流正負(fù)極輸出端，構(gòu)成第二回路。

作為優(yōu)化，還包括電阻，該電阻為第一回路和第二回路的公共部件。

作為優(yōu)化，所述低壓MOSFET的驅(qū)動電路采用零電壓開關(guān)驅(qū)動電路。

為實(shí)現(xiàn)上述第二個目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種雙閉環(huán)控制方法，包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括溫度傳感器和第一、第二PI比例積分調(diào)節(jié)器；

所述溫度傳感器的檢測端設(shè)置在上述逆變生熱電路中的感應(yīng)加熱線圈附近，用于測量感應(yīng)加熱線圈的溫度Tn，溫度傳感器的信號輸出端與第一PI比例積分調(diào)節(jié)器的信號輸入端連接，第一PI比例積分調(diào)節(jié)器的功率信號輸出端與第二PI比例積分調(diào)節(jié)器的第一功率信號輸入端連接；第二PI比例積分調(diào)節(jié)器用于測量感應(yīng)加熱線圈的功率Pn，且第二PI比例積分調(diào)節(jié)器的控制信號輸出端分別與第一、第二功率開關(guān)中MOSFET驅(qū)動電路的控制信號輸入端連接，用于控制MOSFET的通斷時間；

控制方法包括如下步驟：

S1：在第一PI比例積分調(diào)節(jié)器中預(yù)設(shè)溫度閾值T₀；

S2：當(dāng)?shù)谝籔I比例積分調(diào)節(jié)器接受到溫度傳感器傳來的溫度信號，根據(jù)該溫度信號，計算，第一PI比例積分調(diào)節(jié)器根據(jù)計算感應(yīng)加熱線圈的功率P，然后將該功率P傳至第二PI比例積分調(diào)節(jié)器；

S3：第二PI比例積分調(diào)節(jié)器根據(jù)其接收到的功率P與其采集到的功率Pn計算：

如果，則第二PI比例積分調(diào)節(jié)器向低壓MOSFET驅(qū)動電路的發(fā)出增加導(dǎo)通時間的控制信號；

如果，則第二PI比例積分調(diào)節(jié)器向低壓MOSFET驅(qū)動電路的發(fā)出減少導(dǎo)通時間的控制信號；

如果，則第二PI比例積分調(diào)節(jié)器不向低壓MOSFET驅(qū)動電路的發(fā)出任何控制信號。

作為優(yōu)化，所述溫度傳感器采用K型熱電偶，其檢測端為銅制的“工”字型探頭。

為實(shí)現(xiàn)上述第三個目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種加熱裝置，包括裝置本體、上述的功率開關(guān)級聯(lián)加熱電路、權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)；

所述裝置本體包括加熱板、隔熱板和基板；所述基板上具有隔熱材料圍成的、上端開口的線圈放置器，所述感應(yīng)加熱線圈嵌入線圈放置器的腔體內(nèi)；隔熱板設(shè)置基板的上方用于封住線圈放置器上端的開口；加熱板設(shè)置隔熱板上。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：