电磁炉方案浅析

传统的发热管加热技术，很容易出现糊底、加热不均和控温不精准等问题。相比于发热管加热技术，电磁加热IH（Induction Heating）技术能完美解决以上问题。电磁炉无需明火加热，是利用电磁诱导加热原理来工作的烹饪厨具（下图1），因此具备高效节能的优势。一般的电磁炉专用锅都是铁锅、不锈钢锅（部分不锈钢锅具有导磁性）、珐琅锅。砂锅、陶瓷锅、铝锅、铜锅之类的锅由于材料电阻率过大或过小，会造成电磁炉负荷异常而启动自动保护，不能正常工作。

图1、电磁炉的构造原理（图源：电子生活）

电磁炉的电磁诱导加热，是电磁感应原理（Law of Electromagnetic Induction）及技术的应用，一种将电能转换为热能的电器。电磁炉的灶台面板是耐高温云母瓷板、黑晶板或微晶玻璃面板，交变电流通过灶台面板下方的炉盘线圈产生磁场（电生磁），磁场内的磁力线穿过金属器具（导磁又导电材料）底部时，产生大量涡旋电流（磁生电，原因可参考法拉第电磁感应定律），当涡流受材料电阻的阻碍时，就发出大量的热量（电生热，原因可参考焦耳热效应），令锅底迅速发热，达到加热食品的目的。如下图2所示，电磁炉由锅、灶台面板、炉盘线圈（励磁线圈）、温度传感器、操作面板及操作显示电路、控制电路、电源电路及电源线和散热风扇等部分组成。

图2、电磁炉组成简图（图源：科迷小课堂）

电磁感应加热根据频率主要分为：低频加热（50Hz）、中频加热（150Hz〜10KHz）、超音频加热（10KHz〜100KHz）、高频加热（100KHz以上）。电磁炉则主要分为低频（50Hz）电磁炉和高频电磁炉两种，低频电磁炉是直接使用频率为50Hz的交流电，也叫工频电磁炉，通过感应线圈产生交变磁场而进行工作，其结构较简单、成本较低、性能稳定，主要存在的问题是噪声大，已被淘汰，现在所说的电磁炉通常都是高频电磁炉。高频电磁炉是将50Hz的低频交流电通过整流后输出直流电，然后再经谐振和驱动控制电路将直流电流转换成振荡频率为20〜50kHz的高频电流，再输送给感应线圈，产生交变磁场，实现加热工作。高频电磁炉与低频电磁炉相比，具有重量轻、噪声小、热效率高等特点，成为当前主流技术方案。

图3、高频电磁炉的原理方块图（图源：听专家说）

电磁炉按不同技术方案可分为单管电磁炉、半桥电磁炉和全桥电磁炉。单管方案适合2千瓦功率以下 ( 例如家用电磁炉 ) ；但如需高瓦数的爆炒功能，功率则至少得达到15千瓦，或需要线性功率调整及保持沸点、保温等功能时就需使用半桥方案；工业加热类超过30千瓦，则需采用全桥方案。

图4、不同技术分类的电磁炉（图源：华瑞昇）

电磁炉按灶台数量不同还可分为单灶台电磁炉、双灶台电磁炉、多灶台电磁炉以及混合用电磁炉。下图5是新唐M451多头灶方案（最多支持5头灶），采用ArmCortex-M4内核 ，处理器主频高达72MHz，可快速检测各灶的过温/过压/过流，实时调整分配功率与安全保护。常用于电磁炉的MCU品牌还有东芝、瑞萨、合泰、晟矽、复旦微、中微爱芯、中颖、海速芯、赛元微、芯海、凌科芯安、晶华等，找电磁炉方案Demo、替代物料或样品申请，可联络拍明芯城。

图5、多灶台电磁炉方案示例（图源：新唐）

电磁炉的硬件组成和技术原理融合了电力电子、电磁学、传感感知及智能控制等技术。对于电磁炉来说，它最核心的性能指标就是电能的转换效率，这项指标也关乎着产品的加热速度和耗电量这些非常直观的用户使用体验。电磁炉的硬件可分为功率模块、控制模块、感知模块、电源管理系统、散热系统、结构组件六大主要组成部分。如下表1所示。

模块	主要功能	关键元件
功率模块	电生磁、磁生电、电生热	IGBT、炉盘线圈、谐振电容、滤波电容、整流桥、扼流圈、互感器、共模电感等
控制模块	信号处理与逻辑控制	MCU、ADC/比较器
感知模块	信号采集	热敏电阻、温度传感器、电流传感器等
电源管理系统	AC-DC、DC-DC	PMIC、继电器等
散热系统	散热、过热保护	风扇、散热片、热敏保护开关、熔断器、保险丝等
结构组件	机械支撑与用户交互	灶台面板、操作面板、塑料外壳等

表1、电磁炉主要模块功能及关键元件

电磁炉里常见的元器件品牌，部分品类及其常见品牌如下：

MCU：东芝、瑞萨、合泰、晟矽、复旦微、中微爱芯、中颖、海速芯、赛元微、芯海、凌科芯安、晶华等；

IGBT模块：英飞凌、东芝、意法半导体、安森美、TRINNO、比亚迪半导体、扬杰、士兰、派德芯能、华润微、佳恩半导体、瑞能、泰昕、芯谷科技等；

热敏电阻/温度传感器：TDK、芝浦、松下、JOINSET、兴勤电子、爱晟、特普生、安培龙、大鑫传感、时恒、敏泰、源林、迈来芯、领麦微、美思先端、全耀传感等；

电源管理芯片：德州仪器、亚德诺、芯源系统、昂宝、芯朋微、明微、士兰微、晶丰明源、辉芒微等；

数码管驱动与触控芯片：联咏、中颖、沁恒、天微电子、GREENCHIP、贝特莱、晶尊微、汇顶、中微爱芯等。

我们来看一款产品拆解实例，下图6中的米家双口电磁炉MDCLD01ACM内置两路独立的电磁炉，总输入功率为2200W，任一侧支持2100W功率，支持独立控温，并支持低功率持续加热，相比传统电磁炉间断加热，使用体验更好。电磁炉设有外置感温探头，用于接触到锅底进行精确的温度检测，温度控制更加精准。这款电磁炉还具备OLED显示屏，具备100级火力调节，更加符合消费者的使用习惯。根据充电头网拆解显示，这款电磁炉采用三块PCBA模块组成，模块之间采用纤维外皮耐高温导线连接，主控芯片来自瑞萨的RD8P01ED1002A和RD8F06CS140A。显示面板采用荣湃数字隔离芯片进行功率控制。无线通信模块来自乐鑫，型号ESP-WROOM-32D。炉盘线圈和风扇来自恒顺杰。其中内部谐振电容与滤波电容来自丰明电子和创格电子，安规X2电容来自丰明，压电陶瓷蜂鸣器来自中立，电源芯片型号PN8048来自芯朋，IGBT来自TRinno，并采用美硕继电器进行整机控制与谐振电容切换，降低待机功耗，并提升消费者的使用体验。

图6、米家双口电磁炉（图源：充电头网）

搭载无线通讯模块的电磁炉，实现远程智能控制或联动；搭载离线语音模块的电磁炉，可实现语音智能控制；搭载红外测温传感器的电磁炉，可实现非接触式测温，这种技术不同于常见的NTC热敏电阻，允许传感器在不直接接触锅具的情况下，通过接收并分析辐射红外热能，精确测量并反馈锅具的温度信息。还通过一系列独特的机构设计与定制算法，实现了消除电磁干扰及对不同材质锅具的精准温度监测与控制，重新定义了烹饪过程中温控控制的精准度与厨房安全性（防干烧），为家庭与商业厨房带来了全新的烹饪体验。温度传感器芯片是电磁炉智能化升级的核心引擎，其技术演进呈现三大趋势：非接触式红外测温替代传统热敏电阻、多传感器数据融合提升可靠性（如红外+NTC组合）、AI算法驱动动态控制。找电磁炉创新型技术方案，例如红外测温电磁炉技术方案，可联络拍明芯城。

未来，随着新一代传感器的普及，电磁炉将实现实时热成像分析和场景化智能烹饪，推动行业向精准化、人性化方向发展。拍明芯城是快速撮合的智造服务平台，过去数年已积累了丰富的优势货源和加工厂资源。我们聚焦服务元器件长尾客户群，让每一家芯片原厂或分销商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，帮助工程师的方案选型、试样和采购，辅以PCB打板、BOM配单和SMT贴装，为电子产业供需略尽绵薄之力。

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