基于单片机控制的感应加热电源的设计

庄志惠

摘要：本文基于单片机控制的感应加热电源为研究对象，对感应加热电源的结构及原理做了简单介绍，并确定设计方案。对所选用的器件做了说明，尤其是对单片机P89C51、IRMS10UP60A、DS1620做详细的说明。设计出感应加热电源的电气原理图，对部分电路做了软件设计。

关键词：感应加热；单片机；IRAM10UP60A；DS1620

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）07-0001-02

随着现代工业生产对感应加热设备的性能质量和数量需求的不断增长，伴随电力电子技术的迅速发展，电力电子半导体器件的不断更新，计算机微控制器性能的增强以及现代控制理论的发展，未来的感应加热电源的研发过程中会更多的考虑到电源负载的实际情况，设计出效率高，整体性能强的感应加热电源。

本文探求一种简单高效的中小功率感应加热电源控制方法。以单片机P8051和IRMS10UP60A、DS1620来控制感应加热电源为研究对象，通过感应加热电源的调节的分析比较而得到适用的控制方式，研制一额定功率为3KW的中频感应加热电源。

重点阐述单片机对IRMS10UP60A和DS1620的控制方式感应加热电源的系统控制电路的研究设计以及其保护电路、辅助电路等的研制，给出系统的软件设计流程和对系统的设计验证等。

1 感应加热电源结构

随着电力电子技术的不断发展和实际工业生产等应用领域中的不同要求的提出，感应加热电源发展出了多种不同的种类形式。总体上来说，感应加热电源由整流器（AC-DC）、滤波环节、逆变器（DC-AC）、负载、控制及保护环节等组成。

本文采用单相交流电（AC220V50HZ），经整流环节后成为脉动直流电，再经过滤波环节后成为平滑的直流电，此平滑直流电经过其后的逆变器环节逆变为一定频率的交流电压供与负载。

2 方案的确定

根据感应加热应用的实际工艺要求，最终选择中频感应加热电源的研制方案。感应加热电源的整流侧采用电力二极管不控整流，向逆变环节提供稳定的直流电压，系统负载与补偿电容器采用并联连接，在逆变环节采用PWM移相调功方式实现对加热电源输出功率的调节，由数字温度传感器DS1620进行跟踪，将温度反馈到单片机，来控制IRAMS10UP60A，使得加热电源的稳定在某一温度，本文的控制温度为120℃±3℃。

3 器件介绍

3.1 单片机P89C51

飞利浦公司的P89C51单片机是采用高性能的静态 80C51 设计，由先进CMOS工艺制造并带有非易失性Flash 程序存储器，全部支持12时钟和6时钟操作。

3.2 IRMAS10UP60A模块

国际整流器公司IRAMS10UP60A是一款特殊的应用的智能模块（AIPM），该模块为诸多家用电器及工业应用中的电子电机控制方面开发和优化的。IRAMS10UP60A模块在一个单独的隔离的封装内含一个非常紧凑的、高性能的AC电机驱动器，设计非常简单。

3.3 数字温度传感器

数字温度传感器DS1620是DALLAS公司的一种新型的测量温度和调节温度的器件。测量温度范围从-55℃～+125℃，它可非常方便地用于工业系统、消费品、温度控制、温度计及任何对温度敏感的系统。

4 硬件系统设计

4.1 主电路结构

根据设计要求，感应加热电源的主电路如图1所示。根据设计要求输入电源电压是交流220V50Hz，经4个不可控整流二极管，通过大电容滤波后的电源送给IRAMS10UP60A模块。R1是限流电阻，启动时避免大的冲击，经过时延后通过电子开关进行短接切除。温度的检测采用数字温度传感器DS1620，由單片机进行控制，从而构成反馈控制。

4.2 单片机控制电路

单片机控制电路如图2所示，ULN2003是反向驱动器，用来驱动LED指示灯和报警蜂鸣，指示灯分别指示温度上限值和下限值、恒温指示。超过上限和下限温度时进行报警输出。MAX813是看门狗芯片（复位芯片）保证单片机的正常工作，防止单片机死机。按键用来设定及其他用途。

4.3 温度传感器和隔离电路

温度传感器和隔离电路如图3所示。DS1620的DQ、CLK/CONV、RST分别与单片机的P0.5、P0.6、P0.7相连接，形成三线控制。单片机的信号通过74HC244隔离后与模块IRAMS10UP60A相连。

4.4 数码显示电路及电源电路

数码显示管用来显示感应加热电源的温度值，也是最有效的人机对话。本设计采用共阳类型数码管。电源电路通过集成稳压芯片LM7815输出+15V，供给模块IRAMS10UP60A，而LM7805输出+5V给单片机等电路。

5 软件系统设计

5.1 主程序

主程序主要包括系统的初始化、数字温度传感器子程序、数码显示子程序等。

5.2 DS1620的控制程序

在读写模块中，借助累加器A及进位位C来发送命令或接收数据，通过调用子程序来完成相应操作；在读写及等待转换中用到的1ms及1s延时子程序，都由多次调用子程序来实现。整个控制程序由写入、读出、配置DS1620、开始转换、读取温度等五个子程序的汇编语言程序实现。

5.3 数码管显示程序

数码管显示采用串口移位形式进行发送数据，通过74LS164的输出送到数码管显示。

6 结语

本设计主要由单片机P89C51、IRAMS10UP60A模块、数字温度传感器DS1620、看门狗电路和数码显示组成。使用的核心技术在于单片机对IRAMS10UP60A模块和数字温度传感器DS1620部分，通过对模块IRAMS10UP60A及DS1620的操作来实现设计要求的感应加热电源。

参考文献

[1]张仁彦，高正中，黄鹤松，等.单片机原理及应用[J].北京：机械工业出版社，2016.

[2]阮毅，陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统（第4版）[J].北京：机械工业出版社，2010.

[3]王兆安，黄俊.电力电子技术（第4版）[J].北京：机械工业出版社，2009.

[4]林晶，赵杰，李军.Protel DXP设计与实践[J].电子工业出版社，2009.endprint