第三章 電磁爐功能設計原理

§1 人機界面

電磁爐用戶界面有5個按鍵，分別為：

1、開/關鍵，可切換開關機狀態。

2、定時鍵，在開機狀態下，可改變定時時間。

3、加熱/定溫鍵，在開機狀態下，可以在加熱和定溫兩種工作狀態之間切換。

4、增1（>）鍵，在開機狀態下，可增加檔位。

5、減1（<）鍵，在開機狀態下，可減少檔位。

電磁爐用戶界面還有2位數碼管，可顯示定時時間。8個指示燈，可分別指示當前工作狀態。

電磁爐上電時，蜂鳴器響一聲，進入關機狀態。關機狀態下，無顯示，控制線關閉，PWM佔空比為0AH/80H，無任何檢測、報警功能。此時按開/關鍵，可開機。開機後，“電源”指示燈亮，用戶可進行如下操作：

1、剛開機時，數碼管顯示90，表示定時時間為90分鐘。每按一次定時鍵，定時時間將增加5分鐘，最長時間為99分鐘，此時若再按一次定時鍵，則為5分鐘。

2、在開機狀態的任何時候，按加熱/定溫鍵，可以在加熱和定溫兩種工作狀態之間切換，加熱和定溫指示燈可以指示當前電磁爐處於哪種工作狀態，剛開機時，電磁爐處於“加熱——炒”狀態，“加熱”指示燈和“炒”指示燈均亮。

3、電磁爐處於“加熱”狀態時，按增1（>）或減1（<）鍵，可改變加熱火力在“炒”、“炸”、“煮”、“煎”、“保溫”之間切換，切換至哪個火力檔，哪個火力檔下面的指示燈就亮。

4、電磁爐處於“定溫”狀態時，按增1（>）或減1（<）鍵，可改變定溫溫度在“240”、“200”、“140”、“100”、“70”之間切換，切換至哪個火力檔，哪個火力檔上面的指示燈就亮。

§2 功率控制PWM輸出

由硬件電路圖可知，輸出佔空比不同的PWM信號，所形成的負荷電流的大小是不同的，佔空比越高，負荷電流就越大；佔空比越低，負荷電流就越小。

廠家後來提出將電流控制改成功率控制。

當用戶選擇不同的火力時，在市電電壓相同的情況下，達到相應火力所需的負荷電流是不同的，當市電電壓不同時，達到相同火力檔的火力所需的負荷電流也是不同的，是因為要保持電壓與電流的乘積不變，這就是功率控制。為了達到功率控制的目的，PWM輸出信號的佔空比就應該由用戶所設的火力檔和市電電壓共同決定。每一個火力檔對應一個輸出功率。假設要求達到的功率為P，市電電壓為V，所需的電流大小I=P/V。再由電流來確定PWM信號佔空比。

在確定控制方案之前，需要進行如下測試項目：

一、市電電壓有效值與所形成的直流電壓VOL之間的關係

測試方法：利用3000W以上的調壓器，使電磁爐供電電壓從170V—260V變化，測量VOL電壓，製成表格，畫出V市電—VVOL關係曲線,如圖3.2所示。

由圖可見它們的關係基本上是線性的，可得出市電電壓值與ADC轉換值的近似解析公式：

V=VOL×220/2.66=VOLADC×79.4/51=1.557×VOLADC

VOLADC為VOL電壓ADC值。

二、比較電壓VCMP（IC202第5腳）與負荷電流的關係

比較電壓VCMP的大小可以直接控制負荷電流，PWM信號正是通過控制VCMP來達到控制負荷電流的目的。根據電路圖可得出它們之間的關係為：VCMP=5(1+20×佔空比)/21，它是線性且單調的，每一個PWM佔空比都可以得到唯一的一個VCMP。因此，只要得到比較電壓VCMP（IC202第5腳）與負荷電流的關係，就可以得到PWM佔空比與負荷電流的關係。最後用軟件具體實現時，是用PWM信號來控制負荷電流的。

圖3.1 市電電壓與VOL電壓關係曲線

下面可開始測試。

測試方法：使比較電壓VCMP從1V－4.63V變化，測量負荷電流、A點電壓（最大、最小）、CRU電壓（最大、最小）。製成表格，繪出VCMP－負荷電流之間的關係曲線。

三、功率的測量上表中電壓單位為V，電流單位為A。

用戶設定的5檔炒、炸、煮、煎、保溫火力所對的功率分別為1600W、1400W、1200W、1000W、800W。實測原電磁爐的輸出功率、市電電壓、負荷電流、PWM佔空比關係如下：

Duty cycle=0.156A-0.222由此可繪出與PWM佔空比的關係曲線，如圖3.2所示。可見它們之間基本上是線性關係，可用近似用如下解析式表示。

Duty cycle—佔空比；

A—負荷電流。

圖3.2 負荷電流與PWM佔空比關係曲線

四、控制方案

1、控制公式

要根據所設定的功率及當時所測市電電壓，來確定要輸出的佔空比，將I=P/V代入上式，得：

佔空比=0.156×P/V-0.222

為了便於計算機處理，將佔空比表示為PWM/128，128為一個PWM信號週期計數值，32US為一個週期；功率P表示為Ptab×10，Ptab為火力檔功率查表值，由高至低分別為160（A0H）、140（8CH）、120（78H）、110（6EH）、80（50H）；將V的測量解析式代入，得：

PWM=128×Ptab/VOLADC-28

注意，為了不影響精度，在編寫軟件計算時應先乘後除。

2、邊界控制

當功率最高，而市電電壓最低時，按上式計算PWM=158，實際可用PWM最大值為122（7AH）。

當功率最低，而市電電壓最高時，按上式計算PWM=33，實際可用PWM最小值為38（26H）。

§3 定溫控制

定溫溫度分為5檔，由高至低分別為：240，200，140，100，80。溫度控制均為上、下限控制，每5秒鐘控制一次，若溫度高於上限則關斷加熱脈衝；若溫度低於下限則打開加熱脈衝，以最高火力檔加熱。

§4 定時控制

最高定時時間為99分鐘。開機後定時時間為90分鐘，按定時鍵可調整定時時間，定時時間以5分鐘為一檔遞增，加至99分鐘後，轉為5分鐘。定時時間到後，電磁爐自動關機。數碼管顯示剩餘時間。

§5 無鍋檢測

當爐臺上無鍋時，電磁爐可自動檢測，此時顯示全滅，每2秒蜂鳴器響一次，電源指示燈閃爍一次，持續30秒後（蜂鳴器響15次），自動關機。若30秒內，又將鍋放回爐臺上，則以原來的方式工作，無鍋檢測時間不計入定時時間。

檢測原理：當控制線打開時，無鍋負荷電流將很小，即CRU電壓將很低。可通過實驗測定一個無鍋檢測CRU電壓臨界值(0.8V)，若當控制線打開50MS以上時，CRU電壓小於此臨界值，則認為是無鍋，以後輸出無鍋檢測PWM佔空比，關斷控制線，每過2秒再打開控制線檢測一次，若CRU電壓高於CRU臨界值，則認為有鍋，恢復原來的工作狀態；若連續15次檢測到無鍋，則自動關機。無鍋檢測時，按關機鍵，應能關機。

當剛打開控制線時，負荷電流及CRU電壓的建立都需要時間，因此必須延時50MS。否則爐臺上即使有鍋也檢測不出來。

當電磁爐處於控制線關斷狀態時（如定溫溫度已超過上限），應跳過無鍋檢測。

§6 報警檢測

當開機時，微電腦不斷檢測電磁爐的工作狀況，當出現異常時，將發生報警。報警時，蜂鳴器響一次，發光二極管全亮，數碼管高位顯示E，低位顯示報警號，持續5秒後自動關機。報警號如下：

一、欠壓、過壓報警

當市電電壓低於170V（VOL電壓=2.16V），或超過260V（VOL電壓=3.2V）時報警，數碼管顯示E1。

二、IGBT超溫、IGBT傳感器開路報警

IBGT溫度過高（IBGT電壓=3.2V）或IGBT溫度傳感器開路報警。數碼管顯示E2

當環境溫度低於零下負30度時，將會誤判為傳感器開路報警。

三、鍋底溫度超溫、傳感器斷路報警

若鍋底溫度過高（POT電壓= ），或溫度傳感器斷路則報警，數碼管顯示E3。

開機後，將延時一段時間，再進行鍋底溫度傳感器斷路檢測。延時時間將根據開機時的環境溫度（用IGBT溫度檢測通道）而變化，若環境溫度大於0度，則延時2分鐘；若環境溫度小於0度，則延時時間隨著環境溫度的降低而增加，最大延時時間為9分鐘。若無延時，當環境溫度小於0度時，將會誤判為傳感器開路報警。下面將詳細解釋延時原因：

1、問題的提出

環境溫度較低時，POT溫度檢測電壓值將是很低的。如：

攝氏0度時，查表，溫度傳感器電阻RT=330K，則VPOT=0.045V，ADC值為02H，

攝氏零下負5度時，查表，溫度傳感器電阻RT=410K，則VPOT=0.036V，ADC值為01H，

當此電壓ADC值小於02H（不包括02H）時，就認為是鍋底溫度傳感器斷路。由此可見，剛開機就進行鍋底溫度傳感器斷路檢測是行不通的，當環境溫度低於攝氏零下負5度時，電磁爐將因誤檢測到鍋底溫度傳感器斷路，而不能啟動。

2、解決方案

上電初始化後，利用IGBT傳感器通道，立即檢測環境溫度。

攝氏0度時，VIGBT=0.286V，0EH<ADC值<0FH。當ADC值大於或等於0FH時，即可認為環境溫度>0度；否則，環境溫度<0度。

若環境溫度<0度，則開機後延時一段時間，再進行鍋底溫度傳感器斷路檢測。

延時時間=[10-VIGBT/2]×1分鐘

-300C時，RT=1.8M，VIGBT=0.55V，ADC值為02H，延時時間為9分鐘

若環境溫度>0度，則開機後可延時2分鐘，再進行鍋底溫度傳感器斷路檢測。這時因為，若電磁爐斷電後，再上電，IGBT尚有餘熱，此時檢測的溫度並非真實的環境溫度，若有IBGT溫度>0，而POT溫度<-5度，則立即檢測溫度傳感器斷路，會出現誤檢測。

四、負荷電流過大報警

若負荷電流過大（CRU電壓= ），則報警，數碼管顯示E4。

五、風扇工作異常檢測報警

開機後，延時2秒，再檢測風扇工作電壓。當風扇受阻（如有異物進入卡住風扇），或風扇電機線圈斷路，或匝間短路時報警，數碼管顯示E5。

檢測原理：

去掉二極管D205後，測試風扇檢測FANI電壓和市電電壓，得到下表。

根據上表數據，可以得出風扇檢測基本方案：

1、當VOL電壓-FANI電壓>0.2V時，風扇受阻報警。

2、當FANI電壓-VOL電壓>0.5V時，風扇開路報警。

又測試VOL電壓和FANI電壓的以下變化過程：

1、開機後風扇檢測電壓從開路電壓降至正常運轉電壓所需時間大約為1秒；

2、開機後風扇檢測電壓從開路電壓降至風扇受阻電壓所需時間大約為2秒；

3、控制線變化而引起市電電壓變化，此時市電檢測電壓和風扇檢測電壓變化幾乎同步。

由此可得出風扇檢測擴充方案：開機後延時2秒，再檢測風扇工作狀況。

§7 其它功能

一、風扇關閉條件

關機後，風扇關閉的條件是：IGBT的溫度低於50度(IGBT電壓=2V)。

二、測試工作方式

當同時按住定時和加熱/定溫鍵上電，並持續2秒，待蜂鳴器響，則進入測試工作方式。在此工作方式下，將不進行無鍋檢測和報警檢測，可方便進行調試、調整和檢測。