基于賽元兩款MCU的觸摸電磁爐整體方案

電磁爐工作原理：

一般廚具是通過(guò)本身發(fā)熱，熱量再傳導到鍋具，電磁爐不是由本身產(chǎn)生熱量對食物進(jìn)行加熱，電磁爐將交流電轉換成直流電壓，再通過(guò)勵磁線(xiàn)圈加到IGBT 上，IGBT受驅動(dòng)控制導通和截止，勵磁線(xiàn)圈有頻率為20-50KHz的電流流過(guò)，勵磁線(xiàn)圈產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，若有鐵鍋置于爐面上，則鍋底產(chǎn)生渦流，渦流克服鍋內阻而轉換成熱能。

由于電磁爐是采用這種磁場(chǎng)感應電流的加熱原理，它的關(guān)鍵元器件是大功率IGBT高速交替開(kāi)關(guān)，IGBT的保護是電磁爐的重點(diǎn)和難點(diǎn)，針對電磁爐工作過(guò)程中，遇任任何情況都要快速保護的特點(diǎn)，賽元推出了電磁加熱專(zhuān)用微控制器SC91F738，內置16MHz RC可提供MCU 16MHz工作頻率，8K FlashROM，256RAM，4路比較器，1路運算放大器，3+1通道ADC，蜂鳴器Buzzer，IGBT控制 PPG，把過(guò)流保護，過(guò)流保護，反壓調節，同步等等功能模塊都集成到MCU內部。

電磁爐功能

1、 無(wú)鍋檢測

自動(dòng)偵測爐臺有無(wú)鍋，只在有鍋時(shí)，才能開(kāi)啟功率器件IGBT。

2、 功率控制

賽元SC91F738的PPG輸出不同的PWM信號，所形成的負荷電流的大小是不同的。根據所設的檔位的功率大小，由SC91F738測試到的市電電壓值、電流值，PPG輸出合適的PPG占空比，以達到功率的自動(dòng)控制。使功率不受市的影響。

3、 溫度控制

在微晶板的鍋底下方設置了溫度傳感器，可實(shí)現對溫度的自動(dòng)控制，用戶(hù)可選適合的溫度檔。

4、 定時(shí)

預約開(kāi)機，定時(shí)關(guān)機

5、 報警

市電過(guò)壓、欠壓，IGBT溫度過(guò)高，鍋底溫度過(guò)高、電流過(guò)大、傳感器故障等等都要報警。

基于賽元SC91F738電磁加熱專(zhuān)用MCU和賽元SC91F832觸摸按鍵MCU的電磁爐系統原理框圖

下面對一些電磁爐功能模塊作簡(jiǎn)要說(shuō)明：

1、 主回路，功率控制PPG

如框圖，IGBT受脈沖驅動(dòng)，當IGBT導通時(shí)，勵磁線(xiàn)圈電流迅速增加，當IGBT截止時(shí)，L、C回路發(fā)生諧振，IGBT集電極產(chǎn)生脈沖高壓，當高壓降至近0時(shí)，驅動(dòng)使IGBT再次導通，驅動(dòng)脈寬決定了電磁爐負載的大小，通常IGBT由振蕩電路、脈寬控制電路等外圍電路完成。

賽元SC91F738 把這些外圍電路集成到內MCU部，叫PPG(可編程脈沖產(chǎn)生器)。SC91F738內部有16MHz高速RC時(shí)鐘源，11Bits可調脈寬，在 0.0625μs~128μs范圍，步進(jìn)單位為0.0625μs， 2K級可調，使脈寬調節更別細膩平滑。

SC91F738的PPG，除反壓保護的自減功能外，它集成了活靈的自動(dòng)追蹤目標值的功能。

SC91F738的PPG采用反向占空比的開(kāi)漏輸出，把IGBT驅動(dòng)電路一減再減。

2、 同步檢測

同步電路監視主回路的工作狀況，當IGBT電壓下降接近0V時(shí)，輸出一個(gè)觸發(fā)脈沖，使IGBT導通。這樣可避免勵磁線(xiàn)圈中的電流瞬間變化太大，保護了功率器件IGBT。

賽元SC91F738集成了同步檢測功能，并自動(dòng)觸發(fā)PPG輸出，使外部電路大大簡(jiǎn)省，同時(shí)，SC91F738 PPG的延時(shí)功能，直接通過(guò)軟件設置不同的延時(shí)輸出時(shí)間，達到移相的效果，與用外部硬件移相比較，軟件設置更加靈活。

3、 反壓自動(dòng)調節

當IGBT關(guān)斷時(shí)，勵磁線(xiàn)圈產(chǎn)生反壓，為了保護IGBT，都要嚴密監視IGBT集電極電壓，一旦電壓過(guò)高，一般通過(guò)外圍電路立即關(guān)斷驅動(dòng)脈沖，再通過(guò)軟件重新開(kāi)啟，普通做法由于重啟較慢，正弦的包洛就會(huì )被削掉部分，降低電源利用率。

賽元SC91F738內部集成反壓自動(dòng)調節模塊，不但反壓過(guò)大時(shí)，會(huì )自動(dòng)按你程式預設減小脈沖寬度，還會(huì )根據反壓過(guò)壓次數，自動(dòng)靈活調節，該模塊更特別的是它會(huì )自動(dòng)跟蹤目標值功能，MCU硬件幫你做到動(dòng)態(tài)平衡在最高效率，讓包洛更加接近正弦波，相同的外部元器件，能做到更高的電磁爐功率。

4、 過(guò)壓保護

當電源本身或干擾而電壓過(guò)高時(shí)。如電機、電風(fēng)扇、日光燈等開(kāi)關(guān)時(shí)，電源都會(huì )被干擾而產(chǎn)生電壓浪涌，為了保護功率管IGBT不被燒壞，微控制器都要立即進(jìn)入保護狀態(tài)。 賽元SC91F738 內部集成了一個(gè)過(guò)壓保護比較器。

5、 過(guò)流保護

一般電磁爐只做電壓浪涌保護功能，但賽元SC91F738特別增加了一個(gè)電流浪涌保護比較器，具有電壓浪涌、電流浪涌雙重保護，使產(chǎn)品更加安全可靠。

6、 電壓電流溫度測試

賽元SC91F738 有3+1通道ADC，提供爐面溫測試、IGBT溫度測試、電壓測試，另一通道ADC連接到內部放大器，提供電流放大測試。

7、 與面板的通訊接口

賽元SC91F738提供類(lèi)IIC的高速通訊接口，使之與面板連接排線(xiàn)減到最少，只有兩根通訊線(xiàn)，既可以與慢速的IO通訊，還能與具有IIC接口的MCU高速通訊，如賽元SC91F832觸摸按鍵MCU。

五、賽元SC91F832電磁爐面板方案

電磁爐面板方案 觸摸Key與LED共用IO

在本解決方案中采用28pin的SC91F832做按鍵顯示板的主控芯片，16個(gè)觸摸按鍵，24個(gè)LED + 4位數碼管顯示、與主板IIC通訊，同時(shí)類(lèi)IIC接口也是工程師調試接口。相對觸摸按鍵IC加顯示IC方案，賽元SC91F832的優(yōu)點(diǎn)是觸摸按鍵IO與 LEDSEG可以共用，使整個(gè)顯示面板簡(jiǎn)單到只有電阻，以單IC完成多按鍵多LED及應用功能控制。

SC91F832，工作電壓2.5~5.5V，內部高速RC振蕩電路可提供MCU 16MHz工作頻率，提供外設時(shí)鐘，共有25個(gè)I/O可用，16個(gè)電荷轉移實(shí)現的觸摸按鍵。512B的RAM和8KB的FLASH，還有10萬(wàn)次擦寫(xiě)次數的256B EEPROM數據存儲器，可單Byte讀寫(xiě)。

六、觸摸按鍵的工作原理框圖

觸摸按鍵原理

1、 穩壓電源(或VDD)通過(guò)CTIME的頻率設置的頻率向外部的分布電容Cxn和基準電容Cadj充電。

2、 Cadj電壓會(huì )逐步上升至充電電路的設置值后，經(jīng)過(guò)濾波電路 后給出信號。