电磁炉硬件原理及设计培训

1、1电磁炉的设计原理电磁炉的设计原理2021/8/1421,22目录目录一、电磁炉加热的物理理论基础一、电磁炉加热的物理理论基础二、电磁加热实现电路原理二、电磁加热实现电路原理三、电磁加热电路关键元件三、电磁加热电路关键元件IGBTIGBT四、电磁炉主控电路需包括的电路模块四、电磁炉主控电路需包括的电路模块五、电磁炉主控电路设计原理讲解五、电磁炉主控电路设计原理讲解六、电磁炉主控电路控制理论（软件）六、电磁炉主控电路控制理论（软件）3电磁炉加热的物理理论基础电磁炉加热的几个重要定律电磁炉加热的几个重要定律毕奥毕奥萨伐尔定律：萨伐尔定律：载流导线上的电流元 IdL 在真空中某点P的磁感度dB的大小

2、与电流元IdL 的大小成正比，与电流元 IdL 和从电流元到P点的位矢r之间的夹角的正弦成正比，与位矢r的大小的平方成反比。 法拉第电磁感应定律：法拉第电磁感应定律：任何封闭电路中感应电动势的大小，等于穿过这一电路磁通量的变化率。 楞次定律：楞次定律：闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。 焦耳定律：焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。 Q=I2Rt 4电磁炉加热的物理理论基础 移动的磁场与金属导体相交，或是由移动的金属导体与磁场垂直交会所产生一个在导体内循环的电流，称涡流或傅科电流，这些涡流

3、使锅具发热，消耗电能。5电磁加热实现电路原理 电磁炉电磁炉（Inductioncooker）是利用电磁感应加热原理，对锅体进行涡流加热。核心电路如下图1，通过功率开关的控制，使线盘L和电容Cr发生谐振，从而产生交变磁场，当锅具放入交变磁场时，根据电磁感应定律会产生涡流热。 电磁炉的加热线圈盘与负载锅具可以看作是一个空心变压器空心变压器，次级负载具有等效的电感和电阻，将次级的负载电阻和电感折合到初级，可以得到图2所示的等效电路。其中R是次级电阻反射到初级的等效负载电阻；L是次级电感反射到初级并与初级电感L相叠加后的等效电感。6电磁加热实现电路原理 核心电路工作过程：核心电路工作过程：1. t0，

4、t1主开关导通阶段 根据基尔霍夫KVL定律有： 2. t1，t2谐振阶段 当电路设计使处于欠阻尼振荡工作状态时，解二阶动态方程如下：0CLLudtidLiR代入电容的VARdtduCicc，得微分方程：0122CCCuLCdtudLRdtud7电磁加热实现电路原理 核心电路工作过程波形：核心电路工作过程波形： 功率开功率开关压降关压降线盘线盘电流电流电容电容压降压降8电磁加热实现电路原理 核心电路工作过程：核心电路工作过程： 3. t2，t3电感放电阶段 线盘上电流： 需自我学习的关键知识点：需自我学习的关键知识点：基尔基尔霍夫定理，基尔基尔霍夫定理，换路定则，二阶动态电路，微分方程，欠阻尼换

5、路定则，二阶动态电路，微分方程，欠阻尼振荡，串联谐振振荡，串联谐振9电磁加热实现电路关键元件IGBT 什么是什么是IGBT? IGBT? 为什么要用为什么要用IGBT? IGBTIGBT? IGBT有什么特点？有什么特点？ 电电磁炉磁炉 如何选取合适如何选取合适IGBTIGBT？ 10电磁加热电路关键元件IGBT 为什么要用为什么要用IGBT?IGBT? 在软开关应用中，双极型功率晶体管能承受大功率，但交换速度不够快，在软开关应用中，双极型功率晶体管能承受大功率，但交换速度不够快，功率功率MOSFET管交换速度快，但承受功率较小，如是能反应快大功率工作的管交换速度快，但承受功率较小，如是能反应

6、快大功率工作的IGBT应运而生。应运而生。 什么是什么是IGBT? IGBT? IGBT全称绝缘栅双极晶体管。全称绝缘栅双极晶体管。 IGBT IGBT有什么特点？有什么特点？ 高电压，大电流，高电压，大电流， 高频率，低损耗高频率，低损耗 电磁炉电磁炉 如何选取合适如何选取合适IGBTIGBT，要注意什么？要注意什么？ 耐压，电流，导通压降，开关损耗，工作频率，开通压降；耐压，电流，导通压降，开关损耗，工作频率，开通压降； 要注意合适的驱动电路设计，特别是基极限流电阻和放电电阻；要注意合适的驱动电路设计，特别是基极限流电阻和放电电阻； 要注意散热系统设计，散热片的选取等。要注意散热系统设计，

7、散热片的选取等。11电磁炉主控电路需包括的电路模块可用软件取代可用软件取代12电磁炉主控电路设计原理讲解-以21TD4为例13电磁炉主控电路设计原理讲解-以21TD4为例14电磁炉主控电路设计原理讲解-以21TD4为例15电磁炉主控电路设计原理讲解-以21TD4为例16电磁炉主控电路设计原理讲解-以21TD4为例17电磁炉主控电路控制理论 有了硬件电路，如何让电磁有了硬件电路，如何让电磁炉工作起来？工作后又如何监炉工作起来？工作后又如何监控工作状态？电磁炉功率又是控工作状态？电磁炉功率又是如何调整的？如何调整的？ PWM PWM和和PPGPPG控制控制原理是什么？原理是什么？ 18电磁炉主控电

8、路控制理论 电磁炉上电第一件事（软件）电磁炉上电第一件事（软件）? ? 关机，关闭关机，关闭PWM或或PPG,或其它控制口。或其它控制口。 电磁炉怎么点火电磁炉怎么点火? ? 1.1.点火前工作：是否有报警？是否在浪涌保护时间内？点火前工作：是否有报警？是否在浪涌保护时间内？ 2. 2. 检锅：检锅： 送检锅送检锅PWMPWM值，延时，打开关机口，关相关中断，送检锅脉冲（值，延时，打开关机口，关相关中断，送检锅脉冲（6-8US6-8US），）， 或送检锅或送检锅PPGPPG脉冲；监测检锅脉冲数，判断是否有锅，脉冲；监测检锅脉冲数，判断是否有锅， 3. 3.有锅则判断启动电流是否达到；逐步加大有

9、锅则判断启动电流是否达到；逐步加大PWMPWM或或PPGPPG，达到需求功率。，达到需求功率。 工作过程怎么监控？工作过程怎么监控？ 1.1.电磁炉无锅不可加热，在加热过程中要通过电流检测检查锅具是否电磁炉无锅不可加热，在加热过程中要通过电流检测检查锅具是否 移开；移开； 2. 2.加热过程中需检测电压变化及变化速度，调整功率；加热过程中需检测电压变化及变化速度，调整功率； 3. 3.要检测浪涌变化，及时保护机器。要检测浪涌变化，及时保护机器。19电磁炉主控电路控制理论电磁炉功率如何控制？电磁炉功率如何控制？简单说：调整功率开关开通时间来调整功率，重点在于简单说：调整功率开关开通时间来调整功率

10、，重点在于需同步闭环控制功率需同步闭环控制功率，目前有两种控制方式可用：目前有两种控制方式可用：PWMPWM和和PPGPPG。PWMPWM和和PPGPPG工作原理工作原理PWMPWM（ Pulse Width Modulation ）（脉冲宽度调制）：）（脉冲宽度调制）：实现方法：通过特定计数器值与占空比设定值比较，在控制器端口输出相应电实现方法：通过特定计数器值与占空比设定值比较，在控制器端口输出相应电平，平，如：如：8 8位位PWMPWM，设定值为，设定值为6464，则当计数器值低于，则当计数器值低于6464时，控制器端口输出高电时，控制器端口输出高电平，计数器值高于平，计数器值高于646

11、4时，控制器端口输出低电平，从而实现时，控制器端口输出低电平，从而实现1/41/4占空比脉冲输占空比脉冲输出，出，改变设定值即可改变脉冲占空比。下图为一个改变设定值即可改变脉冲占空比。下图为一个6 6位位PWMPWM波形。波形。采用采用PWMPWM控制电磁炉编写软件时注意控制电磁炉编写软件时注意3 3点：点：1.PWM1.PWM频率需与积分电路对应；频率需与积分电路对应；2.2.需考虑需考虑PWMPWM积分时间；积分时间；3.3.增减增减PWMPWM的单次幅度；的单次幅度；20电磁炉主控电路控制理论PPGPPG（Programmable pule generatorProgrammable p

12、ule generator）原理原理基本组成：基本组成： 一个控制模块，一个计数器，2个比较器电磁炉中工作原理：电磁炉中工作原理： 举例如右图示,比较器1接电磁炉同步反馈，当同步信号到，启动PPG输出高或低电平（可根据需要设置），同时启动PPG计数器，当PPG计数器溢出，则停止PPG输出。我们只需设置不同的PPG初始值，即可实现PPG输出不同脉冲宽度，实现需要的功率控制，同时，我们可以在比较器1接浪涌保护，直接关闭PPG。21电磁炉主控电路元器件标识编号元器件标识编号2.3 元器件标识编号元器件标识编号原理图设计过程中，对各种元件编号格式为：AX其中：A表示元器件类型，用字母表示，具体见下表：X表示序号，用数字表示，具体规定如下：为保证电磁炉主控板原理图的统一、整洁和售后维修的方便性，对于不同电路部分中的被动元器件(指电阻、电容、二极管、三极管、三端稳压器件等)应分别标注：电流采样部分：其被动元器件编号用“1”开头的三位数字表示，如：R100、C101、D102等。电压采样及浪涌保护部分：其被动元器件编号用“2”开头的三位数字表示，如：R202、C206、D204、Q201等。IGBT驱动部分：其被动元器件编号用“3”开头的三位数字表示，如：论文发表毕业论文，R301、C301、D300、Q301等。IG