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HT46R12 在电磁炉中的应用

1 HT46R12 在电磁炉中的应用 文件编码:HA0101S 简介 HT46R12/HT46R14 是两款 HOLTEK 标准 A/D 型MCU 系列产品.

它们都内含 有PPG(Programmable Pulse Generator:可编程脉波发生器)功能. 因内含的 PPG 硬件电路模块,这两款产品目前是非常适宜应用在电磁炉方案中.它们的主要 规格具有 2Kx14/4Kx15 程序空间、88x8/192x8 数据空间、16/20 双向 I/O 口、 4/8 通道 9-bit ADC, 两组比较器, 1/2 PPG 输出功能, 两组 8-bit 可编程向上计 数器、另具备 PFD 功能等. 在本文中, 我们将以 HT46R12 为主体, 说明 PPG 应用于电磁炉的控制方式, 并 附上实际范例线路图, 供使用者参考及引用. 工作原理 电磁炉的工作原理 Fig.1 从AC 电源端取电经过一个桥式整流器得到一个含有 ripple 的DC 高压连接到 激磁线圈.通过控制功率器件 IGBT 的快速开关使得激磁线圈里产生一高频电 流, 进而产生一个高频磁场, 该磁场感应激磁线圈上的金属容器 (也就是炊具) , 使其产生涡电流,使这个金属容器发热进而对容器内的食品加热.激磁线圈的 操作频率一般在 25K 到30K 之间. HT46R12 在电磁炉中的应用

2 HT46R12 在电磁炉方案中的控制方框图 Fig.2 图二(Fig.2)所示的是 HT46R12 应用于电磁炉方案中的一个完整的框架图, 所有信号包括过电压(OV)、过电流(OC)、系统电压、系统电流、同步信号、温 度侦测及按键扫描都是直接通过 MCU 来处理.另外像风扇、蜂鸣器及显示部 分也是由 HT46R12 的输出口来完成.整个系统的功率部分是藉由 PPG 输出来 控制的. HT46R12 在电磁炉中的应用

3 应用电路说明 范例电路

(一)是一个完整的电磁炉方案原理图, 主要是使用 HT46R12 来做为主 控制器. 这个范例电路包括了以下几个部分: 系统电源电路、 SMPS 电路、 IGBT 以及 IGBT 的驱动电路、按键扫描电路、LED 显示电路、温度侦测电路、过压 及过流侦测电路、系统功率侦测电路、风扇及蜂鸣器控制电路、同步信号侦测 电路以及 MCU 控制电路. 系统电源 系统是直接从 AC 取电通过一个桥式整流得到一个含有纹波的 DC 高压直接 提供给激磁线圈 L3, 再经由 L2 和L3 连接到 IGBT. 图中 L1 器件是一个 EMI 的对策元件. SMPS SMPS (Switch Mode Power Supply)电路在图中是以一个方框表示,它的电源 是来直于 DC 高压.在这个电路中高压 DC 通过电压转换得到三组低压 DC. +5V DC 是提供给 MCU 及MCU 周边的器件使用, +12V DC 是提供给风扇 使用, +18V DC 是提供给 IGBT 的驱动来使用. IGBT and Driver IC IGBT (Q1) 是电路中的一个主要的器件, 主要是去控制激磁线圈 (L3). 因为 一般 IGBT 的启动电压要求是大于 15V(在这个电路中我们是使用的 18V) , 而MCU 的输出的控制信号最高只有 5V , 那么就要用到一个 TA-8316S (IC2) 来进行电源转换. IC2 的功能主要就是将 MCU PPG 输出的高电平幅值为 5V 的方波调整成一个高电平值为 18V 的方波输出到 IGBT 的控制端, 当PPG 输出为高时,IGBT 开启,PPG 输出为低时,IGBT 截止.TA-8316S 也可以 由几个晶体管来替换. 注意:HT46R12 的PPG 可以通过掩膜选项设置输出高脉冲或是低脉冲. 按键及 LED 显示 在例图(1)中是规划了以

6 个I/O 口来完成

4 个按键及

5 个LED 显示.主要 是利用切换 I/O 口的输入输出功能来完成的. HT46R12 在电磁炉中的应用

4 温度侦测 RT1 是一个 NTC 电阻, 它是一个温度传感器. 主要是通过跟一个标准电阻 做分压,利用 AN2 这个 AD 口来检测该点的电位来获取锅底的当前温度, MCU 会通过获得的这个温度值来调整当前的功率. RT2 与RT1 一样也是一个 NTC 的温度传感器, 它是与一标准电阻串联利用 两个电阻的分压去控制一个三极管 Q5 的导通与否,Q5 的C端接 C0VIN+, E 端接到地.一旦侦测点的温度过高,Q5 会打开,使得 C0VIN+点电位会被 拉到地,比较器

0 会立即输出一个下降沿停止 PPG 的输出.这个温度检测 电路可以根据客户使用的要求用来侦测整机或 IGBT 的温度. 过电压及过电流侦测电路 过电压(OV):当电磁炉在正常工作的时候,T1 这点的电压也有可能会因为 IGBT 切换或杂迅的干扰或是上面锅具的偏移而瞬间过高,超出 IGBT 所能 承受的范围进而损坏 IGBT.所以针对此我们必须监测该点电压来做一些保 护动作.OV 点是接至 AN3 这个 AD 输入口,MCU 通过侦测该点电压实行 必要的功率调节. 过电流(OC):当流过 IGBT 的电流大于 IGBT 的额定电流时,它也会损坏 IGBT.在电源线与桥式整流器之间有一个比流器,使用者可以通过检测比 流器上一点的电位来获得当前流过 IGBT 的电流以控制或调整输出功率达到 保护整个系统的目的.在这个电路里 OC 这点是接至 C0VIN-,当有过电流 现象出现时,C0VIN-的电位会高于 C0VIN+这点的电位,从而比较器

0 会 产生一个下降沿去停止 PPG 的输出. 系统功率侦测 在工作过程中必须实时侦测当前的功率是否与用户设置的功率相匹配. 在这 个电路中,是通过 AN0 口采样系统电压,AN1 口采样系统电流来完成功率 的侦测的.设计者可以通过这两点的检测进行运算得到当前实际的功率值, 以此数据为基础调整输出功率.这里 VR1 是微调系统功率之用. 风扇及蜂鸣器的输出控制 一旦电磁炉开始运转,控制风扇的晶体管 Q4 就会被打开使风扇运转起来, 以排除炉内可能产生的高温. Q3 是蜂鸣器的驱动,它是连接到 MCU 的PFD 输出口.蜂鸣器的输出频率 可以通过改写 TIMER 的设置来调整.用户可以根据系统不同状态的要求设 计出不同的提示音. 同步信号侦测电路 电磁炉是通过控制激磁线圈的功率来实现加热的.为控制激磁线圈的功率, 于激磁线圈两端(T0,T1)分别经由分压取出 SYN-P 和SYN-I.SYN-P 反应 HT46R12 在电磁炉中的应用

5 输入电源端的电压,此点是作为MCU内比较器C1VIN+的参考电压. SYN-I 为反应连接 IGBT 端的电压点,此点作为同步信号电压,连接至 MCU 内比 较器 C1VIN-. 当同步信号电压 SYN-I 低于 SYN-P 电压点时, 比较器

1 产生下降沿,若PPG 功能是开启的,将激活 PPG 输出 (PPG 输出 high 这里IGBT Driver 为high 驱动). MCU 控制电路 在这个应用电路中,MCU 分别将上述侦测回路经由比较器输入,AD 转换, I/O 输入等侦测系统电压、电流、过电压、过电流、温度、同步信号及按键 状态.经运算处理及进而控制 PPG功率输出,风扇输出,BUZZER 输出及 LED 输出显示等. PPG 功能介绍 PPG 特性 HT46R12 提供一组 PPG(Programmable Pulse Generator)功能,可提供 256xT 的Pulse Width, 其中 T 的值可为 1/fsys、 2/fsys、 4/fsys、 8/fsys、 16/fsys、 32/fsys、 64/fsys 及128/fsys 为PPG 控制器 PPG0C bit4~bit2 预除值/fsys.PPG output level 可由 Mask option 选择 Active Low 或Active High. ? PPG 计数器 PPG0 是由 PPG0 计数器、 一个 PPG 控制模块和两组比较器组成. 其中 PPG0 计数器又是由一组预分频、一个 8bit 向上计数器及一个 8BIT 的预置寄存器 三部分组成.可编程脉冲发生器也就是 PPG 是从预置寄存器内的值开始向 上计数至到数据由 FFH ? 00H 结束计数,一旦计数溢出预置寄存器内的值 会被重新自动载入 PPG0 计数器同时会产生一个信号去停止 PPG 的输出. 一旦PPG 计数器溢出,P0ST 这个 BIT 位也会相应被清 0. 有两个寄存器与 PPG0 有关,一个控制寄存器 PPG0C,一个计数器的预置寄 存器 PPGT0. PPG0C 这个控制寄存器主要用于 PPG 功能的设定, 具体包括: 使能或不使能比较器 0/

1、 选择 PPG 计数器的预分频系数、 选择停止 PPG 计 数的信号是否来自比较器

0 输出的下降沿信号、选择启动 PPG 的信号是否 是来自比较器

1 输出的下降沿信号、软件指令位是触发或停止 PPG 输出. 软件设计者可以通过设置不同的预分频系数及 PPGT0 内的值来达到调整 PPG 输出脉冲宽度的目的. ? PPG 控制寄存器 PPG 控制模块的控制器 PPG0C 内共有

8 个有效控制 BIT 位. HT46R12 在电磁炉中的应用

6 PPG0C (20H) P0ST P0RSEN P0SPEN P0PSC2 P0PSC1 P0PSC0 CMP1EN CMP0EN Bit

7 6

5 4

3 2

1 0 POR value

0 0

0 0

0 0

0 0 CMP0EN: 使能或不使能比较器 0. (0: 不使能, 1: 使能) CMP1EN: 使能或不使能比较器

1 (0: 不使能, 1: 使能) P0PSC2, P0PSC1, P0PSC0: 这三位是用来选择 PPG0 计数器的预分频系数. P0SPEN: 使能或不使能 PPG0 的停止信号是否是来自于比较器

0 的下降沿输 出(0: 不使能, 1: 使能) P0RSEN: 使能或不使能PPG0 的启动信号是否是来自于比较器1的下降沿输 出(0: 不使能, 1: 使能) P0ST: PPG0 的软件指令控制位(0: 停止, 1: 启动) P0PSC2 P0PSC1 P0PSC0 Prescaler Division Ratio

0 0

0 Pfs=fSYS

0 0

1 Pfs=fSYS/2

0 1

0 Pfs=fSYS/4

0 1

1 Pfs=fSYS/8

1 0

0 Pfs=fSYS/16

1 0

1 Pfs=fSYS/32

1 1

0 Pfs=fSYS/64

1 1

1 Pfs=fSYS/128 注意: 关于 PPG 功能更详细的描述请参看 HT46R12 的规格书. HT46R12 在电磁炉中的应用

7 IGBT Driver + - + - PPG Control START STOP COMP1 COMP0 PPG Timer + - + - PPG Module C1VO C0VO P0ST Overflow 如何控制 PPG 功能 ? 有两个寄存器和两个掩膜选项设置位与 PPG 相关: ? PPGT0: PPG0 计数器寄存器 ? PPG0C: PPG0 控制寄........