SH69P42单片机在电磁炉控制中的应用

文章摘要：电磁炉工作时，虽然输入信号是市电的220 V交流电，但是为了保持功率恒定和内部稳定工作，需要对各参数进行实时的检测和控制，以有效地实现锅具超温保护、锅具干烧保护、锅具传感器开／短路保护、忘记关机保护、IGBT温度限制、IGBT温度过高保护、低温环境工作模式、IGBT测温传感器开／短路保护、高低电压保护、浪涌电压保护、VCE抑制、VCE过高保护、过零检测、小物检测、锅具材质检测、定时等功能。这些参数中有很多是互相关联、互相影响的，因此，使用单片机实现检测和控制，无论从成本上，还是从可靠性、实现方案上，均是较好的选择。1 控制参数及其相互关系1.1 电磁炉的工作原理电磁炉是一种利用电磁感应原理将电

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电磁炉工作时，虽然输入信号是市电的220 V交流电，但是为了保持功率恒定和内部稳定工作，需要对各参数进行实时的检测和控制，以有效地实现锅具超温保护、锅具干烧保护、锅具传感器开／短路保护、忘记关机保护、IGBT温度限制、IGBT温度过高保护、低温环境工作模式、IGBT测温传感器开／短路保护、高低电压保护、浪涌电压保护、VCE抑制、VCE过高保护、过零检测、小物检测、锅具材质检测、定时等功能。

这些参数中有很多是互相关联、互相影响的，因此，使用单片机实现检测和控制，无论从成本上，还是从可靠性、实现方案上，均是较好的选择。

1 控制参数及其相互关系

1.1 电磁炉的工作原理

电磁炉是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的厨房电器。它有两种类型：一种是利用工频电流进行感应加热；另一种是利用15 kHz以上的高频电流进行感应加热。前者称为"工频电磁炉"，后者称为"高频电磁炉"。工频电磁炉无需进行工频到高频的变换电路，电路复杂性较小；但是，需要特殊的复合材料(一般为不锈钢、铁、不锈钢、铝四层复合)制成的烹饪锅具才能正常工作。高频电磁炉需要设置高频变换和控制电路，但无需复合材料制成锅体。家用电磁炉一般采用高频模式。

高频电磁炉热效率高达83％。在电磁炉内部的主谐振部分，由整流电路将50 Hz／60 Hz的交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为20～50 kHz的高频电压。高速变化的电流流过线圈时，产生高速交变的磁场；当磁场内的磁力线通过金属器皿时，底部会产生巨大的涡流，使器皿本身自行高速发热，然后再加热器皿内的物质。

1.2 电磁炉的检测和控制参数

电磁炉工作时需要检测、控制的信号或参数有以下14种：工作电压(输入、模拟量)，工作电流(输入、模拟量)，IGBT工作温度(输入、模拟量)，输出到器皿的温度(输入、模拟量)，交流电过零(输入、数字量)．同步(输入、数字量)，风扇(输出、数字量)，蜂鸣器(输出、PWM)．IG-BT导通和截止(输出、PWM)，电源浪涌(输入／输出、数字量)，IGBT之C端的过压(输入／输出、数字量)，试探信号(输出、数字量)，按键监测(输入／输出、数字量)，显示控制(输出、数字量)。

1.3 控制参数的相互关系

以上参数除后两项属于人机交互界面外，其他12项参数均互相关联，关联关系如图1所示。

在图1中，参数I、V、Vp-p、VCE、T1、T2分别为：工作电流设定值、工作电压设定值、浪涌电压设定值、IGBT最大击穿电压设定值、IGBT温度值和加热线圈温度值。所有参数的加入均以使IGBT可靠、正常地工作为中心。IGBT可靠、正常地工作是指：输出功率恒定，发热和锅底温度在允许的范围内。

2 综合控制的实现

2.1 单片机SH69P42

SH69P42是中颖公司基于SH6610D内核的4位RISC指令集的单片机。它带有4通道8位SAR A／D转换器，2通道10位PWM输出，2级3种中断(A／D中断、端口中断和定时器中断)，2个8位定时器，16个I／O引脚；内有OTP型ROM(3 072×16位)和RAM(192×4位)；还有低电压监视复位和内置看门狗电路，振荡器工作频率为32 768 Hz～8 MHz。SH69P42共有43条指令，每条指令的执行时间均等，为振荡器周期的4倍。

SH69P42适合工业级，应用于对系统抗干扰能力要求极高的场合，家电应用是它的一个重要方面。从SH69P42的单片机资源分析，结合1.2节给出的参数可以看到，该单片机非常适合于电磁炉的控制。

2.2 综合控制的策略

2.2.1 输出功率的控制

控制IGBT的信号是一个周期固定的PWM脉冲。由文献[2]可知，电磁炉的输出瞬时功率决定于一个PWM周期中高电平的占空比，此期间导通的IGBT所流过电流的大小决定功率的大小。因此，电磁炉的输出功率可以间接地使用PWM周期的占空比来实现。计算方法可以简单地使用线性对应。

SH69P42有2个10位PWM，可以通过简单的编程来实现规定的占空比输出。

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