1 引言

    電磁灶是應用電磁感應原理進行加熱工作的，是現代家庭烹飪食物的先進電子炊具。它使用起來非常方便，可用來進行煮、炸、煎、蒸、炒等各種烹調操作。電磁灶的功率一般在700--1800W左右。

    電磁爐按感應線圈中的電流頻率分為低頻和高頻兩大類，相比較高頻電磁灶受熱效率高，比較省電。

    按樣式分類，可以分以下三種。

    臺式電磁爐：分為單頭和雙頭兩種，具有擺放方便、可移動性強等優點。因為價格低較受歡迎。

    埋入式電磁爐：是將整個電磁爐放入櫥柜面內，然后在臺面上挖個洞，使灶面與櫥柜臺面成一個平面。業內專家認

    為這種安裝方法只求美觀，但不科學，很大一部分消費群體把電磁爐當做火鍋，埋入式炒菜并不方便。

    嵌入式電磁爐：可適應不同鍋具的需要，不再對鍋具有特殊要求。

    本文主要介紹利用SPMC65P2404芯片來實現電磁爐的設計。SPMC65P2404是凌陽推出的一款工業控制8位單片機，具有很高的性價比，抗干擾能力強，非常適合應用于工業控制類、家電類產品的設計。使用SPMC65P2404設計的電磁爐具有如下性能：

    六種加熱模式：火鍋、煎炸、炒菜、燒烤、蒸煮、燒燜；

    一種自動工作模式：燒水；最大720分鐘的定時開機功能；2小時自動關機保護功能；小物件檢測功能，對不合適的物件不進行加熱；系統采用過流、過壓、超溫等多種保護措施；采用開關電源，使系統能夠在180~250V的電壓范圍內正常工作；系統設置了故障報警功能，方便故障查找及檢修；系統含有自檢程序，方便生產測試。

    2 電磁爐加熱原理

    電磁爐是應用電磁感應原理對食品進行加熱的。電磁爐的爐面是耐熱陶瓷板，交變電流通過陶瓷板下方的線圈產生磁場，磁場內的磁力線穿過鐵鍋、不銹鋼鍋等底部時，產生渦流，令鍋底迅速發熱，達到加熱食品的目的。

    電磁爐加熱原理如圖2-1所示，灶臺臺面是一塊高強度、耐沖擊的陶瓷平板（結晶玻璃），臺面下邊裝有高頻感應加熱線圈（即勵磁線圈）、高頻電力轉換裝置及相應的控制系統，臺面的上面放有平底烹飪鍋。

圖 2?1 電磁爐加熱原理

    其工作過程如下：電流電壓經過整流器轉換為直流電，又經高頻電力轉換裝置使直流電變為超過音頻的高頻交流電，將高頻交流電加在扁平空心螺旋狀的感應加熱線圈上，由此產生高頻交變磁場。其磁力線穿透灶臺的陶瓷臺板而作用于金屬鍋。在烹飪鍋體內因電磁感應就有強大的渦流產生。渦流克服鍋體的內阻流動時完成電能向熱能的轉換，所產生的焦耳熱就是烹調的熱源。

    3 電磁爐設計要求

    電磁爐作為一種普遍的家用產品，除了要具有基本的加熱功能外，它的安全性能及穩定性能是設計的關鍵。

    電磁爐設有多種保護裝置，包括小物件檢測、過熱自動停機保護、過壓或欠壓自動停機保護、空燒自動停止加熱保護、2小時斷電保護、1～2分鐘自動停機保護以及聲光報警顯示等。綜合起來，電磁爐可由下述技術特性參數考核：

    （1）自身保護特性。輸出開關管是電磁爐的關鍵元件，工作于高電壓、大功率狀態，受成本和器件參數限制，設計時不可能有很大的富裕量，故在工作過程中，若電源電壓過高、工作狀態切換時產生瞬間沖擊、電流增大、機內溫升過高、鐵鍋挪離灶板或空載，開關管都可能損壞。因此，應保證過壓、過流、過溫、鍋檢測等保護裝置正常；

    （2）鍋底溫度控制特征。鍋底發熱直接傳至灶板（陶瓷玻璃），灶板是導熱材料，故一般都將熱敏元件安裝在灶板底部，探測鍋底的溫度；

    （3）功率穩定性。電磁爐應具有輸出功率自動調整功能，以改善電源適應性和負載適應性；

    （4）電磁兼容性。該性能涉及對其余家電的干擾和對人體的危害。電磁爐均在電源回路中設有LC濾波電路并用金屬圍框吸收漏磁通，同時采用脈沖方式，使平均輻射功率控制在最小限度。

4 系統硬件設計

    系統采用SPMC65P2404作為主控MCU，主要模式有：鍵盤掃描，鍋體溫度檢測，IGBT溫度檢測，電流過流檢測，超壓欠壓檢測，振蕩信號檢測，風扇控制，數碼管顯示控制，LED控制，蜂鳴器控制，系統啟動控制。

圖 4?1 系統框圖

    4.1 功率板電路分析

圖 4?2 功率板電路圖

    4.1.1 加熱線圈工作電路

    交流電220V經過前端濾波處理，通過整流橋，變成大約310v左右的直流電，通過MCU控制IGBT的導通和關閉，來控制加熱線圈的工作狀態。

    4.1.2 開關電源電路部分

    開關電源部分采用TI公司最新推出的集成電路VIPer12A，來實現不同電壓的輸出，AC接入后經過半波整流，接到VIPer12A的電壓輸入腳，輸出端通過穩壓變壓的方式來得到18V和5V直流電，為IC和其他外圍元件提供電源。

 4.1.3 電壓值測量電路

    AC接入后，經過半波整流，由R10和R17產生分壓，對電路的電壓進行比例式測量，以判斷電路電壓是否超過或者不足。

     4.1.4 溫度測量

    通過兩個熱敏電阻分別來測試IGBT和瓷磚底面的溫度，以此來保護IGBT，和對系統進行溫度控制時提供參考。

    4.1.5 IGBT控制電路

    電路中包含有電流檢測部分，通過電流互感器將總回路的電流按比較縮小后，通過整流，變成直流，連接電阻到地，系統通過檢查電阻端的電壓來判斷回路的電流大小。同時回路電流若超過一定值后，通過另一端的保護信號反饋到IGBT的控制端，將控制信號拉低，使IGBT停止工作，同時送到MCU，讓系統停止工作，并產生報警信號。

    4.2 控制板電路分析

圖 4?3 主控板電路圖

    主控板中主要由MCU，數碼管，發光二極管，按鍵，復位電路組成，數碼管采用共陽型的，發光二極管驅動方法為動態掃描，按鍵與SEG線復用，控制COM口，回讀SEG數據的I/O來掃描按鍵。復位電路為低電壓復位電路，當電壓低于2.6V時，系統產生復位。

 5 系統軟件設計

    5.1 程序流程分析

    主流程采用分時結構，在每個不同的時間片進行不同的工作，時間片可以對動態掃描的LED進行定時刷新和掃描，方便程序控制。工作時采用時間輪循的方式，能有效的利用時間資源。過程中主要通過標志的方式將信息傳遞到其他模塊。 

圖 5?1 主程序流程圖

    5.2 中斷子程序流程圖

    電流過流中斷是整個系統唯一的中斷，當產生中斷時，系統馬上停止控制信號，然后置電流過流標志，讓系統在其他地方檢測過流的狀態是否持續3秒，若是，則產生電流過流的報警信號，系統停止工作。

    5.3 功率調節模塊

    系統需要根據外部電壓和電流的大小，來計算是否已經達到了設定的功率值，通過比較后的功率大小關系來調整PWM值，以輸出比較恒定的功率。

    假設外部電壓為V1，MCU檢測到的電壓值V2，根據電路計算得：V2=5.1*V1/（330+5.1），得到的A/D值DATA為：DATA=“V2”*256/5，外部電流和MCU通過轉換的電壓的測試值的關系為：外部電流值/轉換后的電壓=2.4。

    根據上述關系來換算功率值的大小：P=V*I=0.06*AD（V）*AD（I），推出：AD（I）=100*P/（6*AD（V）），確定AD（I）后，再通過調整PWM值，以使AD（I）達到計算的值。

    5.4 系統資源分配

    參考文獻

    ［1］肖健華，經順林。模糊控制在家電產品中的應用與展望。五邑大學學報（自然科學版），2001

    ［2］張超，孫志鋒，金高先。電磁爐主諧振電路研究與功率控制。電源技術應用，2004.