一種程控高頻大功率通電加熱電源系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種程控高頻大功率通電加熱電源系統(tǒng)，屬于液體食品通電加熱領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]通電加熱也被稱為焦耳加熱、電阻抗加熱等，它的基本原理是把食品物料作為電路的一部分，當(dāng)交流電通過食品物料時(shí)，由于食品物料固有的阻抗特性而將電能直接在食品內(nèi)部轉(zhuǎn)化為熱能，從而達(dá)到加熱食品的目的。
[0003]通電加熱技術(shù)最早于19世紀(jì)被提出，但是受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件如電極材料、控制技術(shù)和電能成本的制約，通電加熱技術(shù)逐漸被人放棄。自從進(jìn)入21世紀(jì)以來，由于電能成本的降低以及電極材料和設(shè)計(jì)技術(shù)的改進(jìn)，通電加熱技術(shù)又煥發(fā)了新的活力。由于通電加熱技術(shù)具有加熱效率尚、易于程序控制、電能轉(zhuǎn)化率尚和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)液體食品的高溫快速殺菌，因此該技術(shù)被認(rèn)為是食品加工過程中最具有發(fā)展?jié)摿Φ臒崽幚砑夹g(shù)之一，在加熱、漂燙、蒸發(fā)濃縮、脫水、滅菌的食品加熱等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]在傳統(tǒng)的液體食品物料的通電加熱中，通常使用工頻交流電(50Hz?60Hz)進(jìn)行加熱。但是在經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，隨著通電加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，豆?jié){等富含蛋白質(zhì)的液體食品會(huì)在電極表面形成污垢層，對(duì)極板產(chǎn)生污染，這嚴(yán)重影響了通電加熱技術(shù)在富含蛋白質(zhì)的液體食品加工中的應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種程控高頻大功率通電加熱電源系統(tǒng)；目的在于提供一種可以控制的高頻通電加熱電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液體食品高頻大功率連續(xù)加熱，有效的降低了液體食品對(duì)極板的污染。該通電加熱電源輸出電壓的幅值、頻率、占空比均可程控調(diào)節(jié)，可按照需要在不同條件下對(duì)液體食品進(jìn)行通電加熱。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:通過人機(jī)交互界面設(shè)定電源輸出電壓的幅值、頻率和占空比，主控MCU根據(jù)設(shè)定的頻率和占空比產(chǎn)生兩路PWM信號(hào)，同時(shí)，根據(jù)將設(shè)定的輸出電壓通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為0?20mA的模擬信號(hào)。PWM信號(hào)經(jīng)過IGBT驅(qū)動(dòng)模塊轉(zhuǎn)化為兩路與之前頻率和占空比相同的方波電壓信號(hào)，并與IGBT的控制端連接，通過改變IGBT的導(dǎo)通時(shí)間改變輸出電壓的頻率和占空比。逆變電路的IGBT輸入端與0?400V可調(diào)的直流電壓連接，通過控制0?20mA的模擬信號(hào)來調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值。綜上，實(shí)現(xiàn)了將直流電壓變?yōu)檎伎毡群皖l率可調(diào)的間歇式方波交流電，并給負(fù)載提供電能，對(duì)液體食品進(jìn)行通電加熱。
[0007]一種連續(xù)式程控高頻通電加熱電源系統(tǒng)，包括嵌入式控制系統(tǒng)、直流電源模塊和逆變裝置；
[0008]所述嵌入式控制系統(tǒng)包括通過線路連接的鍵盤輸入裝置、顯示單元、主控MCU和控制系統(tǒng)電源模塊；所述嵌入式控制系統(tǒng)集成在一塊PCB電路板上；所述鍵盤輸入裝置為行列式鍵盤；所述顯示單元為19264液晶模塊，用于顯示通電加熱電源的實(shí)時(shí)信息，如頻率、占空比、電壓等；所述主控MCU采用STM32芯片，STM32芯片外設(shè)有定時(shí)器TM2和TM3 ；主控MCU根據(jù)設(shè)定的電壓利用D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為0?20mA的模擬量用來調(diào)節(jié)直流電源模塊的輸出電壓，定時(shí)器TM2和TM3產(chǎn)生兩路頻率和占空比一致的PWM信號(hào)；定時(shí)器TM2和TM3的使能時(shí)間相差PWM信號(hào)的半個(gè)周期，且PWM信號(hào)占空比不超過50%，從而使兩路PWM信號(hào)在任何情況下不會(huì)同時(shí)高電平，也就保證了逆變電路的兩路IGBT不會(huì)同時(shí)打開，以免燒壞IGBT ;所述控制系統(tǒng)電源模塊，其使用開關(guān)電源將家用220V交流電壓轉(zhuǎn)換成直流5V，然后將5V電壓通過低壓差電壓調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)化成3.3V的直流電壓，為嵌入式控制系統(tǒng)供電；
[0009]所述直流電源模塊的輸出直流電壓在其輸出電壓最大值的0?100%范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，其輸出電壓峰值為400V，可以通過0?20mA模擬信號(hào)調(diào)節(jié)輸出電壓值；
[0010]所述逆變裝置包1、一種連續(xù)式程控高頻通電加熱電源系統(tǒng)，其特征在于包括嵌入式控制系統(tǒng)、直流電源模塊和逆變裝置；
[0011]所述嵌入式控制系統(tǒng)包括通過線路連接的鍵盤輸入裝置、顯示單元、主控MCU和控制系統(tǒng)電源模塊；所述嵌入式控制系統(tǒng)集成在一塊PCB電路板上；所述鍵盤輸入裝置為行列式鍵盤；所述顯示單元為19264液晶模塊；所述主控MCU采用STM32芯片，STM32芯片外設(shè)有定時(shí)器TM2和TM3 ;主控MCU根據(jù)設(shè)定的電壓利用D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為0?20mA的模擬量用來調(diào)節(jié)直流電源模塊的輸出電壓，定時(shí)器TM2和TM3產(chǎn)生兩路頻率和占空比一致的PWM信號(hào)；所述控制系統(tǒng)電源模塊使用開關(guān)電源將家用220V交流電壓轉(zhuǎn)換成直流5V，然后將5V電壓通過低壓差電壓調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)化成3.3V的直流電壓，為嵌入式控制系統(tǒng)供電；
[0012]所述直流電源模塊的輸出直流電壓在其輸出電壓最大值的0?100%范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，其輸出電壓峰值為400V，通過0?20mA模擬信號(hào)調(diào)節(jié)輸出電壓值；
[0013]所述逆變裝置包括驅(qū)動(dòng)模塊、緩沖模塊和逆變電路；所述逆變裝置通過控制IGBT的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)通電加熱電源輸出電壓、頻率、占空比和電壓有效值的平滑調(diào)節(jié)；所述輸出電壓0?400V可調(diào)，頻率0?30kHz可調(diào)，占空比0?100%可調(diào)；所述驅(qū)動(dòng)模塊由以單管大功率驅(qū)動(dòng)芯片KA962F為核心的驅(qū)動(dòng)電路組成，驅(qū)動(dòng)模塊將主控MCU產(chǎn)生的PWM信號(hào)的高低電平分別轉(zhuǎn)換為柵極正偏驅(qū)動(dòng)電壓+15V和負(fù)偏電壓-10V，實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT模塊的快速打開和關(guān)斷；所述驅(qū)動(dòng)模塊集成在一塊PCB電路板上；所述緩沖模塊由電阻、電容和緩沖二極管組成，緩沖模塊采用放電阻止型RCD緩沖電路；所述緩沖模塊集成在一塊PCB電路板上；所述逆變電路是采用兩個(gè)IGBT模塊通過電源線連接而成的電壓源逆變電路；所述每個(gè)IGBT模塊包含兩個(gè)在半橋配置中的絕緣雙極型晶體管，且每個(gè)晶體管都具有反向鏈接快速恢復(fù)二極管；
[0014]所述驅(qū)動(dòng)模塊和緩沖模塊連接，所述逆變電路的IGBT模塊與緩沖模塊連接；所述逆變裝置與所述嵌入式控制系統(tǒng)輸出的兩路PWM信號(hào)連接；所述直流電源模塊與所述逆變裝置的逆變電路輸入端連接。
[0015]括驅(qū)動(dòng)模塊、緩沖模塊和逆變電路。所述逆變裝置通過控制絕緣柵雙極型晶體(IGBT)的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)通電加熱電源輸出電壓、頻率、占空比和電壓有效值的平滑調(diào)節(jié)；所述輸出電壓0?400V可調(diào)，頻率0?30kHz可調(diào)，占空比0?100%可調(diào)；所述驅(qū)動(dòng)模塊由以單管大功率驅(qū)動(dòng)芯片KA962F為核心的驅(qū)動(dòng)電路組成，驅(qū)動(dòng)模塊將主控MCU產(chǎn)生的PWM信號(hào)的高低電平分別轉(zhuǎn)換為柵極正偏驅(qū)動(dòng)電壓+15V和負(fù)偏電壓-10V，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT模塊的快速打開和關(guān)斷；所述驅(qū)動(dòng)模塊集成在一塊PCB電路板上；所述緩沖模塊由電阻、電容和緩沖二極管組成，緩沖模塊采用放電阻止型RCD緩沖電路，可以抑制浪涌電壓產(chǎn)生；所述緩沖模塊集成在一塊PCB電路板上；所述逆變電路是采用兩個(gè)IGBT模塊通過電源線連接而成的電壓源逆變電路；所述每個(gè)IGBT模塊包含兩個(gè)在半橋配置中的絕緣雙極型晶體管，且每個(gè)晶體管都具有反向鏈接快速恢復(fù)二極管；
[0016]所述驅(qū)動(dòng)模塊和緩沖模塊連接，所述逆變電路的IGBT模塊與緩沖模塊連接；所述逆變裝置與所述嵌入式控制系統(tǒng)輸出的兩路PWM信號(hào)連接；所述直流電源模塊與所述逆變裝置的逆變電路輸入端連接。
[0017]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):
[0018]1.有效的抑制了楽等富含蛋白質(zhì)液體食品對(duì)電極的污染。
[0019]2.具有良好的人機(jī)界面，操作簡(jiǎn)單。該通電加熱電源輸出電壓的幅值、頻率、占空比均可程控調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液體食品高頻大功率連續(xù)加熱。
[0020]3.加熱均勻、效率高，產(chǎn)品品質(zhì)高。通電加熱時(shí)，電流通過物料，同時(shí)產(chǎn)生了熱量，實(shí)現(xiàn)快速加熱，經(jīng)過本實(shí)用新型加熱的食品營(yíng)養(yǎng)成分損失極少且新鮮，風(fēng)味口感好。
【附圖說明】
[0021]圖1是一種高頻程控通電加熱電源系統(tǒng)組成示意圖；
[0022]圖2是占空比分別是50%和25%時(shí)兩路PWM信號(hào)波形圖；
[0023]圖3是一種高頻程控通電加熱電源系統(tǒng)逆變電路圖；
[0024]圖4是一種占空比和頻率可調(diào)的間歇式方波交流電波形圖；
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0026]實(shí)施例1:如圖1所示，本實(shí)施例的一種程控高頻通電加熱電源系統(tǒng)，包括嵌入式控制系統(tǒng)、直流電源模塊和逆變裝置；
[0027]所述嵌入式控制系統(tǒng)包括鍵盤輸入裝置、顯示單元、主控MCU和控制系統(tǒng)電源模塊。所述鍵盤輸入裝置，為節(jié)省10