高性能的电磁炉系统设计中电源模块应用

发布日期:2014-08-14 18:34,查看次数:1273

一、电磁炉的基本工作原理

    一般厨具是通过本身发热,热量再传导到锅具,电磁炉不是由本身产生热量对食物进行加热,电磁炉将交流电转换成直流电压,再通过励磁线圈加到IGBT 上,IGBT受驱动控制导通和截止,励磁线圈有频率为20—50KHz的电流流过,励磁线圈产生高频磁场,若有铁锅置于炉面上,则锅底产生涡流,涡流克服 锅内阻而转换成热能。

    由于电磁炉是采用这种磁场感应电流的加热原理,它的关键元器件是大功率IGBT高速交替开关,IGBT的保护是电磁炉的重点和难点,针对电磁炉工作过程中,遇任任何情况都要快速保护的特点,赛元推出了电磁加热专用微控制器SC91F738,内置16MHz RC可提供MCU 16MHz工作频率,8K Flash ROM,256RAM,4路比较器,1路运算放大器,3+1通道ADC,蜂鸣器Buzzer,IGBT控制 PPG,把过流保护,过流保护,反压调节,同步等等功能模块都集成到MCU内部。

   

 、电磁炉方案主要功能

    1、无锅检测
    自动侦测炉台有无锅,只在有锅时,才能开启功率器件IGBT。

    2、功率控制
    赛元SC91F738的PPG输出不同的PWM信号,所形成的负荷电流的大小是不同的。根据所设的档位的功率大小,由SC91F738测试到的市电电压值、电流值,PPG输出合适的PPG占空比,以达到功率的自动控制。使功率不受市的影响。

    3、温度控制
    在微晶板的锅底下方设置了温度传感器,可实现对温度的自动控制,用户可选适合的温度档。

    4、定时
    预约开机,定时关机

    5、报警
    市电过压、欠压,IGBT温度过高,锅底温度过高、电流过大、传感器故障等等都要报警。

    四、电磁炉功能模块说明

    1、主回路,功率控制PPG

    如框图,IGBT受脉冲驱动,当IGBT导通时,励磁线圈电流迅速增加,当IGBT截止时,L、C回路发生谐振,IGBT集电极产生脉冲高压,当高压降至近0 时,驱动使IGBT再次导通,驱动脉宽决定了电磁炉负载的大小,通常IGBT由振荡电路、脉宽控制电路等外围电路完成。

    赛元SC91F738 把这些外围电路集成到内MCU部,叫PPG(可编程脉冲产生器)。SC91F738内部有16MHz高速RC时钟源,11Bits可调脉宽,在0.0625μs~128μs范围,步进单位为0.0625μs, 2K级可调,使脉宽调节更别细腻平滑。
    SC91F738的PPG,除反压保护的自减功能外,它集成了活灵的自动追踪目标值的功能。
    SC91F738的PPG采用反向占空比的开漏输出,把IGBT驱动电路一减再减。

    2、同步检测

    同步电路监视主回路的工作状况,当IGBT电压下降接近0V时,输出一个触发脉冲,使IGBT导通。这样可避免励磁线圈中的电流瞬间变化太大,保护了功率器件IGBT。

    赛元SC91F738集成了同步检测功能,并自动触发PPG输出,使外部电路大大简省,同时,SC91F738 PPG的延时功能,直接通过软件设置不同的延时输出时间,达到移相的效果,与用外部硬件移相比较,软件设置更加灵活。

    3、反压自动调节

    当IGBT关断时,励磁线圈产生反压,为了保护IGBT,都要严密监视IGBT集电极电压,一旦电压过高,一般通过外围电路立即关断驱动脉冲,再通过软件重新开启,普通做法由于重启较慢,正弦的包洛就会被削掉部分,降低电源利用率。

    赛元SC91F738内部集成反压自动调节模块,不但反压过大时,会自动按你程式预设减小脉冲宽度,还会根据反压过压次数,自动灵活调节,该模块更特别的是 它会自动跟踪目标值功能,MCU硬件帮你做到动态平衡在最高效率,让包洛更加接近正弦波,相同的外部元器件,能做到更高的电磁炉功率。

    4、过压保护

    当电源本身或干扰而电压过高时。如电机、电风扇、日光灯等开关时,电源都会被干扰而产生电压浪涌,为了保护功率管IGBT不被烧坏,微控制器都要立即进入保护状态。 赛元SC91F738 内部集成了一个过压保护比较器。

    5、过流保护

    一般电磁炉只做电压浪涌保护功能,但赛元SC91F738特别增加了一个电流浪涌保护比较器,具有电压浪涌、电流浪涌双重保护,使产品更加安全可靠。

    6、电压电流温度测试

    赛元SC91F738 有3+1通道ADC,提供炉面温测试、IGBT温度测试、电压测试,另一通道ADC连接到内部放大器,提供电流放大测试。

    7、与面板的通讯接口

    赛元SC91F738提供类IIC的高速通讯接口,使之与面板连接排线减到最少,只有两根通讯线,既可以与慢速的IO通讯,还能与具有IIC接口的MCU高速通讯,如赛元SC91F832触摸按键MCU。

    五、赛元SC91F832电磁炉面板方案
 

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