基于單片機控制的感應加熱電源的設計

莊志惠

摘要：本文基于單片機控制的感應加熱電源為研究對象，對感應加熱電源的結構及原理做了簡單介紹，并確定設計方案。對所選用的器件做了說明，尤其是對單片機P89C51、IRMS10UP60A、DS1620做詳細的說明。設計出感應加熱電源的電氣原理圖，對部分電路做了軟件設計。

關鍵詞：感應加熱；單片機；IRAM10UP60A；DS1620

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0001-02

隨著現代工業生產對感應加熱設備的性能質量和數量需求的不斷增長，伴隨電力電子技術的迅速發展，電力電子半導體器件的不斷更新，計算機微控制器性能的增強以及現代控制理論的發展，未來的感應加熱電源的研發過程中會更多的考慮到電源負載的實際情況，設計出效率高，整體性能強的感應加熱電源。

本文探求一種簡單高效的中小功率感應加熱電源控制方法。以單片機P8051和IRMS10UP60A、DS1620來控制感應加熱電源為研究對象，通過感應加熱電源的調節的分析比較而得到適用的控制方式，研制一額定功率為3KW的中頻感應加熱電源。

重點闡述單片機對IRMS10UP60A和DS1620的控制方式感應加熱電源的系統控制電路的研究設計以及其保護電路、輔助電路等的研制，給出系統的軟件設計流程和對系統的設計驗證等。

1 感應加熱電源結構

隨著電力電子技術的不斷發展和實際工業生產等應用領域中的不同要求的提出，感應加熱電源發展出了多種不同的種類形式。總體上來說，感應加熱電源由整流器（AC-DC）、濾波環節、逆變器（DC-AC）、負載、控制及保護環節等組成。

本文采用單相交流電（AC220V50HZ），經整流環節后成為脈動直流電，再經過濾波環節后成為平滑的直流電，此平滑直流電經過其后的逆變器環節逆變為一定頻率的交流電壓供與負載。

2 方案的確定

根據感應加熱應用的實際工藝要求，最終選擇中頻感應加熱電源的研制方案。感應加熱電源的整流側采用電力二極管不控整流，向逆變環節提供穩定的直流電壓，系統負載與補償電容器采用并聯連接，在逆變環節采用PWM移相調功方式實現對加熱電源輸出功率的調節，由數字溫度傳感器DS1620進行跟蹤，將溫度反饋到單片機，來控制IRAMS10UP60A，使得加熱電源的穩定在某一溫度，本文的控制溫度為120℃±3℃。

3 器件介紹

3.1 單片機P89C51

飛利浦公司的P89C51單片機是采用高性能的靜態 80C51 設計，由先進CMOS工藝制造并帶有非易失性Flash 程序存儲器，全部支持12時鐘和6時鐘操作。

3.2 IRMAS10UP60A模塊

國際整流器公司IRAMS10UP60A是一款特殊的應用的智能模塊（AIPM），該模塊為諸多家用電器及工業應用中的電子電機控制方面開發和優化的。IRAMS10UP60A模塊在一個單獨的隔離的封裝內含一個非常緊湊的、高性能的AC電機驅動器，設計非常簡單。

3.3 數字溫度傳感器

數字溫度傳感器DS1620是DALLAS公司的一種新型的測量溫度和調節溫度的器件。測量溫度范圍從-55℃～+125℃，它可非常方便地用于工業系統、消費品、溫度控制、溫度計及任何對溫度敏感的系統。

4 硬件系統設計

4.1 主電路結構

根據設計要求，感應加熱電源的主電路如圖1所示。根據設計要求輸入電源電壓是交流220V50Hz，經4個不可控整流二極管，通過大電容濾波后的電源送給IRAMS10UP60A模塊。R1是限流電阻，啟動時避免大的沖擊，經過時延后通過電子開關進行短接切除。溫度的檢測采用數字溫度傳感器DS1620，由單片機進行控制，從而構成反饋控制。

4.2 單片機控制電路

單片機控制電路如圖2所示，ULN2003是反向驅動器，用來驅動LED指示燈和報警蜂鳴，指示燈分別指示溫度上限值和下限值、恒溫指示。超過上限和下限溫度時進行報警輸出。MAX813是看門狗芯片（復位芯片）保證單片機的正常工作，防止單片機死機。按鍵用來設定及其他用途。

4.3 溫度傳感器和隔離電路

溫度傳感器和隔離電路如圖3所示。DS1620的DQ、CLK/CONV、RST分別與單片機的P0.5、P0.6、P0.7相連接，形成三線控制。單片機的信號通過74HC244隔離后與模塊IRAMS10UP60A相連。

4.4 數碼顯示電路及電源電路

數碼顯示管用來顯示感應加熱電源的溫度值，也是最有效的人機對話。本設計采用共陽類型數碼管。電源電路通過集成穩壓芯片LM7815輸出+15V，供給模塊IRAMS10UP60A，而LM7805輸出+5V給單片機等電路。

5 軟件系統設計

5.1 主程序

主程序主要包括系統的初始化、數字溫度傳感器子程序、數碼顯示子程序等。

5.2 DS1620的控制程序

在讀寫模塊中，借助累加器A及進位位C來發送命令或接收數據，通過調用子程序來完成相應操作；在讀寫及等待轉換中用到的1ms及1s延時子程序，都由多次調用子程序來實現。整個控制程序由寫入、讀出、配置DS1620、開始轉換、讀取溫度等五個子程序的匯編語言程序實現。

5.3 數碼管顯示程序

數碼管顯示采用串口移位形式進行發送數據，通過74LS164的輸出送到數碼管顯示。

6 結語

本設計主要由單片機P89C51、IRAMS10UP60A模塊、數字溫度傳感器DS1620、看門狗電路和數碼顯示組成。使用的核心技術在于單片機對IRAMS10UP60A模塊和數字溫度傳感器DS1620部分，通過對模塊IRAMS10UP60A及DS1620的操作來實現設計要求的感應加熱電源。

參考文獻

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