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摘要：针对新型数字控制感应加热电磁炉，在简单介绍其优势和工作原理的基础上，对其控制电路和软件设计进行深入分析，并通过实验验证了设计的合理性与可行性，可为实际的生产制造奠定良好基础。
关键词：数字控制;电磁炉;控制电路
如今，在社会经济日益发展的带动下，人们的生活质量得到了很大程度的提升，人们在日常生活中可使用的家用电器越来越多，而且很多家用电器的功能不断增多，这在很大程度上方便了人们的日常生活。电磁炉是一种采用电磁感应原理的加热电器，目前已经在很多家庭中得到广泛应用，具有加热速度较快、节能环保、多功能、易清洁、安全性高、使用方便、经济实惠、减少投资、精确温控等诸多优势。但想要更好的适应人们不断提高的生活品质要求，并在激烈的市场竞争中站稳脚跟，赢得可持续发展，生产厂家必须重视和做好创新工作，研制新的电磁炉产品，如数字控制感应加热电磁炉等，对这种全新形式的电磁炉而言，控制电路的设计是关键所在，需要得到相关人员的高度重视，并在完成设计后通过实验确定设计是否合理可行，能否达到预期的目的与效果。
1数字控制感应加热电磁炉优势与原理介绍
感应加热和其它加热方式相比，具有下列优势：其一，加热速度较快;其二，热量损失较少，具有较高的加热效率;其三，绿色环保，不会造成太大的污染;其四，容易实现自动控制的目标;最后，加热与变换器两个部分完全隔离，能避免由于保护层破损产生漏电，极大的提高安全性。如今，相关科研人员对感应加热进行了大量研究，比如借助全桥谐振电路对感应加热电源进行设计，使开关器件完成软开通;又比如采用数字控制技术设计出感应加热式电磁炉，与采用模拟控制方式的相比，控制功能更加多样，并且还便于今后的升级与维护。基于此，可设计出一个将数字控制作为基础的感应加热电源，其主电路为半桥变换器，与全桥谐振电路相比，仅两个功率管参与工作，能大幅减少开关损耗，保证系统效率，另外还能简化操作，降低操作难度，提高性价比[1]。
为电磁炉持续输入电压为380V的交流电以后，在二极管整流桥中进行整流和滤波，以此得到电压值约510V的直流电，再通过半桥逆变，在感应线圈当中出现变化磁场，使金属材料开始产生一定涡流，进而放出热量。如果变换器负载属于容性阻抗，则开关器件进行轮流开通，二极管将产生很大的反向恢复电流，开关器件实际的功率损耗明显增加，这说明在工作频率相对较高的情况不太适合;而如果变换器负载属于感性负载，则开关器件能进行软开关，除了可以保证变换器处于安全状态，还能减少系统实际损耗。由此可见，当谐振变换器处于感性负载的实际工作状态时，能保证变换器实际工作的安全性。
2控制电路设计
在硬件电路方面，除半桥谐振之外，还采用了以DSP TMS320F2812为主要构成部分的控制电路。在这一控制系统当中，主要包含下列几个组成部分：第一，DSP与它的外围电路;第二，输入电流、电压的检测及调理电路;第三，驱动、故障和保护电路。其中，DSP的外围电路主要包括SRAM电路、复位电路、时钟电路与供电电源几部分[2]。
（1）在控制系统中，供电电路主要由以下两个部分构成：其中一部分为采用变压器对输入交流电进行整流滤波，使220V的交流电变为9V的电压，然后提供至MC7805，由MC7805对TMS320F2812所需电压进行输出;另外一部分则是采用电源芯片TPS767D318将TMS320F2812所需电压转换为DSP需要的电压。其中，TPS767D318为“线形低压降LDO高精度数字稳压电源”，是针对DSP专业设计得出的，能提供两路电压，其中一路是固定的电压，为3.3V，而另一路时可变的电压，为1.8V和2.5V。任何一路都能提供可以达到1A以上的直流电，满足TMS320F2812正常运行提出的要求。对于TMS320F2812，其所需电源主要有以下几种类型：第一，内核数字电源，其电压为1.8V;第二，I/O数字电源，其电压为3.3V;第三，I/O模拟电源，其电压为3.3V;第四，ADC數字电源，其电压为3.3V;第五，ADC模拟电源，其电压为3.3V;第六，编程电源，其电压为3.3V[3]。
（2）对于输入电流、电压的检测及调理电路，因其检测与调理电路工作原理比较相似，所以只给出输入电流的检测及调理电路。电路中，电流信号通过测量电阻转换成电压信号，然后在运算放大器中进行增益，对双极性信号进行输出，使其电压保持在-3.3V～+3.3V以内。采用运算放大器组成一个转换电路，使双极性信号按照一定比例变为单极性信号;并在此基础上采用低通滤波器，将高次谐波信号完全滤除。
（3）在电磁炉正常工作期间，若因为外部原因，包括电网发生波动，或由于内部原因，比如控制与驱动电路产生误动作等导致输出电路发生断路，会使电路中的电流大幅升高，导致开关器件被严重破坏。因电流的变化速度很快，并且开关器件会承受很高的电流与电压是，所以在保护电路当中应设计能实现对过流进行快速检测的电路。对此，可充分利用2SD315A具有的自身功能来实现。同时，在产生故障时，采用软件与硬件进行同步保护[4]。
3系统软件设计
电磁炉软件内容主要内容为主程序设计与功能实现程序设计。因需要实现很多功能，程序的逻辑关系十分复杂，所以可采用目前应用较多的设计方法，即模块化方法，将每一种不同的功能都设计成单独的程序模块，包括SPLL模块、A/D转换模块、485通讯模块、键盘采样模块、显示模块、故障中断处理模块[5]。
4实验结果与分析
该电磁炉主要技术指标包括：（1）输入电压为三相380V;（2）输出功率为15kW;（3）系统效率85%。为了对理论分析是否正确进行验证，按照以上设计内容制作了专门的实物，同时给出相应的实验波形。通过实验波形可以看出，电流是典型的正弦波形，而电压波形则是矩形波，同时电压相位比电流超前，这说明半桥电路实际工作频率比谐振频率略高，系统的变换器主要工作于阻感性负载实际状态下。在这种情况下，可使整个电路都处于零电压开通实际状态，实现减少开关损耗和提高系统工作效率的目标[6]。
5结语
综上所述，以上详细分析了功率相对较大的采用数字控制原理的感应式加热电磁炉，对它的控制电路进行了重点阐述，并制作了相应的实验机，验证了设计的合理性与可行性。通过对数字控制方式的合理应用，不仅能减小电磁炉整体体积，还能为之后的进一步升级与日常维护都提供很大的方便，具有很高的推广应用价值。
参考文献：
[1]郑军云， 苏晨， 马燕君. 电磁炉电磁兼容性的优化设计[J]. 电子技术与软件工程， 2018，10（09）：85-86.
[2]张世尧， 李玉玲， 陈予吒. 电磁炉系统的EMI滤波器研究[J]. 电子技术， 2018，47（01）：124-128.
[3]刘圆圆. 基于模糊PID控制的商用电磁炉控制系统设计[J]. 电子测试， 2018，11（03）：118-119+124.
[4]余庆喜. 数字控制感应加热电磁炉的设计[J]. 科技与创新， 2018，11（13）：147-148+256.
[5]王家校， 章妍雯. 串联谐振技术在商用电磁炉上的应用设计[J]. 电气技术， 2020，10（02）：38-43.
[6]王绎诚. 浅谈电磁感应现象及其应用[J]. 数码设计（上）， 2018，10（12）：187-188.
关键词：数字控制;电磁炉;控制电路
如今，在社会经济日益发展的带动下，人们的生活质量得到了很大程度的提升，人们在日常生活中可使用的家用电器越来越多，而且很多家用电器的功能不断增多，这在很大程度上方便了人们的日常生活。电磁炉是一种采用电磁感应原理的加热电器，目前已经在很多家庭中得到广泛应用，具有加热速度较快、节能环保、多功能、易清洁、安全性高、使用方便、经济实惠、减少投资、精确温控等诸多优势。但想要更好的适应人们不断提高的生活品质要求，并在激烈的市场竞争中站稳脚跟，赢得可持续发展，生产厂家必须重视和做好创新工作，研制新的电磁炉产品，如数字控制感应加热电磁炉等，对这种全新形式的电磁炉而言，控制电路的设计是关键所在，需要得到相关人员的高度重视，并在完成设计后通过实验确定设计是否合理可行，能否达到预期的目的与效果。
1数字控制感应加热电磁炉优势与原理介绍
感应加热和其它加热方式相比，具有下列优势：其一，加热速度较快;其二，热量损失较少，具有较高的加热效率;其三，绿色环保，不会造成太大的污染;其四，容易实现自动控制的目标;最后，加热与变换器两个部分完全隔离，能避免由于保护层破损产生漏电，极大的提高安全性。如今，相关科研人员对感应加热进行了大量研究，比如借助全桥谐振电路对感应加热电源进行设计，使开关器件完成软开通;又比如采用数字控制技术设计出感应加热式电磁炉，与采用模拟控制方式的相比，控制功能更加多样，并且还便于今后的升级与维护。基于此，可设计出一个将数字控制作为基础的感应加热电源，其主电路为半桥变换器，与全桥谐振电路相比，仅两个功率管参与工作，能大幅减少开关损耗，保证系统效率，另外还能简化操作，降低操作难度，提高性价比[1]。
为电磁炉持续输入电压为380V的交流电以后，在二极管整流桥中进行整流和滤波，以此得到电压值约510V的直流电，再通过半桥逆变，在感应线圈当中出现变化磁场，使金属材料开始产生一定涡流，进而放出热量。如果变换器负载属于容性阻抗，则开关器件进行轮流开通，二极管将产生很大的反向恢复电流，开关器件实际的功率损耗明显增加，这说明在工作频率相对较高的情况不太适合;而如果变换器负载属于感性负载，则开关器件能进行软开关，除了可以保证变换器处于安全状态，还能减少系统实际损耗。由此可见，当谐振变换器处于感性负载的实际工作状态时，能保证变换器实际工作的安全性。
2控制电路设计
在硬件电路方面，除半桥谐振之外，还采用了以DSP TMS320F2812为主要构成部分的控制电路。在这一控制系统当中，主要包含下列几个组成部分：第一，DSP与它的外围电路;第二，输入电流、电压的检测及调理电路;第三，驱动、故障和保护电路。其中，DSP的外围电路主要包括SRAM电路、复位电路、时钟电路与供电电源几部分[2]。
（1）在控制系统中，供电电路主要由以下两个部分构成：其中一部分为采用变压器对输入交流电进行整流滤波，使220V的交流电变为9V的电压，然后提供至MC7805，由MC7805对TMS320F2812所需电压进行输出;另外一部分则是采用电源芯片TPS767D318将TMS320F2812所需电压转换为DSP需要的电压。其中，TPS767D318为“线形低压降LDO高精度数字稳压电源”，是针对DSP专业设计得出的，能提供两路电压，其中一路是固定的电压，为3.3V，而另一路时可变的电压，为1.8V和2.5V。任何一路都能提供可以达到1A以上的直流电，满足TMS320F2812正常运行提出的要求。对于TMS320F2812，其所需电源主要有以下几种类型：第一，内核数字电源，其电压为1.8V;第二，I/O数字电源，其电压为3.3V;第三，I/O模拟电源，其电压为3.3V;第四，ADC數字电源，其电压为3.3V;第五，ADC模拟电源，其电压为3.3V;第六，编程电源，其电压为3.3V[3]。
（2）对于输入电流、电压的检测及调理电路，因其检测与调理电路工作原理比较相似，所以只给出输入电流的检测及调理电路。电路中，电流信号通过测量电阻转换成电压信号，然后在运算放大器中进行增益，对双极性信号进行输出，使其电压保持在-3.3V～+3.3V以内。采用运算放大器组成一个转换电路，使双极性信号按照一定比例变为单极性信号;并在此基础上采用低通滤波器，将高次谐波信号完全滤除。
（3）在电磁炉正常工作期间，若因为外部原因，包括电网发生波动，或由于内部原因，比如控制与驱动电路产生误动作等导致输出电路发生断路，会使电路中的电流大幅升高，导致开关器件被严重破坏。因电流的变化速度很快，并且开关器件会承受很高的电流与电压是，所以在保护电路当中应设计能实现对过流进行快速检测的电路。对此，可充分利用2SD315A具有的自身功能来实现。同时，在产生故障时，采用软件与硬件进行同步保护[4]。
3系统软件设计
电磁炉软件内容主要内容为主程序设计与功能实现程序设计。因需要实现很多功能，程序的逻辑关系十分复杂，所以可采用目前应用较多的设计方法，即模块化方法，将每一种不同的功能都设计成单独的程序模块，包括SPLL模块、A/D转换模块、485通讯模块、键盘采样模块、显示模块、故障中断处理模块[5]。
4实验结果与分析
该电磁炉主要技术指标包括：（1）输入电压为三相380V;（2）输出功率为15kW;（3）系统效率85%。为了对理论分析是否正确进行验证，按照以上设计内容制作了专门的实物，同时给出相应的实验波形。通过实验波形可以看出，电流是典型的正弦波形，而电压波形则是矩形波，同时电压相位比电流超前，这说明半桥电路实际工作频率比谐振频率略高，系统的变换器主要工作于阻感性负载实际状态下。在这种情况下，可使整个电路都处于零电压开通实际状态，实现减少开关损耗和提高系统工作效率的目标[6]。
5结语
综上所述，以上详细分析了功率相对较大的采用数字控制原理的感应式加热电磁炉，对它的控制电路进行了重点阐述，并制作了相应的实验机，验证了设计的合理性与可行性。通过对数字控制方式的合理应用，不仅能减小电磁炉整体体积，还能为之后的进一步升级与日常维护都提供很大的方便，具有很高的推广应用价值。
参考文献：
[1]郑军云， 苏晨， 马燕君. 电磁炉电磁兼容性的优化设计[J]. 电子技术与软件工程， 2018，10（09）：85-86.
[2]张世尧， 李玉玲， 陈予吒. 电磁炉系统的EMI滤波器研究[J]. 电子技术， 2018，47（01）：124-128.
[3]刘圆圆. 基于模糊PID控制的商用电磁炉控制系统设计[J]. 电子测试， 2018，11（03）：118-119+124.
[4]余庆喜. 数字控制感应加热电磁炉的设计[J]. 科技与创新， 2018，11（13）：147-148+256.
[5]王家校， 章妍雯. 串联谐振技术在商用电磁炉上的应用设计[J]. 电气技术， 2020，10（02）：38-43.
[6]王绎诚. 浅谈电磁感应现象及其应用[J]. 数码设计（上）， 2018，10（12）：187-188.