电磁炉的溢出检测设计(多图)

图3 ，逐次逼近电容检测方法

l      Sigma-Delta电容检测方法

图4是将感应电容转换为电阻的原理图。S1和S2是一对互补的开关，定时器控制S1和S2以一定频率开和关，不断的对感应电容进行充电和放电。可以将此电路等效为一个电阻Rx连接到地。当Cx变大时，相对应Rx减小；当Cx变小时，相对应的Rx增大，如图5所示。

图4， 开关电容原理图

图5是采用Sigma-Delta方式检测电容的相对变化。当触发器的输出为低，控制开关S3打开，Cmo

www.55dianzi.com d上通过Rx放电，此时Cmod的电平降低。当它的电平低于比较器的正向输入端Vref时，此时比较器翻转，输出为高，S3闭合。由于Rb的电阻远小于Rx，所以Cmod通过Rb进行充电。Cmod的电平逐渐上升，直到大于Vref，触发比较器输出低，打开S3，对Cmod放电。周而复始，比较器和触发器能够控制Cmod两端的电压在Vref附近波动。而Rx的不同直接改变比较器输出的占空比，将比较器的输出控制计数器的使能端，则计数器内的数据反映了当前输出信号的占空比。不同的Rx会产生不同的占空比，实现了对感应电容的测量。

图5， Sigma-Delta电容检测方法

3.     基于CY8C22x45的溢出检测设计

CY8C22x45系列产品是Cypress针对触摸应用及系统控制而专门设计的PSoC器件。它包含8个数字模块和6个简化型的模拟模块，为用户提供了最多可到38个通用I/O, 16Kbyte闪存，1Kbyte的SRAM以及其它一些片上资源，包括10位SAR ADC，电压参考源(VDAC)，I2C通信模块，硬件实时时钟(RTC)。该系列器件为触摸设计提供了独立的硬件资源，并优化了内部扫描电路，在不占用片上其他数字资源的情况下，可以实现双通道的信号同时扫描，从而缩短所有按键总的扫描时间。

图6是基于CY8C22x45的电磁炉溢出检测设计方案示意图。该方案在电磁炉的面板下方安装了一圈金属物体作为电容传感器，并将其引到处理器的输入管脚。这个电容传感器可以为金属片、金属膜、金属镀层制成。由于此方案采用触摸按键和触摸滑条作为用户操作界面，因此可以方便的将溢出检测的电容传感器和主芯片连接。除此之外，主芯片CY8C22x45还完成状态显示，菜单操作，功率控制，蜂鸣器控制，系统保护等电磁炉的主要功能。

图6 ，电磁炉溢出检测设计方案示意图

电磁炉工作的原理是产生大约20K电磁振荡信号，在铁质的锅底感应出涡流产生热量，所以在电磁炉加热盘周围放置环形的电容传感器必然会引入主振荡电路的干扰，如图7所示。图中开始的一段时间是电磁炉主振荡电路没有工作时采集到的数值,当主振荡电路开始工作时，可以看到采集到的数值有明显的交流干扰,在炉具面板上有水覆盖时，其采集数据的平均值比无水时有了一定幅度的提高。

图7 ，溢出检测传感器的采集数据

使用低通滤波器将采集的数据进行滤波，可以得到如图8的波形。此时可以将主振荡电路的交流干扰基本滤去。在电磁炉主振荡电路开始工作时，将将滤波后电容传感器数据记录下来，作为参考值，然后实时检测当前电容传感器的值。如果当前数值与参考值的差大于某个阈值，那么可以判定当前面板上有水溢出。由于电路和电容传感器的形状大小直接影响低通滤波算法和阈值的确定，因此这二者都通过实验方式取得。

图8，低通滤波后的溢出传感器采集数据

4.     结语

将溢出检测的功能融合到基于PSoC CY8C22x45的触摸按键电磁炉设计中，不仅可以复用电容检测的内部电路，而且还可以将溢出检测电容传感器视为普通的触摸按键，进行相关的软件处理。此方法在没有增加复杂的外围电路同时，为电磁炉的安全设计提供了一个良好的解决方案。

参考文献

[1]   CY8C22545 PSoC® Programmable System-on-Chip™ Datasheet，Cypress

[2]   CY8C22x45 PSoC® Programmable System-on-Chip™ TechnICal Reference Manual (TRM), Cypress

[3]   Induction Cooker Design with CapSense(TM) - AN50475 ， Cypress

[4]   CaPACitance Sensing - Capacitive Switch SCAN - AN2233a，Cypress

[5]   Analog - Understanding Switched Capacitor Analog BLOCks - AN2041，Cypress 

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