【正文】 、銅質(zhì)鍋具、甚至其他材料的鍋具亦成為可能。主要內(nèi)如下： (1)簡單介紹了研究電磁爐的背景，描述了國內(nèi)電磁爐的發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀，提出了電磁爐發(fā)展趨勢。(3)受海爾廠家的委托設(shè)計(jì)滿足其要求的電磁爐。感應(yīng)加熱是法拉第電磁感應(yīng)定律的具體應(yīng)用。而如今，人們對(duì)高品質(zhì)、高效率、高安全性的家電產(chǎn)品的要求越來越高。感應(yīng)加熱的基本原理與變壓器類似。使工件內(nèi)部(工件表層電流透入深度△層)開始加熱，其焦耳熱為： (25)式中：一感應(yīng)電流有效值(A) 一工件電阻() 一時(shí)間(S)感應(yīng)加熱與其他的加熱方式（燃?xì)饧訜?、電阻絲加熱）不同，它把電能直接送到工件內(nèi)部變成熱能而將工件加熱，而其他的加熱方式是先加熱工件表面，然后通過熱傳導(dǎo)加熱內(nèi)部。集膚效應(yīng)：當(dāng)交流電通過導(dǎo)體時(shí)，沿導(dǎo)體截面上的電流分布是不均勻的，最大電流密度出現(xiàn)在導(dǎo)體的表層，這種電流積聚現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。感應(yīng)加熱電源就是綜合利用這三種效應(yīng)的設(shè)備。這時(shí)線圈本身表現(xiàn)為圓環(huán)效應(yīng)，工件本身表現(xiàn)為集膚效應(yīng)。由于渦流產(chǎn)生的熱量與渦流的平方成正比，因此由表面至芯部熱量下降速度要比渦流下降速度快得多，可以認(rèn)為(85%90%)的熱量集中在厚度為△的薄層內(nèi)。頻率越高，工件的加熱厚度就越薄。現(xiàn)代先進(jìn)的半導(dǎo)體制造技術(shù)使得電力電子開關(guān)器件可以工作在越來越高的頻率，功能越來越強(qiáng)大，體積越來越小，成本越來越低。圖22電磁感應(yīng)加熱的基本過程 The basic process of electromagnetic induction heating圖22是電磁感應(yīng)加熱的基本過程，至少需要整流單元、功率開關(guān)管、功率開關(guān)管驅(qū)動(dòng)控制單元、加熱線圈單元及鍋具等部件。[16][8]電磁爐的主電路如圖23所示，市電經(jīng)橋式整流器變換為直流電，再經(jīng)電壓諧振變換器變換成頻率為20～35kHz的交流電。圖24 電磁爐主電路等效電路 Equivalent circuit of the main circuit induction cooker電磁爐主電路的工作過程可以分成3個(gè)階段，各階段的等效電路如圖25所示。如圖25（a）所示，主開關(guān)開通后，電源電壓加在R*及L*支路和Cr兩端。由圖25（a）得式29。到達(dá)時(shí)刻，IGBT關(guān)斷，達(dá)到最大值。等效電路如圖25（b）及圖25（c）所示，我們也將其分為兩個(gè)階段來討論。首先是L*釋放能量，Cr吸收能量，正向流動(dòng)，部分能量消耗在R*上。在接近0之前，之時(shí)，達(dá)到負(fù)的最大值。于是，不再變化，充電結(jié)束。(3) 電感放電階段 如圖25(d)所示，可得方程：初始條件為：。關(guān)機(jī)狀態(tài)下，沒有任何顯示，沒有加熱的脈沖，也沒有任何檢測、報(bào)警功能。對(duì)應(yīng)的功率分別設(shè)為2000W，1800W，1500W，1200W，900W,間歇。C，210176。C，60176。定溫溫度檔數(shù)可根據(jù)用戶需要再增加或減少。(4)無鍋檢測當(dāng)爐臺(tái)上無鍋時(shí)，電磁爐可自動(dòng)檢測，此時(shí)顯示全滅，每2秒蜂鳴器響一次，電源指示燈閃爍一次，持續(xù)30秒后(蜂鳴器響15次)，自動(dòng)關(guān)機(jī)。報(bào)警時(shí)，蜂鳴器響一次，發(fā)光二極管全亮，數(shù)碼管高位顯示E，低位顯示報(bào)警弓t，持續(xù)5秒后自動(dòng)關(guān)機(jī)。當(dāng)環(huán)境溫度低于零下負(fù)30度時(shí)，將會(huì)誤判為傳感器開路報(bào)警。若環(huán)境溫度小于0度，則延時(shí)時(shí)間隨著環(huán)境溫度的降低而增加，最大延時(shí)時(shí)間為9分鐘。當(dāng)風(fēng)扇受阻(如有異物進(jìn)入長住風(fēng)扇)，或風(fēng)扇電機(jī)線圈斷路，或匝間短路時(shí)報(bào)警，數(shù)碼管顯示ES。在圖31中，從左至右按鍵為“定溫”“定時(shí)”“滑動(dòng)”“火力”“開關(guān)”“童鎖”。(5)童鎖鍵：在非關(guān)機(jī)狀態(tài)下按“童鎖”鍵，童鎖功能燈亮，進(jìn)入童鎖狀態(tài)；在童鎖狀態(tài)按下只響應(yīng)開關(guān)鍵和童鎖鍵，其中開關(guān)鍵短按即可響應(yīng)，童鎖鍵需長按3S解鎖。(3)定溫功能：在待機(jī)狀態(tài)下，按下“定溫”鍵，蜂鳴器響一聲，進(jìn)入定溫功能；定溫指示燈長亮，默認(rèn)定溫為第4檔，數(shù)碼管顯示 “180`C ”，檔位LED顯示對(duì)應(yīng)火力檔 位（火力檔位LED共有18個(gè)燈，三個(gè)燈為一組，共6組，對(duì)應(yīng)6檔火力）。表31溫度表Table 31 檔位123456數(shù)碼管顯示60`100`140`180`210`240`對(duì)應(yīng)功率W9009001200150018002000(4)火力功能：在待機(jī)狀態(tài)下，按下“火力”鍵，蜂鳴器響一聲，進(jìn)入火力功能；火力指示燈長亮，默認(rèn)火力為第6檔，數(shù)碼管顯示 “6 ” ，檔位LED顯示對(duì)應(yīng)火力檔 位。當(dāng)定時(shí)時(shí)間設(shè)定為“00：00”時(shí)，閃爍10S后，取消定時(shí)，回到默認(rèn)功能時(shí)間2小時(shí)。軟件部分則是完成電磁爐上述功能的關(guān)鍵，是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，也可以說是“靈魂’。電磁爐的感應(yīng)加熱原理如前所述，電磁爐硬件部分主要包括以下幾個(gè)方面:1)：整流部分(ACDC)，包括三相不可控整流橋、LC濾波電路、電壓電流檢測電路等。電磁爐的硬件組成框圖如圖32示。最后，將所有功能模塊連接在一起，完成整個(gè)控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)[28]。定時(shí)器中斷服務(wù)程序是定時(shí)執(zhí)行的，主要是為主程序服務(wù)的，包括提供良好的人機(jī)界面，為主程序提供狀態(tài)轉(zhuǎn)換及定時(shí)數(shù)據(jù)，以及實(shí)現(xiàn)各種需要計(jì)時(shí)、定時(shí)控制的功能等等。主程序提供數(shù)據(jù)給后臺(tái)，是輔助性的，是為了更好地幫助自已實(shí)現(xiàn)電磁爐的功能服務(wù)的。主程序和定時(shí)器中斷服務(wù)程序包含的主要子程序分別如圖33圖34示。電磁爐的保險(xiǎn)絲是個(gè)保護(hù)裝置，在更換的過程中要選用同型號(hào)的更換。RZ1是壓敏電阻，作用是為了防止市電輸入電壓過高而損壞電磁爐，其外型像瓷片電容（藍(lán)色）。該電容的容量通常為2uF—5 uF。BG1是個(gè)大電流高耐壓器件，其規(guī)格為20A\800V。作用是把整流出來的直流脈動(dòng)成分濾去，使輸出波形更加平滑。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，+300V經(jīng)加熱線圈、開關(guān)管以大電流給加熱線圈充電，電能轉(zhuǎn)化為加熱線圈中的電磁能。將場效應(yīng)管與大功率達(dá)林頓管有機(jī)地結(jié)合的IGBT管，將場效應(yīng)管作為推動(dòng)管，大功率大功率管作為輸出管,在高電壓、大電流狀態(tài)下長期安全工作，并表現(xiàn)出極好的開關(guān)特性，輸出功率可達(dá)1000W以上。因此線盤的電感量和電容的容量要根據(jù)功率來確定。維修時(shí)，當(dāng)IGBT擊穿燒壞，也要對(duì)其進(jìn)行檢測，正常后才可以更換IGBT。圖44 直流電源電路 DC power supply circuit市電（交流220V）經(jīng)DD2整流。C12是用于提高整流性能，以防高頻干擾。為IGBT驅(qū)動(dòng)供電。由于變壓器初級(jí)有高頻脈動(dòng)成分，次級(jí)耦合也有高頻脈動(dòng)成分。經(jīng)EC11濾波后為主芯片、保護(hù)電路、控制板供電。Q2基極因是低電平而截止，在集電極輸出高電平，來控制3。其輸出還是高電平。經(jīng)同步電路分壓后，又有一個(gè)信號(hào)（稱為檢鍋信號(hào)）經(jīng)C30電容（因電容通高頻阻低頻特性）進(jìn)入Q2的基極。R41為下拉電阻。由于電感線圈中的電流不能突變，流過IGBT的C、E極間電流逐漸增大。加在IGBT的C、E極上的電壓非常高，在這個(gè)期間，要確保IGBT可靠截止。如圖47所示。用來檢知線盤工作時(shí)的峰值。它的作用是排出爐內(nèi)熱氣：將IGBT及整流橋緊貼在散熱片上，利用風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，通過電磁爐外殼上的進(jìn)、出風(fēng)口形成的氣流將散熱片上的熱及線盤等零件工作時(shí)所產(chǎn)生的熱，加熱鍋具輻射進(jìn)電磁爐內(nèi)的熱、以及其它器件所散出的熱排出爐外。(2) 判斷是否開機(jī)，風(fēng)扇長轉(zhuǎn)。如圖48所示。如圖49所示。(2) 自動(dòng)功能及火鍋控制，利用探測溫度及結(jié)合時(shí)間，控制鍋具內(nèi)部的溫度，達(dá)到最佳的烹煮效果。IGBT熱敏電阻：該熱敏電阻放在緊貼著IGBT的正面。CPU通過檢測ADC7路值的變化作出如下指令控制: (1) 當(dāng)探測到IGBT結(jié)溫85℃時(shí)，根據(jù)當(dāng)前工作情況，升功率或降功率，或間隙加熱方式，讓IGBT結(jié)溫≤85℃。(3) 在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，如果IGBT溫升高于55℃，CPU則控制風(fēng)扇一直工作，直到溫度小于45℃后停止工作。當(dāng)引腳1 ()是高電平時(shí)，寄存器把這些數(shù)據(jù)移出送到單片機(jī)的PC3口。單片機(jī)將顯示的數(shù)據(jù)通過TM1618的1引腳DIO在時(shí)鐘上升沿輸入串行數(shù)據(jù)，從低位開始。完成上電初始化程序以后，便進(jìn)入主程序的循環(huán)，實(shí)際上主程序循環(huán)包括兩個(gè)部分即開機(jī)循環(huán)和關(guān)機(jī)循環(huán)。在開機(jī)循環(huán)中，開機(jī)初始化是一次性的，程序既要檢測是否有關(guān)機(jī)鍵按下，又要進(jìn)行開機(jī)處理，開機(jī)處理則包括功率控制、定溫控制、無鍋檢測和報(bào)警等等，是電磁爐主要功能實(shí)現(xiàn)的地方。主程序要保證在主程序循環(huán)一次的過程中，只使用了一次Powerflag信號(hào)，并且還需要保證在主程序循環(huán)的子程序中不再使用此標(biāo)志。圖52 上電初始化流程圖 Poweron initialization flow chart關(guān)機(jī)信號(hào)Powflag可以來自于電磁爐上電、定時(shí)、鍵盤和報(bào)警檢測。(3) 可以檢測到開機(jī)信號(hào)。圖53是關(guān)機(jī)處理流程圖。圖中的輸出處理標(biāo)志Putflag，當(dāng)設(shè)置為1時(shí)，表示主程序在進(jìn)行輸出的有關(guān)處理，中斷后不允許判斷按鍵，否則可能會(huì)引起輸出邏輯的混亂。(2) ADC定時(shí)計(jì)數(shù)器adctm。圖55 A\D流程圖 A\D flow chart在AD轉(zhuǎn)換器中，在進(jìn)行通道切換后的第一次采樣時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部模擬開關(guān)的切換，將會(huì)對(duì)該通道外部的模擬信號(hào)帶來比較大的尖峰干擾，所以在編程采取以下措施:(1) 盡可能地減少通道切換的次數(shù)。顯然，第二種方法更適合本系統(tǒng)。(3) 為了盡可能地減小模擬信號(hào)線上電容對(duì)采樣造成的影響，應(yīng)該降低AD轉(zhuǎn)換的頻率。在電磁爐報(bào)警時(shí)，蜂鳴器響一次，發(fā)光二極管全部點(diǎn)亮，此時(shí)數(shù)碼管的高位顯示字母E，低位則顯示報(bào)警號(hào)。(2) IGBT超溫、IGBT傳感器開路報(bào)警IGBT上面緊貼一個(gè)熱敏電阻，經(jīng)單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換檢測IGBT的溫度。(3)鍋底溫度超溫、傳感器斷路報(bào)警 假若鍋底溫度偏高或著溫度傳感器斷路則會(huì)報(bào)警，電磁爐的數(shù)碼管顯示為E3。因?yàn)榄h(huán)境溫度較低時(shí)，POT溫度檢測電壓值將是很低的。一旦風(fēng)扇不能正常工作，整個(gè)電磁爐將會(huì)不能工作甚至有可能損壞，設(shè)置風(fēng)扇工作異常保護(hù)是必要的。在程序中設(shè)置了如下的變量對(duì)其進(jìn)行報(bào)警檢測控制。(2) almdelay為報(bào)警延時(shí)計(jì)時(shí)器。(4) 報(bào)警號(hào)almnumb。無鍋檢測的原理如下：在控制線路打開時(shí)，電磁爐的爐面上無鍋或者鍋具不是鐵鍋、直徑太小，電磁爐的負(fù)荷電流將會(huì)很小。假若連續(xù)15次檢測到無鍋，電磁爐則會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)。在無鍋檢測程序中設(shè)置了以下變量進(jìn)行報(bào)警檢測的控制：(1) 無鍋檢測標(biāo)志為noguoflag。(2) 控制線打開后持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)器ctlt。當(dāng)?shù)谝淮螜z測到無鍋時(shí)被設(shè)置為2秒鐘的延時(shí)時(shí)間初始值10(對(duì)200ms進(jìn)行計(jì)數(shù))，在定時(shí)器中斷中，在無鍋檢測狀態(tài)noguoflag=l時(shí)，進(jìn)行減1計(jì)數(shù)，直到其值為0時(shí)，控制線打開，并且重置此計(jì)數(shù)器，反復(fù)執(zhí)行。功率控制的準(zhǔn)確性，需要準(zhǔn)確測定單片機(jī)輸出占空比與輸出功率之間的對(duì)應(yīng)系。用戶根據(jù)自已的需要會(huì)選擇不的火力，在市電的電壓相同的情況下，達(dá)到相應(yīng)的火力所需要的負(fù)荷電流是不同的。用戶所需要的每一個(gè)火力檔都應(yīng)該有對(duì)應(yīng)的輸出功率，假設(shè)用戶要求達(dá)到的功率是P，市電電是V，所需要的電流大約是I=P/V。加熱為1，定溫為0，電磁爐開機(jī)初始化時(shí)，此標(biāo)志位為1。計(jì)數(shù)器heatt對(duì)5個(gè)檔位進(jìn)行計(jì)數(shù)，0為“炒”，比較方便控制查表。當(dāng)電磁爐處于“加熱–保溫”狀態(tài)時(shí)，主程序?qū)⒅刂么擞?jì)數(shù)器，同時(shí)并將控制線反轉(zhuǎn)。8位乘法需要循環(huán)8次，并且每移一次的最低位均不參與加運(yùn)算，直接移出并保存在積tmp中。這種控制方式優(yōu)點(diǎn)是控制簡單，設(shè)計(jì)方便。(2) 定溫檔位的寄存器keepreg和計(jì)數(shù)器keept。只有鍵盤可以改變此標(biāo)志。由硬件電路可知，鍵盤顯示掃描必須在定時(shí)器中斷中進(jìn)行，因此必須使能定時(shí)器中斷，比較理想的是每過lms對(duì)鍵盤和顯示進(jìn)行一次掃描，可以定義一個(gè)計(jì)數(shù)器變量t，對(duì)TCC中斷次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，每計(jì)數(shù)到4個(gè)中斷，等于1ms的時(shí)間間隔，對(duì)鍵盤顯示掃描一次。此外，無鍋檢測、定時(shí)計(jì)數(shù)延時(shí)等，都可以用到此中斷中。在電磁爐開機(jī)初始化或無鍵按下時(shí)被清0，若keyvl為0，則可認(rèn)為首次有鍵。(3) 鍵未釋放標(biāo)志keynesc。圖512 鍵盤掃描流程圖 Keyboard scanning process flow chart圖513是執(zhí)行按鍵任務(wù)程序流程圖。它可以用在程序中任何需要延時(shí)控制的地方，最重要的是對(duì)所設(shè)置的定時(shí)時(shí)間進(jìn)行精確定時(shí)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，設(shè)置關(guān)機(jī)標(biāo)志，該信息被傳送至主程序，主程序進(jìn)行關(guān)機(jī)處理。在中斷中完成對(duì)定時(shí)倒計(jì)數(shù)，直到減為0。這時(shí)無鍋檢測程序才以可進(jìn)行一次無鍋檢測。因?yàn)殡娐分械碾娍乖淖饔?，電磁爐開機(jī)后風(fēng)扇檢測電壓則要經(jīng)過至少2秒鐘以上才可以正確地反映風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，所以開機(jī)后延時(shí)2秒后是必要的。因?yàn)闇囟茸兓容^緩慢，所以在定溫狀態(tài)下，每間隔3秒鐘檢測一次溫度。圖 514 定時(shí)控制流程圖Fig. 514 Timing control flow chart圖515是數(shù)碼管的顯示掃描流程圖。當(dāng)掃描發(fā)光二極管時(shí)，可以直接將相應(yīng)緩沖區(qū)中的內(nèi)容調(diào)出顯示，當(dāng)掃描數(shù)碼管管時(shí)，則需要經(jīng)過查表才能顯示。(3)正常顯示。檢修過程中，不要輕易懷疑單片機(jī)(MCU)、LM33LM393等集塊的損壞，實(shí)際上這些集成塊的損壞率極低，輕觸式薄膜開關(guān)也不容易損壞。屢損門控管的故障常常使維修人員不敢下手。(3)主振電容C5損壞 此電容與加熱線圈共同組成諧振回路。(4)浪涌檢測電路 該電路通過高阻值電阻取樣，假如某個(gè)電阻的阻值發(fā)生變化將會(huì)引起浪涌檢測保護(hù)電路的失靈，門控管同樣會(huì)因?yàn)檫^電壓而擊穿。如果風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常，則檢查門控管驅(qū)動(dòng)電路。輸人電源電路濾波不良就吸收不了所產(chǎn)生的浪涌電壓，使浪涌電壓監(jiān)測電路頻繁動(dòng)作，產(chǎn)生該故障。原因是系統(tǒng)設(shè)置工作溫度范圍不夠，在冬天傳感器阻值非常大，經(jīng)轉(zhuǎn)換電路后傳遞給CPU的電壓信號(hào)，足以令CPU判斷傳感器開路而停機(jī)保護(hù)。(1) 電磁爐由于功率大，在配置電源線時(shí)，應(yīng)選能承受15A電流的銅芯線，配套使用的插座、插頭、開關(guān)等也要達(dá)到這