多功能电磁炉设计介绍

No.1

原理

电磁炉的炉面是耐热陶瓷板，交变电流通过陶瓷板下方的线圈产生磁场，磁场内的磁力线穿过铁锅、不锈钢锅等底部时，产生涡流，令锅底迅速发热，达到加热食品的目的。灶台台面是一块高强度、耐冲击的陶瓷平板（结晶玻璃），台面下边装有高频感应加热线圈（即励磁线圈）、高频电力转换装置及相应的控制系统，台面的上面放有平底烹饪锅。其工作过程如下：电流电压经过整流器转换为直流电，又经高频电力转换装置使直流电变为超过音频的高频交流电，将高频交流电加在扁平空心螺旋状的感应加热线圈上，由此产生高频交变磁场，其磁力线穿透灶台的陶瓷台板而作用于金属锅。在烹饪锅体内因电磁感应就有强大的涡流产生，涡流克服锅体的内阻流动时完成电能向热能的转换，所产生的焦耳热就是烹调的热源。 

锅的材质必须为铁质或合金钢，以其高磁导率来加强磁感，从而大大增强涡旋电场及涡流热功率。  其他材质的炊具由于材料电阻率过大或过小，会造成电磁炉负荷异常而启动自动保护，不能正常工作。同时由于铁对磁场的吸收充分、屏蔽效果也非常好，这样减少了很多的磁辐射，所以铁锅比其他任何材质的炊具也都更加安全。此外，铁是人体长期需要摄取的必要元素，但人体只能吸收二价铁，铁锅炒菜中含的是三价铁，然而身体中的还原性维生素可将3价铁转换为2价铁以利吸收。 

No.2

结构

电磁炉又名电磁灶，是现代厨房革命的产物，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高。是一种高效节能厨具，完全区别于传统所有的有火或无火传导加热厨具。电磁炉是利用电磁感应加热原理制成的电气烹饪器具。由高频感应加热线圈（即励磁线圈）、高频电力转换装置、控制器及铁磁材料锅底炊具等部分组成。

电磁炉主要有两大部分构成：一是能够产生高频交变磁场电子线路系统（含电磁炉线圈盘）；二是用于固定电子线路系统，并承载锅具的结构性外壳（含能承受高温和冷热急变的炉面板）。

(1)电子线路系统包括：功率板、主机板、灯板（操控显示板）、温控、线圈盘及热敏支架、风机、电源线等。

(2)结构性外壳包括：炉面板（瓷板、黑晶板）、塑胶上下盖等；

(3)说明书、功率贴纸、操作胶片、合格证、塑胶袋、防震泡沫、包装盒、条码、卡通箱。

1、炉面板：用于承载锅具，有进口和国产，国产A、B级已能满足使用要求。

2、高压主基板：构成主电流回路。

3、低压主基板：用于电脑控制功能。

4、LED线路板：显示工作状态和传递操作指令。

5、线盘：将高频交变电流转换成交变磁场（PAN）。

6、风扇组件：散热辅助元件（FAN），降低炉内元器件温度。

7、IGBT：俗称功率管，通过低电流信号、控制大电流的通断（IGBT）。

8、桥式整流块：将交流电源转换为直流电源（BD101）。

9、热敏电阻件：将热量信号传递到控制电路。

10、热开关组件：感应IGBT工作温度，从而保护IGBT由于过热损坏。

No.3

过程与趋势

电磁炉民用化的最早记载是从1957年德国公司开始的，而后在1972年美国也开始了电磁炉的研发，而到上世纪年代初，电磁炉已经在西方普及开来了。美国研究电磁炉历史悠久，100多年前已研制出电磁炉，由于该种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20世纪70年代，美国率先研制出高频电磁炉（工作频率20一50KHz），紧接着日本也研制出高频电磁炉。国内电磁炉市场最初的启动时间是上世纪年代末，在年代初期，由于技术不过关，难以适应国内电网质量不稳定以及中国人大火爆炒的饮食需求，曾经一度出现过空档期，直到世纪末才出现起色，并引起国内家电行业的关注，随之而来的是众多家电品牌以及新品的诞生。国内电磁炉市场比西方发达国家至少晚了5-10年的时间。随着技术的进步，元器件质量的提高，国产电磁炉己走向成熟。

国内电磁炉的发展大致经历了以下几个阶段：

第一代产品有环保牌（包括雅达）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，维修不太方便。

第二代产品有上海德兴和富士宝电磁炉、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IGBT，可靠性尚可，缺点是电路较复杂，返修率略高。

第三代产品有美的PSD系列产品和浙江永康公司电磁炉产品等。美的PSD系列产品采用大回环振荡原理，其保护电路做得非常完善，重点解决了工作过程突然拔电烧机等长期困扰国内其他厂家的难题，是国内第一款较成熟的采用IGBT的电磁炉产品。其缺点是电路偏复杂，维修不太方便。佳玲电磁炉由深圳拓邦公司开发生产控制板部分，采用独立振荡单元，其可靠性很好。缺点是电路较复杂，生产测试不方便。

第四代产品有美的PD系列产品和广东南海威利宝电磁炉等。美的PD系列产品特点是电路设计简单可靠，工作可靠性很好，并且PD系列产品成本有所降低。威利宝电磁炉由深圳拓邦公司设计生产控制板部分，是国内第一家改进松下电磁炉方案较为成熟的产品，其可靠性指标与松下电磁炉相当。

No.4

方案介绍

 

本方案适用于家用电磁炉，最大功率可达 15 千瓦，可支持高瓦数的爆炒功能，或需要线性功率调整及小功率连续加热来保持沸点、保温等功能，并具备硬件安全保护机制实现高效、安全特点。

电磁炉方案分别为：单管方案、半桥方案与全桥方案。单管方案适合 2 千瓦以下 ( 目前多数应用于家用电磁炉 ) ；但如需高瓦数的爆炒功能，功率则需到达 3 千瓦 ~ 15 千瓦，或需要线性功率调整及保持沸点、保温等功能时就需使用半桥方案；工业加热类超过 15 千瓦，则需采用全桥方案。新唐半桥电磁炉方案采用工业级工作温度达 -40°C ~ 105°C 微控制器作为主控，内嵌硬件安全保护机制实现高效、安全特点，最大功率可达 15 千瓦，支持线性功率调整及小功率连续加热 ( 保持沸点、保温等 ) 功能，另提供多头灶方案实现集中控制、协调分配总功率。

单头灶 / 双头灶

▶ 方案介绍：

● Arm® Cortex®-M0 ，高达 48 MHz，可快速检测、实时调整功率与安全保护

● 内建 12 位 6 通道 ADC， 2 个比较器

● 多通道精准检测：电网电压、电流、IGBT 温度、线盘温度、锅底温度、过零检测等

● 内建 48 MHz 16 位 6 通道 PWM ( 互补带死区 )

● 高效控制 IGBT 开关，提升效率且延长使用寿命

● 死区可调，相容多种 IGBT

新唐NuMicro® Mini57为Cortex®-M0 32 位 微控制器系列，其特点为宽电压工作范围2.1V至 5.5V 与 - 40 ℃ ~ 105 ℃ 工作温度、内建 22.1184 或 48 MHz 高精度 RC 晶振 ( ± 1 % 精确度，25 ℃ 5V ) 、4 KB SRAM, 1.5 KB SPROM 、支持 8 阶PGA放大器 、并内建Data Flash、欠压检测、丰富外设、整合多种串行传输接口、高抗干扰能力 ( 最高到8 kV ESD/4 kV EFT ) 、支持在线系统更新 ( ISP ) 、在线电路更新 ( ICP ) 与在线应用程序更新 ( IAP ) ，提供封装有TSSOP20、TSSOP28、QFN33 ( 4mm*4mm与5mm*5mm ) 与LQFP48。

▶ 安全保护机制：

● 过温、过压、过流、浪涌等输出保护( 外部信号可开关 PWM 及设置输出状态，实现快速保护 )

● 集中控制、协调分配总功率

多头灶（ 最高达 5 头 ）

▶ 方案介绍：

● Arm® Cortex®-M4 ，高达 72 MHz，可快速检测各灶的过温 / 过压 / 过流，实时调整分配功率与安全保护

● 12 位 16 通道 ADC，2 个比较器

● 多通道精准检测：电网电压、电流、IGBT 温度、线盘温度、锅底温度、过零检测等

● 144 MHz ，16 位 12 通道 PWM ( 互补带死区 )

● 高效控制 IGBT 开关，提升效率且延长使用寿命

● 死区可调，相容多种 IGBT

新唐NuMicro® M451基础系列是基于ARM® Cortex®-M4内核的新一代 32 位 的微控制器，宽工作电压 ( 2.5V ~ 5.5V ) ，工业级温度 ( - 40 ℃ ~ 105 ℃ ) ，内置 22.1184 MHz 晶振 ( 在25 ℃ ，5V时精度1 % ) ，32K SRAM,可配置Data Flash，16位精度 PWM ( 最多12通道 ), 4通道 32 位 定时器, 最多5通道支持LIN和RS-485的串口, CRC校验强抗干扰性 ( ESD 8 kV 、EFT 4 kV ) ，封装类型有LQFP48、LQFP64和LQFP100。

▶ 安全保护机制：

● 安全保护机制：过温、过压、过流、浪涌等输出保护( 外部信号可开关 PWM 及设置输出状态，实现快速保护 )

● 集中控制、协调分配总功率

▶ 方案特色：

● 支持线性功率输出与小功率连续加热、保持沸点、保温功能

● 半桥电路灵活调整上下臂 IGBT 充放电时间

● 多重安全快速保护：颠锅、过温、过压与过流等， 12 位 6 信道 ADC，2 个比较器等信号硬件直接开关 PWM

● 提升效率且延长使用寿命：16 位 PWM ( 互补带死区 ) ，可高效控制 IGBT 开关