基于CY8C22545的觸摸按鍵電磁爐設(shè)計(jì)

　1.引言

　　電容感應(yīng)方式的觸摸按鍵有很多優(yōu)點(diǎn)，由于不需要機(jī)械結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵和薄膜按鍵，觸摸式按鍵有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)，并由此帶來(lái)了時(shí)尚美觀的外觀設(shè)計(jì)。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種消費(fèi)類電子產(chǎn)品。越來(lái)越多的家電產(chǎn)品也開(kāi)始采用觸摸按鍵，電磁爐是其中一個(gè)典型的應(yīng)用。

　　Cypress的觸摸技術(shù)Capsense是基于PSoC產(chǎn)品上的一種應(yīng)用。PSoC(可編程片上系統(tǒng))包含有8位微處理器核和數(shù)字與模擬混合信號(hào)陣列的可編程片上系統(tǒng)。不僅具有MCU的可編程序能力，還包含了部分可編程邏輯運(yùn)算功能，同時(shí)也提供了可編程模擬陣列，集三種可編程能力與一體。在大多數(shù)家電的觸摸應(yīng)用中，一般包括觸摸感應(yīng)處理和系統(tǒng)控制處理。PSoC可提供該類應(yīng)用中所需要的資源，并簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。

　　2.電磁爐控制原理及結(jié)構(gòu)

　　電磁爐采用磁場(chǎng)感應(yīng)電流加熱原理。它利用交變電流通過(guò)線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，交變磁場(chǎng)在鐵質(zhì)鍋具的底部產(chǎn)生感應(yīng)電流(又稱渦流)，渦流使鍋具鐵分子高速無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)分子互相碰撞摩擦而產(chǎn)生熱能。圖1是典型的電磁爐系統(tǒng)框圖。

　　電磁爐的主回路為一個(gè)LC諧振電路，諧振頻率在20-30KHz左右。諧振回路由市電經(jīng)過(guò)整流濾波后產(chǎn)生的310V直流電壓供電。主回路中的IGBT工作在低開(kāi)關(guān)損耗的零電壓開(kāi)關(guān)方式(ZVS)，使線盤與諧振電容產(chǎn)生諧振電壓，從而實(shí)現(xiàn)電磁的轉(zhuǎn)換。為了實(shí)現(xiàn)IGBT零電壓開(kāi)關(guān)的控制，電路中需要對(duì)IGBT上的電壓進(jìn)行檢測(cè)，或稱作同步檢測(cè)，只有在IGBT上的電壓接近零電壓時(shí)才允許IGBT導(dǎo)通。電磁爐的功率調(diào)整是通過(guò)對(duì)IGBT功率管進(jìn)行PWM占空比的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)的，PWM占空比增大時(shí)，IGBT導(dǎo)通時(shí)間增長(zhǎng)，為線盤提供的電流增大，相應(yīng)增大電磁爐的功率。振蕩器電路就是用于產(chǎn)生PWM信號(hào)以驅(qū)動(dòng)IGBT，PWM占空比由諧振電路和主控制器提供的參考電壓等共同決定的。通常，主控制器是通過(guò)輸出PWM占空比信號(hào)，并經(jīng)過(guò)一個(gè)RC濾波器來(lái)產(chǎn)生參考電壓。電流負(fù)反饋控制是通過(guò)檢測(cè)市電輸入電流實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT電流的控制。電路對(duì)電流采樣信號(hào)進(jìn)行處理，進(jìn)而減少IGBT的導(dǎo)通時(shí)間而減少IGBT平均電流。其他電路還包括電網(wǎng)電壓檢測(cè)，IGBT及鍋面溫度檢測(cè)，浪涌保護(hù)電路等一些外圍接口電路。主控制器通過(guò)上述采樣和控制電路可進(jìn)行恒功率控制，恒溫控制，過(guò)欠壓保護(hù)，過(guò)溫保護(hù)等一系列控制。

　　圖1. 電磁爐系統(tǒng)框圖

　　由于電磁爐控制面板和主電路通常放置在電磁爐中的不同位置，為了設(shè)計(jì)和維修的方便性，大多數(shù)的設(shè)計(jì)都采用兩個(gè)PCB板的方式 – 功率板和用戶接口面板。根據(jù)主控MCU放置的位置，大多可以分成以下三種結(jié)構(gòu)。

　　1)主控MCU放置在功率板上，用戶接口面板為簡(jiǎn)單的按鍵和LED顯示。系統(tǒng)中只有一個(gè)MCU，成本較低，兩個(gè)PCB板之間通過(guò)較多的線束進(jìn)行連接。

　　2)主控MCU放置在功率板上，用戶接口面板用另外一個(gè)MCU進(jìn)行控制。兩個(gè)PCB板之間通過(guò)較少的線束連接。通常用于較高端的設(shè)計(jì)中，面板可以進(jìn)行較復(fù)雜的操作。

　　3)主控MCU放置在用戶接口面板上，功率板由幾個(gè)運(yùn)放及一些離散器件構(gòu)成。PCB之間的線束適中，系統(tǒng)成本較低，面板也可進(jìn)行較復(fù)雜的操作。多數(shù)設(shè)計(jì)采用這種方式。

　　3.觸摸按鍵電磁爐控制器

　　由于消費(fèi)者在選擇電磁爐時(shí)更多注意力是集中在爐具的外觀上，觸摸按鍵類的產(chǎn)品因此也越來(lái)越多的引入到電磁爐的設(shè)計(jì)中。在初期的設(shè)計(jì)中，多數(shù)采用分立器件設(shè)計(jì)觸摸按鍵。雖然成本較低，但分立器件調(diào)試非常困難，不適于批量生產(chǎn)，因此多數(shù)新的設(shè)計(jì)采用專用觸摸按鍵控制器。觸摸按鍵專用芯片的引入增加了系統(tǒng)的成本和設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，并改變了原有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。PSoC可集成觸摸控制及主控功能為一體，可很好的將原有的非觸摸式電磁爐設(shè)計(jì)升級(jí)到觸摸式電磁爐。

　　3.1 CY8C22545介紹

　　CY8C22x45系列產(chǎn)品是Cypress針對(duì)觸摸應(yīng)用及系統(tǒng)控制而專門設(shè)計(jì)的PSoC器件。圖2是CY8C22x45的系統(tǒng)框圖，它與普通的PSoC產(chǎn)品有相同的架構(gòu)，包括有8個(gè)數(shù)字模塊和6個(gè)簡(jiǎn)化型的模擬模塊。這些模塊可根據(jù)客戶具體需要配置成為不同的外設(shè)，例如PWM發(fā)生器，定時(shí)器，ADC，比較器等。CY8C22x45為用戶提供了最多可到38個(gè)通用I/O, 16Kbyte閃存及1Kbyte的SRAM以及其它一些片上資源，例如10bit SAR ADC，電壓參考源(VDAC)，I2C通信模塊， 硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)。該系列器件專門為觸摸設(shè)計(jì)提供了相應(yīng)的片上資源，并優(yōu)化了內(nèi)部掃描電路。在不占用片上其他數(shù)字資源的情況下，可以實(shí)現(xiàn)雙通道的信號(hào)同時(shí)掃描，從而縮短所有按鍵總的掃描時(shí)間。

　　CY8C22x45可支持Cypress公司的CSA 和CSD 的Capsense算法，并可支持各種不同的觸摸設(shè)計(jì)，例如按鍵，線型滑條，圓形滑條，ITO觸摸屏等等。通過(guò)Cypress提供的圖形化設(shè)計(jì)軟件，用戶可以方便的將觸摸檢測(cè)和系統(tǒng)控制功

　　能完美的集成在同一個(gè)PSoC控制器上來(lái)完成。

　　圖2. CY8C22x45系統(tǒng)框圖