数字感应加热电磁炉的设计

秦继祥

摘 要：电磁炉是一种比较常见的烹饪工具，主要起到加热的作用，同时还可以用来。电磁炉已经成为了很多家庭必备的工具，所以其功能以及种类也在不断增加，这是为了满足人们多样化的需求。因为人们对电磁炉的要求在增加，所以其中应用的技术也更加多样化，功能与性能更加令人满意。因为感应加热技术的发展，使很多领域都受到了影响。将该技术应用到电磁炉中，就可以实现远程操控，功能也更加多样。但是，这种电磁炉能耗大，不符合当前人们对节能的需求，同时安全性也较差，很可能在使用时出现问题。

关键词：数字感应加热；电磁炉；设计

引言：感应加热的有点在于，速度快、能量损失少、容易控制等，这满足了大多数人对电器的需求，所以在未来有很大的发展空间。但是应用了该技术的电磁炉却存在很多问题，例如能耗大、容易漏电等。为了使数字感应加热电磁炉可以被更好地应用到生活中，并为人们的生活提供更多便利，就必须从设计工作入手，从根本上提高其实用性，使其可以更加节能且安全。

1.数字化感应加热电磁炉的控制原理

感应加热的主要原理为在负载两端的感应线圈中产生变化的磁场，使金属材料中产生涡流，从而在其中产生热量。感应电磁炉主要由加热线圈、控制电路、金属外壳等构成，需要通过交变电流加热线圈产生高频交变磁场。在涡流的作用下，原子将高速无规则运动，通过相互作用产生热能。总而言之，将金属放在电磁炉上，可以感应获得涡流，从而提高自身的热量，起到加热的功能。采用感应加热电磁炉，需要利用二极管整流桥和滤波电路将交流电转换为直流电。而直流电需要经过半桥逆变电路加载在负载两端的感应线圈中，促使磁场产生。在感应加热电源中，包含整流器、滤波器、逆变器、变换器、控制器和负载，负载由感应线圈和被加热件构成，就像一个变压器。在工作频率较高的场合下，半桥逆变电路的变换器负载为容性阻抗，开关器件将轮流开通，促使二极管产生较大的反向恢复电流，造成器件损耗较大。为了保证电磁炉安全工作，还要使谐振变换器为感性负载，所以，需要实现半桥谐振逆变电路的数字控制。

设计中使用的核心控制芯片为TMS320F2812，外部与采样电路、故障保护电路、驱动电路相连接。该芯片虽然体积较小，但是性能很像，可以通过振动测试。采用系统进行感应加热电磁炉控制，可以在半桥电路工作频率比谐振频率高的情况下，促使电压相位超前于电流相位，使变换器在阻感性负载状态工作。通过这种方式，电路能够在零电压开通的条件下运行，这样开关就不容易发生故障，使系统可以更加稳定的运行。

2、数字化感应加热电磁炉硬件的设计

2.1、供电模块设计

为了使整个电路可以有足够的电能供给，从而实现相应的功能，就必须对供电模块进行设计。在供电时，必须保证电流的稳定性，这样才能使电磁炉可以起到加热功能。在模块中，需要实现220V输入交流电压和输出+5V电压，这基本是每一个电磁炉都需要达到的标准。在交流电压输入后，经过变压器整流滤波，可以得到9V电压，为芯片供电。当前使用的主要是直流稳压电源，由于科技的发展，电器中更多使用集成化电路，能满足几乎所有电器的用电需求。目前市场上充斥着种类繁多的由单片机集成的电路，让设计阶段有了更多的选择。使用稳压电路的原因在于其质量好、节能、稳定性好、运行速度快，适合大批量生产，因此也被广泛应用于各种家用电器的制造中。电器必须有稳定的供电，而电网经常会由于各种原因发生波动，电压可能会十分不稳定，所以必须进行稳压。电源由变压器、整流二极管、滤波器、稳压器四部分构成。变压器是将220V的标准电压转为可以被电器直接使用的电压，这是供电模块中必要的组成部分。其余三个部件分别负责将交流电转为脉动直流电，从脉动直流电转为平稳的直流电，最终通过稳压电路的调整作用来实现稳压并为电器供电。

2.2、故障保护模块设计

电磁炉在运行时，容易受到干扰，发生事故的几率也相对较大。一些常见的外部因素，都可能对其产生影响，所以经常会发生故障。例如当电网发生波动时，就容易导致驱动电路或控制回路误动，使整个电路短路，进而无法继续工作。而一旦电流超过额定值，开关就会被烧毁，使电路无法正常继续工作。因此，为了避免在电流发生变化时，开关被损坏，就必须在电磁炉中添加故障保护模块。该模块的设计工作并不复杂，只需要实现检测功能就可以有效防止故障的发生。通常来讲，需要使用2SD315A驱动器来检测直流母线和自检测，使整个线路都能在安全的环境下运行。当故障发生时，可以利用硬件和软件同时加强线路保护，及时完成故障检测。

2.3、逆变整流模块设计

在系统逆变整流模块设计上，采用单相桥式整流电路中，各二极管平均电流仅为负载电流平均值的一半，并在交流输入电压半个周期内通过电流。考虑到电网电压波动和二极管承受的反向电压大小，还需要使用单相整流桥，其额定电压与电流分别为1000VHE 35A。经过大电容滤波后，得到的直流电压，谐振功率达到最大。因此，在选择开关器件时，应当选择额定电压60A的开关，其额定电压为1000V。通过并联缓冲电容、吸收电阻和快恢复二极管，则能对开关轨迹进行改善。这样可以显著降低电压应力，防止对开关产生影响，进而形成安全隐患。

3、数字化感应加热软件设计

电磁炉的主控系统中必须具有加热软件，这也是实现功能的基础。如果加热软件存在问题，电磁炉就失去了任何作用，所以应当做好对该软件的设计工作。

为了实现其他的功能，还需要在系统中加入相应的子程序，这些都需要通过设计来完成。因为功能之间通常具有逻辑关系，又因为其总数较大，所以设计具有很大的难度，并且容易出现错误。因此，通常都会采用模块化设计方法来简化整个过程，将功能分别赋予模块，例如显示模块、检测模块等。这样在系统就可以通过调用模块来实现功能，避免了复杂的流程对系统的影响。从系统主程序来看，在开始工作后，系统将进行自检，确认工作是否正常，并确认能否正常关机，如果不正常，则将进行报警。当确认工作完成后，主电路开始达到电力供给，电磁炉整体开始工作。在这个过程中，电磁炉始终处于最大功率，需要时刻保持对其的检测。另外，还需要始终保持对电流、电压等参数的监测工作，避免發生各种意外的问题，导致整个电路无法继续工作。在必要的情况下，可以通过开关来切断电路。如果系统内部无故障，则需要确定电流、电压等值是否超出设定值范围，超出范围时需要将电源切断，未超出范围时需要进行平均功率的发送，并根据功率给定值完成工作时间计算。在工作时间为0的情况下，需要将开关器件关断，否则需要继续进行电流、电源等参数的检测。通过这样的设计，就能进行感应加热。

结束语：在生活中，越来越多的家庭开始使用电磁炉来烹饪事物，而不是传统的煤气炉。因为人们的生活在不断被改善，所以使用的电器也越来越多。当前市场上有很多种类的电磁炉，人们可以根据自己的需求进行选择，其中就包含数字感应加热电磁炉。这是一种比较先进的工具，应用了感应加热的原理，还可以实现远程控制。但是这种电器的弊端也很多，并且存在一定安全隐患，导致很多人在生活中不敢使用。在文章中，我们主要阐述了电磁炉的原理，以及对每个功能模块的设计。

参考文献：

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[2]吴岳芬，张舸，万力，周嘉伟，冯彩英.数字控制感应加热电磁炉的设计[J].电子器件，2017，40（02）：507-510.