ADI的iCoupler技術(shù)實現(xiàn)電磁爐和用戶接口的安全隔離
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雖然目前電感技術(shù)得到了良好的發(fā)展和驗證，但是在設(shè)計電磁爐應(yīng)用電路時，設(shè)計人員必須掌握不同范圍的物理原理和設(shè)計技術(shù)。雖然電磁爐實現(xiàn)的原理相對簡單，但是其技術(shù)卻涉及眾多不同的領(lǐng)域，包括模擬和數(shù)字信號處理、電氣保護(hù)和隔離。
例如，安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用戶接口和電源之間的隔離，其中需要實現(xiàn)三個方面的隔離：
·控制邏輯所需的低壓電源的隔離
·絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）功率級與其控制信號之間的隔離
·用戶控制和系統(tǒng)控制器之間的隔離
一個安全的系統(tǒng)必須能夠滿足至少上述兩個條件。本文將討論幾種創(chuàng)新的解決方案，它們能夠?qū)崿F(xiàn)IGBT門級驅(qū)動器與用戶接口之間的隔離。
系統(tǒng)說明
電感元件與變壓器類似，能夠產(chǎn)生磁場。在將金屬鍋置于磁場中時，則會產(chǎn)生渦電流，電能轉(zhuǎn)換為熱能，通過金屬的熱傳導(dǎo)來加熱食物。由電學(xué)的觀點來看，電感元件驅(qū)動有損LC諧振電路，損耗產(chǎn)生了熱量。圖1所示電感加熱系統(tǒng)框圖。
圖1 電感加熱系統(tǒng)
變壓器是主傳感器，它與電磁爐磁板串聯(lián)連接，監(jiān)測流過磁板的電流值，以便于針對用戶選擇的烹飪選項保持適當(dāng)?shù)碾娏髦?。在必要時降低電流，以避免出現(xiàn)過流條件，這可以防止損壞功率級，即電磁爐的磁板和IGBT。
由于磁板、鍋和變壓器的電感和電容構(gòu)成了諧振LC電路，因此某些人可能認(rèn)為設(shè)定L和C的值即能夠確定感應(yīng)頻率。但是，電感和電容值以及由此導(dǎo)致的諧振頻率取決于用戶使用的鍋的尺寸、形狀和材料。因此，通過用戶接口選擇的不同的加熱等級不能由固定頻率設(shè)定。一種更有效的方法是通過電流測量確定的功耗，以此設(shè)定加熱的等級。微控制器通過反饋回路調(diào)節(jié)電流，使其對應(yīng)于用戶選擇的加熱等級。微控制器調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制（PWM）波形的頻率，以適應(yīng)鍋的特征。電磁爐的設(shè)計人員應(yīng)事先了解每個加熱等級所對應(yīng)的電流大小，繼而只需簡單地對微控制器編程以調(diào)節(jié)PWM頻率，提供適當(dāng)?shù)碾娏鳌?
驅(qū)動IGBT的PWM信號的典型頻率范圍約20 kHz~100 kHz。相比于MOSFET，IGBT的關(guān)斷特性較慢，其開關(guān)頻率僅為數(shù)十千赫。微控制器提供的PWM信號的占空比是固定的（如50%），通過用戶選擇的加熱等級要求的功率來調(diào)節(jié)該P(yáng)WM信號的頻率。
由于在大電流電感電路中可能會產(chǎn)生大電壓，因此在系統(tǒng)中的關(guān)鍵位置提供電氣隔離是十分重要的。特別是電磁爐的功率級與微控制器和其它數(shù)字電路隔離。一種隔離方法是使用隔離IGBT驅(qū)動器。與傳統(tǒng)的隔離解決方案相比，基于ADI公司創(chuàng)新的iCoupler?技術(shù)的低成本隔離門級驅(qū)動器串聯(lián)電路具有很多優(yōu)點。
電流隔離是一種用于防止電流在兩個連通的電路之間直接流動的技術(shù)。使用隔離的主要原因有兩個，第一個原因是在人員和設(shè)備暴露于大電壓或電流浪涌時，對他們進(jìn)行保護(hù)。第二個原因是在電路互連牽涉到不同的地電位時，避免地回路和破壞性的地電流。在這兩種情況中，隔離技術(shù)可以防止電流流動，但是允許在兩個電路之間傳遞數(shù)據(jù)或功率。
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