摘  要：HT46R12因内含具有ＰＰＧ功能的摸块，非常适宜应用在电磁炉方案中。本文分析了HT46R12的功能以及应用于电磁炉中的控制方式，并附有实际应用电路。
关键词：电磁炉，HT46R12，ＰＰＧ，控制方式

1.  简介
      HT46R12/HT46R14 是两款HOLTEK 标准A/D 型MCU 系列产品。它们都内含有PPG(Programmable Pulse Generator: 可编程脉波发生器)功能。因内含的PPG 硬件电路模块，这两款产品目前是非常适宜应用在电磁炉方案中。它们的主要規格具有2Kx14/4Kx15 程序空间、 88x8/192x8 数据空间、16/20 双向I/O 口、4/8 通道 9-bit ADC， 两组比较器，1/2 PPG 输出功能， 两组 8-bit 可编程向上计数器、另具备PFD 功能等。
      在本文中， 我们将以HT46R12 为主体， 说明PPG 应用于电磁炉的控制方式， 并附上实际范例线路图， 供使用者参考及引用。

2.  工作原理
      从AC 电源端取电经过一个桥式整流器得到一个含有ripple 的DC 高压连接到激磁线圈。通过控制功率器件IGBT 的快速开关使得激磁线圈里产生一高频电流，进而产生一个高频磁场，该磁场感应激磁线圈上的金属容器（也就是炊具）， 使其产生涡电流， 使这个金属容器发热进而对容器内的食品加热。激磁线圈的操作频率一般在25K 到30K 之间。
      图2所示的是HT46R12 应用于电磁炉方案中的一个完整的框架图，所有信号包括过电压(OV)、过电流(OC)、系统电压、系统电流、同步信号、温度侦测及按键扫描都是直接通过MCU 来处理。另外像风扇、蜂鸣器及显示部分也是由HT46R12 的输出口来完成。整个系统的功率部分是藉由PPG 输出来控制的。

3.  应用电路说明
      范例电路(1)是一个完整的电磁炉方案原理图，主要是使用HT46R12 来做为主控制器。这个范例电路包括了以下几个部分：系统电源电路、SMPS 电路、IGBT 以及其驱动电路、按键扫描电路、LED 显示电路、温度侦测电路、过压及过流侦测电路、系统功率侦测电路、风扇及蜂鸣器控制电路、同步信号侦测电路以及MCU 控制电路。

3.1  系统电源
      系统是直接从AC 取电通过一个桥式整流得到一个含有纹波的DC 高压直接提供给激磁线圈L3，再经由L2 和L3 连接到IGBT 。图中L1 器件是一个EMI 的对策元件。

3.2  SMPS 
      SMPS (Switch Mode Power Supply) 电路在图中是以一个方框表示，它的电源是来自DC 高压。在这个电路中高压DC 通过电压转换得到三组低压DC。+5V DC 提供给MCU 及MCU 周边的器件使用， +12V DC 提供给风扇使用， +18V DC 提供给IGBT 的驱动来使用。

3.3  IGBT and Driver IC 
      IGBT (Q1) 是电路中的一个主要器件，主要是控制激磁线圈 (L3)。因为一般IGBT 的启动电压要求大于15V （在这个电路中我们是使用的18V）， 而MCU 输出的控制信号最高只有5V ，那么就要用到一个 TA-8316S (IC2) 来进行电源转换。IC2 的功能主要就是将MCU PPG 输出的高电平幅值为5V 的方波调整成一个高电平值为18V 的方波输出到IGBT 的控制端， 当PPG 输出为高时，IGBT 开启，PPG 输出为低时，IGBT 截止。TA-8316S 也可以由几个晶体管来替换。
注意：HT46R12 的PPG 可以通过掩膜选项设置输出高脉冲或是低脉冲。

3.4  按键及LED 显示
      在例图中规划了以6 个 I/O 口来完成4 个按键及5 个LED 显示。主要是利用切换I/O 口的输入输出功能来完成的。

3.5  温度侦测
      RT1 是一个 NTC 电阻，它是一个温度传感器。主要是通过跟一个标准电阻做分压，利用AN2 这个AD 口来检测该点的电位来获取锅底的当前温度， MCU 会通过获得的这个温度值来调整当前的功率。
      RT2 与 RT1 一样也是一个NTC 的温度传感器，它是与一标准电阻串联利用两个电阻的分压去控制一个三极管Q5 的导通与否。Q5 的C 端接C0VIN+， E 端接到地。一旦侦测点的温度过高，Q5会导通，使得C0VIN+ 点电位被拉到地，比较器0 会立即输出一个下降沿停止PPG 的输出。这个温度检测电路可以根据客户使用的要求用来侦测整机或IGBT 的温度。

3.6  过电压及过电流侦测电路
      过电压(OV) ：当电磁炉在正常工作的时候，T1 点的电压也有可能会因为IGBT 切换或杂讯的干扰或是上面锅具的偏移而瞬间过高，超出IGBT 所能承受的范围进而损坏IGBT 。所以，针对此我们必须监测该点电压来做一些保护。OV 点是接至AN3 这个AD 输入口，MCU 通过侦测该点电压实行必要的功率调节。
      过电流(OC)： 当流过IGBT 的电流大于IGBT 的额定电流时，它也会损坏IGBT 。在电源线与桥式整流器之间有一个比流器，使用者可以通过检测比流器上的电位来获得当前流过IGBT 的电流以控制或调整输出功率达到保护整个系统的目的。在这个电路里OC 点是接至C0VIN－， 当有过电流现象出现时，C0VIN －的电位会高于C0VIN ＋点的电位，从而比较器0 会产生一个下降沿去停止PPG 的输出。

3.7  系统功率侦测
      在工作过程中必须实时侦测当前的功率是否与用户设置的功率相匹配。在这个电路中，是通过AN0 口采样系统电压，AN1 口采样系统电流来完成功率侦测的。设计者可以通过这两点的检测进行运算得到当前实际的功率值，以此数据为基础调整输出功率。这里VR1 是微调系统功率之用。
风扇及蜂鸣器的输出控制一旦电磁炉开始运转，控制风扇的晶体管Q4 就会被打开使风扇运转起来，以排除炉内可能产生的高温。
      Q3 是蜂鸣器的驱动， 它是连接到MCU 的PFD 输出口。蜂鸣器的输出频率可以通过改写TIMER 的设置来调整。用户可以根据系统不同状态的要求设计出不同的提示音。
      同步信号侦测电路。电磁炉是通过控制激磁线圈的功率来实现加热的。为控制激磁线圈的功率，于激磁线圈两端(T0，T1)分别经由分压取出SYN-P 和SYN-I 。SYN-P 反应输入电源端的电压， 此点是作为MCU 内比较器C1VIN＋ 的参考电压。SYN-I 为反应连接IGBT 端的电压点， 此点作为同步信号电压，连接至MCU 内比较器C1VIN －。当同步信号电压SYN-I 低于SYN-P 电压点时，比较器1 产生下降沿，若PPG 功能是开启的，将激活PPG 输出 (PPG 输出high 这里IGBT Driver 为high 驱动)。

3.8  MCU 控制电路
      在这个应用电路中，MCU 分别将上述侦测回路经由比较器输入，AD 转换，I/O 输入等侦测系统电压、电流、过电压、过电流、温度、同步信号及按键状态。经运算处理及进而控制PPG 功率输出，风扇输出，BUZZER 输出及LED 输出显示等。

4.  PPG 功能介绍

4.1  PPG 特性
      HT46R12提供一组PPG功能， 可提供256xT的Pulse Width，其中T 的值可为1/fsys 、2/fsys 、4/fsys、8/fsys、16/fsys、32/fsys、64/fsys 及 128/fsys 为PPG 控制器PPG0C bit4~bit2 预除值/fsys 。 PPG output level 可由Mask option 选择Active Low 或 Active High 。

4.1.1  PPG 计数器
      PPG0 是由PPG0 计数器、一个PPG 控制模块和两组比较器组成。其中PPG0 计数器又是由一组预分频、一个8bit 向上计数器及一个8BIT 的预置寄存器三部分组成。可编程脉冲发生器PPG 是从预置寄存器内的值开始向上计数至到数据由“FFH→00H” 结束计数，一旦计数溢出预置寄存器内的值会被重新自动载入PPG0 计数器同时会产生一个信号去停止PPG 的输出。一旦PPG 计数器溢出，P0ST 这个BIT 位也会相应被清0。
      有两个寄存器与PPG0 有关， 一个控制寄存器PPG0C，一个计数器的预置寄存器PPGT0。PPG0C 这个控制寄存器主要用于PPG 功能的设定，具体包括：使能或不使能比较器0/1、选择PPG 计数器的预分频系数、选择停止PPG 计数的信号是否来自比较器0 输出的下降沿信号、选择启动PPG 的信号是否是来自比较器1 输出的下降沿信号、软件指令位是触发或停止PPG 输出。软件设计者可以通过设置不同的预分频系数及PPGT0 内的值来达到调整PPG 输出脉冲宽度的目的。4.1.2  PPG 控制寄存器
PP控制模块的控制器PPG0C 内共有8 个有效控制BIT 位。
CMP0EN: 使能或不使能比较器0. (0: 不使能， 1: 使能) 
CMP1EN: 使能或不使能比较器1 (0: 不使能， 1: 使能) P0PSC2， P0PSC1， P0PSC0: 这三位是用来选择PPG0 计数器的预分频系数。
P0RSEN: 使能或不使能PPG0 的启动信号是否是来自于比较器1 的下降沿输出(0: 不使能， 1: 使能)。
      P0ST: PPG0 的软件指令控制位(0: 停止， 1: 启动)。设″1″为直接PPG 输出，直至PPG 计时结束时自动清为″0″。若以软件设定此Bit 为″0″，则运作中的PPG 将会停止。

4.2  如何控制PPG 功能

4.2.1  有两个寄存器和两个掩膜选项设置位与PPG 相关：
(a) PPGT0: PPG0 计数器寄存器
(b) PPG0C: PPG0 控制寄存器
(c) P0LEV:定义PPG 输出的有效输出电平是高或是低（掩膜设置位）；
(d) PTSYN: 定义PPG 计数器的时钟是否是PPG 时钟同步（掩膜设置位） 。
4.2.2  在使用PPG 功能之前要做的几项定义：
(a) 设置PPG 的有效输出电平（P0LEV；掩膜选项）
(b) 设置PPG0 计数器的时钟是否与PPG 时钟同步（PTSYN；掩膜选项）
(c) 设置PPG0 计数器的预分频系数，给PPGT0 赋初值以定义输出的PPG 脉冲宽度
(d) 使能比较器0和比较器1（CMP0EN，CMP1EN）
(e) 使能PPG0的输入（P0RSEN， P0SPEN）
(f) 通过改变PPGT0 的值调整输出功率

4.2.3  如何启动或停止PPG 功能
有两种方式可以启动PPG输出：
(a) 比较器1 输出下降沿；
(b) 通过软件指令将P0ST 这个bit 位置1 。
有三种方式可以停止PPG 的输出：
(a) 比较器0输出一个下降沿；
(b) 通过软件指令将P0ST 这个bit 位置0 ；
(c) PPG 计数器计数溢出。

4.3  如何通过PPG 来控制功率
4.3.1  HT46R12 提供两组比较器： COMP0 和COMP1。这两组比较器的工作电压与MCU 工作电压一样，在这个应用电路中工作电压为5V。
4.3.2  COMP0 主要作为控制PPG 输出停止之用。在P0SPEN bit 是使能的( PPG0C 缓存器的bit5=1) 情况下，一旦COMP0 输出端（C0OUT）产生下降沿，PPG 输出就会被马上停止。在此范例线路中，此比较器主要作为过电流的处理。当负载电流瞬时过大时， 亦即经过IGBT 的电流瞬时超出预定控制范围内的所需之电流过大时， 将反应在CT 产生的电压OC 点上， OC 连接至MCU C0VIN －端(COMP 0 负端)。当OC 电流产生的电压大于C0VIN ＋端参考电压时，COMP0 由H 转L（ 下降沿）， 进而控制PPG 输出停止 (PPG 输出low)。
4.3.3  COMP1 主要作为控制PPG 输出启动之用。在P0RSEN 这个BIT 位被使能的情况下（PPG0C 缓存器的bit6=1），一旦比较器1输出一个下降沿信号，就会直接启动PPG 输出。在这个范例线路中， 此比较器1 是用来处理系统同步信号的。在IGBT 关断后，T1 这点的电位会从高到低跌落，在这个过程序中一旦SYN-I 的电位低于SYN-P 点的电位，比较器1 会产生一个下降沿信号去启动PPG 计数器进而又再一次打开IGBT 。
4.3.4  PPG 功能的启动与停止信号可以来自于比较器1 和比较器0，也可直接通过软件指令设置P0ST这个BIT位来控制。（PPG0C；bit.7）
这个范例电路是在范例电路（1）的基础上将功能及脚位分配进行局部修正，具体说明如下：
(a) 按键及温度侦测以I/O 扫描配合A/D 读取，通过这种方式设计者可以轻易地扩充按键数目。
(b) 温度选择控制I/O（I/O-OT，I/O-RT ）、FAN 输出及与其它I/O 口都可以用来实现显示功能。也可搭配74HC138 或 74HC164 等IC 作扩充显示信号口
(c)同步回路修正如图右上方。同步处理需注意的是，当全波整流输出至低点时，PPG 的反压触发可能无法产生， 设计者需检查是否有中断发生，或者反压比较分压至地的电阻须做适切的调整。
(d) 于原BUEEZR 回路增加一侦测风压的开关，可侦测风扇运转(气流流动) 状况。