在电磁炉中的应用

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1、HDLTEKHT46R12在电磁炉中的应用#HDLTEKHT46R12在电磁炉中的应用HT46R12 在电磁炉中的应用文件编码：HA0101S简介HT46R12/HT46R14 是两款HOLTEK标准A/D型MCU系列产品。它们都内含 有PPG（Programmable Pulse Generator:可编程脉波发生器）功能。因内含的PPG 硬件电路模块，这两款产品目前是非常适宜应用在电磁炉方案中。它们的主要 規格具有2Kx14/4Kx15 程序空间、88x8/192x8 数据空间、16/20 双向I/O 口、 4/8通道9-bit ADC,两组比较器，1/2 PPG输岀功能，两组8-bit可

2、编程向上计 数器、另具备PFD功能等。在本文中，我们将以HT46R12为主体，说明PPG应用于电磁炉的控制方式#HDLTEKHT46R12在电磁炉中的应用附上实际范例线路图供使用者参考及引用#HDLTEKHT46R12在电磁炉中的应用#HDLTEKHT46R12在电磁炉中的应用工作原理电磁炉的工作原理High Frequency ACLoadhigh frequency magnetic field *Fig.1从AC电源端取电经过一个桥式整流器得到一个含有ripple的DC高压连接到激磁线圈。通过控制功率器件IGBT的快速开关使得激磁线圈里产生一高频电流，进而产生一个高频磁场，该磁场感应激磁

3、线圈上的金属容器（也就是炊具）使其产生涡电流，使这个金属容器发热进而对容器内的食品加热。激磁线圈的 操作频率一般在 25K到30K之间。HT46R12 在电磁炉方案中的控制方框图Fig.2图二（Fig.2 ）所示的是HT46R12应用于电磁炉方案中的一个完整的框架图， 所有信号包括过电压（0V）、过电流（0C）、系统电压、系统电流、同步信号、温 度侦测及按键扫描都是直接通过 MCU来处理。另外像风扇、蜂鸣器及显示部 分也是由HT46R12的输岀口来完成。整个系统的功率部分是藉由PPG输岀来控制的。2HDLTEKHT46R12在电磁炉中的应用应用电路说明范例电路(一)是一个完整的电磁炉方案原理图

4、，主要是使用HT46R12来做为主控制器。这个范例电路包括了以下几个部分：系统电源电路、SMPS电路、IGBT以及IGBT的驱动电路、按键扫描电路、LED显示电路、温度侦测电路、过压及过流侦测电路、系统功率侦测电路、风扇及蜂鸣器控制电路、同步信号侦测 电路以及MCU控制电路。系统电源系统是直接从AC取电通过一个桥式整流得到一个含有纹波的DC高压直接提供给激磁线圈 L3，再经由L2和L3连接到IGBT。图中L1器件是一个EMI 的对策元件。SMPSSMPS (Switch Mode Power Supply)电路在图中是以一个方框表示，它的电源是来直于DC高压。在这个电路中高压 DC通过电压转换

5、得到三组低压 DC +5V DC是提供给MCU及MCU周边的器件使用，+12V DC是提供给风扇 使用，+18V DC是提供给IGBT的驱动来使用。IGBT and Driver ICIGBT (Q1)是电路中的一个主要的器件，主要是去控制激磁线圈 (L3)。因为一般IGBT的启动电压要求是大于15V (在这个电路中我们是使用的18V)，而MCU的输岀的控制信号最高只有5V，那么就要用到一个 TA-8316S (IC2)来进行电源转换。IC2的功能主要就是将 MCU PPG输岀的高电平幅值为 5V 的方波调整成一个高电平值为18V的方波输岀到IGBT的控制端，当PPG输岀为高时，IGBT开启，

6、PPG输岀为低时，IGBT截止。TA-8316S也可以 由几个晶体管来替换。注意：HT46R12的PPG可以通过掩膜选项设置输岀高脉冲或是低脉冲 按键及LED显示在例图(1)中是规划了以6个I/O 口来完成4个按键及5个LED显示。主要 是利用切换I/O 口的输入输岀功能来完成的。温度侦测RT1是一个NTC 电阻，它是一个温度传感器。主要是通过跟一个标准电阻做分压，利用 AN2这个AD 口来检测该点的电位来获取锅底的当前温度，MCU会通过获得的这个温度值来调整当前的功率。RT2与RT1 一样也是一个 NTC的温度传感器，它是与一标准电阻串联利用 两个电阻的分压去控制一个三极管Q5的导通与否，Q

7、5的C端接C0VIN+，E端接到地。一旦侦测点的温度过高，Q5会打开，使得C0VIN+点电位会被拉到地，比较器 0会立即输岀一个下降沿停止PPG的输岀。这个温度检测电路可以根据客户使用的要求用来侦测整机或IGBT的温度。过电压及过电流侦测电路过电压（0V）:当电磁炉在正常工作的时候，T1这点的电压也有可能会因为IGBT切换或杂迅的干扰或是上面锅具的偏移而瞬间过高，超岀IGBT所能承受的范围进而损坏IGBT。所以针对此我们必须监测该点电压来做一些保护动作。0V点是接至AN3这个AD输入口，MCU通过侦测该点电压实行 必要的功率调节。过电流（OC）:当流过IGBT的电流大于IGBT的额定电流时，它

8、也会损坏 IGBT。在电源线与桥式整流器之间有一个比流器，使用者可以通过检测比 流器上一点的电位来获得当前流过IGBT的电流以控制或调整输出功率达到保护整个系统的目的。 在这个电路里 0C这点是接至C0VIN ,当有过电流 现象岀现时，C0VIN 的电位会高于 C0VIN +这点的电位，从而比较器0会 产生一个下降沿去停止PPG的输岀。系统功率侦测在工作过程中必须实时侦测当前的功率是否与用户设置的功率相匹配。在这个电路中，是通过 AN0 口采样系统电压，AN1 口采样系统电流来完成功率 的侦测的。设计者可以通过这两点的检测进行运算得到当前实际的功率值，以此数据为基础调整输岀功率。这里VR1是微

9、调系统功率之用。风扇及蜂鸣器的输出控制一旦电磁炉开始运转，控制风扇的晶体管Q4就会被打开使风扇运转起来，以排除炉内可能产生的高温。Q3是蜂鸣器的驱动，它是连接到MCU的PFD输岀口。蜂鸣器的输岀频率可以通过改写TIMER的设置来调整。用户可以根据系统不同状态的要求设 计岀不同的提示音。同步信号侦测电路电磁炉是通过控制激磁线圈的功率来实现加热的。为控制激磁线圈的功率，于激磁线圈两端（T0，T1）分别经由分压取岀 SYN-P和SYN-I。SYN-P反应 输入电源端的电压， 此点是作为MCU内比较器C1VIN +的参考电压。SYN-I 为反应连接IGBT端的电压点，此点作为同步信号电压，连接至 MC

10、U内比 较器C1VIN 。 当同步信号电压 SYN-I低于SYN-P电压点时， 比较器1 产生下降沿，若PPG功能是开启的， 将激活PPG输岀(PPG输岀high这 里 IGBT Driver 为 high 驱动)。MCU控制电路在这个应用电路中，MCU分别将上述侦测回路经由比较器输入，AD转换，I/O输入等侦测系统电压、电流、过电压、过电流、温度、同步信号及按键状态。经运算处理及进而控制PPG功率输岀，风扇输岀，BUZZER输岀及LED输出显示等。PPG功能介绍PPG特性HT46R12 提供一组 PPG(Programmable Pulse Generator)功能，可提供 256xT 的

11、Pulse Width，其中 T 的值可为 1/fsys、2/fsys、4/fsys、8/fsys、16/fsys、32/fsys、 64/fsys 及 128/fsys 为 PPG 控制器 PPG0C bit4bit2 预除值 /fsys。PPG output level 可由 Mask option 选择 Active Low 或 Active High。? PPG计数器PPG0是由PPG0计数器、一个PPG控制模块和两组比较器组成。其中PPG0计数器又是由一组预分频、一个8bit向上计数器及一个 8BIT的预置寄存器三部分组成。可编程脉冲发生器也就是PPG是从预置寄存器内的值开始向上计数

12、至到数据由“FFH? 00H”结束计数，一旦计数溢岀预置寄存器内的值会被重新自动载入 PPG0计数器同时会产生一个信号去停止PPG的输岀。一旦PPG计数器溢岀，P0ST这个BIT位也会相应被清 0。有两个寄存器与 PPG0有关，一个控制寄存器PPG0C，一个计数器的预置寄 存器PPGT0 o PPG0C这个控制寄存器主要用于PPG功能的设定，具体包括：使能或不使能比较器 0/1、选择PPG计数器的预分频系数、选择停止PPG计数的信号是否来自比较器0输岀的下降沿信号、选择启动PPG的信号是否是来自比较器1输岀的下降沿信号、软件指令位是触发或停止PPG输岀。软件设计者可以通过设置不同的预分频系数及

13、PPGT0内的值来达到调整PPG输岀脉冲宽度的目的。? PPG控制寄存器PPG控制模块的控制器 PPG0C内共有8个有效控制BIT位。PPG0C (20H)P0STP0RSENP0SPENP0PSC2P0PSC1P0PSC0CMP1ENCMP0ENBit765 4 3 ；10POR value000 0 0 ()00CMPOEN:使能或不使能比较器 0. （0:不使能，1:使能）CMP1EN:使能或不使能比较器1 （0:不使能，1:使能）P0PSC2, P0PSC1, P0PSC0:这三位是用来选择 PPG0计数器的预分频系数。P0SPEN:使能或不使能PPG0的停止信号是否是来自于比较器0的

14、下降沿输岀（0:不使能,1:使能）P0RSEN:使能或不使能PPG0的启动信号是否是来自于比较器1的下降沿输岀（0:不使能,1:使能）P0ST: PPG0的软件指令控制位（0:停止，1:启动）。设为T为直接PPG输岀, 直至PPG计时结束时自动清为0。若以软件设定此 Bit为0,则运作中的 PPG将会停止。P0PSC2 P0PSC1P0PSC0PrescalerDiviSion Ratio0 0 0PfS fsYS0 0 1=PfSfsYs/20 1 0=PfSfsYs/40 1 1=PfSf sys/81 0 0=PfSfsYS/161 0 1=PfSfsYs/321 1 0PfSfsYs/

15、641 1 1PfSfsYs/128注意： 关于PPG功能更详细的描述请参看HT46R12的规格书6HDLTEKHT46R12在电磁炉中的应用如何控制PPG功能?有两个寄存器和两个掩膜选项设置位与PPG相关：-PPGT0: PPG0计数器寄存器-PPG0C: PPG0控制寄存器-POLEV:定义PPG输岀的有效输岀电平是高或是低（掩膜设置位）-PTSYN:定义PPG计数器的时钟是否是 PPG时钟同步（掩膜设置位）?在使用PPG功能之前要做的几项定义-设置PPG的有效输岀电平（P0LEV ;掩膜选项）.-设置PPG0计数器的时钟是否与 PPG时钟同步（PTSYN ;掩膜选项）.-设置PPG0计数

16、器的预分频系数，给PPGT0赋初值以定义输岀的 PPG脉冲宽度-使能比较器0和比较器1 （CMP0EN,CMP1EN ）-使能 PPG0 的输入 （P0RSEN, P0SPEN ）-通过改变PPGT0的值调整输岀功率?如何启动或停止 PPG功能-有两种方式可以启动 PPG输岀a）比较器1输岀下降沿b）通过软件指令将 P0ST这个bit位置1-有三种方式可以停止 PPG的输岀a）比较器0输岀一个下降沿b）通过软件指令将 P0ST这个bit位置0c）PPG计数器计数溢岀P0ST如何通过PPG来控制功率?HT46R12提供两组比较器，COMP0和COMP1。这两组比较器的工作电压是与MCU工作电压一

17、样，在这个应用电路中工作电压为5V。? COMP0主要作为控制 PPG输岀停止之用。在P0SPEN bit是使能的（PPG0C缓存器的bit5=1）情况下，一旦 COMP0输岀端（C0OUT）产生 下降沿，PPG输岀就会被马上停止。在此范例线路中（Fig.4 ）此比较器主要作为过电流的处理。当负载电流瞬时过大时，亦即经过IGBT的电流瞬时超岀预定控制范围内的所需之电流过大时，将反应在CT产生的电压0C点上，0C连接至 MCU COVIN 端（COMP 0负端）。 当0C电 流产生的电压大于 C0VIN +端参考电压时，COMP0由H转L（下降沿）， 进而控制PPG输岀停止（PPG输岀low）。

18、? COMP1主要作为控制 PPG输岀启动之用。在P0RSEN这个BIT位被使能 的情况下（PPG0C缓存器的bit6=1 ），一旦比较器1输岀一个下降沿信号， 就会直接启动PPG输岀。在这个范例线路中（Fig.4 ）此比较器1是用来 处理系统同步信号的。在 IGBT关断后，T1这点的电位会从高到低跌落， 在这个过程序中一旦 SYN-I的电位低于SYN-P这点的电位，比较器 1会 产生一个下降沿信号去启动PPG计数器进而又再一次打开IGBT。PPG功能的启动与停止信号可以是来自于比较器 1和比较器0,也可是 直接通过软件指令设置P0ST这个BIT位来控制。（PPG0C; bit.7 ）9HDL

19、TEKHT46R12在电磁炉中的应用#HDLTEKHT46R12在电磁炉中的应用419#HDLTEKHT46R12在电磁炉中的应用10HDLTEKHT46R12在电磁炉中的应用范例电路(1)4-F:T FN - R1PAMmSYSCSY3x- -S3 ?WJ- pru-HX-l vuPT UTS 可EKSy. FAZ丄IJ一3.2-3a.?一MCUELrk3M-吿罢竽AEIF7二7/F-w DispFv chuAMuch as 74HC 一 38 or 74+*B 宀O二 TJ-CR-213HDLTEKHT46R12在电磁炉中的应用这个范例电路是在范例电路（1）的基础上将功能及脚位分配进行局部修正， 具体说明如下：按键及温度侦测以I/O扫描配合A/D读取，通过这种方式设计者可以轻易 地扩充按键数目。温度选择控制I/O（ l/O-OT , I/O-RT ）、FAN输岀及与其它I/O 口都可以 用来实现显示功能。也可搭配 74HC138 or 74HC164 等IC作扩充显示信 号口同步回路修正如图右上方，同步处理需注意的是，当全波整流输出至低点时，PPG的反压触发可能无法产生，设计者需检查是否有中断发生，或者反压比较分压至地的电阻须做适切的调整。（气流流动）于原BUEEZR回路增加一侦测风压的开关，可侦测风扇运转 状况。14