兩款極高性?xún)r(jià)比的電磁爐系統設計方案

　　一、電磁爐的基本工作原理

　　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 Flash ROM，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。

　　二、電磁爐系統方案原理框圖

　　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

　　三、電磁爐方案主要功能

　　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。

　　四、電磁爐功能模塊說(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 LED　SEG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。

　　3、 TKCNT會(huì )記錄從充電開(kāi)始到看到信號的時(shí)間。

　　4、 如果有手觸摸到按鍵時(shí)，Cxn的值會(huì )增加，則Cadj電壓上升的時(shí)間會(huì )減小，也就是TKCN的值會(huì )減小。

　　5、 用戶(hù)便可以通過(guò)TKCNT的掃描值來(lái)確認是否有觸摸按鍵被按下。

　　七、觸摸按鍵干擾解決方案——賽元觸摸按鍵庫

　　相較于機械式按鍵和電阻式觸摸按鍵，電容式觸摸按鍵不僅耐用，造價(jià)低廉，機構簡(jiǎn)單易于安裝，防水防污，而且還能提供如滾輪、滑動(dòng)條的功能。但是電容式觸摸按 鍵也存在很多的問(wèn)題，因為沒(méi)有機械構造，所有的檢測都是電量的微小變化，所以對各種干擾敏感得多。賽元提供了完善的解決方案庫，無(wú)需用戶(hù)軟件處理觸摸按 鍵，只要簡(jiǎn)單調用賽元庫文件，就能輕易讀取按鍵狀態(tài)，其復雜的判鍵過(guò)程，完全由賽元庫文件處理：

　　1、電磁干擾

　　電磁爐工作時(shí)，產(chǎn)生電磁場(chǎng)，從而干擾觸摸按鍵的變化值，賽元受益于對電磁爐功率控制的熟悉，觸摸按鍵庫作了相應的軟件算法處理，使觸摸按鍵更加可靠。

　　2、濺水、濺油的影響

　　在電磁爐的使用當中，常常會(huì )出現水或油濺到觸摸面板上，它可能導致按鍵誤觸發(fā)，賽元觸摸按鍵庫文件采用特殊軟件算法可靠地將覆水濺油與手指按下的狀態(tài)區分開(kāi)。

　　3、環(huán)境自適應能力

　　電磁爐在工作的時(shí)候，會(huì )產(chǎn)生大量的熱量與濕氣，面板溫度、濕度，電路板溫度、濕度都是會(huì )在一個(gè)很寬的范圍浮動(dòng)，而隨著(zhù)使用時(shí)間的推移，包括微晶面板、PCB 板都會(huì )出現不同程序的老化，從而影響按鍵檢測的準確度。賽元觸摸按鍵庫文件，實(shí)現了自動(dòng)校準功能，實(shí)時(shí)地提供環(huán)境檢測，實(shí)現環(huán)境自適應的機制。