PDF《HT8 半桥电磁炉 MCU 应用须知》

HT8 半桥电磁炉 MCU 应用须知 AN0523S V1.

00

1 /

10 April 22,

2019 HT8 半桥电磁炉 MCU 应用须知 文件编号:AN0523S 简介 近年来环保意识抬头低碳厨房越来越普及,高档家用与商用大功率电磁炉已慢慢取代传统 瓦斯炉,因电磁炉是利用电磁加热方式来加热食物,电磁加热就是将锅具放置高频交变磁 场中,在垂直于磁力线的锅具上产生涡流,藉由电流的焦耳热能来加热食物,比起传统瓦 斯炉直接火焰加热更具节能、环保、安全等优势,目前市面常见电磁炉技术有分为,单管 电磁炉技术与半桥电磁炉技术,而单管电磁炉主要操作 2K 瓦以下,其优点为电路架构简单 与成本低,缺点则是在设定功率较小时加热状态不连续,这样的工作方式从本质上来说无 法真正实现小功率的工作状态,并且会比连续的煮沸状态需要煮熟食物的时间更长,也更 耗电,而半桥电磁炉技术可以适用较大功率与需小功率连续加热产品应用. HT45F0074 针对半桥电磁炉产品所需要的功率控制与保护机制功能的 ASSP MCU, 除了实现 半桥电磁炉必备功能外也可节省外围零件,以下就来说明此 MCU 主要特色功能. 基本特征 ? 工作电压 ? fSYS= 16MHz : 4.5V ~ 5.5V ? 两种振荡模式 ? 内部高速 32MHz RC C HIRC ? 内部低速 32kHz RC C LIRC ? Program Memory : 8K*16 Flash ? Data Memory :

512 Byte ? 12-bit PWM 产生器功能 ? 互补式输出,死区时间可分别设置 ? 10-bit TMC 用于时间量测和相位信号捕捉量测 ? 相位检测及保护机制 ? PWM 频率自动调解功能 ? PWM 自动关闭电路 ?

8 个外部通道 12-bit ADC,支持 2-channel 自转换模式 ?

7 组带中断过压保护功能 HT8 半桥电磁炉 MCU 应用须知 AN0523S V1.00

2 /

10 April 22,

2019 PWM Phase Protect Interrupt Controller Bus MUX Reset Circuit LVD/LVR Stack 8-level RAM

512 x

8 ROM 8K x

16 EEPROM

128 x

8 Watchdog Timer Port A Driver HIRC 32MHz LIRC 32kHz USIM Pin-Shared Function INT0~ INT1 Pin-Shared with Port B Port C Driver Port B Driver PA0~PA7 PC0~PC3 Time Bases PB0~PB7 12-bit PWM Phase Detect PWM0 PWM1 : Pin-Shared Node + _

1 Comparator

5 Comparators OVP1P OVP1N OVP0P, OVP2P~OVP5P VDD 8-bit DAC 8-bit DAC + _

1 Comparator OVP6P0 8-bit DAC VDD OVP6P1 + _ OPAMP OPINP Pin-Shared with Port A, B &

C OPINN0 OPINN1 OPARO VDD MUX Analog to Digital Converter AN0~AN7 Pin-Shared with Port B VREF Auto Converter 1.04V OPAO OPARO 12-bit ADC VDD VSS _ + Timers I/O : USIM including SPI, I2 C &

UART /2 MDU CRC _ VDD VSS Analog Peripherals Digital Peripherals Clock System HT8 MCU Core SYSCLK fPWM 图1. HT45F0074 方块图 硬件方块图 桥式整流 桥式整流 HT7A6322 开关电源 变压器 78L05 78L18 HT45F0074 (24SOP) LC串联谐振电路 OVP0 &

OVP1 OVP2 OVP3 ADC*5 OVP4 I2C ( Slave ) PWM 谐振电流相位侦测 谐振过流侦测 AC电流采集 / 过流保护 IGBT/线盘/锅底NTC温度采集 AC电压采集 / 浪涌保护 显示板 HT66F25D 四位 七段显示器 LED*3 按键*3 旋转编码器 I2C ( Master ) I2C 驱动电路 蜂鸣器 驱动电路 风扇*2 IGBT 驱动电路 +18V 18V 5V L N AC 220V 电源板 FB 图2. 半桥电磁炉硬件方块图 HT8 半桥电磁炉 MCU 应用须知 AN0523S V1.00

3 /

10 April 22,

2019 硬件方块功能说明 硬件方块图分为电源板与显示板两部分,本文的重点在于电源板功能的实现. 电源板硬件方块介绍 ? 电源板主控芯片:主控芯片为 HT45F0074. ? 电源板通讯方式:电源板通讯方式是使用 HT45F0074 内部 USIM 通用串行接口模块中的 I2 C 串行接口作为 Slave 端与显示板 Master 端进行通讯,主要是传送量测功率、温度与故 障发生信息给显示板,接收显示板的开关控制与设定功率的资料. ? 系统电源架构:系统电源架构为 Fly back 架构,使用 HT7A6322 电源 IC 做为输出电压调 解器,一次侧输出只有一条路径经过电容滤波后提供给 HT7A6322 电源 IC 使用,二次侧 输出电压分为三条路径:第一条路径是经由 LDO 稳压为 5V 电压提供给微控制器与显示 板的电压源;

第二条路径是经由电容滤波后直接供应风扇所需的电压源(+18V),作为输 出回授经线性光隔离器(PC817)回授至电源 IC 来做较稳定的电压调解;

第三条路径是透 过LDO 稳压为 18V 提供 IGBT 驱动所需的电压源. ? LC 串联谐振电源: LC 串联谐振电源是由交流 AC 220V 通过桥式整流与 LC 滤波组成 311V 直流电压. ? IGBT 驱动电路:半桥电磁炉 IGBT 为半桥架构,因此在驱动 IGBT 时需搭配靴带式电路 架构, 本应用是使用光耦合隔离器作为 IGBT 驱动电路与电平转换功能, 搭配互补式 PWM 控制,频率最快为 50kHz,因此在光耦合隔离器选型上须考虑切换速度. ? AC 电压采集电路:应用在 AC 电压信号采集是使用线性光隔离器(PC817)组成隔离式 AC 电压量测电路,此电路须考虑到线性光隔离器电流传输率(CTR)特性进行设计. ? AC 电流采集与过流保护电路:AC 电流信号采集是使用电流互感器组成隔离式 AC 电流 量测电路,此电路须考虑到额定输入电流与比流值和输出负载电阻,在负载电阻选配上 必须考虑电流互感器输出线性特性来做设计,而过流保护是利用 HT45F0074 内部 OVP3 来做过流保护侦测. ? 谐振过流与相位侦测电路:谐振电流信号采集是使用电流互感器组成隔离式谐振电流量 测电路,搭配内部 OVP2 来做谐振过流侦测与 OVP0 和OVP1 做谐振电流相位侦测,也 可做检锅使用,在做谐振电流相位侦测必须考虑到谐振电流方向做设计. ? NTC 温度采集电路:此电路主要由 NTC 热敏电阻与一般电阻分压电路组成,用来量测 半桥电磁炉 IGBT、线盘及锅底的温度,根据温度的变化 NTC 阻值也跟着改变,因此可 以依据分压电路的电压值判断温度. ? 半桥 LC 串联谐振电路: LC 谐振逆变电路(图3), 其主要架构是由桥式整流、 LC 滤波器、 电磁线圈 L、电容器 C1 与C2 与开关 S1 与S2(绝缘闸双极晶体管 IGBT)构成逆变电路, 主要操作原理是藉由 HT45F0074 内部互补式 PWM 在一个周期内各有半个周期正偏,半 个周期反偏(S1 和S2 正反偏状态互补), 利用电磁线圈 L 中的电流以一定的频率交换变化 产生磁场,进而达到加热目的. - + AC C1 C2 L S1 S2 图3. 半桥 LC 串联谐振电路 HT8 半桥电磁炉 MCU 应用须知 AN0523S V1.00

4 /

10 April 22,

2019 显示板硬件方块介绍 ? 显示板主控芯片:主控芯片为 HT66F25D. ? 显示板硬件架构:显示板是由旋转编码器、七段显示器、LED 与按键组成,用来设定功 率、控制开关与显示功率与故障信息. ? 显示板通讯方式:显示板通讯方式是使用 HT66F26D I/O 软件仿真 I2 C 串行接口,做为 Master 端与电源板通讯,主要是传送开关控制与设定功率的数据给电源板,接收电源板 的量测功率、温度与故障发生信息. 应用功能说明 过电压保护 OVP HT45F0074 内含有

7 组过电压保护电路, 而这七组过电压保护电路又可分为三种结构, 其中 OVP

0、 OVP2~5 的结构相同, 而OVP1 与OVP6 为其他两种结构, 差异请参考以下的结构图: S1 - + 8-bit DAC VDD S0 S2 OVPnP CMP OVPnEN OVPnDA[7:0] HYSn[1:0] OVPnCOFM OVPnCRS OVPnINT OVPnCOUT Debounce OVPnDEB[2:0] fSYS OVPnO OVPnSPOL Over Voltage Protection Circuit (n = 0, 2, 3, 4, 5) S1 - + 8-bit DAC VDD S0 S2 OVPnP0 CMP OVPnEN OVPnDA[7:0] HYSn[1:0] OVPnCOFM OVPnCRS OVPnINT Debounce OVPnDEB[2:0] OVPnO OVPnSPOL Over Voltage Protection Circuit (n = 6) OVPnP1 OVPnS[1:0] OVPnCOUT fSYS S1 - + 8-........