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大功率商用电磁炉——从模拟到数字

近几年国内大功率商用电磁炉发展迅猛,市场上产品、厂家五花八门,厂家方面既有“美的”这样动不动就喊投入几千万、上亿开发商用电磁炉的有钱有势的“阔佬”,也有东莞、顺德一些买来几片电路板,七拼八凑便成了产品的“游击队”,产品(指机芯)既有做得很“牛”却中看不中用的,也有做了好几年、也有一定量、可怎么看也不象个正规产品的。这个市场可谓热闹非凡。

话归正题吧,咱们搞技术的还是说点技术的。虽说目前国内大功率电磁炉产品远未完全成熟,无论是功能、性能还是故障率等都不尽人意,但这几年在各厂家不断努力下,大功率电磁炉产品一直进步和发展。控制电路方面,一个典型的发展就是从模拟全数字发展。这里所谓的模拟并不是说没有使用MCU,是指那些靠模拟电路产生驱动IGBT脉冲的电路,而所谓全数字是指驱动IGBT的脉冲是直接由数芯片产生的。目前国内的产品大部分还是模拟的,也有少数厂家生产全数字的。那么,这两种电路到底有什么差别,各有什么优缺点,作为大功率电磁炉的开发者该选择什么型式的电路呢?

我们来看看“模拟”电路是如何产生驱动脉冲的,目前最常用的电路型式有:

1、              采用SG3525等电源IC,通过控制振荡电路的充电电流将原固定频率的振荡器变为压控振荡器,MCU通过输出电压来控制振荡频率,从而控制电磁炉的功率。这些电源IC有两路互补输出且有可控制的死区时间,可直接供给驱动半桥、全桥电路。使用方便,电路比较简单。

2、              采用4046锁相环IC4046上有一个压控制振荡器产生频率可变的脉冲,再通过后续的通用数字IC转换成两路带有死区时间的互补输出。该电路可与输出电流脉冲一起构成锁相环,实现输出电压、电流相位锁定。

模拟电路产生脉冲的特点是:电路成熟、透明,只要设计合理就能稳定工作。缺点是电路复杂,易受干拢,灵活性低。

全数字的电磁炉一般使用DSC(用于控制的DSP,即数字信号控制,也可通称为DSP)芯片,这些芯片除了具有一般DSP的高速数字信号处理能力外还带有能产生互补对称和死区时间的PWM发生器。在CPU的控制下轻而易举地产生高精度、频率和脉宽可变的脉冲信号。与上述模拟方法不同的是,控制脉冲频率不是一个电压值而是DSP内部的一个数字值。全数控的电磁炉几乎所有的控制都可以由DSP来完成,如用数字PLL可实现输出电压、电流相位差的控制和锁定,通过限制输出的无功电流实现抬锅时不关闭激励,可以监控变换电路的ZVSZCS状态。由于控制部分硬件只需完成对所需参量的采样,所以电路得以简化,并且系统的灵活性极高。

就象说到MCU人们就想到51系列一样,说到DSP,人们首先想到的是TITMS320家族DSP,而用于控制的便是TMS3202000系列,最新的TMS320F28XX 32DSP是当今控制领域最流行的DSP。其高超的性能用于电磁炉是绰绰有余。实际上电磁炉并不一定要用32位的DSP,相比数字开关电源,电磁炉对控制精度和动态性能的要求是较低的,所以一般的16DSC甚至某些带有电源用PWM模块的高性能8MCU都能信任。

既然如此,那么是不是只要在电磁炉上使用DSP就万事大吉了呢?当然不是,芯片只是一个躯体,程序才是灵魂。要成功地将DSP用于电磁炉,除了合理的取样电路设计外,关键在于程序设计。不同的程序设计可使你的产品上天堂,也可让你的产品下地狱。

目前业界对于数字电源的发展前景分岐颇大,但主要是针对小功率电源,对于大功率的感应加热、变频电源、高频焊机、逆变电源等已达成共识,以DSP为核心的全数控必将取代传统的模拟电路。

以上是本人一点看法,抛砖引玉,请各位发表自已的意见,共同探讨。
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whlz58
LV.4
2
2010-08-01 22:12

电磁炉技术的数字化是趋势,特别是商用电磁炉,使用模拟的是第一代。灵活性差,抗干扰差,特别是生产的控制不好,个别器件要求精度高。数字的又可划分成两代,软体跟踪控制,特别是中断控制,对软体的要求严格,控制精度甚至不如模拟,但可靠性提高。用不用DSP关系不大。更好的方式是芯片内集成有专门的,含有保护功能的数字控制器模块,模拟检测,控制器执行,CPU管理的模式,真正的嵌入式系统。这种应该为第三代。我个人还有个第四代的想法,即通过控制提高电源的利用率,即控制过程内涵PFC功能的高能效电磁炉。这个国外已经有这方面的研究。

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my.mai
LV.9
3
2010-08-02 08:33

这话题很好,很有讨论性.

目前商用电磁炉机芯,控制部份可以归纳为四类:

1 是用分立的3525,9454,4046等IC,自己做的驱动板.

2 是用落木源,普尔盛,还有老周等的专业小驱动板,一体化封装.

3 是用DSP芯片,目前我看到的型号有TMS320LFXX

4 是用PLC控制,代表有IREX 刘生的板子.

 

大功率商用电磁炉,本人认为未来的趋势有以下几点:

1 用数字化控制,代替模拟控制,增加多种检测方式,随时监控负载的变化,电网的变化.

2 用搭铜条的方式,取代走PCB的方式.整体结构简单,整洁,过流强,温升低,产品可靠.

3 用全密封结构,取代常规的机芯内部风冷结构,避免油烟,水气,潮气,蟑螂等.

4 功率在40KW以上,水冷代替常规的风冷.

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2010-08-02 14:13

我不是搞技术的,不是很明白LZ说的这些东西,但是我们公司做的也是数字化的东西,欢迎交流。深圳爱电节能技术有限公司

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峰烨
LV.2
5
2010-10-07 23:24
咱正想造一款全数字控制电磁炉,想法基本相同这两天正学习max2下周可开始编程。到时多向你请教。
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whlz58
LV.4
6
2010-10-09 12:56
@峰烨
咱正想造一款全数字控制电磁炉,想法基本相同这两天正学习max2下周可开始编程。到时多向你请教。
max2用240还是570,3.3V非常讨厌,增加不少外围,不过这的确是趋势
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induction
LV.2
7
2010-10-10 15:38
@峰烨
咱正想造一款全数字控制电磁炉,想法基本相同这两天正学习max2下周可开始编程。到时多向你请教。
做电磁炉用CPLD,无论技术上还是成本上没什么优势,一片max2还要加一片MCU,电路复杂成本高,为什么不直接使用DSP或带电机控制PWM的MCU呢?
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2010-10-13 13:46

正准备采用TI的DSP28034做加热机,不知道有人用过没

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smufiel
LV.4
9
2010-10-13 17:33
@shenlandan
正准备采用TI的DSP28034做加热机,不知道有人用过没
关注中,谁有硬件频率跟踪的电路呀
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