摘要：針對(duì)新型數(shù)字控制感應(yīng)加熱電磁爐，在簡(jiǎn)單介紹其優(yōu)勢(shì)和工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)其控制電路和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行深入分析，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性與可行性，可為實(shí)際的生產(chǎn)制造奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字控制；電磁爐；控制電路

如今，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的帶動(dòng)下，人們的生活質(zhì)量得到了很大程度的提升，人們?cè)谌粘Ｉ钪锌墒褂玫募矣秒娖髟絹碓蕉啵液芏嗉矣秒娖鞯墓δ懿粩嘣龆?，這在很大程度上方便了人們的日常生活。電磁爐是一種采用電磁感應(yīng)原理的加熱電器，目前已經(jīng)在很多家庭中得到廣泛應(yīng)用，具有加熱速度較快、節(jié)能環(huán)保、多功能、易清潔、安全性高、使用方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、減少投資、精確溫控等諸多優(yōu)勢(shì)。但想要更好的適應(yīng)人們不斷提高的生活品質(zhì)要求，并在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟，贏得可持續(xù)發(fā)展，生產(chǎn)廠家必須重視和做好創(chuàng)新工作，研制新的電磁爐產(chǎn)品，如數(shù)字控制感應(yīng)加熱電磁爐等，對(duì)這種全新形式的電磁爐而言，控制電路的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵所在，需要得到相關(guān)人員的高度重視，并在完成設(shè)計(jì)后通過實(shí)驗(yàn)確定設(shè)計(jì)是否合理可行，能否達(dá)到預(yù)期的目的與效果。

1數(shù)字控制感應(yīng)加熱電磁爐優(yōu)勢(shì)與原理介紹

感應(yīng)加熱和其它加熱方式相比，具有下列優(yōu)勢(shì)：其一，加熱速度較快；其二，熱量損失較少，具有較高的加熱效率；其三，綠色環(huán)保，不會(huì)造成太大的污染；其四，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目標(biāo)；最后，加熱與變換器兩個(gè)部分完全隔離，能避免由于保護(hù)層破損產(chǎn)生漏電，極大的提高安全性。如今，相關(guān)科研人員對(duì)感應(yīng)加熱進(jìn)行了大量研究，比如借助全橋諧振電路對(duì)感應(yīng)加熱電源進(jìn)行設(shè)計(jì)，使開關(guān)器件完成軟開通；又比如采用數(shù)字控制技術(shù)設(shè)計(jì)出感應(yīng)加熱式電磁爐，與采用模擬控制方式的相比，控制功能更加多樣，并且還便于今后的升級(jí)與維護(hù)?；诖耍稍O(shè)計(jì)出一個(gè)將數(shù)字控制作為基礎(chǔ)的感應(yīng)加熱電源，其主電路為半橋變換器，與全橋諧振電路相比，僅兩個(gè)功率管參與工作，能大幅減少開關(guān)損耗，保證系統(tǒng)效率，另外還能簡(jiǎn)化操作，降低操作難度，提高性價(jià)比。

為電磁爐持續(xù)輸入電壓為380V的交流電以后，在二極管整流橋中進(jìn)行整流和濾波，以此得到電壓值約510V的直流電，再通過半橋逆變，在感應(yīng)線圈當(dāng)中出現(xiàn)變化磁場(chǎng)，使金屬材料開始產(chǎn)生一定渦流，進(jìn)而放出熱量。如果變換器負(fù)載屬于容性阻抗，則開關(guān)器件進(jìn)行輪流開通，二極管將產(chǎn)生很大的反向恢復(fù)電流，開關(guān)器件實(shí)際的功率損耗明顯增加，這說明在工作頻率相對(duì)較高的情況不太適合；而如果變換器負(fù)載屬于感性負(fù)載，則開關(guān)器件能進(jìn)行軟開關(guān)，除了可以保證變換器處于安全狀態(tài)，還能減少系統(tǒng)實(shí)際損耗。由此可見，當(dāng)諧振變換器處于感性負(fù)載的實(shí)際工作狀態(tài)時(shí)，能保證變換器實(shí)際工作的安全性。

2控制電路設(shè)計(jì)

在硬件電路方面，除半橋諧振之外，還采用了以DSP TMS320F2812為主要構(gòu)成部分的控制電路。在這一控制系統(tǒng)當(dāng)中，主要包含下列幾個(gè)組成部分：第一，DSP與它的外圍電路；第二，輸入電流、電壓的檢測(cè)及調(diào)理電路；第三，驅(qū)動(dòng)、故障和保護(hù)電路。其中，DSP的外圍電路主要包括SRAM電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路與供電電源幾部分。

（1）在控制系統(tǒng)中，供電電路主要由以下兩個(gè)部分構(gòu)成：其中一部分為采用變壓器對(duì)輸入交流電進(jìn)行整流濾波，使220V的交流電變?yōu)?V的電壓，然后提供至MC7805，由MC7805對(duì)TMS320F2812所需電壓進(jìn)行輸出；另外一部分則是采用電源芯片TPS767D318將TMS320F2812所需電壓轉(zhuǎn)換為DSP需要的電壓。其中，TPS767D318為"線形低壓降LDO高精度數(shù)字穩(wěn)壓電源"，是針對(duì)DSP專業(yè)設(shè)計(jì)得出的，能提供兩路電壓，其中一路是固定的電壓，為3.3V，而另一路時(shí)可變的電壓，為1.8V和2.5V。任何一路都能提供可以達(dá)到1A以上的直流電，滿足TMS320F2812正常運(yùn)行提出的要求。對(duì)于TMS320F2812，其所需電源主要有以下幾種類型：第一，內(nèi)核數(shù)字電源，其電壓為1.8V；第二，I/O數(shù)字電源，其電壓為3.3V；第三，I/O模擬電源，其電壓為3.3V；第四，ADC數(shù)字電源，其電壓為3.3V；第五，ADC模擬電源，其電壓為3.3V；第六，編程電源，其電壓為3.3V。

（2）對(duì)于輸入電流、電壓的檢測(cè)及調(diào)理電路，因其檢測(cè)與調(diào)理電路工作原理比較相似，所以只給出輸入電流的檢測(cè)及調(diào)理電路。電路中，電流信號(hào)通過測(cè)量電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后在運(yùn)算放大器中進(jìn)行增益，對(duì)雙極性信號(hào)進(jìn)行輸出，使其電壓保持在-3.3V~+3.3V以內(nèi)。采用運(yùn)算放大器組成一個(gè)轉(zhuǎn)換電路，使雙極性信號(hào)按照一定比例變?yōu)閱螛O性信號(hào)；并在此基礎(chǔ)上采用低通濾波器，將高次諧波信號(hào)完全濾除。

（3）在電磁爐正常工作期間，若因?yàn)橥獠吭?，包括電網(wǎng)發(fā)生波動(dòng)，或由于內(nèi)部原因，比如控制與驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生誤動(dòng)作等導(dǎo)致輸出電路發(fā)生斷路，會(huì)使電路中的電流大幅升高，導(dǎo)致開關(guān)器件被嚴(yán)重破壞。因電流的變化速度很快，并且開關(guān)器件會(huì)承受很高的電流與電壓是，所以在保護(hù)電路當(dāng)中應(yīng)設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)對(duì)過流進(jìn)行快速檢測(cè)的電路。對(duì)此，可充分利用2SD315A具有的自身功能來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，在產(chǎn)生故障時(shí)，采用軟件與硬件進(jìn)行同步保護(hù)。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

電磁爐軟件內(nèi)容主要內(nèi)容為主程序設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)。因需要實(shí)現(xiàn)很多功能，程序的邏輯關(guān)系十分復(fù)雜，所以可采用目前應(yīng)用較多的設(shè)計(jì)方法，即模塊化方法，將每一種不同的功能都設(shè)計(jì)成單獨(dú)的程序模塊，包括SPLL模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、485通訊模塊、鍵盤采樣模塊、顯示模塊、故障中斷處理模塊。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

該電磁爐主要技術(shù)指標(biāo)包括：（1）輸入電壓為三相380V；（2）輸出功率為15kW；（3）系統(tǒng)效率85%。為了對(duì)理論分析是否正確進(jìn)行驗(yàn)證，按照以上設(shè)計(jì)內(nèi)容制作了專門的實(shí)物，同時(shí)給出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)波形。通過實(shí)驗(yàn)波形可以看出，電流是典型的正弦波形，而電壓波形則是矩形波，同時(shí)電壓相位比電流超前，這說明半橋電路實(shí)際工作頻率比諧振頻率略高，系統(tǒng)的變換器主要工作于阻感性負(fù)載實(shí)際狀態(tài)下。在這種情況下，可使整個(gè)電路都處于零電壓開通實(shí)際狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)減少開關(guān)損耗和提高系統(tǒng)工作效率的目標(biāo)。

5結(jié)語

綜上所述，以上詳細(xì)分析了功率相對(duì)較大的采用數(shù)字控制原理的感應(yīng)式加熱電磁爐，對(duì)它的控制電路進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，并制作了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)機(jī)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性與可行性。通過對(duì)數(shù)字控制方式的合理應(yīng)用，不僅能減小電磁爐整體體積，還能為之后的進(jìn)一步升級(jí)與日常維護(hù)都提供很大的方便，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭軍云, 蘇晨, 馬燕君. 電磁爐電磁兼容性的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)與軟件工程, 2018,10(09):85-86.

[2]張世堯, 李玉玲, 陳予吒. 電磁爐系統(tǒng)的EMI濾波器研究[J]. 電子技術(shù), 2018,47(01):124-128.

[3]劉圓圓. 基于模糊PID控制的商用電磁爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電子測(cè)試, 2018,11(03):118-119+124.

[4]余慶喜. 數(shù)字控制感應(yīng)加熱電磁爐的設(shè)計(jì)[J]. 科技與創(chuàng)新, 2018,11(13):147-148+256.

[5]王家校, 章妍雯. 串聯(lián)諧振技術(shù)在商用電磁爐上的應(yīng)用設(shè)計(jì)[J]. 電氣技術(shù), 2020,10(02):38-43.

[6]王繹誠. 淺談電磁感應(yīng)現(xiàn)象及其應(yīng)用[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì)(上), 2018,10(12):187-188.