像一个变压器，感应元件产生一个磁场。当一个金属平锅放置在磁场时，就会产生涡流。它们的能量就是热损耗，经过传导使平锅及其内容物变热。从电气观点来看，感应元件驱动一个有损耗的LC谐振电路，这些损耗就会产生热量。图1所示为一个感应加热系统的元件。

图1. 感应加热系统。

电感电流波形是由一个高效率开关的DC电源和一对IGBT开关创建的。这些开关通过一个微控制器驱动，它对反馈环路做出响应，迫使传感器监控符合用户设定的条件——维持在安全限制之内。

主传感器与感应板和变压器串联，监控通过感应板的电流值，以维持选择的烹调水平的适当电流值。这将防止功率级的损坏——感应板和IGBT——通过作降低必要的电流水平，以便避免过流条件。

由于感应板、平锅和变压器的电感和电容构成了一个谐振LC电路，人们可能认为，感应频率可以通过设置L和C的值确定。遗憾的是，电感和电容值以及谐振频率都依赖于使用的平锅的尺寸、形状和材料。因此，通过用户界面选择的不同的加热水平不能用固定频率设置。设置这些工作水平的一种更有效的方式是根据电流测量值，这为耗散的功率的提供了一个测量。反馈环路有助于微控制器调节电流水平对应于选择的加热水平。微控制器可以调节脉冲宽度调制（PWM）波形的频率以适应平锅。感应盘设计者已经知道符合每个需要的加热水平的电流，简单编程的微控制器可以调节PWM频率，以提供每个加热水平适当的电流。

驱动IGBT的PWM信号的频率通常将为大约20kHz至100kHz。不过，考虑到IGBT比MOSFET有更缓慢的关断特性，开关频率被限制在几十千赫。来自微控制器的PWM信号有固定的占空比（如50%）；其频率将根据用户加热水平所需的功率进行调整。

由于高压来自大电流感应电路，重要的是在系统中的关键环节提供电气隔离。尤其是，最关键的是微控制器和其他数字电路与感应盘功率级的隔离。做到这一点一种方法是使用绝缘IGBT驱动器。一系列低成本绝缘栅驱动电路，采用ADI的创新iCoupler®技术，与传统的隔离解决方案相比优点更多。

电流隔离是一种防止电流直接在两个通信电路之间流动的方法。采用隔离有两个主要动机。首先是保护有可能暴露在高工作电压或电流浪涌的人和设备。其次是避免不同接地电位的互连引起的接地回路和分裂性接地电流。在两种情况下，隔离技术可以防止电流流动，有助于数据或电力在两个电路之间流动。

iCoupler技术（图2）是一个以基于变压器的隔离方法。集成的微型变压器和电子电路具有所有光电耦合器、分立式变压器和半导体技术的优点，而没有光电耦合器和分立式变压器的缺点。光耦合器的局限性包括功耗过大、大时序误差，数据速率局限性和温度灵敏度。在采用iCoupler的产品中，满足安全认证机构要求的隔离是通过在变压器线圈之间使用一个20μm厚聚酰亚胺隔离层来实现的。它能够实现大于5kVrms的绝缘额定值。这项技术使用专利刷新电路，当输入信号不进行转换时，它可以更新输出以正确符合输入状态，因此避免了分立式变压器实现正确直流电平的无能为力。

图2. iCoupler技术的剖析。

iCoupler技术可以提供五个关键部分的好处：

·  集成（尺寸/成本）

·  性能

·  功耗

·  易于使用

·  可靠性

采用iCoupler技术的IGBT隔离

图3. ADuM1233的功能图。

iCoupler技术可以用于系列绝缘栅极驱动电路，包括双通道ADuM1233（图3），它可提供输出和输入之间的隔离——以及两个输出之间——有助于IGBT控制的隔离。

输入电路的电源是由一个隔离式电源提供的，而且可能需要一级或多级电压转换。微控制器和其余的系统需要5V电源，而IGBT电路的有效运行需要15V的电源。iCoupler绝缘栅极驱动电路必须提供高达100mA的峰值驱动电流，所以需要一个额外的增益级，如图4所示。

图4. 使用iCoupler隔离的IGBT驱动。

由于双通道之间时序关系的重要性——随着IGBT由PWM信号的反相驱动——与LED和光电二极管相比，iCoupler技术的速度、稳定性和可靠性尤其有利。图5中的曲线显示了两个通道的上升沿上的传播延迟被匹配为大约100ps——而在下降沿则高于1ns——输出超过了12V至18V，而输入电源电压范围为4.5V至5.5V。

图5. 作为电源电压函数的传播延迟通道匹配；（a）输出电源，（b）输入电源。

得到的时序裕度可保证充分互补的IGBT的开关，改进功率级及整个系统的效率。

如上所述，ADuM1233可提供输入电路和器件输出之间，以及两个输出电路之间真正的电流隔离。每个隔离输出能工作在高达±700V输入电压，因此可以支持低侧电源的负电压（图4中的-HV）。高和低侧电源输出之间的差额（+HV和-HV）不可以大于700V；不过，这将兼容通常用于为电磁炉供电的电压轨。

用iCoupler技术隔离用户界面

如果使用一个电容性键盘，微控制器和AD7147或AD7148电容性键盘控制器之间的接口可以使用一个SPI（串行外设接口，摩托罗拉发明）或I²C^®（互连集成电路，飞利浦半导体的商标）来串行执行。双向的I²C接口可用于相对较低数据率的短距离通信，其中的低成本很重要。I²C有助于通过只使用两条双向电线实现低成本。不过，当I²C总线用光电耦合器隔离时，它就变成了单向性，不能处理双向信号，这种低成本优势就没有了。因此，来自每根线的发射和接收信号必须被隔开，随之得到了用四个光电耦合器隔离的四条线。此外，隔离的接口内的专用缓冲器需要消除锁死（lockup）和脉冲干扰（glitches）。额外的元件增加了成本和复杂性，也占用了宝贵的板上空间。

采用iCoupler技术的集成的隔离解决方案可以低成本减小空间需求和设计复杂性。如图6所示，ADuM1250和ADuM1251体现了真正的双向隔离，集成了一个缓冲器以消除脉冲干扰和锁死。这种全面的集成度把所需的外部元件限制在两个旁路电容器和两对上拉电阻器（I²C标准规定的）——以低成本提供了一个I²C接口。

图6. ADuM1250双热插拔I²C隔离器。

平锅检测

重要的是检测感应盘上是否有平锅。IGBT必须管理高电压轨，后者连接到其集电极（+HV）。通过使用电阻除法器对这些电压进行采样，一个代表它们的信号可以被发送至微控制器。以检测IGBT集电极发生的任何电压变化。如果一个用户选择了一个加热水平，并且放平锅在感应盘上，所产生的能量转移和电流尖峰将在集电极产生一个电压变化，也会在电阻除法器输出上产生电压变化。当平锅从感应盘拿掉时，将出现相反方向的变化。因此，通过把电压变化与固定门限进行比较，例如使用一个ADCMP3xx系列的比较器，就可以发现感应盘上可能有平锅。如果没有发现平锅，中断请求将发送至微控制器，它将调整PWM频率，直到IGBT停止向感应元件提供电流。这将在用户万一忘记关上感应盘提供额外的安全性。

结论

电磁炉技术是Analog Devices iCoupler数字隔离器件许多有用应用的一个例子。今天，用于通用数字隔离和专门应用的全线iCoupler产品已经供应。

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