觸摸式電磁爐整體方案，有詳細(xì)的硬件原理和器件選型

電磁爐工作原理：

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(duì)食物進(jìn)行加熱，電磁爐將交流電轉(zhuǎn)換成直流電壓，再通過勵(lì)磁線圈加到IGBT上，IGBT受驅(qū)動(dòng)控制導(dǎo)通和截止，勵(lì)磁線圈有頻率為20-50KHz的電流流過，勵(lì)磁線圈產(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，把過流保護(hù)，過流保護(hù)，反壓調(diào)節(jié)，同步等等功能模塊都集成到MCU內(nèi)部。

電磁爐功能

1、無鍋檢測(cè)

自動(dòng)偵測(cè)爐臺(tái)有無鍋，只在有鍋時(shí)，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(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，用戶可選適合的溫度檔。

4、定時(shí)

預(yù)約開機(jī)，定時(shí)關(guān)機(jī)

5、報(bào)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(bào)警。

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

下面對(duì)一些電磁爐功能模塊作簡(jiǎn)要說明：

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，一旦電壓過高，一般通過外圍電路立即關(guān)斷驅(qū)動(dòng)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(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、過壓保護(hù)

當(dāng)電源本身或干擾而電壓過高時(shí)。如電機(jī)、電風(fēng)扇、日光燈等開關(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)過壓保護(hù)比較器。

5、過流保護(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(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(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10萬次擦寫次數(shù)的256B EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(huì)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(hào)。

3、TKCNT會(huì)記錄從充電開始到看到信號(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(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題，因?yàn)闆]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，無需用戶軟件處理觸摸按鍵，只要簡(jiǎn)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(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(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。

八、總結(jié)

賽元的電磁爐整體解決方案，SC91F738高度集成了電磁加熱應(yīng)用的各種功能模塊，SC91F832將面板上的觸摸與LED顯示共用，具有超低的成本且工作可靠；同時(shí)賽元提供完善可靠的觸摸按鍵庫，開發(fā)工程師僅需將精力專注于功能應(yīng)用，可大大縮短應(yīng)用的開發(fā)周期。