基于CY8C22545的觸摸按鍵電磁爐設(shè)計

　1.引言

　　電容感應方式的觸摸按鍵有很多優(yōu)點，由于不需要機械結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)的機械按鍵和薄膜按鍵，觸摸式按鍵有著不可比擬的優(yōu)勢，并由此帶來了時尚美觀的外觀設(shè)計。目前已經(jīng)廣泛應用于各種消費類電子產(chǎn)品。越來越多的家電產(chǎn)品也開始采用觸摸按鍵，電磁爐是其中一個典型的應用。

　　Cypress的觸摸技術(shù)Capsense是基于PSoC產(chǎn)品上的一種應用。PSoC(可編程片上系統(tǒng))包含有8位微處理器核和數(shù)字與模擬混合信號陣列的可編程片上系統(tǒng)。不僅具有MCU的可編程序能力，還包含了部分可編程邏輯運算功能，同時也提供了可編程模擬陣列，集三種可編程能力與一體。在大多數(shù)家電的觸摸應用中，一般包括觸摸感應處理和系統(tǒng)控制處理。PSoC可提供該類應用中所需要的資源，并簡化了系統(tǒng)。

　　2.電磁爐控制原理及結(jié)構(gòu)

　　電磁爐采用磁場感應電流加熱原理。它利用交變電流通過線圈產(chǎn)生交變磁場，交變磁場在鐵質(zhì)鍋具的底部產(chǎn)生感應電流(又稱渦流)，渦流使鍋具鐵分子高速無規(guī)則運動分子互相碰撞摩擦而產(chǎn)生熱能。圖1是典型的電磁爐系統(tǒng)框圖。

　　電磁爐的主回路為一個LC諧振電路，諧振頻率在20-30KHz左右。諧振回路由市電經(jīng)過整流濾波后產(chǎn)生的310V直流電壓供電。主回路中的IGBT工作在低開關(guān)損耗的零電壓開關(guān)方式(ZVS)，使線盤與諧振電容產(chǎn)生諧振電壓，從而實現(xiàn)電磁的轉(zhuǎn)換。為了實現(xiàn)IGBT零電壓開關(guān)的控制，電路中需要對IGBT上的電壓進行檢測，或稱作同步檢測，只有在IGBT上的電壓接近零電壓時才允許IGBT導通。電磁爐的功率調(diào)整是通過對IGBT功率管進行PWM占空比的調(diào)整來實現(xiàn)的，PWM占空比增大時，IGBT導通時間增長，為線盤提供的電流增大，相應增大電磁爐的功率。振蕩器電路就是用于產(chǎn)生PWM信號以驅(qū)動IGBT，PWM占空比由諧振電路和主控制器提供的參考電壓等共同決定的。通常，主控制器是通過輸出PWM占空比信號，并經(jīng)過一個RC濾波器來產(chǎn)生參考電壓。電流負反饋控制是通過檢測市電輸入電流實現(xiàn)對IGBT電流的控制。電路對電流采樣信號進行處理，進而減少IGBT的導通時間而減少IGBT平均電流。其他電路還包括電網(wǎng)電壓檢測，IGBT及鍋面溫度檢測，浪涌保護電路等一些外圍接口電路。主控制器通過上述采樣和控制電路可進行恒功率控制，恒溫控制，過欠壓保護，過溫保護等一系列控制。

　　圖1. 電磁爐系統(tǒng)框圖

　　由于電磁爐控制面板和主電路通常放置在電磁爐中的不同位置，為了設(shè)計和維修的方便性，大多數(shù)的設(shè)計都采用兩個PCB板的方式 – 功率板和用戶接口面板。根據(jù)主控MCU放置的位置，大多可以分成以下三種結(jié)構(gòu)。

　　1)主控MCU放置在功率板上，用戶接口面板為簡單的按鍵和LED顯示。系統(tǒng)中只有一個MCU，成本較低，兩個PCB板之間通過較多的線束進行連接。

　　2)主控MCU放置在功率板上，用戶接口面板用另外一個MCU進行控制。兩個PCB板之間通過較少的線束連接。通常用于較高端的設(shè)計中，面板可以進行較復雜的操作。

　　3)主控MCU放置在用戶接口面板上，功率板由幾個運放及一些離散器件構(gòu)成。PCB之間的線束適中，系統(tǒng)成本較低，面板也可進行較復雜的操作。多數(shù)設(shè)計采用這種方式。

　　3.觸摸按鍵電磁爐控制器

　　由于消費者在選擇電磁爐時更多注意力是集中在爐具的外觀上，觸摸按鍵類的產(chǎn)品因此也越來越多的引入到電磁爐的設(shè)計中。在初期的設(shè)計中，多數(shù)采用分立器件設(shè)計觸摸按鍵。雖然成本較低，但分立器件調(diào)試非常困難，不適于批量生產(chǎn)，因此多數(shù)新的設(shè)計采用專用觸摸按鍵控制器。觸摸按鍵專用芯片的引入增加了系統(tǒng)的成本和設(shè)計的復雜度，并改變了原有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。PSoC可集成觸摸控制及主控功能為一體，可很好的將原有的非觸摸式電磁爐設(shè)計升級到觸摸式電磁爐。

　　3.1 CY8C22545介紹

　　CY8C22x45系列產(chǎn)品是Cypress針對觸摸應用及系統(tǒng)控制而專門設(shè)計的PSoC器件。圖2是CY8C22x45的系統(tǒng)框圖，它與普通的PSoC產(chǎn)品有相同的架構(gòu)，包括有8個數(shù)字模塊和6個簡化型的模擬模塊。這些模塊可根據(jù)客戶具體需要配置成為不同的外設(shè)，例如PWM發(fā)生器，定時器，ADC，比較器等。CY8C22x45為用戶提供了最多可到38個通用I/O, 16Kbyte閃存及1Kbyte的SRAM以及其它一些片上資源，例如10bit SAR ADC，電壓參考源(VDAC)，I2C通信模塊， 硬件實時時鐘(RTC)。該系列器件專門為觸摸設(shè)計提供了相應的片上資源，并優(yōu)化了內(nèi)部掃描電路。在不占用片上其他數(shù)字資源的情況下，可以實現(xiàn)雙通道的信號同時掃描，從而縮短所有按鍵總的掃描時間。

　　CY8C22x45可支持Cypress公司的CSA 和CSD 的Capsense算法，并可支持各種不同的觸摸設(shè)計，例如按鍵，線型滑條，圓形滑條，ITO觸摸屏等等。通過Cypress提供的圖形化設(shè)計軟件，用戶可以方便的將觸摸檢測和系統(tǒng)控制功

　　能完美的集成在同一個PSoC控制器上來完成。

　　圖2. CY8C22x45系統(tǒng)框圖