兩款極高性?xún)r(jià)比的電磁爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dǎo)到鍋具，電磁爐不是由本身產(chǎn)生熱量對(duì)食物進(jìn)行加熱，電磁爐將交流電轉(zhuǎn)換成直流電壓，再通過(guò)勵(lì)磁線(xiàn)圈加到IGBT 上，IGBT受驅(qū)動(dòng)控制導(dǎo)通和截止，勵(lì)磁線(xiàn)圈有頻率為20—50KHz的電流流過(guò)，勵(lì)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(nèi)阻而轉(zhuǎn)換成熱能。

　　由于電磁爐是采用這種磁場(chǎng)感應(yīng)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(hù)是電磁爐的重點(diǎn)和難點(diǎn)，針對(duì)電磁爐工作過(guò)程中，遇任任何情況都要快速保護(hù)的特點(diǎn)，賽元推出了電磁加熱專(zhuān)用微控制器SC91F738，內(nèi)置16MHz RC可提供MCU 16MHz工作頻率，8K Flash ROM，256RAM，4路比較器，1路運(yùn)算放大器，3+1通道ADC，蜂鳴器Buzzer，IGBT控制 PPG，把過(guò)流保護(hù)，過(guò)流保護(hù)，反壓調(diào)節(jié)，同步等等功能模塊都集成到MCU內(nèi)部。

　　二、電磁爐系統(tǒng)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(tǒng)原理框圖

　　三、電磁爐方案主要功能

　　1、無(wú)鍋檢測(cè)

　　自動(dòng)偵測(cè)爐臺(tái)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(hào)，所形成的負(fù)荷電流的大小是不同的。根據(jù)所設(shè)的檔位的功率大小，由SC91F738測(cè)試到的市電電壓值、電流值，PPG輸出合適的PPG占空比，以達(dá)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(shè)置了溫度傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的自動(dòng)控制，用戶(hù)可選適合的溫度檔。

　　4、定時(shí)

　　預(yù)約開(kāi)機(jī)，定時(shí)關(guān)機(jī)

　　5、報(bào)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(bào)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(qū)動(dòng)，當(dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)，勵(lì)磁線(xiàn)圈電流迅速增加，當(dāng)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(dāng)高壓降至近0 時(shí)，驅(qū)動(dòng)使IGBT再次導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)脈寬決定了電磁爐負(fù)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(nèi)MCU部，叫PPG(可編程脈沖產(chǎn)生器)。SC91F738內(nèi)部有16MHz高速RC時(shí)鐘源，11Bits可調(diào)脈寬，在0.0625μs~128μs范圍，步進(jìn)單位為0.0625μs, 2K級(jí)可調(diào)，使脈寬調(diào)節(jié)更別細(xì)膩平滑。

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

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

　　2、同步檢測(cè)

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

　　賽元SC91F738集成了同步檢測(cè)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(shè)置不同的延時(shí)輸出時(shí)間，達(dá)到移相的效果，與用外部硬件移相比較，軟件設(shè)置更加靈活。

　　3、反壓自動(dòng)調(diào)節(jié)

　　當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，勵(lì)磁線(xiàn)圈產(chǎn)生反壓，為了保護(hù)IGBT，都要嚴(yán)密監(jiān)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(qū)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(nèi)部集成反壓自動(dòng)調(diào)節(jié)模塊，不但反壓過(guò)大時(shí)，會(huì)自動(dòng)按你程式預(yù)設(shè)減小脈沖寬度，還會(huì)根據(jù)反壓過(guò)壓次數(shù)，自動(dòng)靈活調(diào)節(jié)，該模塊更特別的是 它會(huì)自動(dòng)跟蹤目標(biāo)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(hù)

　　當(dāng)電源本身或干擾而電壓過(guò)高時(shí)。如電機(jī)、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(hù)功率管IGBT不被燒壞，微控制器都要立即進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。 賽元SC91F738 內(nèi)部集成了一個(gè)過(guò)壓保護(hù)比較器。

　　5、過(guò)流保護(hù)

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

　　6、電壓電流溫度測(cè)試

　　賽元SC91F738 有3+1通道ADC，提供爐面溫測(cè)試、IGBT溫度測(cè)試、電壓測(cè)試，另一通道ADC連接到內(nèi)部放大器，提供電流放大測(cè)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(shù)碼管顯示、與主板IIC通訊，同時(shí)類(lèi)IIC接口也是工程師調(diào)試接口。相對(duì)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(yīng)用功能控制。

　　SC91F832,工作電壓2.5~5.5V，內(nèi)部高速RC振蕩電路可提供MCU 16MHz工作頻率，提供外設(shè)時(shí)鐘，共有25個(gè)I/O可用，16個(gè)電荷轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)的觸摸按鍵。512B的RAM和8KB的FLASH，還有10萬(wàn)次擦寫(xiě)次數(shù) 的256B EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(wěn)壓電源(或VDD)通過(guò)CTIME的頻率設(shè)置的頻率向外部的分布電容Cxn和基準(zhǔn)電容Cadj充電。

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

　　3、 TKCNT會(huì)記錄從充電開(kāi)始到看到信號(hào)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(rèn)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(kù)

　　相較于機(jī)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(jī)構(gòu)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?yàn)闆](méi)有機(jī)械構(gòu)造，所有的檢測(cè)都是電量的微小變化，所以對(duì)各種干擾敏感得多。賽元提供了完善的解決方案庫(kù)，無(wú)需用戶(hù)軟件處理觸摸按 鍵，只要簡(jiǎn)單調(diào)用賽元庫(kù)文件，就能輕易讀取按鍵狀態(tài)，其復(fù)雜的判鍵過(guò)程，完全由賽元庫(kù)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(duì)電磁爐功率控制的熟悉，觸摸按鍵庫(kù)作了相應(yīng)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(dāng)中，常常會(huì)出現(xiàn)水或油濺到觸摸面板上，它可能導(dǎo)致按鍵誤觸發(fā)，賽元觸摸按鍵庫(kù)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(qū)分開(kāi)。

　　3、環(huán)境自適應(yīng)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)，而隨著使用時(shí)間的推移，包括微晶面板、PCB 板都會(huì)出現(xiàn)不同程序的老化，從而影響按鍵檢測(cè)的準(zhǔn)確度。賽元觸摸按鍵庫(kù)文件，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)校準(zhǔn)功能，實(shí)時(shí)地提供環(huán)境檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境自適應(yīng)的機(jī)制。