软件同步电磁炉设计原理与方案实现

ｅ．第五代产品有美的２００４年以后上市产品，立邦新上市ＩＨ系列产品。电路设计迸一步
简化，浪涌保护电路有较大的改进，采用电流突变保护，解决了以前打电容冲击时容易出现烧 ＩＧＢＴ的问题，对电容冲击干扰具有很好的保护效果，在保证高灵敏度的同时，也同时解决了前 几代产品保护灵敏度过高时易出现正常加热也可能发生浪涌保护的问题。
的。
１
＿＝■
图５
风扇散热电路
ＦＵＳＥ ５Ａ／２５０Ｖ
图６
电流检测电路
４６１
２００６年中囡采用电器技术大会论文集
图中ＶＲｌ的功能是功率调整用的，当通过功率计测量到电磁炉的实际功率和需要控制的 目标功率有误差时，可通过调节该电阻以达到需要的功率。 （６）电流浪涌保护电路 如图７所示，当电源输入部分产生浪涌电压时，电磁炉工作电流会加大，使ＰＯＲＴＡ点电压 变得更低。如果干扰电压足够大，就会使ＬＭ３３９第５脚电压低于第４脚电压，在第２脚处产
国内第一款较成熟的采用ＩＧＢＴ的电磁炉。其缺点是电路偏复杂，维修不太方便。 ｄ．第四代产品有美的ＰＤ系列产品（美的２００１年生产）。该系列产品的特点是震荡电路 设计有较大改进，采用独立振荡单元，浪涌保护电路采用电压突变保护，工作可靠性较好，并且 ＰＤ系列产品成本有所降低，在国内首次采用ＩＲ公司１２００Ｖ ＩＧＢＴ，是国内第一家采用１２００Ｖ ＩＧＢＴ电磁炉方案较为成熟的产品。其缺点是对浪涌冲击保护灵敏度较难控制。
ｔｏ
ｏｎ
ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅ ＰＣＢＡ ｗｉｔｈ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｙｎｃｈｒｏ－
ｎｏｕｓ（ｔｈｅ
６ｔｈ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ
ｃｏｏｋｅｒ），ＰＣＢ
ｌａｙｏｕｔ，ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ＥＭＣ．Ｉｔ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｐｏｗｅｒ
ｓｕｐｐｌｙ，ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｐａｎ，ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｆａｎ ｈｅａｔ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ，ｓｕｒｇｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｖｏｌｔａｇｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ
工作在１００ＫＨＺ以上，这样对元器件的选择提出了更高的要求，特别要注意磁芯、磁条、高压电
容、ＩＧＢＴ等器件的选择。 （４）电磁热水器 电磁热水器是利用电磁感应加热原理对水进行加热，其突出优点是实现了水与电的隔离， 从原理上彻底鳃决了电热水器难以克服的漏电危险，在电热水器上是一次新的技术革命。笔 者认为这是一种具有非常广阔应用前景的高档热水器产品，预计在今后几年国内家庭将大量 使用此种热水器。 （５）ＩＨ电饭煲 ＩＨ电饭煲是利用电磁感应加热原理与模糊控制技术相结合，煮饭效果非常理想，目前在 日本已成为电饭煲主流产品，在国内也已有数家企业在投入力量进行研究。 （６）向国际化大公司挑战
关键词：第六代电磁炉软件同步
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｏｋｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ＇ｓ ｏｐｉｎｉｏｎ ｆｕｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｏｋｅｒ．Ａｎｄ ｉｔ ａｌｓｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｈｏｗ
４５８
第九部分小家电制造技术
历了以下几个阶段： ａ．第一代产品有环保牌电磁炉等，其特点为采用独立振荡单元，多个功率管并联，驱动放
大电路采用分立元件，电路可靠性较好，工作稳定，缺点是电路复杂，成本高，维修不太方便。
ｂ．第二代产品有上海德昕，控制电路用３片ＬＭ３３９，采用大回环振荡工作原理，保温功能 用硬件电路实现（用７４ＬＳｌ４５），功率管用仙童ＦＧＡ４０Ｎ１５０Ｄ、东芝Ｇ４０Ｔ１５０的ＩＧＢＴ（１５００Ｖ，
４０Ａ），可靠性尚可，缺点是电路较复杂，返修率略高。
ｃ．第三代产品有美的ＰＳＤ系列产品（美的２０００年生产）。美的ＰＳＤ系列产品采用大回环 振荡原理，ＩＧＢＴ采用仙童ＦＧＡ４０Ｎ１５０Ｄ、东芝Ｇ４０Ｔ１５０产品（１５００Ｖ，４０Ａ）。其保护电路做的
比较完善，重点解决了插电烧机、工作过程突然拔电烧机等长期困扰国内其他厂家的难题，是
在高档电磁炉上，如多头电磁炉，大功率电磁炉，在保证质量、保证性能的前提下降低成
本，做出价格适中，性能优良的产品，与国际大公司（如法国汤姆逊、日本松下等公司）竞争，在 国际舞台上展示中华民族产品的魅力。
参考文献：
１．伍炎军，刘永慧．绿色厨房的使者．电器制造商，２０００（１０）：３９ ２．伍炎军．中国电磁炉发展历史概述．电器制造商，２００１（１２）：３９ ３．伍炎军．对中国电磁炉产业发展的思考．电器制造商，２００２（６）：３９
（３）ＩＧＢＴ驱动电路 如图４所示ＩＧＢＴ驱动电路工作原理：由单片机根据同步电路输入信号，直接输出驱动信 号，经ＴＡ８３１６放大后直接驱动ＩＧＢＴ栅极，该电路对以前的驱动电路有较大的改进，改变了传 统的ＰＷＭ信号控制震荡电路的工作模式，对提高电磁炉的工作可靠性具有特别重要的意义。
图４
ｌＧＢＴ驱动电路
（４）风扇散热电路 如图５所示，风扇散热电路是一个比较简单的电 路，只是在选择驱动三极管的时候需要注意所选的三 极管有足够的驱动能力以及在选择风扇时要注意风扇 的转速、扇叶是否能满足散热的要求。 （５）电流检测电路 如图６所示，该电路的基本原理是通过把进入电 磁炉的电网电流由电流互感器Ｔ１转换成相应的电压 信号，然后再通过二极管桥式整流转换为直流信号，由 单片机检测这个直流电压信号，以达到控制功率的目
４６３
（２）同步检锅电路
如图３所示，该电路的基本原理是通过给ＩＧＢＴＩＮ端口一个适当的开通信号，让Ｌ从电网 中获取一定的能量，然后关断ＩＧＢＴ，此时在Ｌ和Ｃ３之间会发生阻尼振荡，而这个振荡信号会
使ＬＭ３３９的输出产生一定数量的脉冲波信号，因此通过记数‘ＭＣＵ’端脉冲波的个数可判断电
磁炉上是否有锅具（不同的锅具材料有不同的阻尼振荡系数），在电磁炉工作过程中该信号也
２００６年中国家用电器技术大会论文集
软件同步电磁炉设计原理与方案实现
伍炎军
（深圳市和而泰电子科技有限公司，５１８０５７）
Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｕｓ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｃｏｏｋｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ
Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ
Ｗｕ Ｙａｎｊｕｎ
Ｍｅｔｈｏｄ
（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ
ＳＯ ｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｈｅ ６ｔｈ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｏｋｅｒ，Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
ｌ
电磁炉发展历史简介
（１）国外电磁炉发展历史 美国研究电磁炉历史悠久，１００多年前已研制出工频电磁炉，由于工频电磁炉热效率不是 很高并且易产生工频噪声，所以没有大量推广。在１９５７年，德国ＮＥＦＦ公司率先研制出民用 高频电磁炉，美国在１９７２年也研制出了高频电磁炉（工作频率２０ｋ一５０ｋＨＺ），紧接着日本也研 制成功。由于电磁炉环保、节能、无明火等特殊优点，在上世纪８０年代初已在西方和日本等地 普及。 （２）国内发展历史 国内在上世纪８０年代末到９０年代初曾掀起电磁炉热潮，由于当时元器件和设计方面的 原因（主要是设计原因），许多电磁炉产品可靠性很差，导致大量电磁炉生产厂出现亏损。随 着技术的进步，元器件质量的提高，目前国产电磁炉已逐步走向成熟。国内电磁炉的发展大致经
２软件同步电磁炉设计指标
（１）电压：２２０Ｖ
５０Ｈｚ
（２）功率：２０００Ｗ （３）抗ＥＦＴ脉冲群干扰：２０００Ｖ （４）抗浪涌干扰：１５００Ｖ （５）ＥＭＩ符合ＥＮ５５０１４标准
３国内第六代电磁炉——软件同步电磁炉设计原理
软件同步电磁炉的设计思想是去掉硬件振荡电路，利用外部硬件电路产生的同步信号，直 接控制单片机输出ＰＷＭ信号。ＰＷＭ信号经ＴＡ８３１６放大后直接驱动ＩＧＢＴ，从而可以大为简 化硬件设计电路，大大减少硬件电路受干扰的环节，在保证降低成本的同时，更进一步提高电 磁炉工作可靠性。对电磁炉设计方案的改进将具有非常重要的意义。下面分几个方面对软件 同步电磁炉设计原理进行论述。 （１）电源电路 电源电路可以采用图１所示的ＶＩＰＥＲｌ２开关电源，或图２所示的ＦＳＤ２００开关电源方案。 输入电压为电网电压整流后的直流电压（交流２２０Ｖ时整流后直流为３１０Ｖ），输出电压为１８Ｖ， １８Ｖ经稳压后输出５Ｖ直流电压，１８Ｖ供风扇和ＩＧＢＴ驱动用，５Ｖ供单片机和显示用。
Ｈ＆Ｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，５ １ ８０５７）
摘要：本文简要介绍了电磁炉的发展历史及笔者对电磁炉未来发展方向的思考，较为详细地论述了软 件同步电磁炉——国内第六代电磁炉的设计原理及相关的ＰＣＢ布板工艺、品质及ＥＭＣ问题。从电源电路、
同步检锅电路、驱动电路、风扇散热电路、浪涌保护电路、电流检测电路、电压检测电路等方面详细阐述了软件 同步电磁炉的设计原理。
４
Ｒ１ ＋５Ｖ
Ｄ３
Ｚ ∑ＩＮ４１４８
３３０Ｋ２Ｗ
软件同步电磁炉方案实现中的可靠性问
＿Ｄ１ ｊ ｌＩＮ４００７￡
题 按总元件１５０个计，如果全部采用六级器件， 设每个器件的失效率为１．０×０．０００００１。电磁炉 的平均无故障工作时间预计值为ＭＴＢＦ＝１／（１５０ ×１．０×０．０００００１）＝６６６６．７小时。以每天工作３
可以作同步信号使用。
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２００６年中国家用电器技术大会论文集
０ ／１６Ｖ
ＶＩＰＥＲｌ２
图１
ＶＩＰＥＲｌ２开关电源原理图
图２
ＦＳＤ２００开关电源原理图
ＦＵＳＥ ＬＩ１５Ａ／２５０Ｖ ６０１一ＢＴ －／Ｕ００４－－－ Ｃ１
一
２２０ＶＡＣ
２ＩｌＦ２７５ｖ Ｎ ２
图３
同步检锅电路
４６０
第九部分小家电出生，１９８９年毕业于哈尔滨工业大学六系理论电工研究生班。现任深圳市 和而泰电子科技有限公司电磁研发部经理，工程师，中国第三、四、五代电磁炉主设计工程师之一，中国第一台 ＩＨ电饭煲（美的）、第一台变频微波妒（海尔）电控部分主设计工程师。１９９９年开始研究电磁加热技术，深圳 市科技专家委员会成员。
生一个低电平中断信号送入单片机中断输入脚，由单片机中断服务程序关断ＩＧＢＴ输出，达到
保护电磁炉的Ｅｌ的。该电路保护性能优于电压突变保护电路，在具有高的保护灵敏度的同时， 不易出现电压突变保护电路电磁炉正常工作可能误保护的情况。
、－．．————一
＋５Ｖ
图７
电流浪涌保护电路
（７）电压检测电路 如图８所示，２２０Ｖ交流电压经过Ｄ１、Ｄ２整 流，Ｒ１、Ｒ２、ＥＣｌ滤波后，产生的直流电压送人单 片机进行ＡＤ转换，就可以检测到电磁炉电网工 作电压。
６
布板问题及工艺问题
ＰＣＢ布板要注意强电与弱电部分分开，强电和高压部分要注意爬电距离问题，弱电地和强
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第九部分小家电制造技术
电地只能一点接地。所有元器件要排列整齐；跳线之间不要短路；发热元件要放在通风良好的 位置上；散热片上有高压；要与其他元件保持适当距离．ＰＣＢ板要用阻燃材料；要涂三防漆．出 口电磁炉要达到无铅要求。
‰甲怒半１
图８
电压检测电路
小时计，１年为３×３６５＝１０９５，大约可用５—６年才需维修。
５
ＥＭＣ问题
ＥＭＣ问题是未来电磁炉技术竞争的重点，从元件选型、滤波器参数设计、ＰＣＢ布板都要认
真考虑ＥＭＣ问题。出口机型欧洲、美国、日本及其他国家都提出了不同的要求。新的国标也 即将提出新要求，只有认真研究，才能解决电磁炉的ＥＭＣ问题。
７
电磁炉未来的发展方向
（１）技术创新 技术创新是永恒的主题，从中国第一代电磁炉到第六代电磁炉，线路设计越来越简化，印 制电路板面积越来越小，成本越来越低，可靠性越来越高。未来的的技术创新将更进一步的推 动电磁炉产业的迅速发展。 （２）降低成本 降低成本主要依靠设计方案改进，元器件参数设计的合理性，结构件、微晶玻璃板等的合 理选择，通过近五、六年电磁炉市场的迅猛发展，电磁炉的成本已越来越低。由于技术的不断 进步，名牌厂家的电磁炉可靠性也在持续提高，在降低成本的同时一定要遵循可靠性设计原 则，否则要付出巨大代价。 （３）加热铝锅、铜锅的电磁炉 铝锅和铜锅的电阻率较小，当频率达到７０Ｋ～８０Ｋ时铝锅也可以加热，而要加热铜锅则需