傳統的發熱管加熱技術,很容易出現糊底、加熱不均和控溫不精準等問題。相比于發熱管加熱技術,電磁加熱IH(Induction Heating)技術能完美解決以上問題。電磁爐無需明火加熱,是利用電磁誘導加熱原理來工作的烹飪廚具(下圖1),因此具備高效節能的優勢。一般的電磁爐專用鍋都是鐵鍋、不銹鋼鍋(部分不銹鋼鍋具有導磁性)、琺瑯鍋。砂鍋、陶瓷鍋、鋁鍋、銅鍋之類的鍋由于材料電阻率過大或過小,會造成電磁爐負荷異常而啟動自動保護,不能正常工作。

圖1、電磁爐的構造原理(圖源:電子生活)
電磁爐的電磁誘導加熱,是電磁感應原理(Law of Electromagnetic Induction)及技術的應用,一種將電能轉換為熱能的電器。電磁爐的灶臺面板是耐高溫云母瓷板、黑晶板或微晶玻璃面板,交變電流通過灶臺面板下方的爐盤線圈產生磁場(電生磁),磁場內的磁力線穿過金屬器具(導磁又導電材料)底部時,產生大量渦旋電流(磁生電,原因可參考法拉第電磁感應定律),當渦流受材料電阻的阻礙時,就發出大量的熱量(電生熱,原因可參考焦耳熱效應),令鍋底迅速發熱,達到加熱食品的目的。如下圖2所示,電磁爐由鍋、灶臺面板、爐盤線圈(勵磁線圈)、溫度傳感器、操作面板及操作顯示電路、控制電路、電源電路及電源線和散熱風扇等部分組成。
圖2、電磁爐組成簡圖(圖源:科迷小課堂)
電磁感應加熱根據頻率主要分為:低頻加熱(50Hz)、中頻加熱(150Hz?10KHz)、超音頻加熱(10KHz?100KHz)、高頻加熱(100KHz以上)。電磁爐則主要分為低頻(50Hz)電磁爐和高頻電磁爐兩種,低頻電磁爐是直接使用頻率為50Hz的交流電,也叫工頻電磁爐,通過感應線圈產生交變磁場而進行工作,其結構較簡單、成本較低、性能穩定,主要存在的問題是噪聲大,已被淘汰,現在所說的電磁爐通常都是高頻電磁爐。高頻電磁爐是將50Hz的低頻交流電通過整流后輸出直流電,然后再經諧振和驅動控制電路將直流電流轉換成振蕩頻率為20?50kHz的高頻電流,再輸送給感應線圈,產生交變磁場,實現加熱工作。高頻電磁爐與低頻電磁爐相比,具有重量輕、噪聲小、熱效率高等特點,成為當前主流技術方案。

圖3、高頻電磁爐的原理方塊圖(圖源:聽專家說)
電磁爐按不同技術方案可分為單管電磁爐、半橋電磁爐和全橋電磁爐。單管方案適合2千瓦功率以下 ( 例如家用電磁爐 ) ;但如需高瓦數的爆炒功能,功率則至少得達到15千瓦,或需要線性功率調整及保持沸點、保溫等功能時就需使用半橋方案;工業加熱類超過30千瓦,則需采用全橋方案。

圖4、不同技術分類的電磁爐(圖源:華瑞昇)
電磁爐按灶臺數量不同還可分為單灶臺電磁爐、雙灶臺電磁爐、多灶臺電磁爐以及混合用電磁爐。下圖5是新唐M451多頭灶方案(最多支持5頭灶),采用ArmCortex-M4內核 ,處理器主頻高達72MHz,可快速檢測各灶的過溫/過壓/過流,實時調整分配功率與安全保護。常用于電磁爐的MCU品牌還有東芝、瑞薩、合泰、晟矽、復旦微、中微愛芯、中穎、海速芯、賽元微、芯海、凌科芯安、晶華等,找電磁爐方案Demo、替代物料或樣品申請,可聯絡拍明芯城。

圖5、多灶臺電磁爐方案示例(圖源:新唐)
電磁爐的硬件組成和技術原理融合了電力電子、電磁學、傳感感知及智能控制等技術。對于電磁爐來說,它最核心的性能指標就是電能的轉換效率,這項指標也關乎著產品的加熱速度和耗電量這些非常直觀的用戶使用體驗。電磁爐的硬件可分為功率模塊、控制模塊、感知模塊、電源管理系統、散熱系統、結構組件六大主要組成部分。如下表1所示。
| 模塊 | 主要功能 | 關鍵元件 |
| 功率模塊 | 電生磁、磁生電、電生熱 | IGBT、爐盤線圈、諧振電容、濾波電容、整流橋、扼流圈、互感器、共模電感等 |
| 控制模塊 | 信號處理與邏輯控制 | MCU、ADC/比較器 |
| 感知模塊 | 信號采集 | 熱敏電阻、溫度傳感器、電流傳感器等 |
| 電源管理系統 | AC-DC、DC-DC | PMIC、繼電器等 |
| 散熱系統 | 散熱、過熱保護 | 風扇、散熱片、熱敏保護開關、熔斷器、保險絲等 |
| 結構組件 | 機械支撐與用戶交互 | 灶臺面板、操作面板、塑料外殼等 |
表1、電磁爐主要模塊功能及關鍵元件
電磁爐里常見的元器件品牌,部分品類及其常見品牌如下:
MCU:東芝、瑞薩、合泰、晟矽、復旦微、中微愛芯、中穎、海速芯、賽元微、芯海、凌科芯安、晶華等;
IGBT模塊:英飛凌、東芝、意法半導體、安森美、TRINNO、比亞迪半導體、揚杰、士蘭、派德芯能、華潤微、佳恩半導體、瑞能、泰昕、芯谷科技等;
熱敏電阻/溫度傳感器:TDK、芝浦、松下、JOINSET、興勤電子、愛晟、特普生、安培龍、大鑫傳感、時恒、敏泰、源林、邁來芯、領麥微、美思先端、全耀傳感等;
電源管理芯片:德州儀器、亞德諾、芯源系統、昂寶、芯朋微、明微、士蘭微、晶豐明源、輝芒微等;
數碼管驅動與觸控芯片:聯詠、中穎、沁恒、天微電子、GREENCHIP、貝特萊、晶尊微、匯頂、中微愛芯等。
我們來看一款產品拆解實例,下圖6中的米家雙口電磁爐MDCLD01ACM內置兩路獨立的電磁爐,總輸入功率為2200W,任一側支持2100W功率,支持獨立控溫,并支持低功率持續加熱,相比傳統電磁爐間斷加熱,使用體驗更好。電磁爐設有外置感溫探頭,用于接觸到鍋底進行精確的溫度檢測,溫度控制更加精準。這款電磁爐還具備OLED顯示屏,具備100級火力調節,更加符合消費者的使用習慣。根據充電頭網拆解顯示,這款電磁爐采用三塊PCBA模塊組成,模塊之間采用纖維外皮耐高溫導線連接,主控芯片來自瑞薩的RD8P01ED1002A和RD8F06CS140A。顯示面板采用榮湃數字隔離芯片進行功率控制。無線通信模塊來自樂鑫,型號ESP-WROOM-32D。爐盤線圈和風扇來自恒順杰。其中內部諧振電容與濾波電容來自豐明電子和創格電子,安規X2電容來自豐明,壓電陶瓷蜂鳴器來自中立,電源芯片型號PN8048來自芯朋,IGBT來自TRinno,并采用美碩繼電器進行整機控制與諧振電容切換,降低待機功耗,并提升消費者的使用體驗。
圖6、米家雙口電磁爐(圖源:充電頭網)
搭載無線通訊模塊的電磁爐,實現遠程智能控制或聯動;搭載離線語音模塊的電磁爐,可實現語音智能控制;搭載紅外測溫傳感器的電磁爐,可實現非接觸式測溫,這種技術不同于常見的NTC熱敏電阻,允許傳感器在不直接接觸鍋具的情況下,通過接收并分析輻射紅外熱能,精確測量并反饋鍋具的溫度信息。還通過一系列獨特的機構設計與定制算法,實現了消除電磁干擾及對不同材質鍋具的精準溫度監測與控制,重新定義了烹飪過程中溫控控制的精準度與廚房安全性(防干燒),為家庭與商業廚房帶來了全新的烹飪體驗。溫度傳感器芯片是電磁爐智能化升級的核心引擎,其技術演進呈現三大趨勢:非接觸式紅外測溫替代傳統熱敏電阻、多傳感器數據融合提升可靠性(如紅外+NTC組合)、AI算法驅動動態控制。找電磁爐創新型技術方案,例如紅外測溫電磁爐技術方案,可聯絡拍明芯城。
未來,隨著新一代傳感器的普及,電磁爐將實現實時熱成像分析和場景化智能烹飪,推動行業向精準化、人性化方向發展。拍明芯城是快速撮合的智造服務平臺,過去數年已積累了豐富的優勢貨源和加工廠資源。我們聚焦服務元器件長尾客戶群,讓每一家芯片原廠或分銷商的每一款芯片,在Design In、Design Win和流通中更高效,幫助工程師的方案選型、試樣和采購,輔以PCB打板、BOM配單和SMT貼裝,為電子產業供需略盡綿薄之力。
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