感应加热电源如何使用C8051F005完成控制硬件设计

在目前的工业以及制造领域，感应加热电源作为一种不可缺少的加工设备，已经在国内得到了广泛应用。而高频感应加热电源更是在最近几年中得到了快速的普及，新产品层出不穷。在感应加热电源新产品的控制硬件设计过程中，C8051F005作为一种兼容性较好的单片机，是工程师们最常用到的。今天我们将会结合一个设计实例，来为大家进行使用C8051F005完成控制硬件设计的分析说明。

在高频感应加热电源的控制硬件设计过程中，C8051F005作为一种低功耗、宽电压的单片机产品，兼容性好，电源电压从2.7—3.6V均可，属于数模混合式的芯片。在设计过程中，工程师需要分别为该款芯片提供数字电源和模拟电源，在实际操作中可以通过一个稳压器引出，然后将数字电源和模拟电源用2欧姆的电阻隔离，在数字地与模拟地之间通过0欧姆的电阻隔离，其设计图如下图图1所示。

图1 08051F005最小系统

作为一种宽电压的单片机，C8O51F005在其内部集成有一个可编程振荡器，在使用时可以通过软件操控对寄存器IFCN.1和IFCN.0设置，并由此来实现1.9MHz、3.8MHz、7.5MHz和15MHz的工作频率，因此，C8O51F005可以满足在节电模式和高速模式下工作的要求。但是，这个内部振荡器的精度只有20，在面对一些时间精度要求较高的场合芯片时，该单片机提供了外接振荡器接口XTAL1和XTAL2。在感应加热电源的设计过程中，工程师可以根据实际需要来外接最高频率达到25MHz的振荡器，感应加热控制器需要输出较精准的PWM波形，使用外部11.0592MHz晶振和外接电容为最小系统提供振荡电路。C8051F005的复位方式与8051单片机不同，采用低电平复位。在RST脚通过上拉电阻接电源，以保证在正常运行时被拉成高电平；当按键按下时，RST脚被拉低，控制器复位。

PWM逆变模块设计

感应加热电源在平时的工作运用中，一般需要较高频率的交流电，所以在该案例的主电路设计中，我们采用的是交直交变频电路。本系统的逆变部分采用单项桥式PWM逆变电路，在电路接通时，单片机C8051F005控制器能够提供PWM驱动信号，开关器件部分我们选择的是日本富士公司所生产的60A/1000VIGBT+驱动芯片EXB841，构成逆变模块主回路。380V三相动力电经过整流滤波后，变成514V高压直流电，在经过单项桥式PWM逆变后，可以得到需要的单相高频交流电源，可直接用于负载。

在PWM逆变模块的设计过程中，该加热设备的主电路系统使用控制器来提供PWM信号和逆变频率，逆变频率受开关器件的开关性能的限制，因此取用5kHz。通过调节PWM驱动信号占空比，可以调节输出电压的有效值和输出功率，从而起到控温作用。在C8051F005控制器中，通过P1.0和P1.1引脚为逆变电路提供两路互补的PWM驱动信号电路，如图2所示。

图2 主电路逆变模块结构图

通过对该高频感应加热电源的主电路逆变模块结构图进行分析，我们可以看到，驱动信号经过富士公司的IGBT驱动芯片EXB841后可以转换成高电平+15V和低电平-5V的驱动电压，这样能够有效保证IGBT工作的开关状态。在该加热设备的主电路中，我们选用4路IGBT组成H桥，上下桥臂的IGBT不允许同时导通，所以在提供PWM驱动信号时，需要提供周期的10的死区时间，防止上下桥臂同时导通烧坏IGBT。从驱动芯片输出的驱动信号，在连接IGBT时，需使用长度小于1mm的双绞线，防止驱动信号受到干扰。

上位机接口模块设计

在进行上位机接口模块的设计时，我们可以利用上位机软件来完成。使用上位机软件进行操作时，感应加热设备的运行数据将通过单片机控制器的RS232串口发送到上位机进行处理并在线显示。同时，工程师也能够通过软件可以在线发送控制指令，实现对加热设备的远程控制。在本方案中，为了能够更好的贴合C8051F005控制器工作运行要求，我们可以选用Maxim公司的MAX232C，其接口电路的设计如图3所示。

图3 RS232接口电路

以上就是本文针对感应加热电源如何利用C8051F005单片机完成控制硬件设计的简要介绍，希望能够对各位工程师的研发工作提供一些帮助。