兩款極高性價比的電磁爐系統(tǒng)設(shè)計方案

　　一、電磁爐的基本工作原理

　　一般廚具是通過本身發(fā)熱，熱量再傳導(dǎo)到鍋具，電磁爐不是由本身產(chǎn)生熱量對食物進行加熱，電磁爐將交流電轉(zhuǎn)換成直流電壓，再通過勵磁線圈加到IGBT 上，IGBT受驅(qū)動控制導(dǎo)通和截止，勵磁線圈有頻率為20—50KHz的電流流過，勵磁線圈產(chǎn)生高頻磁場，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高速交替開關(guān)，IGBT的保護是電磁爐的重點和難點，針對電磁爐工作過程中，遇任任何情況都要快速保護的特點，賽元推出了電磁加熱專用微控制器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路運算放大器，3+1通道ADC，蜂鳴器Buzzer，IGBT控制 PPG，把過流保護，過流保護，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、無鍋檢測

　　自動偵測爐臺有無鍋，只在有鍋時，才能開啟功率器件IGBT。

　　2、功率控制

　　賽元SC91F738的PPG輸出不同的PWM信號，所形成的負(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，可實現(xiàn)對溫度的自動控制，用戶可選適合的溫度檔。

　　4、定時

　　預(yù)約開機，定時關(guān)機

　　5、報警

　　市電過壓、欠壓，IGBT溫度過高，鍋底溫度過高、電流過大、傳感器故障等等都要報警。

　　四、電磁爐功能模塊說明

　　1、主回路，功率控制PPG

　　如框圖，IGBT受脈沖驅(qū)動，當(dāng)IGBT導(dǎo)通時，勵磁線圈電流迅速增加，當(dāng)IGBT截止時，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，驅(qū)動使IGBT再次導(dǎo)通，驅(qū)動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時鐘源，11Bits可調(diào)脈寬，在0.0625μs~128μs范圍，步進單位為0.0625μs, 2K級可調(diào)，使脈寬調(diào)節(jié)更別細(xì)膩平滑。

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

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

　　2、同步檢測

　　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，輸出一個觸發(fā)脈沖，使IGBT導(dǎo)通。這樣可避免勵磁線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，并自動觸發(fā)PPG輸出，使外部電路大大簡省，同時，SC91F738 PPG的延時功能，直接通過軟件設(shè)置不同的延時輸出時間，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、反壓自動調(diào)節(jié)

　　當(dāng)IGBT關(guān)斷時，勵磁線圈產(chǎn)生反壓，為了保護IGBT，都要嚴(yán)密監(jiān)視IGBT集電極電壓，一旦電壓過高，一般通過外圍電路立即關(guān)斷驅(qū)動脈沖，再通過軟件重新開啟，普通做法由于重啟較慢，正弦的包洛就會被削掉部分，降低電源利用率。

　　賽元SC91F738內(nèi)部集成反壓自動調(diào)節(jié)模塊，不但反壓過大時，會自動按你程式預(yù)設(shè)減小脈沖寬度，還會根據(jù)反壓過壓次數(shù)，自動靈活調(diào)節(jié)，該模塊更特別的是 它會自動跟蹤目標(biāo)值功能，MCU硬件幫你做到動態(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、過壓保護

　　當(dāng)電源本身或干擾而電壓過高時。如電機、電風(fēng)扇、日光燈等開關(guān)時，電源都會被干擾而產(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入保護狀態(tài)。 賽元SC91F738 內(nèi)部集成了一個過壓保護比較器。

　　5、過流保護

　　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(nèi)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IIC的高速通訊接口，使之與面板連接排線減到最少，只有兩根通訊線，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個觸摸按鍵，24個LED + 4位數(shù)碼管顯示、與主板IIC通訊，同時類IIC接口也是工程師調(diào)試接口。相對觸摸按鍵IC加顯示IC方案，賽元SC91F832的優(yōu)點是觸摸按鍵IO與 LED　SEG可以共用，使整個顯示面板簡單到只有電阻，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)時鐘，共有25個I/O可用，16個電荷轉(zhuǎn)移實現(xiàn)的觸摸按鍵。512B的RAM和8KB的FLASH，還有10萬次擦寫次數(shù) 的256B EEPROM數(shù)據(jù)存儲器,可單Byte讀寫。

　　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電壓會逐步上升至充電電路的設(shè)置值后，經(jīng)過濾波電路 后給出信號。

　　3、 TKCNT會記錄從充電開始到看到信號的時間。

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

　　5、 用戶便可以通過TKCNT的掃描值來確認(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

　　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，造價低廉，機構(gòu)簡單易于安裝，防水防污，而且還能提供如滾輪、滑動條的功能。但是電容式觸摸按 鍵也存在很多的問題，因為沒有機械構(gòu)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，無需用戶軟件處理觸摸按 鍵，只要簡單調(diào)用賽元庫文件，就能輕易讀取按鍵狀態(tài)，其復(fù)雜的判鍵過程，完全由賽元庫文件處理：

　　1、電磁干擾

　　電磁爐工作時，產(chǎn)生電磁場，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(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。

　　3、環(huán)境自適應(yīng)能力

　　電磁爐在工作的時候，會產(chǎn)生大量的熱量與濕氣，面板溫度、濕度，電路板溫度、濕度都是會在一個很寬的范圍浮動，而隨著使用時間的推移，包括微晶面板、PCB 板都會出現(xiàn)不同程序的老化，從而影響按鍵檢測的準(zhǔn)確度。賽元觸摸按鍵庫文件，實現(xiàn)了自動校準(zhǔn)功能，實時地提供環(huán)境檢測，實現(xiàn)環(huán)境自適應(yīng)的機制。