1KW-3KW數字單管諧震感應加熱技術設計解析

前言 :
單管諧震感應加熱目前最普遍應用就是家用電磁爐,在3KW/220V下是一各已非常穩定并成熟的電路架構.目前架構都是模擬電路方式,雖然電路里都帶有MCU,但MCU在這電路中扮演角色卻只是控制部份;利用率都不高.

今天發表技術就是將MCU利用率提升,并把原感應使用模擬零件去除.這樣不但可以省下成本也讓電路更加穩定,在生產上也提高測試可靠性.

我們將分硬件與軟件設計解析,以1KW-3KW 220V下來解析設計,硬件僅就解析與傳統模擬不同地方,其他周邊由各位讀者自行套入既可.軟件則以語法結構來述說MCU指令,用戶可以依結構語法轉上自己熟悉MCU指令既可.

一. 數字單管諧震感應硬件基本架構 :

硬件設計解析 :
1.220V整流為全波整流,提供機器主電源,規格大小依設計功率需求.

2.低壓電源為220V降壓電路,可以使用開關電源或是變壓器電源均可,它至少必須提供下列電壓電源:
a.+5V MCU運作/顯示電源,電流不可少于30ma.
b.+15V IGBT 驅動電源/散熱風扇電源,電流不可以少于300ma.注意為保證IGBT設計工作正常,IGBT G供應電壓不可以小于15V.
3.MCU可以使用任何MCU.

4.鍵盤顯示以產品搭配所需設計.

5.IGBT驅動,可以使用變壓器或是晶體管組合或是TLP250專用IC既可.齊趨動可以不需要負壓,原因有下列:
a.在單管諧震下由于在IGBT啟動線圈充電時,第一地時間下為電容反充,此時是IGBT 二極管運行,這時對IGBT CE會有反壓,此可視同有一反壓給IGBT G極,此會加大對IGBT截止,因此;單管諧震電路IGBT G 可以不需要負壓.
b.在單管諧震下由于在IGBT啟動充電后,IGBT關閉后,線圈第一時間下線圈為電容充電,此時是IGBT C為正電源,這時充電電流會經過濾波電容對諧振電容充電,此時對IGBT 而言E極比諧震電容地點更”+”,此可視同有一反壓給IGBT G極,此會加大對IGBT截止,因此;單管諧震電路IGBT G 可以不需要負壓.

6.L1為厄流圈,一般使用500uH-1mH,單管諧震必須使用它,他有下列兩點功能 :
a.當系統給線圈充電時,因為線圈電感很小且負載有可能是非預知狀態,此時厄流圈可以有效厄止大沖擊電流,用以保護整流橋.
b.仰止諧震脈波反饋回到電源,進而干擾電源.
7.L2感應線圈,電感與設計功率有關,功率在1KW-3KW下感量在65uH-40uH,功率越大感量越小,電流越大,所以線俓必須越粗.

8.C1電源率波電容,其實它真正不算是電源濾波,其真正用途是退交連用途,也就是在一定基本電源濾波下能對高頻率通過用途,此容量跟設計功率有關,在1KW-3KW內可以使用3uf-5uf既可.峰直耐壓在220V*1.414=311.08V電容,又電源變動我們考慮在15%內,所以耐壓就必須311.08*1.15=357.74V,所以我們就定為耐壓為400V電容.
此電容還要注意退交聯頻率,否則容易爆炸,其交連高頻率要略大于諧震頻率;換角度說以單管諧震感應電磁爐設計都在18K-20KHz左右,因此電容必須能有吸收25KHz能力,否則電容溫度將非常高.

9.C2諧震電容,容量與設計功率有關,容量越大功率越大,在220V系統下耐壓可以選1.2KV以上較適合.他與感應線圈搭配諧震,所以要注意頻率限制,以單管諧震感應電磁爐設計都在18K-20KHz左右,因此頻率要使用兩倍以上,否則發熱嚴重.

10.Q1 IGBT 在1KW-3KW下可以使用電流20A-40A 耐壓在1.2KV IGBT 既可,如何計算IGBT 選型,我們可以以電壓倍比解析,選型如下計算:
       a.電源入電使用AC220V其整流直流為 220*1.414=311.08V.
       b.電源入電有15%合法變動,也就是入電會在264.42V-357.74V.
       c.諧震電壓控制在1KV下,(此電壓越高感應效率越高,但是IGBT及諧振電容電壓都必須相對提高).我們可以推算倍比為3.78(1KV/264.42)-2.79(1KV/357.74)倍.這我們取最大值3.78.
       d.1KW在AC220V下其電流為4.545A,3KW在AC220V下為13.63A,換算峰直電流既*1.414,1KW峰直電流為6.3A,3KW峰直電流為19.27A
       e.在選擇IGBT電流下,我們知道在1KW下入電為6.3A,在3KW下為19.27A,但這電流遠比諧振電流小,以電壓比來倒算諧振電流比,1KW下諧震電壓倍數等于諧振電流倍數,也就是在1KW時IGBT對電感充電電流必須為6.3*3.78=23.8A,3KW時為72.84.也就是說對諧振電路來說,IGBT電流選型入電電流可以不須參考,但我必須參考Icm及SOA曲線.
       f.單管諧震時在第四時間時,IGBT雖然IGBT G 已有信號,但因為此時為電感再度對電容充電但因為有IGBT反向二極管,所以電容無法充電,此時IGBT是截止的,而IGBT二極管是導通的,以L/C諧振能量來計算,第二次能量為第一次的0.636倍(占不考慮負載吸收損失),也就是在1KW-3KW 其IGBT D承受能力分別為23.8*0.636=15.14A(1KW)及72.84*0.636=46.32A(3KW).
       1KW機器我們查看IHW15N120得知,以 IHW15N120 其25℃時二極管電流為30A, 100℃時二極管電流為15A,我們機器設計以80℃為保護點,也就是其二極管耐流在19A,如上數據我們知道1KW下二極管耐流至少要15.14A,因此1KW下可以選擇IHW15N120.
       3KW機器我們查看IHW40N120得知,以 IHW40N120 其25℃時二極管電流為75A, 100℃時二極管電流為40A,我們機器設計以80℃為保護點,也就是其二極管耐流在49.3A,如上數據我們知道3KW下二極管耐流至少要46.32A,因此3KW下可以選擇IHW40N120.

g.在選擇IGBT電流下,我們知道在IGBT選型必須以諧振電流計算,因為入電電流遠比諧振電流小.
在最大功率下,諧振充放電時間比大約在1:1.5下,也就是說當感應工作在20KHz下其時間為50us,也就是IGBT工作脈沖(對線圈充電時間)時間為50us/2.5=20us.底下為參考照片.

h.1KW設計我們先以剛剛用IGBT D暫選IGBT IHW15N120 我們看SOA

我們已入電電壓220V整流后311在乘上電壓浮動15%后電壓計算得知357.7V,我們在IHW15N120 SOA表下電壓軸劃一條Y軸線.
我們以最大功率波形下我們得知20Khz下我們脈沖為20us,因此我們在時間Z軸上劃一條20us Z軸線.
根據電壓/時間(Y/Z)軸交會點下劃一條X軸線對應到電流在線,我們可以得到電流為32A,我們剛剛計算在1KW下諧震電流需求為23.8A,因此我們可以得知1KW設計下使用IHW15N120是安全的.

i.3KW設計我們先以剛剛用IGBT D暫選IGBT IHW40N120 我們看SOA

我們已入電電壓220V整流后311在乘上電壓浮動15%后電壓計算得知357.7V,我們在IHW40N120 SOA表下電壓軸劃一條Y軸線.
我們以最大功率波形下我們得知20Khz下我們脈沖為20us,因此我們在時間Z軸上劃一條20us Z軸線.
根據電壓/時間(Y/Z)軸交會點下劃一條X軸線對應到電流在線,我們可以得到電流為85A,我們剛剛計算在3KW下諧震電流需求為72.84A,因此我們可以得知3KW設計下使用IHW40N120是安全的.

11.R1/R2/D1/Q2這些零件作為同步檢測用,設計解析如下
       a.D1工作是防止諧振負壓擊穿C945晶體.晶體管的BE反壓都很低,大約在6.3V左右,一但反壓過大會造成晶體管BE永久性破壞,因此我們加一顆IN4148二極管當作反壓保護.
       b.R1從IGBT C 取出諧振信號,電阻為680K.
       c.R2是與R1做分壓用,實際上這電阻設計為10K,若與R1分壓來說真正甚微,他真正目的是對Q945 BE電容放電,確保Q945能工作在20Khz下.
       但由于有這R2作用會迫使晶體管非線性區頻率響應加大,這反而有利于我需求,在非線性區下反而可以讓我們加大晶體管角度敏感度,更可以提高諧振同步準確性.

……….. 待續 ……….

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irex

LV.5

2013-04-11 14:58

12.R3/R4/D2/D3這些零件作為高壓過高保護檢測用,設計解析如下:
a.R3/R4取得分壓,以提供MCU當過壓檢測信號,其值計算必須先考慮R4,我們希望這檢測是電流輸出檢測方式,而不是流入MCU,這方式可以很有效提高MCU抗干擾力,由在高壓大磁場電路下使用MCU我們更需要這架構.
在MCU流出下我們設計1.5ma,MCU “H”判斷為2.7V以上,再加上D3二極管電壓0.7所以判斷電壓提升為2.7-0.7=2V,因次我們可以計算得知電阻需要2V/1.5ma=1.33K,這我們取1.2K既可.
在檢測上我們我們須望在1.1KV時MCU必須買上處置,如此我們可以計算R3值,R3既等于1.1KV/1.5ma=733K.在實際上我們采用820K我們可以倒算電流為1.34ma,在換算回MCU判斷電壓為(1.34ma+(2V/1.2K))*1.2K=3.608V,我們再減掉D3的0.7V壓降可得知為2.908V大于2.7V,所以MCU可以在1KV-1.1KV間作反應,由于這是高頻高壓下,誤差會有點的.
R3設計也是建議使用兩電阻串聯,我們可以使用680K+1.5K串聯,止于工率可以使用1/4W既可.
b.D2設計是以MCU流出來檢測,這優點是可以避免過高壓流入MCU導致I/O腳擊穿.
c.D3工作是防止諧振負壓擊穿MCU I/O.MCU I/O反壓都很低,大約在-0.7V左右,一但反壓過大會造成MCU I/O永久性破壞,因此我們加一顆IN4148二極管當作反壓保護.

到此有關數字單管諧振硬件電路布設計以解析完畢,接下來我們將在解析軟件布份.
因為這是數字架構,所以軟件復雜度將比硬件大,在整體電路中許多機制都是軟件來完成的.

……….. 待續 ……….

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irex

LV.5

2013-04-12 12:46

@irex

d.R1電阻計算方式如下分析.當諧振到零點時Q2給MCU信號為”H”,MCU使用高阻抗輸入口,此口對MCU流入電流極低,這電流小于10uA.未避免噪聲干擾我門給他pushhigh10K電組,既若以5VMCU下則表示Q2需要有500uAsink能力.我們也從C945放大參數可以得到其值為200,也就是說Q2C945Ib需要500uA/200=2.5uA既可.另一需求說詞果能檢測諧振IGBTC電壓零點越低則表示IGBT發熱越低也越安全.我們在設計R1使用值為680K;我們可以推算下IGBTC電壓最低可以多少?計算是這樣的;假設IGBTC電壓為IGBTset電壓也就是IHW15N120為1.5V;IHW40T120為1.8V,這我門以最低電壓1.5V計算,除上電阻我門可以得到1.5V/680K=2.2uA,也就是可以大致滿足了,這怎說?因為IGBT運作后電壓都會比標準略高些.接下來計算R1承載能力,我門設限是1.2KV也就是R1680K下在1.2KV下電流為1.76mA,這電流還是很小我們可以放心不至損壞Q2BE腳.再來我們計算R1承受功率,以1.2KV1.2KV最大諧振電壓下P=I*E也就是P=1.2KV*2.2uA=2.112W也就是電阻需要2W左右,但這值是以最大且交流下計算,實際上必須在乘上0.318半波系數,也就是2.112*0.318=0.67W既可.實際上我們可以使用0.5W就好.但友一點必須注意這電阻是皆在高壓高頻下,有可能有偶合電壓過去,因此建議使用470K+220K兩顆串聯組合.e.R2電阻目的僅為位Q2BE接合電容放電,以利Q2不會因為米勒效應導致高頻交換速度變慢,此電阻在4.7K-22K均可.但必須注意它會稍引響非線性曲線導致諧振零點稍有誤差,但是結果是可以忽略的.f.Q2我們使用C945晶體管,這顆晶體管高頻特性不錯,其參數如下2SC94550V0.1AFt=250MHz,因此可以完全符合我們須求.12.R3/R4/D2/D3這些零件作為高壓過高保護檢測用,設計解析如下:a.R3/R4取得分壓,以提供MCU當過壓檢測信號,其值計算必須先考慮R4,我們希望這檢測是電流輸出檢測方式,而不是流入MCU,這方式可以很有效提高MCU抗干擾力,由在高壓大磁場電路下使用MCU我們更需要這架構.在MCU流出下我們設計1.5ma,MCU“H”判斷為2.7V以上,再加上D3二極管電壓0.7所以判斷電壓提升為2.7-0.7=2V,因次我們可以計算得知電阻需要2V/1.5ma=1.33K,這我們取1.2K既可.在檢測上我們我們須望在1.1KV時MCU必須買上處置,如此我們可以計算R3值,R3既等于1.1KV/1.5ma=733K.在實際上我們采用820K我們可以倒算電流為1.34ma,在換算回MCU判斷電壓為(1.34ma+(2V/1.2K))*1.2K=3.608V,我們再減掉D3的0.7V壓降可得知為2.908V大于2.7V,所以MCU可以在1KV-1.1KV間作反應,由于這是高頻高壓下,誤差會有點的.R3設計也是建議使用兩電阻串聯,我們可以使用680K+1.5K串聯,止于工率可以使用1/4W既可.b.D2設計是以MCU流出來檢測,這優點是可以避免過高壓流入MCU導致I/O腳擊穿.c.D3工作是防止諧振負壓擊穿MCUI/O.MCUI/O反壓都很低,大約在-0.7V左右,一但反壓過大會造成MCU I/O永久性破壞,因此我們加一顆IN4148二極管當作反壓保護. 到此有關數字單管諧振硬件電路布設計以解析完畢,接下來我們將在解析軟件布份. 因為這是數字架構,所以軟件復雜度將比硬件大,在整體電路中許多機制都是軟件來完成的.………..待續……….

單管諧振感應加熱數字同步機制解析

1.MCU輸出脈沖加至Q1的G極時,Q1飽和導通,電流i1從DC_BUS流過L2,由于線圈感抗不允許電流突變.所以在t1~t2時間對線圈充電i1隨線性上升.
2.在t2時MCU輸出脈沖結束,Q1截止,同樣由于感抗作用,i1不能立即變0,于是向C2充電,產生對電容充電電流i2.
3.在t3時間,C2電荷充滿,電流變0,這時L2的磁場能量全部轉為C2的電場能量,在電容兩端出現左負右正,幅度達到峰值電壓,在Q1的CE極間出現的電壓實際為逆相脈沖峰壓+電源電壓.
4.在t3~t4時間,C2通過L2放電完畢,i3達到最大值,電容兩端電壓消失,這時電容中的電能又全部轉為L2中的磁能,因感抗作用,i3不能立即變0,于是L2兩端電動勢反向,即L2兩端電位左正右負,由于IGBT D的存在,C2不能繼續反向充電,而是經過C2、IGBT D回流,能量反沖到C1(電源濾波電容)行成電流i4.這就是我們前面所說C1在電路角色對于電原濾波扮演角色反而比較弱,而是幫助完成終止諧振運作已利下次磁能(L2)充電.所以C1會承受最低一各LC諧振頻率,也就是C1必須注意有頻率需求要求.
5.在t4時間,此時 IGBT CE上電壓會過零點,因此同步檢知電路Q2截止,MCU檢知到”H”信號后輸出第二個MCU輸出脈沖,但這時Q1的UE為正,UC為負,處于反偏狀態,所以Q-不能導通,取而代是由IGBT D導通來完成i4電流,待i4減小到0,L2中的磁能放完,即到t5時Q1才會開始第二次導通.
6.待i4結束后,整體動作又開始重復i1~i4過程.
7.在整各電流周期里,我們可以整理如下說明各i作用:
a.t1~t2的i1是線圈L2磁能充電← IGBT ON : IGBT D OFF.
b.t2-t3的i2是線圈L2對電容C2的充電電流← IGBT OFF : IGBT D OFF.
c.t3~t4的i3是電容C2對通過L2放電的電流← IGBT OFF : IGBT D OFF.
d.t4~t5的i4是線圈L2對電容C2充電電流← IGBT ON : IGBT D ON.

如上我們可以了解實際上 IGBT 導通僅在t1~t2,t4~t5是IGBT D在導通完成整體諧振回路,其中IGBT D 是由LC諧振組件來決定時間,外在控制是無法控制的;而MCU是僅能在t1~t2控制線圈L2充電,也就是對對整各諧振網補能.
在補能中如果補能能量大也就意味輸出功率可以加大;但如果補能小那也意味輸出功率會變小.但有一點必須注意,補能的能量必須要在同步檢知能檢知的最低要求下否則將導致同步錯亂IGBT可能在t2~t4間開啟,這時能量很大如果開啟會導致IGBT毀滅性破壞.
至于IGBT G脈寬要多寬?這就是回到上面所說,整各脈寬由下決定
1.諧振網LC諧振時間,此時間外界無法干預.
2.決定輸出功率的線圈充磁時間.

因此我們可以得到一各準確數據那就是(LC基本諧振時間/2)+負載耗能補償時間.因此我們必須了解到在軟件產生IGBT輸出脈沖時所需要的最低脈沖.
但這又怎樣得知?如果要讓MCU去做這計算那是不現實的,最簡單方式就是利用同步電路來完成.
回到剛剛分析7.a-7.d我們得知在雖然在t4時間由于C2對L2充電結束IGBT CE為”0”,雖然在t5時L2會將電感反電動勢經過IGBT D對C1放電,對IGBT CE也是”0”,此時同步檢知輸出為”0”,MCU 若以此信號就開啟IGBT 是否洽當?這里可以肯確是很恰當,因為此時有IGBT D來終止諧振,此時就算IGBT G有信號也無關析,只是我們要了解這段是無功段,而真正要對整體諧振網補能祇要大于這時間既可. 也就是(LC基本諧振時間/2)+負載耗能補償時間.
從上面分析我們因該很清楚IGBT G時間需求后,接下來我們來分析怎樣知道補能時間大小.我們先用下列數據獲得分析信息:
1.補能能量從主回路分析中我們知道,補能最低是給予L2>C2充電能及C2>L2反沖能.
2.第二次反充L2>IGBT D>C1充能可以完全不要.
3.補能能量從主回路分析中我們知道,補能最大是L2>C2充電壓上限必須在IGBT承受耐壓下,否則IGBT會被電壓擊穿.
4.L2能量會被負載消耗(這就是我們期望發熱),但這對整體諧振脈沖處理軟件運行中我們不需理會,因為我們已把負載當成L2一部分來看待.
由上分析我們得到兩個軟件運作機制,最小跟最大限制.

在這我們用主回路運作再分析一下上面-1-分析,可們可以得到下面同步運作推論:
1.如果充能剛好也就是IGBT G導通時間剛好,那將會造成C2>L2充能剛好到”0”點,也就是t4時間點在”0”點上,這時IGBT D根本不會動作.此時剛好同步檢知Q2截止,MCU檢知到”H”這時MCU可以對IGBT發出動作信號,此時線圈L2馬上開始充電.也就是沒有t4~t5時間了.
2.如果充能過大也就是IGBT G導通時間過大,則將在L2>C2終止時其電壓會超越IGBT VCE耐壓限制,此時R3/R4/D3高壓檢知電壓提高,MCU可以檢知這信號后在t4時間IGBT導通時間將之縮短,在下一周時再檢知是否高壓過高,如果過高下一周期再減小IGBT導通時間,也就是線圈L2充能.
3.如果充能不夠也就是IGBT G導通時間過小,那將會造成C2>L2充能無法到”0”點,也就是t4時間點在”0”點之上,這時同步檢知Q2無法截止,MCU也無法檢知到”H”這時MCU必須有一各時間機制來應對給IGBT發出動作信號,而這機制會將上周導通時間加長,當機制啟動將迫使IGBT導通,注意此時IGBT是屬于硬導通,理論上這時IGBT承受電流會很大,但是幸好造成沒”0”點也就是t3~t4已把諧振能量放完,馬上要進行L2>C2二次充電,這時IGBT導通時,對線圈而言是剩余能量+充電能, 由于線圈充電能以固定,也就是說對線圈充能是原來線圈最低充電能-線圈剩余能量,如此反而IGBT電流比較小.當機制啟動輸出此時線圈L2馬上開始充電.也就是沒有t4~t5時間了.
從上面分析如果要用軟件完成同步輸出,那意味MCU必須有一各定時器,這定時器就是所謂”內部機制”,而這”內部機制”如何在整體軟件運行?
我們可以如下分析:
1.感應啟動信號通知MCU感應開始輸出.
2.MCU將”定時器”設定為中斷模式,并將頻率從最高,這頻率注意必須要是IGBT能承受頻率.
3.“定時器”啟動后MCU這時可以去做其他事情,比如顯示;鍵盤輸入等等..
4.“定時器”時間到進入中斷程序處理,這時候檢查”同步信號”如果是”1”把表示充能過大,所以我們把”定時器”時間減1.
5.“定時器”時間到進入中斷程序處理,這時候檢查”同步信號”如果是”0”此時延遲一各小時間在檢查同步信號,如果同步信號”1”, ,那表示充電洽當,我們將把”定時器”時間保持不動.
6. “定時器”時間到進入中斷程序處理,這時候檢查”同步信號”如果是”0”此時延遲一各小時間在檢查同步信號,如果同步信號還是”0”,那表示充能不夠,所以我們將把”定時器”時間加1.

上述我們已經分析出如何利用軟件來做同步機制概念,接下來我們要把IGBT輸出融入結合,這才能真正使用.
但如何加入這IGBT輸出信號,我們在依下列分析來決定:
1.諧振回路中t2~t3時間會與t3~t4時間相同.這是因為LC諧振不管L>C或是C>L時間是相同的.
2.諧振回路中t4~t5最低要求下可以不要.
3.如上可以得知我們可以把整各時基分成三等份,以此為基準,這三等份如下:
a.充電時間T1.
b.L2>C2充電時間T2.
c.C2>L2充電時間T3.
d.T1時間如7.a所述,可以決定輸出功率.
如上所述,時機可以分三等份,但是我們還要考慮我們還要對輸出調功,因此我們實際上要犧牲MCU其他時間給予T3時間,因為在調整T1時間后,T2;T3是沒法改變的,此時把T1時間差轉嫁給T3時間段,這樣我們可以讓程序更方便編寫:

接下來我們以上面條件將它與輸出結合機制分析:
1.感應啟動信號通知MCU感應開始輸出.
2.MCU將”定時器”設定為中斷模式,并將充電時間從最小給出,并輸出.

----------- 中斷進入 --------
1.“定時器”時間到進入中斷程序處理,這時候檢查”同步信號”如果是”1”把表示充能過大,所以我們把”定時器”時間減1,并把”充電時間”-1.
2.“定時器”時間到進入中斷程序處理,這時候檢查”同步信號”如果是”0”此時延遲一各小時間在檢查同步信號,如果同步信號”1”, ,那表示充電洽當,我們將把”定時器”時間與"充電時間”保持不動.
3.“定時器”時間到進入中斷程序處理,這時檢查”同步信號”如果是”0”此時延遲一各小時間在檢查同步信號,如果同步信號還是”0”,那表示充能不夠, 所以我們將把”定時器”時間與"充電時間”+1.
4.輸出延時一各"充電"時間(既功率)這時間可以使用一各小DO…LOOP架構語法.

如上結合后我們可以在MCU運行機制就OK了.這樣MCU有大于一半以上感應輸出處理時間供其他機制使用.

--------- 待續 ----------

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沒有靈魂的家園

LV.5

2013-04-12 15:46

@irex

單管諧振感應加熱數字同步機制解析 [圖片] 1.MCU輸出脈沖加至Q1的G極時,Q1飽和導通,電流i1從DC_BUS流過L2,由于線圈感抗不允許電流突變.所以在t1~t2時間對線圈充電i1隨線性上升.2.在t2時MCU輸出脈沖結束,Q1截止,同樣由于感抗作用,i1不能立即變0,于是向C2充電,產生對電容充電電流i2.3.在t3時間,C2電荷充滿,電流變0,這時L2的磁場能量全部轉為C2的電場能量,在電容兩端出現左負右正,幅度達到峰值電壓,在Q1的CE極間出現的電壓實際為逆相脈沖峰壓+電源電壓.4.在t3~t4時間,C2通過L2放電完畢,i3達到最大值,電容兩端電壓消失,這時電容中的電能又全部轉為L2中的磁能,因感抗作用,i3不能立即變0,于是L2兩端電動勢反向,即L2兩端電位左正右負,由于IGBTD的存在,C2不能繼續反向充電,而是經過C2、IGBTD回流,能量反沖到C1(電源濾波電容)行成電流i4.這就是我們前面所說C1在電路角色對于電原濾波扮演角色反而比較弱,而是幫助完成終止諧振運作已利下次磁能(L2)充電.所以C1會承受最低一各LC諧振頻率,也就是C1必須注意有頻率需求要求.5.在t4時間,此時IGBTCE上電壓會過零點,因此同步檢知電路Q2截止,MCU檢知到”H”信號后輸出第二個MCU輸出脈沖,但這時Q1的UE為正,UC為負,處于反偏狀態,所以Q-不能導通,取而代是由IGBTD導通來完成i4電流,待i4減小到0,L2中的磁能放完,即到t5時Q1才會開始第二次導通.6.待i4結束后,整體動作又開始重復i1~i4過程.7.在整各電流周期里,我們可以整理如下說明各i作用:a.t1~t2的i1是線圈L2磁能充電←IGBTON:IGBTDOFF.b.t2-t3的i2是線圈L2對電容C2的充電電流←IGBTOFF:IGBTDOFF.c.t3~t4的i3是電容C2對通過L2放電的電流←IGBTOFF:IGBTDOFF.d.t4~t5的i4是線圈L2對電容C2充電電流←IGBTON:IGBTDON. 如上我們可以了解實際上IGBT導通僅在t1~t2,t4~t5是IGBTD在導通完成整體諧振回路,其中IGBTD是由LC諧振組件來決定時間,外在控制是無法控制的;而MCU是僅能在t1~t2控制線圈L2充電,也就是對對整各諧振網補能.在補能中如果補能能量大也就意味輸出功率可以加大;但如果補能小那也意味輸出功率會變小.但有一點必須注意,補能的能量必須要在同步檢知能檢知的最低要求下否則將導致同步錯亂IGBT可能在t2~t4間開啟,這時能量很大如果開啟會導致IGBT毀滅性破壞.至于IGBTG脈寬要多寬?這就是回到上面所說,整各脈寬由下決定1.諧振網LC諧振時間,此時間外界無法干預.2.決定輸出功率的線圈充磁時間. 因此我們可以得到一各準確數據那就是(LC基本諧振時間/2)+負載耗能補償時間.因此我們必須了解到在軟件產生IGBT輸出脈沖時所需要的最低脈沖.但這又怎樣得知?如果要讓MCU去做這計算那是不現實的,最簡單方式就是利用同步電路來完成.回到剛剛分析7.a-7.d我們得知在雖然在t4時間由于C2對L2充電結束IGBTCE為”0”,雖然在t5時L2會將電感反電動勢經過IGBTD對C1放電,對IGBTCE也是”0”,此時同步檢知輸出為”0”,MCU若以此信號就開啟IGBT是否洽當?這里可以肯確是很恰當,因為此時有IGBTD來終止諧振,此時就算IGBTG有信號也無關析,只是我們要了解這段是無功段,而真正要對整體諧振網補能祇要大于這時間既可.也就是(LC基本諧振時間/2)+負載耗能補償時間.從上面分析我們因該很清楚IGBTG時間需求后,接下來我們來分析怎樣知道補能時間大小.我們先用下列數據獲得分析信息:1.補能能量從主回路分析中我們知道,補能最低是給予L2>C2充電能及C2>L2反沖能.2.第二次反充L2>IGBTD>C1充能可以完全不要.3.補能能量從主回路分析中我們知道,補能最大是L2>C2充電壓上限必須在IGBT承受耐壓下,否則IGBT會被電壓擊穿.4.L2能量會被負載消耗(這就是我們期望發熱),但這對整體諧振脈沖處理軟件運行中我們不需理會,因為我們已把負載當成L2一部分來看待. 由上分析我們得到兩個軟件運作機制,最小跟最大限制. 在這我們用主回路運作再分析一下上面-1-分析,可們可以得到下面同步運作推論:1.如果充能剛好也就是IGBTG導通時間剛好,那將會造成C2>L2充能剛好到”0”點,也就是t4時間點在”0”點上,這時IGBTD根本不會動作.此時剛好同步檢知Q2截止,MCU檢知到”H”這時MCU可以對IGBT發出動作信號,此時線圈L2馬上開始充電.也就是沒有t4~t5時間了.2.如果充能過大也就是IGBTG導通時間過大,則將在L2>C2終止時其電壓會超越IGBTVCE耐壓限制,此時R3/R4/D3高壓檢知電壓提高,MCU可以檢知這信號后在t4時間IGBT導通時間將之縮短,在下一周時再檢知是否高壓過高,如果過高下一周期再減小IGBT導通時間,也就是線圈L2充能.3.如果充能不夠也就是IGBTG導通時間過小,那將會造成C2>L2充能無法到”0”點,也就是t4時間點在”0”點之上,這時同步檢知Q2無法截止,MCU也無法檢知到”H”這時MCU必須有一各時間機制來應對給IGBT發出動作信號,而這機制會將上周導通時間加長,當機制啟動將迫使IGBT導通,注意此時IGBT是屬于硬導通,理論上這時IGBT承受電流會很大,但是幸好造成沒”0”點也就是t3~t4已把諧振能量放完,馬上要進行L2>C2二次充電,這時IGBT導通時,對線圈而言是剩余能量+充電能,由于線圈充電能以固定,也就是說對線圈充能是原來線圈最低充電能-線圈剩余能量,如此反而IGBT電流比較小.當機制啟動輸出此時線圈L2馬上開始充電.也就是沒有t4~t5時間了.從上面分析如果要用軟件完成同步輸出,那意味MCU必須有一各定時器,這定時器就是所謂”內部機制”,而這”內部機制”如何在整體軟件運行? 我們可以如下分析:1.感應啟動信號通知MCU感應開始輸出.2.MCU將”定時器”設定為中斷模式,并將頻率從最高,這頻率注意必須要是IGBT能承受頻率.3.“定時器”啟動后MCU這時可以去做其他事情,比如顯示;鍵盤輸入等等..4.“定時器”時間到進入中斷程序處理,這時候檢查”同步信號”如果是”1”把表示充能過大,所以我們把”定時器”時間減1.5.“定時器”時間到進入中斷程序處理,這時候檢查”同步信號”如果是”0”此時延遲一各小時間在檢查同步信號,如果同步信號”1”,,那表示充電洽當,我們將把”定時器”時間保持不動.6. “定時器”時間到進入中斷程序處理,這時候檢查”同步信號”如果是”0”此時延遲一各小時間在檢查同步信號,如果同步信號還是”0”,那表示充能不夠,所以我們將把”定時器”時間加1. 上述我們已經分析出如何利用軟件來做同步機制概念,接下來我們要把IGBT輸出融入結合,這才能真正使用.但如何加入這IGBT輸出信號,我們在依下列分析來決定:1.諧振回路中t2~t3時間會與t3~t4時間相同.這是因為LC諧振不管L>C或是C>L時間是相同的.2.諧振回路中t4~t5最低要求下可以不要.3.如上可以得知我們可以把整各時基分成三等份,以此為基準,這三等份如下:a.充電時間T1.b.L2>C2充電時間T2.c.C2>L2充電時間T3.d.T1時間如7.a所述,可以決定輸出功率.如上所述,時機可以分三等份,但是我們還要考慮我們還要對輸出調功,因此我們實際上要犧牲MCU其他時間給予T3時間,因為在調整T1時間后,T2;T3是沒法改變的,此時把T1時間差轉嫁給T3時間段,這樣我們可以讓程序更方便編寫: 接下來我們以上面條件將它與輸出結合機制分析:1.感應啟動信號通知MCU感應開始輸出.2.MCU將”定時器”設定為中斷模式,并將充電時間從最小給出,并輸出.-----------中斷進入--------1.“定時器”時間到進入中斷程序處理,這時候檢查”同步信號”如果是”1”把表示充能過大,所以我們把”定時器”時間減1,并把”充電時間”-1.2.“定時器”時間到進入中斷程序處理,這時候檢查”同步信號”如果是”0”此時延遲一各小時間在檢查同步信號,如果同步信號”1”,,那表示充電洽當,我們將把”定時器”時間與"充電時間”保持不動.3.“定時器”時間到進入中斷程序處理,這時檢查”同步信號”如果是”0”此時延遲一各小時間在檢查同步信號,如果同步信號還是”0”,那表示充能不夠, 所以我們將把”定時器”時間與"充電時間”+1.4.輸出延時一各"充電"時間(既功率)這時間可以使用一各小DO…LOOP架構語法. 如上結合后我們可以在MCU運行機制就OK了.這樣MCU有大于一半以上感應輸出處理時間供其他機制使用.[圖片] [圖片] ---------待續----------

做個記號，好好學習！

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王秋冬

LV.5

2013-04-12 22:18

@沒有靈魂的家園

做個記號，好好學習！[圖片]

我也留記號了

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shaozh

LV.2

2013-04-12 23:34

@irex

好貼！！學習了！！！

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everlasting

LV.3

2013-04-13 07:43

@irex

我也來學習~~謝謝老師的無私分享！！！

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irex

LV.5

2013-04-13 09:25

@irex

數字單管諧震感應加熱技術(三)
數字單管諧振感應加熱運行機制解析

一. 數字單管諧振運行接口解析 :
前面已經解析了數字單管諧振的硬件部分與數字同步部分,接下來我門要解析數字單管諧振運行機制.

在解析上述運作之前,我門先必須先標定好程序運行接口,已利運行.

這有哪些程序運行接口,我門定義如下接口:
a.帶中斷的定時器時間設定接口T_INT_Delay.
b.同步檢知硬件中斷接口SYNC_INT_Px.
c.調整輸出功率延時設定接口POWER_Control.
d.高壓檢知硬件中斷接口HV_INT_Px.
e.高壓檢知記億接口HV_Flag.
f.定時器給值最大限制T_INT_Max.
g.定時器給值最小限制T_INT_Min.
h.同步檢知中斷計數器SYNC_INT_Ct.
i.同步檢知中斷計數器賦值設定SYNC_INT_CT_Data.

接下來我門針對上述接口解析 :
a.帶中斷的定時器時間設定接口T_INT_Delay --- 這是關析整體輸出機制,也是最復雜的,其時間可以透過控制程序來設定.其運作機制如下說明:
? 在感應輸出啟動時,其值是感應機制最小值;也就是T_INT_Min值.也就是第一時間感應機制輸出后,此值被入T_INT_Min值.
? 當下次時間中斷啟動后,也就是第二時間,T_INT_Delay就會依SYNC_INT_Px值來作應對,通常第二時間T_INT_Delay必定是”+1”,因為我門第一時間給的值是輸出功率最小(T_INT_Min)值,這肯定會促使T_INT_Delay + 1,因為SYNC_INT_Px因為給功過小導致SYNC_INT_Px檢知不到.
? 經過N各周期后,T_INT_Delay將會維持一定.
? 如上定義接口會改變T_INT_Delay有下列接口,分別是SYNC_INT_Px/POWER_Control/HV_INT_Px.
? 會與T_INT_Delay有作用狀態產生的接口是T_INT_Max/T_INT_Min.

b.同步檢知硬件中斷接口SYNC_INT_Px --- 這是使用帶中斷的IO口,此除了檢知同步信號外,也會減之線圈異常狀態.
當依正確同步信號過來他應該落在T_INT_Delay可控范圍內;有就是說會在T_INT_Delay未到時同步就進來,或是大于T_INT_Delay時間值.
但有一狀況那狀態就值得深思,假設一但現圈短路或是放電;或負載異常掉落突然改變感量,這都容易產生VCE突然掉落,這樣有可能導致IGBT 逃脫不了dv/dt雪崩魔掌,或是導致下次運作機制以正常方式開啟IGBT,這將進而導致IGBT損壞.
因此;我門要有一機制有能力立即SYNC_INT_Px檢知,唯一有效快速方法那就是此接口必須帶有”中斷機制”.

c.調整輸出功率延時設定接口POWER_Control --- 這機制將是崁在T_INT_Delay,其做用是決定IGBT ON時間,決定IGBT ON時間意味就是決定線圈L2充電時間;換角度說就是決定輸出功率.

d.高壓檢知硬件中斷接口HV_INT_Px --- IGBT VCE 高壓是對IGBT一各很大傷害,他將導致IGBT高壓擊穿;因此他必須有效防范.

高壓產生有兩種,
一是輸出功率過大導致,其實這決不是主因,因為在產品設計上已經把最大值考慮進去,唯有不同是使用者放不同鍋具;比如鋁鍋具.這時可能原來安全輸出功率瞬間產生壓.
二是電源突然猛降又升起造成,當原猛降時會造成輸出功率不夠以至IGBT VCE無法拉低,SYNC_INT_Px接口機制會無法檢知到,而導致T_INT_Delay + 1輸出,若此時突然電壓攀升,那將有可能電壓超過,因此;我門將電壓限制在安全范圍內檢知,比如1200V IGBT 我門就設定在 1000V.
當高壓中斷HV_INT_Px機制產生,他將會設定HV_Flag接口記憶,已利在T_INT_Delay接口內做出-1動作.

e.高壓檢知記億接口HV_Flag --- 當高壓中斷HV_INT_Px接口被啟動,這意味有高壓產生,因此在高壓中斷成許上要設定HV_Flag已利在T_INT_Delay接口內做出-1動作.
而這HV_Flag接口應該再每一個T_INT_Delay接口結束要退出時將他清除.

f.定時器給值最大限制T_INT_Max --- 此接口崁入于T_INT_Delay接口內,這接口目的是限制T_INT_Dela最大值,此最大值是在產品設計時被加熱最大功率;因此當T_INT_Delay值超過T_INT_Max時,整體運行將應該被停止運行.
會導致T_INT_Max接口運作,原因有二,如下說明 :
一是負載過大被加熱功率無法供給,導致SYNC_INT_Px接口無法判斷,此時T_INT_Delay會一值+1,企圖讓SYNC_INT_Px接口能判斷,但如果T_INT_Delay值大于T_INT_Max時那代表整體機器設計已到默認值,此時整體運作應該馬上關閉.
二是線圈L2突然短路,前面說過線圈L2突然短然也會引發SYNC_INT_Px接口運行,但如果短路不是很嚴重,那時SYNC_INT_Px接口有可能不會被引發,而導致象負載過大狀況一樣.也就是發生狀況跟負載過大狀況一樣運作.

g.定時器給值最小限制T_INT_Min --- 此接口崁入于T_INT_Delay接口內,這接口目的是限制T_INT_Delay最小值,此最小值是在產品設計時被加熱最小功率;因此當T_INT_Delay值小于T_INT_Min時,整體運行將應該被停止運行.
會導致T_INT_Min接口運作,原因如下說明 :
負載過小或是移鍋,將導致被加熱功率還是過大,導致SYNC_INT_Px接口一值有判斷或是HV_INT_Px接口被啟動,此時T_INT_Delay會一值-1,企圖讓SYNC_INT_Px接口不能判斷信號,但如果T_INT_Delay值小于T_INT_Min時那代表整體機器設計已到默認值,此時整體運作應該馬上關閉.

h.同步檢知中斷計數器SYNC_INT_Ct --- 這接口是由SYNC_INT_Px接口引發,在正常下這SYNC_INT_Ct接口最多只能引發一次計數,但如果引發兩次以上就有可能有意外狀態,至于這狀態是否能容許幾次就由SYNC_INT_CT_Data決定.
此狀態可以參考”同步檢知硬件中斷接口SYNC_INT_Px”說明.

i.同步檢知中斷計數器賦值設定SYNC_INT_CT_Data --- 此接口是崁入在T_INT_Delay接口內,這是允許SYNC_INT_Ct 能容忍幾次賦值,而引發SYNC_INT_Ct 接口組件是SYNC_INT_Px(請參考上述說明),此接口將放在T_INT_Delay接口執行尾端對SYNC_INT_Ct賦值動作.

二. 數字單管諧振感應加熱運行

數字單管諧振感應加熱運行下列列表 :
1.有鍋加熱運行.
2.無鍋運行.
3.功率調功.
4.提鍋保護.
5.過大電流保護.
6.線圈開路保護.
7.線圈短路保護.
8.IGBT VCE高壓保護.
9.IGBT過熱保護.
10.電源突波保護.
11.電源瞬間掉電保護.

接下來我門開始解析這些運行機制是如何運用接口運作.

1.有鍋加熱運行:
當鍋具(負載)放到線盤上,按下啟動鈕,運行機制將如下運作:
a.將預設功率參數給POWER_Control.
b.設定參數給SYNC_INT_CT_Data
c.以T_INT_Min給予T_INT_Delay.
d.啟動 T_INT 中斷.
e.第二時間T_INT中斷產生, SYNC_INT_Px探測到SYNC不到信號.
f.T_INT_Delay + 1.
g.SYNC_INT_CT_Data 賦值到SYNC_INT_Ct.
h.T_INT執行完畢,并退出T_INT中斷.
      .
      .
      .
i.第n時間T_INT中斷產生, SYNC_INT_Px探測到SYNC到適當信號.
j.T_INT_Delay 不變.
k.SYNC_INT_CT_Data 賦值到SYNC_INT_Ct.
l.T_INT執行完畢,并退出T_INT中斷.
     .
     .
     .
m.第n時間T_INT中斷產生, SYNC_INT_Px探測到SYNC到提前信號.
n.T_INT_Delay -1.
o.SYNC_INT_CT_Data 賦值到SYNC_INT_Ct.
p.T_INT執行完畢,并退出T_INT中斷.

運行機制重復e-p動作.

2.無鍋運行:
當無鍋(負載)時按下啟動鈕,運行機制將如下運作:
a.將預設功率參數給POWER_Control.
b.以T_INT_Min給予T_INT_Delay.
c.啟動 T_INT 中斷.
d.第二時間T_INT中斷產生, SYNC_INT_Px探測到SYNC提前信號.
e.T_INT_Delay - 1 .
f.發現T_INT_Delay < T_INT_Min 則T_INT_Delay不在遞減.
g.T_INT執行完畢,并退出T_INT中斷.

MCU主運行機制發現 T_INT_Delay < T_INT_Min 可以依設計給予無鍋啟動提示或對應動作.

3.功率調功 :
MCU主運行機制在啟動運行后,使用者可以透過設計面板選擇功率,MCU主運行機制可以調整POWER_Control接口值既可.剩下會將由T_INT_Delay接口來處理(請參考T_INT_Delay接口說明)

4.提鍋保護 :
當運行機制已啟動(開始加熱中),使用者提鍋,這會導致類似無鍋啟動機制,也就是T_INT_Delay接口值會小于T_INT_Min接口值,這時MCU主運行可以采取下列反應:
a.因為這是發生在”有鍋加熱運行”后發生,MCU主運行因該判斷是提鍋狀態.
b.MCU主運行機制可以啟動蜂鳴器鳴叫提醒使用者.
c.MCU主運行機制在一段時間鳴叫后可以關閉整機運行.
d.MCU主運行機制在鳴叫警告時間內如果發現T_INT_Delay > T_INT_Min則可知使用者已放鍋,并解除蜂鳴器鳴叫.之后還是由T_INT_Delay接口依SYNC_INT_Px接口訊息繼續自動運行.

5.過大電流保護 :
當鍋俱(負載)過大這將引發機器高頻電流過大,此時SYNC_INT_Px接口將會檢測不到SYNC信號,這將促使T_INT_Delay + 1動作.
當T_INT處理機制發現T_INT_Delay 值大于 T_INT_Max值,此時立刻關閉T_INT_Delay機制,不讓加熱運行繼續. MCU主運行機制在T_INT結束后也會發現T_INT_Delay > T_INT_Max,這時MCU應該做鳴叫警告提示,并也解除加熱運行.
這里我門發現為何在T_INT_Delay接口中一但發現他自己值大于T_INT_Max既馬上關閉自我運行,而小于T_INT_Min確是交給MCU主運行機制處理?這是因為在發現大于T_INT_Max接口值時這是電流過大警訊,如果再等T_INT結束在交給MCU主運行機制處理,這時有可能MCU主運行正在處理其他事務,而緊接來的T_INT又會對IGBT啟動,這有可能對IGBT傷害;因此,我門必須買上關閉,這實既使MCU運行機制在處理其他事務單歌幾各T_INT在回頭處理T_INT_Delay > T_INT_Max狀況都是很安全.

6.線圈開路保護 :
由于運行中SYNC_INT_Px會一值處于發現不到 SYNC信號,以至于會引發如”電流過大”狀態,進而T_INT_Delay 會主動關閉運行已達保護IGBT.
所以MCU主運行機制要區別是”線圈開路”還是”電流過大”則MCU則必須有第三方監測,比如線圈磁場監測或是入電監測等.

7.線圈短路保護 :
當加熱運行機制啟動后,如果線圈短路,此時期電感將大幅變化,因此會引發HV_INT_Px接口動作,HV_INT_Px也會引發HV_Flag紀錄.此時由于電感變小諧振頻率變小,也就是再下一個T_INT來之前SYNC_INT_Px接口會運行大于一次運行,這將導致SYNC_INT_Ct接口動作,當SYNC_INT_Ct值被減至”0”,在SYNC_INT_ct接口機制中應該馬上關閉T_IN T_Delay運行,也就是關閉感應加熱輸出,這樣可以確保IGBT不致損壞.
MCU主運行機制也可以從HV_flag與SYNC_INT_Ct=0訊息下判定是線圈短路,并給予設計上顯示及相對處理.

8.IGBT VCE高壓保護 :
當IGBT VCE過高時,T_INT_Delay會做相對處理,MCU主運行機制可設計在如果這高壓再一定時間內一值持續來,MCU主運行機制應該要暫停加熱,并顯示訊息.
高壓產生有下狀況 :
a.給予功率過高,導致線圈L2充磁過高.
b.負載突然異動,比如加熱中突然破裂.
c.負載材質不適合,比如放鋁鍋.

9.IGBT過熱保護 :
這將完全由MCU主運行機制透過第三方組件完成,比如溫度開關或是熱敏電阻.

10.電源突波保護 :
在加熱過程中,如果電源有瞬間突波,這也會導致高壓過高,這時T_INT_Delay接口運行機制會自行處理,但如果連續這狀況,MCU主運行機制會將它視為高壓過高而執行 IGBT VCE高壓保護.

11.電源瞬間掉電保護 :
在加熱過程中,如果電源有瞬間掉電(這掉電電壓要夠深,否則不會對機器有傷害),運作第一時間這將引發移鍋處理狀態,而第二時間將引發高壓保護.會引發高壓保護原因乃是電源瞬間又補起,而T_INT_Delay才剛調整移鍋對應值,此時電源又突然恢復,這時就惠導致充磁過大而引發高壓.
MCU運行主程序可以依T_INT_Delay在一小段時間快速變化又引發高壓下季可判斷是發生電源瞬間掉電.
MCU運行主程序可以設計作反應,必如關機依小段時間或是直接關機來保護機器.

------- 待續 ---------

回復

lj53

LV.5

2013-04-13 17:01

先頂晚上在慢慢看

回復

shaozh

LV.2

2013-04-14 17:08

@irex

數字單管諧震感應加熱技術(三)數字單管諧振感應加熱運行機制解析一.數字單管諧振運行接口解析:前面已經解析了數字單管諧振的硬件部分與數字同步部分,接下來我門要解析數字單管諧振運行機制.在解析上述運作之前,我門先必須先標定好程序運行接口,已利運行.這有哪些程序運行接口,我門定義如下接口:a.帶中斷的定時器時間設定接口T_INT_Delay.b.同步檢知硬件中斷接口SYNC_INT_Px.c.調整輸出功率延時設定接口POWER_Control.d.高壓檢知硬件中斷接口HV_INT_Px.e.高壓檢知記億接口HV_Flag.f.定時器給值最大限制T_INT_Max.g.定時器給值最小限制T_INT_Min.h.同步檢知中斷計數器SYNC_INT_Ct.i.同步檢知中斷計數器賦值設定SYNC_INT_CT_Data.接下來我門針對上述接口解析:a.帶中斷的定時器時間設定接口T_INT_Delay---這是關析整體輸出機制,也是最復雜的,其時間可以透過控制程序來設定.其運作機制如下說明:? 在感應輸出啟動時,其值是感應機制最小值;也就是T_INT_Min值.也就是第一時間感應機制輸出后,此值被入T_INT_Min值.? 當下次時間中斷啟動后,也就是第二時間,T_INT_Delay就會依SYNC_INT_Px值來作應對,通常第二時間T_INT_Delay必定是”+1”,因為我門第一時間給的值是輸出功率最小(T_INT_Min)值,這肯定會促使T_INT_Delay+1,因為SYNC_INT_Px因為給功過小導致SYNC_INT_Px檢知不到.? 經過N各周期后,T_INT_Delay將會維持一定.? 如上定義接口會改變T_INT_Delay有下列接口,分別是SYNC_INT_Px/POWER_Control/HV_INT_Px.? 會與T_INT_Delay有作用狀態產生的接口是T_INT_Max/T_INT_Min.b.同步檢知硬件中斷接口SYNC_INT_Px---這是使用帶中斷的IO口,此除了檢知同步信號外,也會減之線圈異常狀態.當依正確同步信號過來他應該落在T_INT_Delay可控范圍內;有就是說會在T_INT_Delay未到時同步就進來,或是大于T_INT_Delay時間值.但有一狀況那狀態就值得深思,假設一但現圈短路或是放電;或負載異常掉落突然改變感量,這都容易產生VCE突然掉落,這樣有可能導致IGBT逃脫不了dv/dt雪崩魔掌,或是導致下次運作機制以正常方式開啟IGBT,這將進而導致IGBT損壞.因此;我門要有一機制有能力立即SYNC_INT_Px檢知,唯一有效快速方法那就是此接口必須帶有”中斷機制”.c.調整輸出功率延時設定接口POWER_Control---這機制將是崁在T_INT_Delay,其做用是決定IGBTON時間,決定IGBTON時間意味就是決定線圈L2充電時間;換角度說就是決定輸出功率.d.高壓檢知硬件中斷接口HV_INT_Px---IGBTVCE高壓是對IGBT一各很大傷害,他將導致IGBT高壓擊穿;因此他必須有效防范.高壓產生有兩種,一是輸出功率過大導致,其實這決不是主因,因為在產品設計上已經把最大值考慮進去,唯有不同是使用者放不同鍋具;比如鋁鍋具.這時可能原來安全輸出功率瞬間產生壓.二是電源突然猛降又升起造成,當原猛降時會造成輸出功率不夠以至IGBTVCE無法拉低,SYNC_INT_Px接口機制會無法檢知到,而導致T_INT_Delay+1輸出,若此時突然電壓攀升,那將有可能電壓超過,因此;我門將電壓限制在安全范圍內檢知,比如1200VIGBT我門就設定在1000V.當高壓中斷HV_INT_Px機制產生,他將會設定HV_Flag接口記憶,已利在T_INT_Delay接口內做出-1動作.e.高壓檢知記億接口HV_Flag---當高壓中斷HV_INT_Px接口被啟動,這意味有高壓產生,因此在高壓中斷成許上要設定HV_Flag已利在T_INT_Delay接口內做出-1動作.而這HV_Flag接口應該再每一個T_INT_Delay接口結束要退出時將他清除.f.定時器給值最大限制T_INT_Max---此接口崁入于T_INT_Delay接口內,這接口目的是限制T_INT_Dela最大值,此最大值是在產品設計時被加熱最大功率;因此當T_INT_Delay值超過T_INT_Max時,整體運行將應該被停止運行.會導致T_INT_Max接口運作,原因有二,如下說明:一是負載過大被加熱功率無法供給,導致SYNC_INT_Px接口無法判斷,此時T_INT_Delay會一值+1,企圖讓SYNC_INT_Px接口能判斷,但如果T_INT_Delay值大于T_INT_Max時那代表整體機器設計已到默認值,此時整體運作應該馬上關閉.二是線圈L2突然短路,前面說過線圈L2突然短然也會引發SYNC_INT_Px接口運行,但如果短路不是很嚴重,那時SYNC_INT_Px接口有可能不會被引發,而導致象負載過大狀況一樣.也就是發生狀況跟負載過大狀況一樣運作.g.定時器給值最小限制T_INT_Min ---此接口崁入于T_INT_Delay接口內,這接口目的是限制T_INT_Delay最小值,此最小值是在產品設計時被加熱最小功率;因此當T_INT_Delay值小于T_INT_Min時,整體運行將應該被停止運行.會導致T_INT_Min接口運作,原因如下說明:負載過小或是移鍋,將導致被加熱功率還是過大,導致SYNC_INT_Px接口一值有判斷或是HV_INT_Px接口被啟動,此時T_INT_Delay會一值-1,企圖讓SYNC_INT_Px接口不能判斷信號,但如果T_INT_Delay值小于T_INT_Min時那代表整體機器設計已到默認值,此時整體運作應該馬上關閉.h.同步檢知中斷計數器SYNC_INT_Ct---這接口是由SYNC_INT_Px接口引發,在正常下這SYNC_INT_Ct接口最多只能引發一次計數,但如果引發兩次以上就有可能有意外狀態,至于這狀態是否能容許幾次就由SYNC_INT_CT_Data決定.此狀態可以參考”同步檢知硬件中斷接口SYNC_INT_Px”說明.i.同步檢知中斷計數器賦值設定SYNC_INT_CT_Data---此接口是崁入在T_INT_Delay接口內,這是允許SYNC_INT_Ct能容忍幾次賦值,而引發SYNC_INT_Ct接口組件是SYNC_INT_Px(請參考上述說明),此接口將放在T_INT_Delay接口執行尾端對SYNC_INT_Ct賦值動作.二.數字單管諧振感應加熱運行數字單管諧振感應加熱運行下列列表:1.有鍋加熱運行.2.無鍋運行.3.功率調功.4.提鍋保護.5.過大電流保護.6.線圈開路保護.7.線圈短路保護.8.IGBTVCE高壓保護.9.IGBT過熱保護.10.電源突波保護.11.電源瞬間掉電保護. 接下來我門開始解析這些運行機制是如何運用接口運作.1.有鍋加熱運行:當鍋具(負載)放到線盤上,按下啟動鈕,運行機制將如下運作:a.將預設功率參數給POWER_Control.b.設定參數給SYNC_INT_CT_Datac.以T_INT_Min給予T_INT_Delay.d.啟動T_INT中斷.e.第二時間T_INT中斷產生,SYNC_INT_Px探測到SYNC不到信號.f.T_INT_Delay+1.g.SYNC_INT_CT_Data賦值到SYNC_INT_Ct.h.T_INT執行完畢,并退出T_INT中斷. . . .i.第n時間T_INT中斷產生,SYNC_INT_Px探測到SYNC到適當信號.j.T_INT_Delay不變.k.SYNC_INT_CT_Data賦值到SYNC_INT_Ct.l.T_INT執行完畢,并退出T_INT中斷. . . .m.第n時間T_INT中斷產生,SYNC_INT_Px探測到SYNC到提前信號.n.T_INT_Delay-1.o.SYNC_INT_CT_Data賦值到SYNC_INT_Ct.p.T_INT執行完畢,并退出T_INT中斷.運行機制重復e-p動作.2.無鍋運行:當無鍋(負載)時按下啟動鈕,運行機制將如下運作:a.將預設功率參數給POWER_Control.b.以T_INT_Min給予T_INT_Delay.c.啟動T_INT中斷.d.第二時間T_INT中斷產生,SYNC_INT_Px探測到SYNC提前信號.e.T_INT_Delay-1.f.發現T_INT_DelayT_INT_Min則可知使用者已放鍋,并解除蜂鳴器鳴叫.之后還是由T_INT_Delay接口依SYNC_INT_Px接口訊息繼續自動運行.5.過大電流保護:當鍋俱(負載)過大這將引發機器高頻電流過大,此時SYNC_INT_Px接口將會檢測不到SYNC信號,這將促使T_INT_Delay+1動作.當T_INT處理機制發現T_INT_Delay值大于T_INT_Max值,此時立刻關閉T_INT_Delay機制,不讓加熱運行繼續.MCU主運行機制在T_INT結束后也會發現T_INT_Delay>T_INT_Max,這時MCU應該做鳴叫警告提示,并也解除加熱運行.這里我門發現為何在T_INT_Delay接口中一但發現他自己值大于T_INT_Max既馬上關閉自我運行,而小于T_INT_Min確是交給MCU主運行機制處理?這是因為在發現大于T_INT_Max接口值時這是電流過大警訊,如果再等T_INT結束在交給MCU主運行機制處理,這時有可能MCU主運行正在處理其他事務,而緊接來的T_INT又會對IGBT啟動,這有可能對IGBT傷害;因此,我門必須買上關閉,這實既使MCU運行機制在處理其他事務單歌幾各T_INT在回頭處理T_INT_Delay>T_INT_Max狀況都是很安全.6.線圈開路保護:由于運行中SYNC_INT_Px會一值處于發現不到SYNC信號,以至于會引發如”電流過大”狀態,進而T_INT_Delay會主動關閉運行已達保護IGBT.所以MCU主運行機制要區別是”線圈開路”還是”電流過大”則MCU則必須有第三方監測,比如線圈磁場監測或是入電監測等.7.線圈短路保護:當加熱運行機制啟動后,如果線圈短路,此時期電感將大幅變化,因此會引發HV_INT_Px接口動作,HV_INT_Px也會引發HV_Flag紀錄.此時由于電感變小諧振頻率變小,也就是再下一個T_INT來之前SYNC_INT_Px接口會運行大于一次運行,這將導致SYNC_INT_Ct接口動作,當SYNC_INT_Ct值被減至”0”,在SYNC_INT_ct接口機制中應該馬上關閉T_INT_Delay運行,也就是關閉感應加熱輸出,這樣可以確保IGBT不致損壞.MCU主運行機制也可以從HV_flag與SYNC_INT_Ct=0訊息下判定是線圈短路,并給予設計上顯示及相對處理.8.IGBTVCE高壓保護:當IGBTVCE過高時,T_INT_Delay會做相對處理,MCU主運行機制可設計在如果這高壓再一定時間內一值持續來,MCU主運行機制應該要暫停加熱,并顯示訊息.高壓產生有下狀況:a.給予功率過高,導致線圈L2充磁過高.b.負載突然異動,比如加熱中突然破裂.c.負載材質不適合,比如放鋁鍋.9.IGBT過熱保護:這將完全由MCU主運行機制透過第三方組件完成,比如溫度開關或是熱敏電阻.10.電源突波保護:在加熱過程中,如果電源有瞬間突波,這也會導致高壓過高,這時T_INT_Delay接口運行機制會自行處理,但如果連續這狀況,MCU主運行機制會將它視為高壓過高而執行IGBTVCE高壓保護.11.電源瞬間掉電保護:在加熱過程中,如果電源有瞬間掉電(這掉電電壓要夠深,否則不會對機器有傷害),運作第一時間這將引發移鍋處理狀態,而第二時間將引發高壓保護.會引發高壓保護原因乃是電源瞬間又補起,而T_INT_Delay才剛調整移鍋對應值,此時電源又突然恢復,這時就惠導致充磁過大而引發高壓.MCU運行主程序可以依T_INT_Delay在一小段時間快速變化又引發高壓下季可判斷是發生電源瞬間掉電.MCU運行主程序可以設計作反應,必如關機依小段時間或是直接關機來保護機器. -------待續---------

繼續關注，學習中！！！謝謝irex！！！

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YFzhangdong339

LV.3

2013-04-16 13:43

頂一個

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jakehusonic

LV.4

2013-04-19 07:46

@YFzhangdong339

[圖片]頂一個

"L1為厄流圈,一般使用500uH-1mH,單管諧震必須使用它,他有下列兩點功能 :
a.當系統給線圈充電時,因為線圈電感很小且負載有可能是非預知狀態,此時厄流圈可以有效厄止大沖擊電流,用以保護整流橋.
b.仰止諧震脈波反饋回到電源,進而干擾電源."

請問劉工，這個扼流圈一般用什么磁芯材枓，或是導磁率多大？

就我理解扼流圈在不考慮成本及安裝空間的情況下，導磁率越低越好，電感量越大越好。但如考慮休積及成本，如我現在一個產品上，磁環外徑最大只能26MM，繞線最多只能是20N左右，當然成本也是一個重要考慮點（鐵硅鋁價格貴），只能在鐵粉芯或是錳芯之間選擇，為了實現電感量，選用錳芯，但易飽和；選用鐵粉芯，但電感量又達不到，只有50UH。請問產品應用上一般選用那種磁芯，或是偏向那方面考慮多點？

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三月天_

LV.4

2013-04-22 13:49

@jakehusonic

"L1為厄流圈,一般使用500uH-1mH,單管諧震必須使用它,他有下列兩點功能: a.當系統給線圈充電時,因為線圈電感很小且負載有可能是非預知狀態,此時厄流圈可以有效厄止大沖擊電流,用以保護整流橋. b.仰止諧震脈波反饋回到電源,進而干擾電源."請問劉工，這個扼流圈一般用什么磁芯材枓，或是導磁率多大？就我理解扼流圈在不考慮成本及安裝空間的情況下，導磁率越低越好，電感量越大越好。但如考慮休積及成本，如我現在一個產品上，磁環外徑最大只能26MM，繞線最多只能是20N左右，當然成本也是一個重要考慮點（鐵硅鋁價格貴），只能在鐵粉芯或是錳芯之間選擇，為了實現電感量，選用錳芯，但易飽和；選用鐵粉芯，但電感量又達不到，只有50UH。請問產品應用上一般選用那種磁芯，或是偏向那方面考慮多點？

irex：這篇高論建議發表到核心期刊上去呀，還可以賺點稿費。

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zengdiping

LV.4

2013-04-22 14:40

@三月天_

irex：這篇高論建議發表到核心期刊上去呀，還可以賺點稿費。

留個記號,有空再慢慢學習.

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irex

LV.5

2013-06-08 17:15

@irex

數字單管諧震感應加熱技術(四)
800W/220V 小功率電磁爐設計解析
一.硬體線路設計 :

這是一個800W/220V小功率電磁爐硬體線路,設計中我門儘量使用軟件來取代硬件,底下為硬體線路分析 :
1.F1—不使用保險絲,利用PCB S 畫法,以1mm 線逕長度在40mm在10mm寬20mm長下容器裝入,可以充當約10A保險絲功能.這設計理念考慮以PCB一點燒毀犧牲得一個安全機制;因為既使使用保險司,如果保險絲燒掉那還是得要拆機修板.
既然如此;那我門就犧牲機制來完成保護,避免災害擴大.

2.C1—0.1uF/AC275V交流電容,此零件用途有下
a.過濾電源上高諧坡.
b.減低機器諧振蓮波經電源干擾其他電子設備.
c.因為感應加熱是感性負載,使用此電容可以適當補償電流相位,讓整體機器功因提昇.

3.BD1—15A/600V扁僑,目的是做母線電源整流,讓機器工作在直流電上.

4.I1—800uH厄流圈,目的有下 :

a.阻擋諧振蓮波到電源上.
b.在感應線圈充電時(IGBT 動作)能仰止過大電流.

5.C2—5uF/400V濾波電容, 此零件用途有下
a.做為直流母線電源濾波電容.
b.作為感應加熱諧振退交連網路.

6.Coil—感應線盤,值為 70uH,為加熱用線圈,與C4組合成諧振網路.

7.R1—12K/2W電阻,為提供機器基本電流,其可以提供約15ma電流,作為MCU待機電流用.

8.C3—0.47uF/AC275V交流電容,此電容在感應動作時將提供額外150ma電流給風扇使用,其工作原理如下:
a.當感應不工作僅MCU待機工作,此時DC BUS上電源為直流電,這時電容在充飽電後將不再工作.
b.當感應機工作時,風扇Q2被開啟,DC BUS因為L1;C2無法提供完整濾波,這時DC BUS上會有100Hz交流脈衝,此時C3會開始有電流續動,電流是經風扇(電路中最小電阻);Q2行成.
c.如b說明C3將會提供額外電力給風扇使用,避免R1提供電流不夠導致整體機器運行不良.

9.Z1—18V/1W穩壓管,為第一段穩壓,提供給MCU第一段穩壓;也在感應運行時電容取流時能夠壓制電壓,避免燒燬MCU.

10.E1—470uF/35V電解電容,與Z1一起運作提供穩定18V直流電源,此電容因為多少都部份感應諧波混入,因此要注意兩接點要善用PCB面積幫忙散熱.

11.R2—680/0.5W電阻,為MCU第二段穩壓限流用.

12.Z2—3.3V/1W穩壓管,為第二段穩壓,穩成3.3V提供MCU使用.

13.E2—470uF/16V電解電容,與Z2一起運作提供3.3V直流電源提供給MCU使用.

14.U5—NXP型號 LPC901低耗電MCU,這是一顆低廉價MCU,使用3.3V電源,使用者也可以改用其他款MCU,但要注意必須使用低耗電MCU.

15.R4—1K電阻,為風扇推動電晶體(C945)B級限流電阻.

16.Q2—C945 NPN電晶體,作為風扇推動用.

17.D1—IN4148 二級管目的是作為風扇停機愣次消除用途,因為電路中會有斷續風扇工作機制,所以這顆零件必須使用.

18.R5—1K電阻,為IGBT驅動電路(Q3/R8/Q4)Q3動作用B級電阻.

19.R6—4.7K電阻,為IGBT驅動電路 Q3斷開米勒洩放電阻;此電阻另一功能是當開機時MCU動作未確定時,可以強迫Ｑ3截止,避免IGBT誤動作.

20.Q3—C945電晶體,為Q4 驅動用.

21.R8—10K電阻,為Q4驅動B級限流用.

22.Q4—A1015 PNP電晶體,為IGBT G 提供驅動電流用.

23.R10—1K/0.5W電阻,為IGBT G電容電流洩放用,使IGBT能夠截止.

24.R11—47/0.5W電阻,為IGBT G驅動電阻,並也與IGBT G 穩壓管Z3提供一定限流用.因為此電路Q4驅動電壓會超過18V以上,為避免破壞IGBT G;因此在IGBT G 串上一電阻.

25.Z3/Z4—15V/0.5W穩壓二級管,為保護 IGBT G 用.

26.Q5—型號為15N120 IGBT.

27.C4—0.22uF/1.2KV諧振電容,此電容要適當與Coil 諧振電感配合.

28.R3—1K電阻,L1-L3 LED電流限制電阻.

29.L1/L2/L3—高亮度紅色LED,用於指示 H/M/L 三各工作檔位.

30.S1/S2/S3—壓紐SW,用以選擇 H/M/L 三各工作檔位.

31.Q1—C945電晶體,SP推動用晶體管,用於產生按鍵聲,當按鍵時發生提示按鍵有效可以鬆手.
此電路是一很簡單版本,因此按鍵均有多用途,如下說明:
a.當L1/L2/L3均沒亮時,按S1/S2/S3一按鍵,感應機動作,對應LED將亮,SP發聲,使用者離手表示設定OK.
b.當L1/L2/L3任何燈亮時,如在其對應S1/S2/S3按鍵,感應機停機,對應LED熄滅, SP發聲,使用者離手表示設定OK.
c.當L1/L2/L3任何燈亮時,如在它S1/S2/S3按鍵,感應機將執行換功率(H/M/L),對應LED亮,其它LED熄滅, SP發聲,使用者離手表示設定OK.

32.JP2—接80度機械式常開溫度開關,當溫度到會同時接通P3.0/P3.1,MCU既知IGBT溫度過高.

33.R12—390K電阻,為取IGBT CE電壓第一電阻.

34.R13—220K電阻,為取IGBT CE電壓第二電阻,與第一電阻串聯目的是避免電容的微小電容引過IGBT VCE高壓導致Q6被打穿.

35.R14—10K電阻,為Q6米勒電阻,此電阻亦有將Q6不飽和曲線加寬功能,目的是提高CE角度以利MCU解析.

36.Q6—諧震同步取樣整形放大用,用以讓MCU同步.

完整電路圖 : SG_800W_A

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IGBT紅邦

LV.5

2013-06-08 17:35

@irex

好文章，謝謝！

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電源網-源源

LV.10

2013-06-08 18:01

插樓~~

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irex

LV.5

2013-06-08 22:05

@irex

數字單管諧震感應加熱技術(四)800W/220V小功率電磁爐設計解析一.硬體線路設計:[圖片] 這是一個800W/220V小功率電磁爐硬體線路,設計中我門儘量使用軟件來取代硬件,底下為硬體線路分析:1.F1—不使用保險絲,利用PCBS畫法,以1mm線逕長度在40mm在10mm寬20mm長下容器裝入,可以充當約10A保險絲功能.這設計理念考慮以PCB一點燒毀犧牲得一個安全機制;因為既使使用保險司,如果保險絲燒掉那還是得要拆機修板.既然如此;那我門就犧牲機制來完成保護,避免災害擴大.2.C1—0.1uF/AC275V交流電容,此零件用途有下a.過濾電源上高諧坡.b.減低機器諧振蓮波經電源干擾其他電子設備.c.因為感應加熱是感性負載,使用此電容可以適當補償電流相位,讓整體機器功因提昇.3.BD1—15A/600V扁僑,目的是做母線電源整流,讓機器工作在直流電上.4.I1—800uH厄流圈,目的有下:a.阻擋諧振蓮波到電源上.b.在感應線圈充電時(IGBT動作)能仰止過大電流.5.C2—5uF/400V濾波電容,此零件用途有下a.做為直流母線電源濾波電容.b.作為感應加熱諧振退交連網路.6.Coil—感應線盤,值為70uH,為加熱用線圈,與C4組合成諧振網路.7.R1—12K/2W電阻,為提供機器基本電流,其可以提供約15ma電流,作為MCU待機電流用.8.C3—0.47uF/AC275V交流電容,此電容在感應動作時將提供額外150ma電流給風扇使用,其工作原理如下:a.當感應不工作僅MCU待機工作,此時DCBUS上電源為直流電,這時電容在充飽電後將不再工作.b.當感應機工作時,風扇Q2被開啟,DCBUS因為L1;C2無法提供完整濾波,這時DCBUS上會有100Hz交流脈衝,此時C3會開始有電流續動,電流是經風扇(電路中最小電阻);Q2行成.c.如b說明C3將會提供額外電力給風扇使用,避免R1提供電流不夠導致整體機器運行不良.9.Z1—18V/1W穩壓管,為第一段穩壓,提供給MCU第一段穩壓;也在感應運行時電容取流時能夠壓制電壓,避免燒燬MCU.10.E1—470uF/35V電解電容,與Z1一起運作提供穩定18V直流電源,此電容因為多少都部份感應諧波混入,因此要注意兩接點要善用PCB面積幫忙散熱.11.R2—680/0.5W電阻,為MCU第二段穩壓限流用.12.Z2—3.3V/1W穩壓管,為第二段穩壓,穩成3.3V提供MCU使用.13.E2—470uF/16V電解電容,與Z2一起運作提供3.3V直流電源提供給MCU使用.14.U5—NXP型號LPC901低耗電MCU,這是一顆低廉價MCU,使用3.3V電源,使用者也可以改用其他款MCU,但要注意必須使用低耗電MCU.15.R4—1K電阻,為風扇推動電晶體(C945)B級限流電阻.16.Q2—C945NPN電晶體,作為風扇推動用.17.D1—IN4148二級管目的是作為風扇停機愣次消除用途,因為電路中會有斷續風扇工作機制,所以這顆零件必須使用.18.R5—1K電阻,為IGBT驅動電路(Q3/R8/Q4)Q3動作用B級電阻.19.R6—4.7K電阻,為IGBT驅動電路Q3斷開米勒洩放電阻;此電阻另一功能是當開機時MCU動作未確定時,可以強迫Ｑ3截止,避免IGBT誤動作.20.Q3—C945電晶體,為Q4驅動用.21.R8—10K電阻,為Q4驅動B級限流用.22.Q4—A1015PNP電晶體,為IGBTG提供驅動電流用.23.R10—1K/0.5W電阻,為IGBTG電容電流洩放用,使IGBT能夠截止.24.R11—47/0.5W電阻,為IGBTG驅動電阻,並也與IGBTG穩壓管Z3提供一定限流用.因為此電路Q4驅動電壓會超過18V以上,為避免破壞IGBTG;因此在IGBTG串上一電阻.25.Z3/Z4—15V/0.5W穩壓二級管,為保護IGBTG用.26.Q5—型號為15N120IGBT.27.C4—0.22uF/1.2KV諧振電容,此電容要適當與Coil諧振電感配合.28.R3—1K電阻,L1-L3LED電流限制電阻.29.L1/L2/L3—高亮度紅色LED,用於指示H/M/L三各工作檔位.30.S1/S2/S3—壓紐SW,用以選擇H/M/L三各工作檔位.31.Q1—C945電晶體,SP推動用晶體管,用於產生按鍵聲,當按鍵時發生提示按鍵有效可以鬆手.此電路是一很簡單版本,因此按鍵均有多用途,如下說明:a.當L1/L2/L3均沒亮時,按S1/S2/S3一按鍵,感應機動作,對應LED將亮,SP發聲,使用者離手表示設定OK.b.當L1/L2/L3任何燈亮時,如在其對應S1/S2/S3按鍵,感應機停機,對應LED熄滅,SP發聲,使用者離手表示設定OK.c.當L1/L2/L3任何燈亮時,如在它S1/S2/S3按鍵,感應機將執行換功率(H/M/L),對應LED亮,其它LED熄滅,SP發聲,使用者離手表示設定OK.32.JP2—接80度機械式常開溫度開關,當溫度到會同時接通P3.0/P3.1,MCU既知IGBT溫度過高.33.R12—390K電阻,為取IGBTCE電壓第一電阻.34.R13—220K電阻,為取IGBTCE電壓第二電阻,與第一電阻串聯目的是避免電容的微小電容引過IGBTVCE高壓導致Q6被打穿.35.R14—10K電阻,為Q6米勒電阻,此電阻亦有將Q6不飽和曲線加寬功能,目的是提高CE角度以利MCU解析.36.Q6—諧震同步取樣整形放大用,用以讓MCU同步.完整電路圖:[圖片]SG_800W_A

這是PCB,因為這設計是一快DEMO板,為方便學習所以電路板不做縮小處理

等PCB回來開始測試,並植入軟件,到時繼續公佈

大家請等待 ..... (待續)......

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shaozh

LV.2

2013-06-14 15:42

@irex

[圖片] 這是PCB,因為這設計是一快DEMO板,為方便學習所以電路板不做縮小處理等PCB回來開始測試,並植入軟件,到時繼續公佈大家請等待.....(待續)......

繼續學習！！辛苦了irex大師！！！

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hehz977

LV.2

2013-06-16 17:47

@irex

很好的資料，學習

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科益熱技術

LV.1

2013-06-21 11:39

踩過，需研究！

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Lu_JR

LV.1

2013-06-23 10:31

@irex

[圖片] 這是PCB,因為這設計是一快DEMO板,為方便學習所以電路板不做縮小處理等PCB回來開始測試,並植入軟件,到時繼續公佈大家請等待.....(待續)......

支持劉工的杰作！

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奇翔電腦

LV.1

2013-06-23 12:32

@科益熱技術

踩過，需研究！

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liulingang_1205

LV.2

2013-06-25 21:34

@irex

果然是好貼啊、學習了

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irex

LV.5

2013-06-26 09:32

@irex

數字單管諧震感應加熱技術(五)
800W/220V 小功率電磁爐設計解析

二.硬體線路測試後修改 :

這是800W/220V小功率電磁爐硬體線路實際測試後修改,修改中我門更確定各零件值與其再整體電路扮演腳色,經實驗測試整機耗電可以低在1.8W(有效值)底下為硬體線路修改後分析 :

------ 底下*為修改標示 -------

*1.F1—使用5A保險絲..

2.C1—0.1uF/AC275V交流電容,此零件用途有下
d.過濾電源上高諧坡.
e.減低機器諧振蓮波經電源干擾其他電子設備.
f.因為感應加熱是感性負載,使用此電容可以適當補償電流相位,讓整體機器功因提昇.

3.BD1—15A/600V扁僑,目的是做母線電源整流,讓機器工作在直流電上.

4.I1—800uH厄流圈,目的有下 :

a.阻擋諧振蓮波到電源上.
b.在感應線圈充電時(IGBT 動作)能仰止過大電流.

5.C2—5uF/400V濾波電容, 此零件用途有下
a.做為直流母線電源濾波電容.
b.作為感應加熱諧振退交連網路.

*6.Coil—感應線盤,值為 130uH(改用通用勝利VC9808+測試,不以電僑測試),為加熱用線圈,與C4組合成諧振網路.

*7.R1—22K/2W電阻,為提供機器基本電流,其可以提供約15ma電流,作為MCU待機電流用.

9.Z1—18V/1W穩壓管,為第一段穩壓,提供給MCU第一段穩壓;也在感應運行時電容取流時能夠壓制電壓,避免燒燬MCU.

10.E1—470uF/35V電解電容,與Z1一起運作提供穩定18V直流電源,此電容因為多少都部份感應諧波混入,因此要注意兩接點要善用PCB面積幫忙散熱.

*11.R2—1.2K/0.5W電阻,為MCU第二段穩壓限流用.

12.Z2—3.3V/1W穩壓管,為第二段穩壓,穩成3.3V提供MCU使用.

13.E2—470uF/16V電解電容,與Z2一起運作提供3.3V直流電源提供給MCU使用.

14.U5—NXP型號 LPC901低耗電MCU,這是一顆低廉價MCU,使用3.3V電源,使用者也可以改用其他款MCU,但要注意必須使用低耗電MCU.

15.R4—1K電阻,為風扇推動電晶體(C945)B級限流電阻.

16.Q2—C945 NPN電晶體,作為風扇推動用.

17.D1—IN4148 二級管目的是作為風扇停機愣次消除用途,因為電路中會有斷續風扇工作機制,所以這顆零件必須使用.

18.R5—1K電阻,為IGBT驅動電路(Q3/R8/Q4)Q3動作用B級電阻.

19.R6—4.7K電阻,為IGBT驅動電路 Q3斷開米勒洩放電阻;此電阻另一功能是當開機時MCU動作未確定時,可以強迫Ｑ3截止,避免IGBT誤動作.

20.Q3—C945電晶體,為Q4 驅動用.

21.R8—10K電阻,為Q4驅動B級限流用.

22.Q4—A1015 PNP電晶體,為IGBT G 提供驅動電流用.

23.R10—1K/0.5W電阻,為IGBT G電容電流洩放用,使IGBT能夠截止.

24.R11—47/0.5W電阻,為IGBT G驅動電阻,並也與IGBT G 穩壓管Z3提供一定限流用.因為此電路Q4驅動電壓會超過18V以上,為避免破壞IGBT G;因此在IGBT G 串上一電阻.

25.Z3/Z4—15V/0.5W穩壓二級管,為保護 IGBT G 用.

26.Q5—型號為15N120 IGBT.

27.C4—0.22uF/1.2KV諧振電容,此電容要適當與Coil 諧振電感配合.

28.R3—1K電阻,L1-L3 LED電流限制電阻.

29.L1/L2/L3—高亮度紅色LED,用於指示 H/M/L 三各工作檔位.

30.S1/S2/S3—壓紐SW,用以選擇 H/M/L 三各工作檔位.

32．JP2—接80度機械式常開溫度開關,當溫度到會同時接通P3.0/P3.1,MCU既知IGBT溫度過高.

33.R12—390K電阻,為取IGBT CE電壓第一電阻.

34.R13—220K電阻,為取IGBT CE電壓第二電阻,與第一電阻串聯目的是避免電容的微小電容引過IGBT VCE高壓導致Q6被打穿.

35.R14—10K電阻,為Q6米勒電阻,此電阻亦有將Q6不飽和曲線加寬功能,目的是提高CE角度以利MCU解析.

36.Q6—諧震同步取樣整形放大用,用以讓MCU同步.

*********** 以下為新增零件說明 **********

1.D2 – IN4148 分流二級管,點亮LED需要 3ma 左右,未避免整體MCU工作中點亮LED因為R2關析造成MCU電壓過低,因此我門將LED供電獨立用R3直接在18V下取流,這樣避免MCU點亮LED時造成電壓降低,又如果LED點電壓大於MCU VDD+0.6 造成不點亮LED會微亮及MCU PORT端壓過高容易擊毀MCU,因此追加一顆分流二級管可以讓LED電壓在MCU VDD+0.6V 用以保證MCU正常工作.
MCU待機電流(與程式有關)經實測為13ma,為降低MCU待機電流,因此在待機時我們可以讓NXP MCU電壓在 2.8V 既可(與使用MCU有關),經計算R2需要1.2K.
又如果再加上點亮LED 3ma,則在1.2K下MCU電壓已沒電壓可工作;因此我門必須將點亮 LED 電流外供.這樣可以確保MCU待機電流可以有效仰止.
因此經計算過與實測後,整體電路待機電流為 220V * (13ma*0.636)=1.82W

2.R15—4.7K Q4米勒電容延時抵銷,可以讓Q4加速,使IGBT驅動波形上升緣更直.

3.Q6—C945加速IGBT驅動下降緣放電,配合Q4形成推挽驅動,降低IGBT發熱.

4.R16—4.7K Q6米勒電容延時抵銷,可以讓Q6加速,使IGBT驅動波形下降緣更直.與R15協調可以讓Q4/Q6不會有因米勒電融效應而同時動作,導致Q4/Q6燒毀.

5.D3—IN4148 關閉Q6負向二極體,此動作分析如下.
a.當Q3不動作(IGBT不輸出)此時Q4因為R8沒電流流過Q4為OFF,此時D3也為OFF,此時有電流會經R10 /Q6/D4形成迴路,導致Q6動作;也就是IGBT G電何會被Q6放電.
b.當Q3動作(IGBT輸出)此時Q4因為R8有電流流過Q4為ON,此時D3也為ON,此時有電流會經R10 /D3/Q3形成迴路,導致Q6不動作;也就是IGBT G電何會被Q4充電.其原因為要讓Q6動作電壓要大於Q6BE + D4 = 0.7+0.7=1.4V,而Q3動作實 Q6 B腳電壓為 D3 + Q3 CE(set)=0.7+0.3=1.0V 因此對 Q6為負偏壓,所以Q6是截止的.

6.D4—IN4148 提升Q6截止電壓二極體.

實驗照片 :

修正完整電路 : SG_800W_B

NXP MCU 901 : P89LPC901_902_903_user_cn

感謝下列樣品提供 :

1.創格電容麥工 QQ:824850939

2.順德電器厄流圈姚總 QQ:512965880

3.科芝電氣線盤彭總 QQ:1564211575

------- 待續 ---------

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wangchongpapa001

LV.4

2013-06-26 10:07

@irex

IC是松翰的2511或者2501吧？看著眼熟我剛用這個片子寫了個。

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my.mai

LV.9

2013-06-26 10:30

@wangchongpapa001

IC是松翰的2511或者2501吧？看著眼熟我剛用這個片子寫了個。

這個片子，我以前也用過。

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shaozh

LV.2

2013-06-29 09:14

@irex

數字單管諧震感應加熱技術(五)800W/220V小功率電磁爐設計解析二.硬體線路測試後修改:[圖片] 這是800W/220V小功率電磁爐硬體線路實際測試後修改,修改中我門更確定各零件值與其再整體電路扮演腳色,經實驗測試整機耗電可以低在1.8W(有效值)底下為硬體線路修改後分析:------底下*為修改標示-------*1.F1—使用5A保險絲..2.C1—0.1uF/AC275V交流電容,此零件用途有下d.過濾電源上高諧坡.e.減低機器諧振蓮波經電源干擾其他電子設備.f.因為感應加熱是感性負載,使用此電容可以適當補償電流相位,讓整體機器功因提昇.3.BD1—15A/600V扁僑,目的是做母線電源整流,讓機器工作在直流電上.4.I1—800uH厄流圈,目的有下:a.阻擋諧振蓮波到電源上.b.在感應線圈充電時(IGBT動作)能仰止過大電流.5.C2—5uF/400V濾波電容,此零件用途有下a.做為直流母線電源濾波電容.b.作為感應加熱諧振退交連網路.*6.Coil—感應線盤,值為130uH(改用通用勝利VC9808+測試,不以電僑測試),為加熱用線圈,與C4組合成諧振網路.*7.R1—22K/2W電阻,為提供機器基本電流,其可以提供約15ma電流,作為MCU待機電流用.8.C3—0.47uF/AC275V交流電容,此電容在感應動作時將提供額外150ma電流給風扇使用,其工作原理如下:a.當感應不工作僅MCU待機工作,此時DCBUS上電源為直流電,這時電容在充飽電後將不再工作.b.當感應機工作時,風扇Q2被開啟,DCBUS因為L1;C2無法提供完整濾波,這時DCBUS上會有100Hz交流脈衝,此時C3會開始有電流續動,電流是經風扇(電路中最小電阻);Q2行成.c.如b說明C3將會提供額外電力給風扇使用,避免R1提供電流不夠導致整體機器運行不良.9.Z1—18V/1W穩壓管,為第一段穩壓,提供給MCU第一段穩壓;也在感應運行時電容取流時能夠壓制電壓,避免燒燬MCU.10.E1—470uF/35V電解電容,與Z1一起運作提供穩定18V直流電源,此電容因為多少都部份感應諧波混入,因此要注意兩接點要善用PCB面積幫忙散熱.*11.R2—1.2K/0.5W電阻,為MCU第二段穩壓限流用.12.Z2—3.3V/1W穩壓管,為第二段穩壓,穩成3.3V提供MCU使用.13.E2—470uF/16V電解電容,與Z2一起運作提供3.3V直流電源提供給MCU使用.14.U5—NXP型號LPC901低耗電MCU,這是一顆低廉價MCU,使用3.3V電源,使用者也可以改用其他款MCU,但要注意必須使用低耗電MCU.15.R4—1K電阻,為風扇推動電晶體(C945)B級限流電阻.16.Q2—C945NPN電晶體,作為風扇推動用.17.D1—IN4148二級管目的是作為風扇停機愣次消除用途,因為電路中會有斷續風扇工作機制,所以這顆零件必須使用.18.R5—1K電阻,為IGBT驅動電路(Q3/R8/Q4)Q3動作用B級電阻.19.R6—4.7K電阻,為IGBT驅動電路Q3斷開米勒洩放電阻;此電阻另一功能是當開機時MCU動作未確定時,可以強迫Ｑ3截止,避免IGBT誤動作.20.Q3—C945電晶體,為Q4驅動用.21.R8—10K電阻,為Q4驅動B級限流用.22.Q4—A1015PNP電晶體,為IGBTG提供驅動電流用.23.R10—1K/0.5W電阻,為IGBTG電容電流洩放用,使IGBT能夠截止.24.R11—47/0.5W電阻,為IGBTG驅動電阻,並也與IGBTG穩壓管Z3提供一定限流用.因為此電路Q4驅動電壓會超過18V以上,為避免破壞IGBTG;因此在IGBTG串上一電阻.25.Z3/Z4—15V/0.5W穩壓二級管,為保護IGBTG用.26.Q5—型號為15N120IGBT.27.C4—0.22uF/1.2KV諧振電容,此電容要適當與Coil諧振電感配合.28.R3—1K電阻,L1-L3LED電流限制電阻.29.L1/L2/L3—高亮度紅色LED,用於指示H/M/L三各工作檔位.30.S1/S2/S3—壓紐SW,用以選擇H/M/L三各工作檔位.31.Q1—C945電晶體,SP推動用晶體管,用於產生按鍵聲,當按鍵時發生提示按鍵有效可以鬆手.此電路是一很簡單版本,因此按鍵均有多用途,如下說明:a.當L1/L2/L3均沒亮時,按S1/S2/S3一按鍵,感應機動作,對應LED將亮,SP發聲,使用者離手表示設定OK.b.當L1/L2/L3任何燈亮時,如在其對應S1/S2/S3按鍵,感應機停機,對應LED熄滅,SP發聲,使用者離手表示設定OK.c.當L1/L2/L3任何燈亮時,如在它S1/S2/S3按鍵,感應機將執行換功率(H/M/L),對應LED亮,其它LED熄滅,SP發聲,使用者離手表示設定OK.*d.L1閃爍–IGBT溫度過高.*e.L2閃爍-高頻電流過大.*f.L3閃爍–頻率過高(鍋具不適合).32．JP2—接80度機械式常開溫度開關,當溫度到會同時接通P3.0/P3.1,MCU既知IGBT溫度過高.33.R12—390K電阻,為取IGBTCE電壓第一電阻.34.R13—220K電阻,為取IGBTCE電壓第二電阻,與第一電阻串聯目的是避免電容的微小電容引過IGBTVCE高壓導致Q6被打穿.35.R14—10K電阻,為Q6米勒電阻,此電阻亦有將Q6不飽和曲線加寬功能,目的是提高CE角度以利MCU解析.36.Q6—諧震同步取樣整形放大用,用以讓MCU同步.***********以下為新增零件說明**********1.D2–IN4148分流二級管,點亮LED需要3ma左右,未避免整體MCU工作中點亮LED因為R2關析造成MCU電壓過低,因此我門將LED供電獨立用R3直接在18V下取流,這樣避免MCU點亮LED時造成電壓降低,又如果LED點電壓大於MCUVDD+0.6造成不點亮LED會微亮及MCUPORT端壓過高容易擊毀MCU,因此追加一顆分流二級管可以讓LED電壓在MCUVDD+0.6V用以保證MCU正常工作.MCU待機電流(與程式有關)經實測為13ma,為降低MCU待機電流,因此在待機時我們可以讓NXPMCU電壓在2.8V既可(與使用MCU有關),經計算R2需要1.2K.又如果再加上點亮LED3ma,則在1.2K下MCU電壓已沒電壓可工作;因此我門必須將點亮LED電流外供.這樣可以確保MCU待機電流可以有效仰止.因此經計算過與實測後,整體電路待機電流為220V*(13ma*0.636)=1.82W2.R15—4.7KQ4米勒電容延時抵銷,可以讓Q4加速,使IGBT驅動波形上升緣更直.3.Q6—C945加速IGBT驅動下降緣放電,配合Q4形成推挽驅動,降低IGBT發熱.4.R16—4.7KQ6米勒電容延時抵銷,可以讓Q6加速,使IGBT驅動波形下降緣更直.與R15協調可以讓Q4/Q6不會有因米勒電融效應而同時動作,導致Q4/Q6燒毀.5.D3—IN4148關閉Q6負向二極體,此動作分析如下.a.當Q3不動作(IGBT不輸出)此時Q4因為R8沒電流流過Q4為OFF,此時D3也為OFF,此時有電流會經R10/Q6/D4形成迴路,導致Q6動作;也就是IGBTG電何會被Q6放電.b.當Q3動作(IGBT輸出)此時Q4因為R8有電流流過Q4為ON,此時D3也為ON,此時有電流會經R10/D3/Q3形成迴路,導致Q6不動作;也就是IGBTG電何會被Q4充電.其原因為要讓Q6動作電壓要大於Q6BE+D4=0.7+0.7=1.4V,而Q3動作實Q6B腳電壓為D3+Q3CE(set)=0.7+0.3=1.0V因此對Q6為負偏壓,所以Q6是截止的.6.D4—IN4148提升Q6截止電壓二極體.實驗照片 :[圖片] [圖片] [圖片] [圖片] 修正完整電路:[圖片]SG_800W_B NXPMCU901:[圖片]P89LPC901_902_903_user_cn 感謝下列樣品提供:1.創格電容麥工QQ:8248509392.順德電器厄流圈姚總QQ:5129658803.科芝電氣線盤彭總QQ:1564211575 -------待續---------

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