專利名稱：具有諧振檢測(cè)的感應(yīng)加熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及感應(yīng)加熱系統(tǒng)，更具體涉及使用脈沖激發(fā)器以提供安全的低功率加熱的感應(yīng)加熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
術(shù)語(yǔ)“感應(yīng)加熱”通常描述其中交流電通過線圈以生成交流磁通量的過程。當(dāng)將線圈放置在與欲加熱的金屬物體很接近或者纏繞該欲加熱的金屬物體時(shí)，交流磁通量感應(yīng)地將負(fù)載連接到線圈上并在金屬物體中生成渦流，導(dǎo)致該金屬物體被加熱。由于它的功能，線圈經(jīng)常被稱為“工作線圈”或“感應(yīng)頭”(induction head)，而將被加熱的金屬物體稱為“負(fù)載”。感應(yīng)加熱可用于許多目的，包括彎曲粘合劑、金屬硬化、銅焊、焊接、熔接以及其他其中熱量是必須的媒介或催化劑的制造工藝。
認(rèn)為感應(yīng)加熱領(lǐng)域是完善的，具有已經(jīng)開發(fā)用來(lái)控制供應(yīng)到感應(yīng)頭的功率以及因此在負(fù)載中產(chǎn)生的熱量的多種感應(yīng)加熱系統(tǒng)。一種類型的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，有時(shí)被稱為諧振系統(tǒng)，通常包括電源、通常由工作線圈和電容器形成的諧振感應(yīng)頭、以及某些類型的開關(guān)裝置來(lái)控制電源將功率傳遞到諧振感應(yīng)頭。通常，開關(guān)裝置是閉合的，以使得電源將電流提供給諧振感應(yīng)頭，導(dǎo)致將能量存儲(chǔ)在工作線圈內(nèi)。當(dāng)開關(guān)裝置是開啟的時(shí)，感應(yīng)頭開始生成振蕩電壓和相應(yīng)的振蕩電流和交流磁通量，以及所存儲(chǔ)的能量被放電到負(fù)載作為熱量。如果電源不補(bǔ)充所存儲(chǔ)的能量，振蕩電壓最終衰減為零，或者“消失”(ring-out)，當(dāng)所有所存儲(chǔ)的能量被傳輸?shù)截?fù)載時(shí)。
在感應(yīng)頭振蕩的第一半周期期間，最大量的能量被從感應(yīng)頭傳遞到負(fù)載。因此，為了獲得負(fù)載的最大加熱，當(dāng)振蕩的第一半周期結(jié)束時(shí)，感應(yīng)加熱系統(tǒng)補(bǔ)充在感應(yīng)頭中所存儲(chǔ)的能量。然而，并不總是期望負(fù)載的最大加熱。當(dāng)負(fù)載僅期望低級(jí)的加熱時(shí)，某些感應(yīng)加熱系統(tǒng)使用多個(gè)振蕩電壓的周期來(lái)加熱負(fù)載并使用某些類型的定時(shí)機(jī)制，在給定時(shí)間過去在之后補(bǔ)充諧振感應(yīng)加熱系統(tǒng)中存儲(chǔ)的能量。然而，存儲(chǔ)在感應(yīng)頭中的能量消散所需要的時(shí)間是基于負(fù)載的。如果負(fù)載比期望的要小或被完全除去，當(dāng)補(bǔ)充能量時(shí)，所存儲(chǔ)能量的實(shí)質(zhì)總量可以保留在線圈內(nèi)，導(dǎo)致在感應(yīng)頭中潛在地?fù)p壞的過流。
感應(yīng)加熱系統(tǒng)，特別是那些使用諧振感應(yīng)頭的那些，將從簡(jiǎn)單的低級(jí)加熱方案中受益，該保護(hù)防止感應(yīng)頭的潛在有害的過流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種感應(yīng)加熱系統(tǒng)。該感應(yīng)加熱系統(tǒng)包括電源和加熱電路，其配置為響應(yīng)于DC輸入脈沖而生成振蕩電壓。該感應(yīng)加熱系統(tǒng)還包括脈沖激發(fā)器，其配置為監(jiān)測(cè)橫跨諧振加熱電路的振蕩電壓，并且當(dāng)檢測(cè)到橫跨諧振電路的振蕩電壓的平均峰值電壓在基本上等于預(yù)設(shè)最小閥值的電平時(shí)，啟動(dòng)將隨后的DC脈沖施加到諧振電路。


包括附圖以提供本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并將附圖引入在此并構(gòu)成本說明書的一部分。

本發(fā)明的實(shí)施例，并且連同說明書用于解釋本發(fā)明的原理。將很快地理解本發(fā)明的其他實(shí)施例以及本發(fā)明的許多想要的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)當(dāng)參照附圖考慮時(shí)，參照下面的詳細(xì)說明可以更好地理解它們，在全部附圖中相似的參考標(biāo)號(hào)指示相似的部件。
圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的框圖。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的原理框圖。
圖3A是說明根據(jù)本發(fā)明的橫跨諧振加熱電路的示例性電壓波形的圖。
圖3B是根據(jù)本發(fā)明由橋接整流器提供的示例性全波整流電壓波形的圖。
圖3C是說明根據(jù)本發(fā)明提供給比較器的示例性濾波電壓波形的圖。
圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的原理框圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，通常用20指示根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱系統(tǒng)。感應(yīng)加熱系統(tǒng)20包括整流器22、諧振加熱電路24、功率開關(guān)26、脈沖控制器28、以及脈沖激發(fā)器30。感應(yīng)加熱系統(tǒng)20配置為感應(yīng)地在32連接到外部電氣導(dǎo)電負(fù)載34，并操作為控制電源開關(guān)26的開關(guān)，以使得提供負(fù)載34的低功率加熱，同時(shí)防止諧振加熱電路24的潛在有害過載。
整流器22可以經(jīng)由第一輸入節(jié)點(diǎn)38和第二輸入節(jié)點(diǎn)40連接到A/C功率源36，并配置為在DC輸出節(jié)點(diǎn)42提供DC電壓電平。諧振加熱電路24在整流器輸出節(jié)點(diǎn)42和節(jié)點(diǎn)44之間連接，以及電源開關(guān)26在節(jié)點(diǎn)44和地節(jié)點(diǎn)46之間連接。脈沖控制器28配置為經(jīng)由通路48將開關(guān)控制信號(hào)提供給電源開關(guān)26，以使得電源開關(guān)26首先閉合，然后在可調(diào)節(jié)的脈沖持續(xù)時(shí)間之后開啟，以由此橫跨諧振加熱電路24提供DC電壓脈沖。在一個(gè)實(shí)施例中，基于沒有持續(xù)損壞，諧振加熱電路24可以存儲(chǔ)的最大能量，脈沖持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)度可以調(diào)節(jié)至最大值。
諧振加熱電路24配置為存儲(chǔ)能量，并響應(yīng)于DC電壓脈沖生成振蕩電壓以及相關(guān)的振蕩電流和交流磁通量，以由此加熱感應(yīng)地連接的外部負(fù)載34。只要不橫跨諧振電路24施加隨后的DC電壓相位(voltagephases)，振蕩電壓具有在時(shí)間上隨著諧振電路所存儲(chǔ)的能量消散而最終衰減或“消失”為零的峰-對(duì)-峰(peak-to-peak)電壓電平。振蕩電壓消失所需要的時(shí)間基于多個(gè)因素，包括DC電壓脈沖的長(zhǎng)度和幅度、諧振電路的內(nèi)部阻抗、以及是否有負(fù)載34。對(duì)于給定的DC電壓脈沖，如果例如負(fù)載34的負(fù)載被加熱，振蕩電壓將更快地消失為零。如果在足夠量的能量消散之前將隨后的DC脈沖施加到諧振電路24，如果試圖存儲(chǔ)的能量總量超過最大量，諧振電路24將經(jīng)受潛在的損壞。
脈沖激發(fā)器30橫跨諧振電路24連接并配置為監(jiān)測(cè)振蕩電壓的峰-對(duì)-峰電壓的平均。脈沖激發(fā)器30還配置為經(jīng)由通路50將脈沖啟動(dòng)信號(hào)提供給脈沖控制器30，以使得當(dāng)由諧振電路24生成的平均峰-對(duì)-峰電壓減小到基本等于預(yù)設(shè)設(shè)置點(diǎn)的電平時(shí)，啟動(dòng)將隨后的DC電壓脈沖施加到諧振加熱電路24。該預(yù)設(shè)設(shè)置點(diǎn)是使得施加隨后的脈沖將不會(huì)帶來(lái)足夠的能量以損壞諧振加熱電路24的值。因此，諧振加熱電路通過僅當(dāng)由諧振電路24生成的諧振電壓的峰-對(duì)-峰電壓減小到預(yù)設(shè)設(shè)置點(diǎn)時(shí)開始隨后的DC電壓脈沖，提供外部負(fù)載34的安全的低功率加熱。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的諧振加熱系統(tǒng)20的一個(gè)示例性實(shí)施例的原理框圖60。整流器22是標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)管橋接整流器，其包括四個(gè)二級(jí)管62、64、66和68。第一二級(jí)管62具有連接到第一輸入節(jié)點(diǎn)38的陽(yáng)極以及連接到輸出節(jié)點(diǎn)42的陰極。第二二級(jí)管64具有連接到第二輸入節(jié)點(diǎn)40的陽(yáng)極以及連接到DC輸出節(jié)點(diǎn)42的陰極。第三二級(jí)管66具有連接到地46的陽(yáng)極以及連接到第一輸入節(jié)點(diǎn)38的陰極。第四二級(jí)管68具有連接到地46的陽(yáng)極以及連接到第二輸入節(jié)點(diǎn)40的陰極。整流器22連接到外部A/C電源36并配置為在DC輸出節(jié)點(diǎn)42提供DC電壓電平(VDC)。
諧振加熱電路24包括諧振電容器70和工作頭72，該工作頭72包括纏繞鐵氧體磁芯76的感應(yīng)加熱線圈74。諧振電容器與感應(yīng)加熱線圈74并聯(lián)連接，并具有連接到整流器輸出節(jié)點(diǎn)42的第一端和連接到節(jié)點(diǎn)44的第二端。諧振加熱電路24配置為響應(yīng)于DC電壓脈沖，在鐵氧體磁芯76中生成振蕩電壓和相關(guān)聯(lián)的振蕩電流和交流磁通量，以由此加熱感應(yīng)地連接的外部負(fù)載34。在一個(gè)實(shí)施例中，工作頭72使用軟引線連接到諧振電容器70，該軟引線使得工作頭72相對(duì)于感應(yīng)加熱系統(tǒng)20是可移動(dòng)的并被放置為與例如負(fù)載34的被加熱的遠(yuǎn)程負(fù)載相接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，工作頭不包括鐵氧體磁芯76。
電源開關(guān)26包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)78，其具有柵極80、連接到節(jié)點(diǎn)44的集電極82、以及連接到地46的射極84。脈沖控制器28配置為經(jīng)由通路48將開關(guān)控制信號(hào)提供給電源開關(guān)26的柵極80，以使得電源開關(guān)26首先閉合，然后在某持續(xù)時(shí)間之后開啟，以由此將DC電壓脈沖提供給諧振加熱電路24。在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖控制器28配置為在感應(yīng)加熱系統(tǒng)20的初始加電之后閉合電源開關(guān)26，以由此啟動(dòng)第一DC電壓脈沖到諧振加熱電路24，并配置為基于經(jīng)由通路50從脈沖激發(fā)器30接收脈沖啟動(dòng)信號(hào)，隨后閉合電源開關(guān)26以啟動(dòng)隨后的DC電壓脈沖到諧振加熱電路24。
脈沖激發(fā)器30與電源開關(guān)26并聯(lián)連接并包括電壓感測(cè)電路90和比較器92。電壓感測(cè)電路90包括全波橋接整流器94、平滑電容器96和電位計(jì)98。全波橋接整流器94包括配置為形成傳統(tǒng)橋接整流器的四個(gè)二級(jí)管100、102、104和106。二級(jí)管100具有連接到地46的陽(yáng)極和連接到第一輸入節(jié)點(diǎn)108的陰極。二級(jí)管102具有連接到地46的陽(yáng)極和連接到第二輸入節(jié)點(diǎn)110的陰極。二級(jí)管104具有連接到第二輸入節(jié)點(diǎn)110的陽(yáng)極和連接到輸出節(jié)點(diǎn)112的陰極。二級(jí)管106具有連接到第一輸入節(jié)點(diǎn)108的陽(yáng)極和連接到輸出節(jié)點(diǎn)112的陰極。橋接整流器94經(jīng)由第一電容器114和第二電容器116橫跨諧振電路24電容性地連接，該第一電容器114在第一輸入節(jié)點(diǎn)108和DC輸出節(jié)點(diǎn)42之間連接，以及該第二電容器116在第二輸入節(jié)點(diǎn)110和節(jié)點(diǎn)44之間連接。平滑電容器96在輸出節(jié)點(diǎn)112和地46之間連接。電位計(jì)98具有連接到輸出節(jié)點(diǎn)112的第一端、連接到地46的第二端、以及經(jīng)由通路118連接到比較器92的可調(diào)節(jié)支路。
當(dāng)電源開關(guān)26處于閉合位置時(shí)，節(jié)點(diǎn)44連接到地并導(dǎo)致橫跨諧振加熱電路24施加DC電壓脈沖，以及在感應(yīng)加熱線圈74中積聚能量。當(dāng)通過開啟電源開關(guān)26而將DC脈沖從諧振電路24中除去時(shí)，感應(yīng)加熱線圈74放電到諧振電容器70，并且諧振加熱電路24開始諧振并生成振蕩電壓。橋接整流器94在輸出節(jié)點(diǎn)112提供振蕩電壓的全波整流形式。平滑電容器96和電位計(jì)98在輸出節(jié)點(diǎn)112濾波全波整流的振蕩電壓并橫跨電位計(jì)98提供衰減的正弦曲線波形，其具有基本上等于振蕩電壓的峰值電壓的電壓電平。電位計(jì)的可調(diào)節(jié)支路經(jīng)由通路118將表示峰值電壓的電壓提供給比較器92。
比較器92包括運(yùn)算放大器120，其具有連接到電位計(jì)98的可調(diào)節(jié)支路的非反轉(zhuǎn)輸入122、接收預(yù)設(shè)DC閥值的反轉(zhuǎn)輸入124、以及經(jīng)由通路50連接到脈沖控制器28的輸出126。當(dāng)在非反轉(zhuǎn)端122的全波整流的振蕩電壓的平均峰值的表示值降低到基本上等于在反轉(zhuǎn)端124的預(yù)設(shè)DC閥值的值時(shí)，運(yùn)算放大器120在輸出126提供脈沖啟動(dòng)信號(hào)，以使得脈沖控制器28啟動(dòng)將隨后的DC電壓脈沖施加到諧振電路24。換句話說，當(dāng)振蕩電壓衰減到基本上等于預(yù)設(shè)DC閥值的值時(shí)，由諧振電路24存儲(chǔ)的能量總量消散到某級(jí)別，使得施加隨后DC電壓脈沖將不會(huì)導(dǎo)致過充諧振電路。
在下面說明如圖2所示的感應(yīng)加熱系統(tǒng)20的操作。圖3A是DC輸出節(jié)點(diǎn)42和節(jié)點(diǎn)44之間的橫跨諧振加熱電路24的電壓的示例圖130。在時(shí)間t0的感應(yīng)加熱系統(tǒng)20的初始加電時(shí)，如在132所示，電源開關(guān)26開啟，并且橫跨諧振電路24的電壓為零。在感應(yīng)加熱系統(tǒng)20的初始加電之后，脈沖激發(fā)器28配置為經(jīng)由通路48將電源開關(guān)控制信號(hào)提供給柵極80，以使得IGBT78變?yōu)榍跋蚱貌⒔?jīng)由射極84將集電極82連接到地46，如在134的時(shí)間t1所示。脈沖控制器28配置為將IGBT78保持在前向偏置條件下從t1134到時(shí)間t2138的持續(xù)時(shí)間(Δt)136。在該持續(xù)時(shí)間期間，集電極82經(jīng)由射極84短路到地46，導(dǎo)致具有基本上等于在輸出節(jié)點(diǎn)42提供的DC電壓(VDC)140的幅度以及Δt136的持續(xù)時(shí)間的DC脈沖橫跨諧振加熱電路24施加，并導(dǎo)致在感應(yīng)線圈74內(nèi)積聚能量。
在時(shí)間t2138，脈沖控制器28將電源開關(guān)控制信號(hào)提供給柵極80，以使得IGBT78變?yōu)榉聪蚱?，使得IGBT78不再導(dǎo)電到地，并由此終止到諧振電路24的DC脈沖。然后感應(yīng)線圈74開始放電到諧振電容器70并且諧振加熱電路24開始生成振蕩電壓，如在142所示，其反過來(lái)在鐵氧體磁芯76中生成對(duì)應(yīng)的振蕩磁通量。如果沒有額外的DC電壓脈沖施加到諧振加熱電路24，振蕩電壓142逐漸衰減或“消失”為零，如在144所示。
同樣在時(shí)間t2138，當(dāng)諧振電路24開始振蕩時(shí)，橋接整流器94在節(jié)點(diǎn)112提供振蕩電壓的全波整流的形式。圖3B是由橋接整流器94在節(jié)點(diǎn)112提供的全波整流的波形152的示例圖150。電容器96和電位計(jì)98在節(jié)點(diǎn)112接收全波整流的波形，并提供橫跨電位計(jì)98的全波整流的波形。圖3C是橫跨電位計(jì)98的濾波的波形162的示例圖160。濾波的波形162逼近全波整流的波形的平均峰值電壓，如虛線164所示。
比較器92經(jīng)由在運(yùn)算放大器120的非反轉(zhuǎn)端122的通路118，從電位計(jì)98的可調(diào)節(jié)的支路接收表示平均峰值電壓的電壓。比較器92比較在非反轉(zhuǎn)端122的平均峰值電壓的值和在反轉(zhuǎn)端124所接收的預(yù)設(shè)DC閥值電壓，在圖3的166所示。當(dāng)全波整流的振蕩電壓的平均峰值的表示值減小到基本上等于預(yù)設(shè)DC閥值電壓的值時(shí)，運(yùn)算放大器120在輸出126提供脈沖啟動(dòng)信號(hào)1，以使得脈沖控制器28啟動(dòng)將隨后的DC電壓脈沖施加到諧振電路24。預(yù)設(shè)DC閥值具有某值，該值使得當(dāng)振蕩電壓的峰值減小為DC閥值時(shí)，由諧振電路24存儲(chǔ)的能量總量消散到使得隨后DC脈沖的施加將不會(huì)損壞諧振電路24的級(jí)別。
圖4說明根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱系統(tǒng)20的另一個(gè)示例性實(shí)施例170。感應(yīng)加熱系統(tǒng)170與在此先前所述的感應(yīng)加熱系統(tǒng)20相似。然而，在該實(shí)施例中，脈沖激發(fā)器30橫跨電源開關(guān)26連接，并且電壓采樣電路90配置為將表示由諧振加熱電路24生成的振蕩電壓的平均峰值的值提供給比較器92，其基于振蕩電壓的半波整流形式。
在這點(diǎn)上，電壓采樣電路90經(jīng)由具有連接到節(jié)點(diǎn)44的第一端和第二端的耦合電容器172而電容性地連接到節(jié)點(diǎn)44。降壓電阻器174具有連接到耦合電容器172的第二端的第一端以及連接到監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)175的第二端。監(jiān)測(cè)電阻器176在監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)175和地46之間連接。降壓電阻器174和監(jiān)測(cè)電阻器176用作分壓器，橫跨監(jiān)測(cè)電阻器176的監(jiān)測(cè)電壓表示由諧振加熱電路24生成的振蕩電壓。
多個(gè)二極管178是陰極對(duì)陽(yáng)極串聯(lián)的二極管，與監(jiān)測(cè)電阻器176并聯(lián)，該多個(gè)二極管的第一個(gè)二極管的陽(yáng)極連接到監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)175，該多個(gè)二極管的最后一個(gè)二極管的陰極連接到地46。多個(gè)二極管178用于限制橫跨監(jiān)測(cè)電阻器176的監(jiān)測(cè)電壓，以由此限制在非反轉(zhuǎn)輸入122的電壓，以防止對(duì)運(yùn)算放大器122的潛在損壞。
二極管180具有連接到監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)175的陽(yáng)極和連接到非反轉(zhuǎn)輸入122的陰極，并用于在非反轉(zhuǎn)輸入122處提供橫跨檢測(cè)電阻器176的監(jiān)測(cè)電壓的半波整流形式。電容器182和電阻器184在非反轉(zhuǎn)端122和地46之間并聯(lián)，并用于濾波由二極管180提供的半波整流的波形，以由此在非反轉(zhuǎn)端122處提供濾波的波形，其表示由諧振加熱電路24生成的振蕩電壓的平均峰值。
當(dāng)電源開關(guān)26處于閉合位置時(shí)，節(jié)點(diǎn)44連接到地，這有效地將脈沖激發(fā)器30從系統(tǒng)中除去，同時(shí)橫跨諧振加熱電路24施加DC電壓脈沖。當(dāng)通過開啟電源開關(guān)26而將DC電壓脈沖從諧振電路24中除去時(shí)，諧振加熱電路24開始生成振蕩電壓。在DC輸出節(jié)點(diǎn)42的DC電壓電平和由諧振電路24生成的振蕩電壓的總和出現(xiàn)在橫跨開關(guān)26的從節(jié)點(diǎn)44到地46。耦合電容172實(shí)質(zhì)上除去DC元件并且因此振蕩電壓橫跨降壓電阻器174和監(jiān)測(cè)電阻器176出現(xiàn)，大部分振蕩電壓橫跨降壓電阻器94出現(xiàn)并且監(jiān)測(cè)電壓橫跨從監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)175到地46的檢測(cè)電阻器176出現(xiàn)。
然后二極管180橫跨檢測(cè)電阻器176提供監(jiān)測(cè)電壓的半波整流的形式，其實(shí)質(zhì)上由電容182和電阻器184濾波。濾波的波形表示由二極管180提供的半波整流的電壓的平均峰值，并被提供到運(yùn)算放大器120的非反轉(zhuǎn)輸出122，以與在反轉(zhuǎn)輸入124的預(yù)設(shè)DC閥值電壓作比較。
在上述說明中已經(jīng)闡述了本發(fā)明的各種特征和優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，應(yīng)該理解本發(fā)明在許多方面僅僅是說明性的?？梢栽诓考睦缧螤睢⒊叽绾团帕械鹊募?xì)節(jié)上做出改變，而不超過本發(fā)明的范圍。由下面的權(quán)利要求所表達(dá)的語(yǔ)言限定本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種感應(yīng)加熱系統(tǒng)，包括電源開關(guān)；諧振加熱電路，配置為連接負(fù)載并配置為響應(yīng)于DC電壓脈沖生成振蕩電壓；以及脈沖激發(fā)器，配置為提供具有表示由諧振加熱電路生成的振蕩電壓的峰值電壓的平均值的值的監(jiān)測(cè)電壓，并配置為當(dāng)該監(jiān)測(cè)電壓的值基本上等于或小于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，提供脈沖啟動(dòng)信號(hào)以啟動(dòng)將隨后的DC電壓脈沖施加到諧振電路。
2.如權(quán)利要求1的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中電源開關(guān)配置為閉合和開啟以提供DC電壓脈沖。
3.如權(quán)利要求2的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中電源開關(guān)配置為響應(yīng)于開關(guān)控制信號(hào)而開啟和閉合。
4.如權(quán)利要求3的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，還包括脈沖控制器，位于脈沖激發(fā)器和電源開關(guān)之間，并配置為將開關(guān)控制信號(hào)提供給電源開關(guān)，其中響應(yīng)于脈沖激發(fā)器檢測(cè)橫跨諧振的平均功率在基本上等于預(yù)設(shè)最小閥值的等級(jí)上，脈沖控制器提供導(dǎo)致電源開關(guān)閉合的開關(guān)控制信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中在導(dǎo)致電源開關(guān)閉合之后，脈沖控制器配置為在某持續(xù)時(shí)間之后，提供導(dǎo)致電源開關(guān)開啟的開關(guān)控制信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中該持續(xù)時(shí)間是基本上等于基于諧振加熱電路的最大存儲(chǔ)容量的最大可允許持續(xù)時(shí)間的預(yù)設(shè)固定值。
7.如權(quán)利要求5的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中該持續(xù)時(shí)間在最小值和最大值之間是可調(diào)節(jié)的，其中該最大值是基于諧振加熱電路的最大存儲(chǔ)容量的持續(xù)時(shí)間。
8.如權(quán)利要求1的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中脈沖激發(fā)器包括電壓采樣電路，配置為提供表示諧振電路的振蕩電壓的平均峰-對(duì)-峰電壓的監(jiān)測(cè)電壓；以及電平確定器，配置為接收監(jiān)測(cè)電壓，并配置為當(dāng)振蕩電壓的平均峰-對(duì)-峰電壓的電平基本上等于預(yù)設(shè)最小閥值時(shí)，啟動(dòng)隨后DC電壓脈沖的施加。
9.如權(quán)利要求8的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中電平確定器包括比較器電路。
10.如權(quán)利要求8的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中電壓采樣電路包括全波整流器，具有通過第一和第二電容器分別橫跨諧振電路連接的一對(duì)輸入節(jié)點(diǎn)，并具有連接到地的第一輸出節(jié)點(diǎn)和第二輸出節(jié)點(diǎn)；平滑電容器，橫跨全波整流器輸出節(jié)點(diǎn)連接；以及電阻器，與平滑電容器并聯(lián)連接，其中橫跨該電阻器的電壓是監(jiān)測(cè)電壓。
11.如權(quán)利要求9的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中比較器包括運(yùn)算放大器，具有連接到電阻器的非反轉(zhuǎn)輸入、配置為接收預(yù)設(shè)最小閥值的反轉(zhuǎn)信號(hào)、以及配置為當(dāng)振蕩電壓的平均峰-對(duì)-峰電壓的電平基本上等于預(yù)設(shè)最小閥值時(shí)，啟動(dòng)施加隨后DC電壓脈沖的施加。
12.如權(quán)利要求1的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中電源開關(guān)包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，具有配置為接收控制信號(hào)的柵極、連接到電源開關(guān)的集電極、以及連接到地的射極。
13.一種操作感應(yīng)加熱系統(tǒng)的方法，該方法包括操作電源開關(guān)，以將DC電壓脈沖施加到諧振電路；諧振電路響應(yīng)于DC電壓脈沖生成振蕩電壓；以及當(dāng)檢測(cè)到橫跨諧振電路的平均峰-對(duì)-峰電壓在基本上等于預(yù)設(shè)最小閥值的電平時(shí)，將隨后的DC電壓脈沖施加到諧振電路。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中操作開關(guān)包括閉合并開啟電源開關(guān)。
15.如權(quán)利要求13的方法，其中檢測(cè)振蕩電壓的平均峰-對(duì)-峰電壓包括提供表示橫跨諧振加熱電路的振蕩電壓的平均峰-對(duì)-峰電壓的監(jiān)測(cè)電壓；比較該監(jiān)測(cè)電壓和最小閥值；以及當(dāng)監(jiān)測(cè)電壓基本上等于最小閥值時(shí)閉合電源開關(guān)，以由此啟動(dòng)將隨后的DC電壓脈沖施加到諧振加熱電路。
16.一種連接到AC電源的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括整流器，連接到AC電源并配置為在DC輸出節(jié)點(diǎn)提供DC電壓；電源開關(guān)，具有第一端、連接到地的第二端、以及控制柵；諧振電路，在DC輸出節(jié)點(diǎn)和電源開關(guān)的第一端之間連接；脈沖控制器，配置為將控制信號(hào)提供給電源開關(guān)控制柵以開啟和閉合電源開關(guān)，以由此將DC電壓脈沖提供給諧振電路，使得諧振電路生成振蕩電壓；以及脈沖激發(fā)器，與諧振電路并聯(lián)連接，并配置為監(jiān)測(cè)橫跨諧振電路的平均電壓，并且當(dāng)橫跨諧振電路的平均功率減小為基本上等于預(yù)設(shè)閥值的等級(jí)時(shí)，將控制信號(hào)提供給脈沖控制器，指示脈沖控制器閉合電源開關(guān)以由此啟動(dòng)將隨后的DC電壓脈沖施加到諧振電路。
17.如權(quán)利要求16的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中電源開關(guān)包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，具有配置為接收控制信號(hào)的柵極、連接到電源開關(guān)的集電極、以及連接到地的射極。
18.如權(quán)利要求16的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中脈沖激發(fā)器包括電壓采樣電路，與諧振電路并聯(lián)連接，并配置為提供表示諧振電路的振蕩電壓的平均峰-對(duì)-峰電壓的監(jiān)測(cè)電壓；以及比較器，配置為接收監(jiān)測(cè)電壓，并配置為當(dāng)振蕩電壓的平均峰-對(duì)-峰電壓的電平基本上等于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，將控制信號(hào)提供給脈沖控制器。
19.如權(quán)利要求18的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中電壓采樣電路包括全波整流器，具有通過第一和第二電容器分別橫跨諧振電路連接的一對(duì)輸入節(jié)點(diǎn)，并具有連接到地的第一輸出節(jié)點(diǎn)和第二輸出節(jié)點(diǎn)；平滑電容器，橫跨全波整流器輸出節(jié)點(diǎn)連接；以及電阻器，與平滑電容器并聯(lián)連接，其中橫跨該電阻器的電壓是監(jiān)測(cè)電壓。
20.如權(quán)利要求18的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中比較器包括運(yùn)算放大器，具有連接到電阻器的非反轉(zhuǎn)輸入、配置為接收預(yù)設(shè)閥值的反轉(zhuǎn)信號(hào)、以及配置為將控制信號(hào)提供給脈沖控制器的輸出。
21.如權(quán)利要求16的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中諧振電路包括電容器，具有連接到DC輸出節(jié)點(diǎn)的第一端以及連接到電源開關(guān)的第二端的第二端；以及感應(yīng)加熱線圈，與電容器并聯(lián)連接。
22.如權(quán)利要求21的感應(yīng)加熱系統(tǒng)，其中感應(yīng)加熱線圈感應(yīng)地連接到工作頭。
全文摘要
提供了一種感應(yīng)加熱。該感應(yīng)加熱系統(tǒng)包括電源開關(guān)、諧振加熱電路、以及脈沖激發(fā)器。該諧振加熱電路配置為連接到負(fù)載并配置為響應(yīng)于具有DC電壓電平的DC脈沖輸入而生成振蕩電壓。脈沖激發(fā)器配置為提供具有表示由諧振加熱電路生成的振蕩電壓的峰值電壓的平均值的值的監(jiān)測(cè)電壓，并配置為當(dāng)監(jiān)測(cè)電壓的值基本上等于或小于預(yù)設(shè)閥值時(shí)，提供脈沖啟動(dòng)信號(hào)以啟動(dòng)將隨后的DC電壓脈沖施加到諧振加熱電路。
文檔編號(hào)H05B6/06GK1857033SQ200480027861
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2004年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月25日
發(fā)明者埃德蒙·J·林 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司