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近年來，隨著環保和節能意識的逐步提高，一種新興的"綠色的廚具"--電磁爐正在家庭中普及。它改變了傳統的明火烹調方式，利用電磁感應原理，使電流通過內置的線圈時產生磁場，磁場內的磁力線感應到鐵制器皿，產生無數高速運動的小渦流，渦流產生的巨大循環能量轉換為有效熱能，使鍋具自行高速加熱，最終直接加熱食物。電磁爐的熱效率達到90％以上，同時它無煙無灰，無污染，不升高室溫，不產生一氧化碳等有害物質，安全環保。電磁爐還采用了微電腦控制，能夠隨意控制溫度。正是由于上述種種優點，電磁爐在發達國家的家庭普及率已經達到80％以上。 為了提高電熱轉換率，家用電磁爐一般采用的是高頻電磁爐，須將工頻電整流成直流電后再逆變成20kHz以上的高頻振蕩電流，在高頻下，穩定功率輸出和實時檢測就成了設計的難點和關鍵所在。采用Holtek公司產的A/D型單片機HT46R22可以方便地實現定溫控制、實時檢測、報警檢測和功率控制，本文著重介紹功率控制的實現。 1 功率控制設計原理 1.1 電磁爐的工作原理 電磁爐的工作原理如圖1所示，由主電路和控制電路構成。主電路中220V交流電經整流濾波后加在由電容C1及C2和電感L1與IGBT管S組成的電壓諧振變換器上。變換器主要起兩個作用，一是將工頻轉換為20～40kHz的高頻交流電，二是將電能轉換為磁能。高頻交流電加在勵磁線圈上，通過電磁感應，直接作用于鍋具底部，產生渦流，使鍋具迅速加熱。控制電路采用單片機HT46R22作為主控制芯片，它能實現許多必要的檢測和保護，同時由它產生控制所需的PWM信號，控制電磁爐的輸出功率。 1.2 電磁爐的功率控制原理 功率控制，就是當工頻交流電穩定的情況下，電磁爐能按設定的功率穩定地輸出，以使電磁爐能穩定地工作。因為，負荷電流能反映輸出功率的大小，所以，控制的對象可以轉化為負荷電流，同時將負荷電流的大小設計為由PWM信號的占空比決定，占空比越大，負荷電流就越大。 用戶設定的火力檔（功率檔）依次為1600W、1400W、1200W、1000W、800W，實測原電磁爐的輸出功率（W）、負荷電流（A）、市電電壓（V）、負荷電流檢測值CRU電壓（V）及PWM占空比的關系如表1所列。 表1 輸出功率與負荷電流占空比等關系 輸出功率/W 1600 1400 1200 1000 800 負荷電流/A 7.33 6.21 5.5 5.02 3.67 市電電壓/V 220 220 220 220 220 占空比 58 47 40 35 22 CRUmax/V 4.48 3.68 3.24 2.88 2 CRUmin/V 3.76 3.16 2.80 2.52 1.76 由表1可以得到PWM信號占空比和負荷電流得關系曲線如圖2所示。 2 功率控制的實現 2.1 單片機HT46R22 HT46R22是Holtec公司生產的一種8位高性能精簡指令集單片機，特別適合于需要A/D轉換的產品設計。其管腳分布如圖3所示。 它有3個I/O口，一個PWM輸出通道。其低功耗、可編程分頻器、計數器、振蕩器選擇、多通道A/D轉換、PC通信等功能，使之廣泛應用于工業控制、馬達控制、消費類產品等。 2.2 硬件設計 控制電路采用的是雙閉環控制，原理圖如圖4所示。 單片機HT46R22的腳14（PD0）可以輸出一通道的PWM信號，它和電流負反饋信號經過直流控制電平形成電路形成直流控制電平，同時，來自主電路的電流檢測信號和電壓檢測信號經鋸齒波發生電路后形成鋸齒波，鋸齒波和直流控制電平相比較就得到了控制電磁爐主電路中的S開通關斷的控制脈沖。 比較電壓V＋恒定，而V－隨輸出功率變化，當輸出功率大于設定功率時，得到低電平的控制電平，輸出窄開通脈沖，降低輸出功率，反之亦然。這樣，就通過一個閉環調節控制達到了穩定輸出功率的目的。 2.3 軟件設計 功率控制的軟件設計是電磁爐軟件設計的主要部分，采用匯編語言編程，其中變量說明如下： 1）加熱/定溫狀態切換標志heatflg 1為加熱，0為定溫，開機初始化為1，只有鍵盤可改變此標志； 2）加熱檔位寄存器heatreg和計數器heatcnt heatreg高5位低電平有效，每一位對應一加熱檔，heatreg7為"保溫"控制顯示比較方便；heatcnt對5檔進行計數，0為"炒"，控制查表比較方便；開機初始化 heatreg=f7h，heatcnt=0，為"炒"檔，只有鍵盤可改變此標志； 3）最小火力控制變化定時計數器minpowcnt 在定時器中斷中將其減為0后，傳入主程序，當處于"加熱－保溫"時，主程序重置此計數器，并將控制線反轉。 源程序及解釋如下： 功 率 控 制 powctrl: mov r0, a ;以 下 為 計 算 PWM=128＊ Ptab/VOL－ 28 mov a, 80h mov r1, a call mul ;ro,r1=128＊ Ptab mov a, VOLADN add a, offset adcbfr mov mp, a ;指 向 市 電 電 壓 ADC值 mov a, j ar mov r2, a call div ;r1=r0,r1/VOL mov a, r1 sub a, 28 ;PWM=r1－ 28,值 在 A中 mov r0, a sub a, 127 snz cy ;PWM超 上 限 否 jmp powctrl1 ;否 mov a, 126 jmp powctrl3 powctrl1: mov a, r0 sub a, 38 sz cy ； PWM超 下 限 否 jmp powctrl2 ； 否 mov a, 38 ;是 jmp powctrl3 powctrl2: mov a, r0 powctrl3: r1 acc mov pwm, a ； 控 制 線 控 制 snz heatflg ； 加 熱 狀 態 否 jmp keephdl ； 否 ， 轉 入 定 溫 控 制 snz heatreg.7 ； 是 ， 是 " 保 溫 " 檔 否 jmp chgctrl ； 是 clr control ； 否 ， 打 開 控 制 線 jmp endputhdl chgctrl: sz minpowcnt ； 是 ， 3秒 到 否 jmp chgctrl1 ； 否 mov a, MINPTIME＊ 4 ； 是 mov minpowcnt a ； 重 置 最 低 火 力 計 數 器 sz control ； 當 前 控 制 線 輸 出 是 否 有 效 jmp chgctrl2 ； 否 set control ;是 ， 置 控 制 線 有 效 mov a, 50 mov ctrlcnt, a jmp chgctrl1 chgctrl2: clr control ； 使 能 控 制 線 有 效 chgctrl1: jmp endputhdl 3 結語 采用上述功率控制方法控制電磁爐的功率輸出，其功率浮動范圍能有效地控制在50W之內。通過實際產品驗證，電磁爐性能穩定，因此，上述功率控制方法切實可行，是一種值得推廣的方法。 |
