電磁爐工作原理與故障分析講座(1)
版本2
一、簡(jiǎn)介
1.1 電磁加熱原理
電磁灶是一種利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為熱能的廚房電器。在電磁灶內(nèi)部,由整流電路將 50/60Hz 的交流電壓變成直流電壓,再經(jīng)過(guò)控制電路將直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為 20-40KHz 的高頻電壓,高速變化的電流流過(guò)線圈會(huì)產(chǎn)生高速變化的磁場(chǎng),當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁力線通過(guò)金屬器皿 ( 導(dǎo)磁又導(dǎo)電材料 ) 底部金屬體內(nèi)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的小渦流,使器皿本身自行高速發(fā)熱,然后再加熱器皿內(nèi)的東西。
1.2 47 系列筒介
47 系列是由正夫人旗下中山電子技術(shù)開(kāi)發(fā)制造廠設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的全新一代電磁爐 ,面板 有 LED 發(fā)光二極管顯示模式、 LED 數(shù)碼顯示模式、 LCD 液晶顯示模式、 VFD 瑩光顯示模式、 TFT 真彩顯示模式機(jī)種。操作功能有加熱火力調(diào)節(jié)、自動(dòng)恒溫設(shè)定、定時(shí)關(guān)機(jī)、預(yù)約開(kāi) / 關(guān)機(jī)、預(yù)置操作模式、自動(dòng)泡茶、自動(dòng)煮飯、自動(dòng)煲粥、自動(dòng)煲湯及煎、炸、烤、火鍋等料理功能機(jī)種。額定加熱功率有 500W~3400W 的不同機(jī)種 , 功率調(diào)節(jié)范圍為額定功率的 90%, 并且在全電壓范圍內(nèi)功率自動(dòng)恒定。 200~240V 機(jī)種電壓使用范圍為 160~260V, 100~120V 機(jī)種電壓使用范圍為 90~135V 。全系列機(jī)種均適用于 50 、 60Hz 的電壓頻率。使用環(huán)境溫度為 -23 ℃ ~45 ℃。電控功能有鍋具超溫保護(hù)、鍋具干燒保護(hù)、鍋具傳感器開(kāi) / 短路保護(hù)、 2 小時(shí)不按鍵 ( 忘鉀機(jī) ) 保護(hù)、 IGBT 溫度限制、 IGBT 溫度過(guò)高保護(hù)、低溫環(huán)境工作模式、 IGBT 測(cè)溫傳感器開(kāi) / 短路保護(hù)、高低電壓保護(hù)、浪涌電壓保護(hù)、 VCE 抑制、 VCE 過(guò)高保護(hù)、過(guò)零檢測(cè)、小物檢測(cè)、鍋具材質(zhì)檢測(cè)。
47 系列須然機(jī)種較多 , 且功能復(fù)雜 , 但不同的機(jī)種其主控電路原理一樣 , 區(qū)別只是零件參數(shù)的差異及 CPU 程序不同而己。電路的各項(xiàng)測(cè)控主要由一塊 8 位 4K 內(nèi)存的單片機(jī)組成 , 外圍線路簡(jiǎn)單且零件極少 , 并設(shè)有故障報(bào)警功能 , 故電路可靠性高 , 維修容易 , 維修時(shí)根據(jù)故障報(bào)警指示 , 對(duì)應(yīng)檢修相關(guān)單元電路 , 大部分均可輕易解決。
二、電磁爐工作原理分析
2.1 特殊零件簡(jiǎn)介
2.1.1 LM339 集成電路
LM339 內(nèi)置四個(gè)翻轉(zhuǎn)電壓為 6mV 的電壓比較器 , 當(dāng)電壓比較器輸入端電壓正向時(shí) (+ 輸入端電壓高于 - 入輸端電壓 ), 置于 LM339 內(nèi)部控制輸出端的三極管截止 , 此時(shí)輸出端相當(dāng)于開(kāi)路 ; 當(dāng)電壓比較器輸入端電壓反向時(shí) (- 輸入端電壓高于 + 輸入端電壓 ), 置于 LM339 內(nèi)部控制輸出端的三極管導(dǎo)通 , 將比較器外部接入輸出端的電壓拉低 , 此時(shí)輸出端為 0V
2.1.2 IGBT
絕緣雙柵極晶體管 (Iusulated Gate Bipolar Transistor)簡(jiǎn)稱IGBT,是一種集BJT的大電流密度和MOSFET等電壓激勵(lì)場(chǎng)控型器件優(yōu)點(diǎn)于一體的高壓、高速大功率器件。 目前有用不同材料及工藝制作的 IGBT, 但它們均可被看作是一個(gè)MOSFET輸入跟隨一個(gè)雙極型晶體管放大的復(fù)合結(jié)構(gòu)。 IGBT有三個(gè)電極(見(jiàn)上圖), 分別稱為柵極G(也叫控制極或門極) 、集電極C(亦稱漏極) 及發(fā)射極E(也稱源極) 。 從IGBT的下述特點(diǎn)中可看出, 它克服了功率MOSFET的一個(gè)致命缺陷, 就是于高壓大電流工作時(shí), 導(dǎo)通電阻大, 器件發(fā)熱嚴(yán)重, 輸出效率下降。 IGBT的特點(diǎn): 1.電流密度大, 是MOSFET的數(shù)十倍。 2.輸入阻抗高, 柵驅(qū)動(dòng)功率極小, 驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。
3.低導(dǎo)通電阻。在給定芯片尺寸和BVceo下, 其導(dǎo)通電阻Rce(on) 不大于MOSFET的Rds(on) 的10%。 4.擊穿電壓高, 安全工作區(qū)大, 在瞬態(tài)功率較高時(shí)不會(huì)受損壞。 5.開(kāi)關(guān)速度快, 關(guān)斷時(shí)間短,耐壓1kV~1.8kV的約1.2us、600V級(jí)的約0.2us, 約為GTR的10%,接近于功率MOSFET, 開(kāi)關(guān)頻率直達(dá)100KHz, 開(kāi)關(guān)損耗僅為GTR的30%。 IGBT將場(chǎng)控型器件的優(yōu)點(diǎn)與GTR的大電流低導(dǎo)通電阻特性集于一體, 是極佳的高速高壓半導(dǎo)體功率器件。
目前 458 系列因應(yīng)不同機(jī)種采了不同規(guī)格的 IGBT, 它們的參數(shù)如下 :
(1) SGW25N120---- 西門子公司出品 , 耐壓 1200V, 電流容量 25 ℃ 時(shí) 46A,100 ℃ 時(shí) 25A, 內(nèi)部不帶阻尼二極管 , 所以應(yīng)用時(shí)須配套 6A/1200V 以上的快速恢復(fù)二極管 (D11) 使用 , 該 IGBT 配套 10A/1200/1500V 以上的快速恢復(fù)二極管 (D11) 后可代用 SKW25N120 。
(2) SKW25N120---- 西門子公司出品 , 耐壓 1200V, 電流容量 25 ℃ 時(shí) 46A,100 ℃ 時(shí) 25A, 內(nèi)部帶阻尼二極管 , 該 IGBT 可代用 SGW25N120, 代用時(shí)將原配套 SGW25N120 的 D11 快速恢復(fù)二極管拆除不裝。
(3) GT40Q321---- 東芝公司出品 , 耐壓 1200V, 電流容量 25 ℃ 時(shí) 42A,100 ℃ 時(shí) 23A, 內(nèi)部帶阻尼二極管 , 該 IGBT 可代用 SGW25N120 、 SKW25N120, 代用 SGW25N120 時(shí)請(qǐng)將原配套該 IGBT 的 D11 快速恢復(fù)二極管拆除不裝。
(4) GT40T101---- 東芝公司出品 , 耐壓 1500V, 電流容量 25 ℃ 時(shí) 80A,100 ℃ 時(shí) 40A, 內(nèi)部不帶阻尼二極管 , 所以應(yīng)用時(shí)須配套 15A/1500V 以上的快速恢復(fù)二極管 (D11) 使用 , 該 IGBT 配套 6A/1200V 以上的快速恢復(fù)二極管 (D11) 后可代用 SGW25N120 、 SKW25N120 、 GT40Q321, 配套 15A/1500V 以上的快速恢復(fù)二極管 (D11) 后可代用 GT40T301 。
(5) GT40T301---- 東芝公司出品 , 耐壓 1500V, 電流容量 25 ℃ 時(shí) 80A,100 ℃ 時(shí) 40A, 內(nèi)部帶阻尼二極管 , 該 IGBT 可代用 SGW25N120 、 SKW25N120 、 GT40Q321 、 GT40T101, 代用 SGW25N120 和 GT40T101 時(shí)請(qǐng)將原配套該 IGBT 的 D11 快速恢復(fù)二極管拆除不裝。
(6) GT60M303 ---- 東芝公司出品 , 耐壓 900V, 電流容量 25 ℃ 時(shí) 120A,100 ℃ 時(shí) 60A, 內(nèi)部帶阻尼二極管。
(7) GT40Q323---- 東芝公司出品 , 耐壓 1200V, 電流容量 25 ℃ 時(shí) 40A,100 ℃ 時(shí) 20A, 內(nèi)部帶阻尼二極管 , 該 IGBT 可代用 SGW25N120 、 SKW25N120, 代用 SGW25N120 時(shí)請(qǐng)將原配套該 IGBT 的 D11 快速恢復(fù)二極管拆除不裝。
(8) FGA25N120---- 美國(guó)仙童公司出品 , 耐壓 1200V, 電流容量 25 ℃ 時(shí) 42A,100 ℃ 時(shí) 23A, 內(nèi)部帶阻尼二極管 , 該 IGBT 可代用 SGW25N120 、 SKW25N120, 代用 SGW25N120 時(shí)請(qǐng)將原配套該 IGBT 的 D11 快速恢復(fù)二極管拆除不裝。
2.2 電路方框圖
時(shí)間 t1~t2 時(shí)當(dāng)開(kāi)關(guān)脈沖加至 IGBTQ1 的 G 極時(shí) , IGBTQ1 飽和導(dǎo)通 , 電流 i1 從電源流過(guò) L1, 由于線圈感抗不允許電流突變 . 所以在 t1~t2 時(shí)間 i1 隨線性上升 , 在 t2 時(shí)脈沖結(jié)束 , IGBTQ1 截止 , 同樣由于感抗作用 ,i1 不能立即突變 0, 于是向 C3 充電 , 產(chǎn)生充電電流 i2, 在 t3 時(shí)間 ,C3 電荷充滿 , 電流變 0, 這時(shí) L1 的磁場(chǎng)能量全部轉(zhuǎn)為 C3 的電場(chǎng)能量 , 在電容兩端出現(xiàn)左負(fù)右正 , 幅度達(dá)到峰值電壓 , 在 IGBTQ1 的 CE 極間出現(xiàn)的電壓實(shí)際為逆程脈沖峰壓 + 電源電壓 , 在 t3~t4 時(shí)間 ,C3 通過(guò) L1 放電完畢 ,i3 達(dá)到最大值 , 電容兩端電壓消失 , 這時(shí)電容中的電能又全部轉(zhuǎn)化為 L1 中的磁能 , 因感抗作用 ,i3 不能立即突變 0, 于是 L1 兩端電動(dòng)勢(shì)反向 , 即 L1 兩端電位左正右負(fù) , 由于 IGBT 內(nèi)部阻尼管的存在 ,C3 不能繼續(xù)反向充電 , 而是經(jīng)過(guò) C2 、 IGBT 阻尼管回流 , 形成電流 i4, 在 t4 時(shí)間 , 第二個(gè)脈沖開(kāi)始到來(lái) , 但這時(shí) IGBTQ1 的 UE 為正 ,UC 為負(fù) , 處于反偏狀態(tài) , 所以 IGBTQ1
不能導(dǎo)通 , 待 i4 減小到 0,L1 中的磁能放完 , 即到 t5 時(shí) IGBTQ1 才開(kāi)始第二次導(dǎo)通 , 產(chǎn)生 i5 以后又重復(fù) i1~i4 過(guò)程 , 因此在 L1 上就產(chǎn)生了和開(kāi)關(guān)脈沖 f(20KHz~30KHz) 相同的交流電流。 t4~t5 的 i4 是 IGBT 內(nèi)部阻尼管的導(dǎo)通
電流 , 在高頻電流一個(gè)電流周期里 ,t2~t3 的 i2 是線盤磁能對(duì)電容 C3 的充電電流 ,t3~t4 的 i3 是逆程脈沖峰壓通過(guò) L1 放電的電流 ,t4~t5 的 i4 是 L1 兩端電動(dòng)勢(shì)反向時(shí) , 因的存在令 C3 不能繼續(xù)反向充電 , 而經(jīng)過(guò) C2 、 IGBT 阻尼管回流所形成的阻尼電流 ,IGBTQ1 的導(dǎo)通電流實(shí)際上是 i1 。
IGBTQ1 的 VCE 電壓變化 : 在靜態(tài)時(shí) ,UC 為輸入電源經(jīng)過(guò)整流后的直流電源 ,t1~t2,IGBTQ1 飽和導(dǎo)通 ,UC 接近地電位 ,t4~t5, IGBT 阻尼管導(dǎo)通 ,UC 為負(fù)壓 ( 電壓為阻尼二極管的順向壓降 ),t2~t4, 也就是 LC 自由振蕩的半個(gè)周期 ,UC 上出現(xiàn)峰值電壓 , 在 t3 時(shí) UC 達(dá)到最大值。
以上分析證實(shí)兩個(gè)問(wèn)題 : 一是在高頻電流的一個(gè)周期里 , 只有 i1 是電源供給 L 的能量 , 所以 i1 的大小就決定加熱功率的大小 , 同時(shí)脈沖寬度越大 ,t1~t2 的時(shí)間就越長(zhǎng) ,i1 就越大 , 反之亦然 , 所以要調(diào)節(jié)加熱功率 , 只需要調(diào)節(jié)脈沖的寬度 ; 二是 LC 自由振蕩的半周期時(shí)間是出現(xiàn)峰值電壓的時(shí)間 , 亦是 IGBTQ1 的截止時(shí)間 , 也是開(kāi)關(guān)脈沖沒(méi)有到達(dá)的時(shí)間 , 這個(gè)時(shí)間關(guān)系是不能錯(cuò)位的 , 如峰值脈沖還沒(méi)有消失 , 而開(kāi)關(guān)脈沖己提前到來(lái) , 就會(huì)出現(xiàn)很大的導(dǎo)通電流使 IGBTQ1 燒壞 , 因此必須使開(kāi)關(guān)脈沖的前沿與峰值脈沖后沿相同步。
2.4 振蕩電路
(1) 當(dāng) PWM 點(diǎn)有 Vi 輸入時(shí)、 V7 OFF 時(shí) (V7=0V), V5 等于 D6 的順向壓降 , 而當(dāng) V5<V6 之后 ,V7 由 OFF 轉(zhuǎn)態(tài)為 ON,V6 亦上升至 Vi, 而 V5 則由 R20 向 C16 充電。
(2) 當(dāng) V5>V6 時(shí) ,V7 轉(zhuǎn)態(tài)為 OFF,V6 亦降至 D6 的順向壓降 , 而 V5 則由 C16 、 D6 放電。
(3) V5 放電至小于 V6 時(shí) , 又重復(fù) (1) 形成振蕩。
“ G 點(diǎn)輸入的電壓越高 , V7 處于 ON 的時(shí)間越長(zhǎng) , 電磁爐的加熱功率越大 , 反之越小”。
2.5 IGBT 激勵(lì)電路
振蕩電路輸出幅度約 4.1V 的脈沖信號(hào) , 此電壓不能直接控制 IGBT 的飽和導(dǎo)通及截止 , 所以必須通過(guò)激勵(lì)電路將信號(hào)放大才行 , 該電路工作過(guò)程如下 :
(1) V8 OFF 時(shí) (V8=0V),V8<V9,V10 為高 ,Q1 導(dǎo)通、 Q4 截止 ,IGBT 的 G 極為 0V,IGBT 截止。
(2) V8 ON 時(shí) (V8=4.1V),V8>V9,V10 為低 ,Q81 截止、 Q4 導(dǎo)通 ,+18V 通過(guò) R23 、 Q4 和 Q1 的 E 極加至 IGBT 的 G 極 ,IGBT 導(dǎo)通。
2.6 PWM 脈寬調(diào)控電路
CPU 輸出 PWM 脈沖到由 R30 、 C27 、 R31 組成的積分電路 , PWM 脈沖寬度越寬 ,C28 的電壓越高 ,C29 的電壓也跟著升高 , 送到振蕩電路 (G 點(diǎn) ) 的控制電壓隨著 C29 的升高而升高 , 而 G 點(diǎn)輸入的電壓越高 , V7 處于 ON 的時(shí)間越長(zhǎng) , 電磁爐的加熱功率越大 , 反之越小。
“ CPU 通過(guò)控制 PWM 脈沖的寬與窄 , 控制送至振蕩電路 G 的加熱功率控制電壓,控制了 IGBT 導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短 , 結(jié)果控制了加熱功率的大小”。
2.7 同步電路
市電經(jīng)整流器整流、濾波后的 310V 直流電,由 R15+R14 、 R16 分壓產(chǎn)生 V3,R1+R17 、 R28 分壓產(chǎn)生 V4, 在高頻電流的一個(gè)周期里 , 在 t2~t4 時(shí)間 ( 圖 1), 由于 C14 兩端電壓為上負(fù)下正 , 所以 V3<V4,V5OFF(V5=0V) 振蕩電路 V6>V5,V7 OFF(V7=0V), 振蕩沒(méi)有輸出 , 也就沒(méi)有開(kāi)關(guān)脈沖加至 Q1 的 G 極 , 保證了 Q1 在 t2~t4 時(shí)間 不會(huì)導(dǎo)通 , 在 t4~t6 時(shí)間 ,C3 電容兩端電壓消失 , V3>V4, V5 上升 , 振蕩有輸出 , 有開(kāi)關(guān)脈沖加至 Q1 的 G 極。以上動(dòng)作過(guò)程 , 保證了加到 Q1 G 極上的開(kāi)關(guān)脈沖前沿與 Q1 上產(chǎn)生的 VCE 脈沖后沿相同步。
2.8 加熱開(kāi)關(guān)控制
(1) 當(dāng)不加熱時(shí) ,CPU 17 腳輸出低電平 ( 同時(shí) CPU 10 腳也停止 PWM 輸出 ), D7 導(dǎo)通 , 將 LM339 9 電壓拉低 , 振蕩停止 , 使 IGBT 激勵(lì)電路停止輸出 ,IGBT 截止 , 則加熱停止。
開(kāi)始加熱時(shí) , CPU 17 腳輸出高電平 ,D7 截止 , 同時(shí) CPU 10 腳開(kāi)始間隔輸出 PWM 試探信號(hào) , 同時(shí) CPU 通過(guò)分析電流檢測(cè)電路和 VAC 檢測(cè)電路反饋的電壓信息、 VCE 檢測(cè)電路反饋的電壓波形變化情況 , 判斷是否己放入適合的鍋具 , 如果判斷己放入適合的鍋具 ,CPU10 腳轉(zhuǎn)為輸出正常的 PWM 信號(hào) , 電磁爐進(jìn)入正常加熱狀態(tài) , 如果電流檢測(cè)電路、 VAC 及 VCE 電路反饋的信息 , 不符合條件 ,CPU 會(huì)判定為所放入的鍋具不符
(2) 或無(wú)鍋 , 則繼續(xù)輸出 PWM 試探信號(hào) , 同時(shí)發(fā)出指示無(wú)鍋的報(bào)知信息 ( 見(jiàn)故障代碼表 ), 如 30 秒鐘內(nèi)仍不符合條件 , 則關(guān)機(jī)。
2.9 VAC 檢測(cè)電路
AC220V 由 D17 、 D18 整流的脈動(dòng)直流電壓通過(guò) R40 限流再經(jīng)過(guò), C33 、 R39 C32 組成的π型濾波器進(jìn)行濾波后的電壓,經(jīng) R38 分壓后的直流電壓,送入 CPU 6 , 根據(jù)監(jiān)測(cè)該電壓的變化 ,CPU 會(huì)自動(dòng)作出各種動(dòng)作指令。
(1) 判別輸入的電源電壓是否在充許范圍內(nèi) , 否則停止加熱 , 并報(bào)知信息 ( 見(jiàn)故障代碼表 ) 。
(2) 配合電流檢測(cè)電路、 VCE 電路反饋的信息 , 判別是否己放入適合的鍋具 , 作出相應(yīng)的動(dòng)作指令 ( 見(jiàn)加熱開(kāi)關(guān)控制及試探過(guò)程一節(jié) ) 。
(3) 配合電流檢測(cè)電路反饋的信息及方波電路監(jiān)測(cè)的電源頻率信息 , 調(diào)控 PWM 的脈寬 , 令輸出功率保持穩(wěn)定。
“電源輸入標(biāo)準(zhǔn) 220V ± 1V 電壓 , 不接線盤 (L1) 測(cè)試 CPU 第 6 腳電壓 , 標(biāo)準(zhǔn)為 2.65V ± 0.06V ”。
2.10 電流檢測(cè)電路
電流互感器 CT1 二次測(cè)得的 AC 電壓 , 經(jīng) D1~D4 組成的橋式整流電路整流、 R12 、 R13 分壓, C11 濾波 , 所獲得的直流電壓送至 CPU 5 腳 , 該電壓越高 , 表示電源輸入的電流越大 , CPU 根據(jù)監(jiān)測(cè)該電壓的變化 , 自動(dòng)作出各種動(dòng)作指令 :
(1) 配合 VAC 檢測(cè)電路、 VCE 電路反饋的信息 , 判別是否己放入適合的鍋具 , 作出相應(yīng)的動(dòng)作指令 ( 見(jiàn)加熱開(kāi)關(guān)控制及試探過(guò)程一節(jié) ) 。
(2) 配合 VAC 檢測(cè)電路反饋的信息及方波電路監(jiān)測(cè)的電源頻率信息 , 調(diào)控 PWM 的脈寬 , 令輸出功率保持穩(wěn)定。
2.11 VCE 檢測(cè)電路
(1) 配合 VAC 檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路反饋的信息 , 判別是否己放入適合的鍋具 , 作出相應(yīng)的動(dòng)作指令 ( 見(jiàn)加熱開(kāi)關(guān)控制及試探過(guò)程一節(jié) ) 。
(2) 根據(jù) VCE 取樣電壓值 , 自動(dòng)調(diào)整 PWM 脈寬 , 抑制 VCE 脈沖幅度不高于 1050V( 此值適用于耐壓 1200V 的 IGBT, 耐壓 1500V 的 IGBT 抑制值為 1300V) 。
(3) 當(dāng)測(cè)得其它原因?qū)е?VCE 脈沖高于 1150V 時(shí) (( 此值適用于耐壓 1200V 的 IGBT, 耐壓 1500V 的 IGBT 此值為 1400V), LM339 立即停止工作 ( 見(jiàn)故障代碼表 ) 。
2.12 浪涌電壓監(jiān)測(cè)電路
當(dāng)正弦波電源電壓處于上下半周時(shí) , 由 D17 、 D18 和整流橋 DB 內(nèi)部交流兩輸入端對(duì)地的兩個(gè)二極管組成的橋式整流電路產(chǎn)生的脈動(dòng)直流電壓,當(dāng)電源突然有浪涌電壓輸入時(shí) , 此電壓通過(guò) R41 、 C34 耦合 , 再經(jīng)過(guò) R42 分壓, R44 限流 C35 濾波后的電壓,控制 Q5 的基極,基極為 高電平時(shí) , 電壓 Q5 基極 ,Q5 飽和導(dǎo)通 ,CPU 17 的電平通過(guò) Q5 至地 ,PWM 停止輸出,本機(jī)停止工作 ; 當(dāng) 浪涌脈沖過(guò)后 , Q5 的基極為 低電平 ,Q5 截止 , CPU 17 的電平通過(guò) Q5 至地 , CPU 再重新發(fā)出加熱指令。
2.13 過(guò)零檢測(cè)
當(dāng)正弦波電源電壓處于上下半周時(shí) , 由 D17 、 D18 和整流橋 DB 內(nèi)部交流兩輸入端對(duì)地的兩個(gè)二極管組成的橋式整流電路產(chǎn)生的脈動(dòng)直流電壓通過(guò) R40 限流再經(jīng)過(guò), C33 、 R39 C32 組成的π型濾波器進(jìn)行濾波后的電壓,經(jīng) R38 分壓后的電壓,在 CPU 6 則形成了與電源過(guò)零點(diǎn)相同步的方波信號(hào) ,CPU 通過(guò)監(jiān)測(cè)該信號(hào)的變化 , 作出相應(yīng)的動(dòng)作指令。
2.14 鍋底溫度監(jiān)測(cè)電路
加熱鍋具底部的溫度透過(guò)微晶玻璃板傳至緊貼玻璃板底的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 , 該電阻阻值的變化間接反影了加熱鍋具的溫度變化 ( 溫度 / 阻值祥見(jiàn)熱敏電阻溫度分度表 ), 熱敏電阻與 R4 分壓點(diǎn)的電壓變化其實(shí)反影了熱敏電阻阻值的變化 , 即加熱鍋具的溫度變化 , CPU 8 腳通過(guò)監(jiān)測(cè)該電壓的變化 , 作出相應(yīng)的動(dòng)作指令 :
(1) 定溫功能時(shí) , 控制加熱指令 , 另被加熱物體溫度恒定在指定范圍內(nèi)。
(2) 當(dāng)鍋具溫度高于 270 ℃ 時(shí) , 加熱立即停止 , 并報(bào)知信息 ( 見(jiàn)故障代碼表 ) 。
(3) 當(dāng)鍋具空燒時(shí) , 加熱立即停止 , 并報(bào)知信息 ( 見(jiàn)故障代碼表 ) 。
(4) 當(dāng)熱敏電阻開(kāi)路或短路時(shí) , 發(fā)出不啟動(dòng)指令 , 并報(bào)知相關(guān)的信息 ( 見(jiàn)故障代碼表 ) 。
2.15 IGBT 溫度監(jiān)測(cè)電路
IGBT 產(chǎn)生的溫度透過(guò)散熱片傳至緊貼其上的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 TH, 該電阻阻值的變化間接反影了 IGBT 的溫度變化 ( 溫度 / 阻值祥見(jiàn)熱敏電阻溫度分度表 ), 熱敏電阻與 R8 分壓點(diǎn)的電壓變化其實(shí)反影了熱敏電阻阻值的變化 , 即 IGBT 的溫度變化 , CPU 通過(guò)監(jiān)測(cè)該電壓的變化 , 作出相應(yīng)的動(dòng)作指令 :
(1) IGBT 結(jié)溫高于 90 ℃ 時(shí) , 調(diào)整 PWM 的輸出 , 令 IGBT 結(jié)溫 ≤ 90 ℃ 。
當(dāng) IGBT 結(jié)溫由于某原因 ( 例如散熱系統(tǒng)故障 ) 而高于 95
(2) ℃ 時(shí) , 加熱立即停止 , 并報(bào)知信息 ( 祥見(jiàn)故障代碼表 ) 。
(3) 當(dāng)熱敏電阻 TH 開(kāi)路或短路時(shí) , 發(fā)出不啟動(dòng)指令 , 并報(bào)知相關(guān)的信息 ( 祥見(jiàn)故障代碼表 ) 。
(4) 關(guān)機(jī)時(shí)如 IGBT 溫度 >50 ℃ ,CPU 發(fā)出風(fēng)扇繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)指令 , 直至溫度 < 50 ℃ ( 繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)超過(guò) 30 秒鐘如 溫度仍 >50 ℃ , 風(fēng)扇停轉(zhuǎn) ; 風(fēng)扇延時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)期間 , 按 1 次關(guān)機(jī)鍵 , 可關(guān)閉風(fēng)扇 ) 。
(5) 電磁爐剛啟動(dòng)時(shí) , 當(dāng)測(cè)得環(huán)境溫度 <0 ℃ ,CPU 調(diào)用低溫監(jiān)測(cè)模式加熱 1 分鐘 ,30 秒鐘后再轉(zhuǎn)用正常監(jiān)測(cè)模式 , 防止電路零件因低溫偏離標(biāo)準(zhǔn)值造成電路參數(shù)改變而損壞 電磁爐。
2.16 散熱系統(tǒng)
將 IGBT 及整流器 BG 緊貼于散熱片上 , 利用風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)通過(guò)電磁爐進(jìn)、出風(fēng)口形成的氣流將散熱片上的熱及線盤 L1 等零件工作時(shí)產(chǎn)生的熱、加熱鍋具輻射進(jìn)電磁爐內(nèi)的熱排出電磁爐外。
CPU 15 腳發(fā)出風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)指令時(shí) , 15 腳輸出高電平 , 電壓通過(guò) R27 送至 Q3 基極 ,Q3 飽和導(dǎo)通 ,VCC 電流流過(guò)風(fēng)扇、 Q3 至地 , 風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn) ; CPU 發(fā)出風(fēng)扇停轉(zhuǎn)指令時(shí) , 15 腳輸出低電平 ,Q3 截止 , 風(fēng)扇因沒(méi)有電流流過(guò)而停轉(zhuǎn)。
2.17 主電源
AC220V 50/60Hz 電源經(jīng)保險(xiǎn)絲 FUSE, 再通過(guò)由 RZ 、 C1 、共模線圈 L1 組成的濾波電路 ( 針對(duì) EMC 傳導(dǎo)問(wèn)題而設(shè)置 , 祥見(jiàn)注解 ), 再通過(guò)電流互感器至橋式整流器 BG, 產(chǎn)生的脈動(dòng)直流電壓通過(guò)扼流線圈提供給主 回路使用 ;AC1 、 AC2 兩端電壓除送至輔助電源使用外 , 另外還通過(guò)印于 PCB 板上的保險(xiǎn)線 P.F. 送至 D1 、 D2 整流得到脈動(dòng)直流電壓作檢測(cè)用途。
注解 : 由于中國(guó)大陸目前并未提出電磁爐須作強(qiáng)制性電磁兼容 (EMC) 認(rèn)證 , 基于成本原因 , 內(nèi)銷產(chǎn)品大部分沒(méi)有將 CY1 、 CY2 裝上 ,L1 用跳線取代 , 但基本上不影響電磁爐使用性能。
2.18 輔助電源
AC220V 50/60Hz 電壓接入變壓器初級(jí)線圈 , 次級(jí)兩繞組分別產(chǎn)生 2.2V 、 12V 和 18V 交流電壓。
12V 交流電壓由 D19~D22 組成的橋式整流電路整流、 C37 濾波 , 在 C37 上獲得的直流電壓 VCC 除供給散熱風(fēng)扇使用外 , 還經(jīng)由 V8 三端穩(wěn)壓 IC 穩(wěn)壓、 C38 濾波 , 產(chǎn)生 +5V 電壓供控制電路使用。
18V 交流電壓由 D15 組成的半波動(dòng)整流電路整流、 C26 濾波后 , 再通過(guò)由 Q9 、 R33 、 DW9 、 C27 、 C28 組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓濾波電路 , 產(chǎn)生 +18V 電壓供 IC2 和 IGBT 激勵(lì)電路使用。
2.19 報(bào)警電路
目錄
第一章 電磁爐的基本工作原理的介紹……………………..3
第二章 電磁爐組裝結(jié)構(gòu)圖…………………………………..5
第三章 電磁爐的基本加熱功能及保護(hù)功能介紹…………..7
第四章 電磁爐的原理圖各功能部分的分析 ……………….9
第五章 電磁爐常見(jiàn)異常故障分析之“葵花寶典”………….32
第六章 電磁爐元器件的認(rèn)別及其測(cè)量方式……………….43
第七章 電磁爐上元器件的規(guī)格與作用簡(jiǎn)介……………….48
電磁爐由于具有熱效率高、使用方便、無(wú)煙熏、無(wú)煤氣污染、安全衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn),非常適合現(xiàn)代家庭使用
第一章 電磁爐的基本工作原理的介紹
電磁爐的加熱原理
電磁爐又稱電磁灶,分為工頻(低頻)和高頻兩種。其中,工頻電磁爐工作簡(jiǎn)單可靠,但躁聲大,熱效率低,這里所說(shuō)的電磁爐指高頻電磁爐。
圖1
電磁爐是利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為熱能的工作原理。由整流電路將50/60Hz的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓(AC-DC-AC、交流-直流-交流),再經(jīng)過(guò)控制電路將直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為20~35KHz的高頻電壓,高速變化的電流流過(guò)線圈產(chǎn)生高速變化的磁場(chǎng),當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁力線通過(guò)金屬器皿底部金屬體內(nèi)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的小渦流,使器皿本身自行高速發(fā)熱,然后再加熱器皿內(nèi)的東西,達(dá)到用戶使用的結(jié)果。 如圖1
圖2
如圖2。電磁感應(yīng)加熱的基本過(guò)程,至少需要整流單元、功率開(kāi)關(guān)管、功率開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)控制單元、加熱線圈單元及鍋具等部件。電磁爐是運(yùn)用高頻電磁感應(yīng)原理加熱。它將市電整流濾波后得到的脈動(dòng)直流轉(zhuǎn)換為高頻電流,通過(guò)加熱線圈建立高頻磁場(chǎng),磁力線經(jīng)線圈與金屬器皿底部構(gòu)成的磁回路穿透爐面作用于鍋底,利用小電阻大電流的短路熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量,在鍋底形成渦流而發(fā)熱,起到加熱器皿中的食物的作用。
一般來(lái)講,器皿一般是用鋼質(zhì)、鐵質(zhì)材料來(lái)加熱,鋁、銅由于表面電阻率太小,而不易被加熱,陶瓷、木等又由于表面電阻率太大,使產(chǎn)生電流太小,所以也不易被加熱。
第二章 電磁爐組裝結(jié)構(gòu)圖
電磁爐整機(jī)零件一般包括如下:
1、陶瓷板: 又叫微晶玻璃板,位于電磁爐頂部,用于鍋具的墊放,具有足夠機(jī)械強(qiáng)度,耐酸堿腐蝕,耐高低溫沖擊。
2、上 蓋: 用耐溫塑料制成,作為電器的外保護(hù)殼。
3、面 膜: 用塑料薄膜制成,用于功能顯示及按鍵操作指示。
4、燈 板: 又叫顯示控制板,位于殼內(nèi),進(jìn)行功能顯示及功能按鍵操作。
5、爐面?zhèn)鞲衅鹘M件:位于殼內(nèi),嵌在發(fā)熱盤的中間,用橡膠頭或其它方式頂住陶瓷板,用于控制爐面鍋具的溫度。
6、加熱線盤:位于殼內(nèi),主工作器件,發(fā)射磁力線,自身也會(huì)發(fā)熱。
7、主 控 板:又叫電源板、主板,位于殼內(nèi),作為電轉(zhuǎn)換的控制的主工作部分。
8、電源線及線卡:連接市電與電磁爐,提供電源通道。
9、電 風(fēng) 扇:位于殼內(nèi),通過(guò)吸風(fēng)將爐內(nèi)熱量帶出殼外,起降溫作用。
10、下 蓋: 用耐溫塑料制成,作為電器的下保護(hù)殼,及支撐內(nèi)部器件及鍋具作用。
第三章 電磁爐的基本控制功能及保護(hù)功能介紹
電磁爐分顯示部分和主板控制部分
1、一般功能說(shuō)明
1)、顯示介面有LED發(fā)光二極管顯示模式、數(shù)碼管、LCD液晶、VFD熒光屏顯示模式幾種。
2)、操作方式有輕觸按鍵、薄膜按鍵、觸摸按鍵、編碼器、電位器等模式。
3)、操作功能有加熱火力調(diào)節(jié)、自動(dòng)恒溫設(shè)定、定時(shí)開(kāi)機(jī)、預(yù)約開(kāi)/關(guān)機(jī)、電量電壓查詢、自動(dòng)功能和半自動(dòng)功能(蒸煮、煮粥、煲湯、煮飯)、手動(dòng)功能(煎、炸、抄、烤、火鍋)等料理功能。
4)、使用電壓范圍分兩個(gè)不同電壓段,220VAC~240VAC機(jī)種在100VAC~280VAC或100VAC~120VAC機(jī)種在85VAC~144VAC之間可連續(xù)工作,適用于50/60Hz的電壓頻率。使用環(huán)境溫度在-20℃~45℃。
注明:
a)、功率輸出:輸出范圍120W~2200W之間
b)、溫度控制: 即定溫控制。
c)、定時(shí)控制: 可進(jìn)行時(shí)間設(shè)置關(guān)機(jī)或開(kāi)機(jī)。
d)、大小物檢測(cè):小于一定面積的金屬將不被加熱。Φ60~Φ100、Φ80~Φ120
2、保護(hù)功能
具有鍋具超溫保護(hù)、鍋具干燒保、爐面?zhèn)鞲衅鏖_(kāi)短路保護(hù)、爐面失效保護(hù),IGBT測(cè)溫傳感器開(kāi)短路保護(hù),IGBT溫度限制控制和超溫保護(hù)、高低壓保護(hù)、2小時(shí)無(wú)按鍵保護(hù)、浪涌電壓/電流保護(hù)、高低溫環(huán)境工作模式,VCE過(guò)壓保護(hù)、過(guò)零檢測(cè)、大小物檢測(cè),鍋具材質(zhì)檢測(cè)。
注明:
a)無(wú)鍋報(bào)警,無(wú)鍋或鍋具材質(zhì)不對(duì),小物件:停止加熱。若在1分鐘內(nèi)檢測(cè)到有鍋,則自動(dòng)退出報(bào)警狀態(tài),并恢復(fù)原來(lái)工作狀態(tài)。
b)高/低壓保護(hù),當(dāng)市電電網(wǎng)電壓波動(dòng)超出工作范圍時(shí),應(yīng)能停止功率輸出并報(bào)警,例如超出100~280V時(shí)出“低'E1’”或“高'E2’”;
c)爐面?zhèn)鞲衅鏖_(kāi)路時(shí),開(kāi)機(jī)1分鐘后檢測(cè),停止功率輸出及報(bào)警,顯示“E3”;
d)爐面?zhèn)鞲衅鞫搪窌r(shí),停止功率輸出及報(bào)警,顯示“E4”;
e)IGBT傳感器開(kāi)路時(shí),開(kāi)機(jī)1分鐘后檢測(cè),停止功率輸出及報(bào)警,顯示“E5”;
f)IGBT傳感器短路時(shí),停止功率輸出及報(bào)警,顯示“E6”;
g)主傳感器失效,停止功率輸出及報(bào)警,顯示“E7”;
h)干擾保護(hù),當(dāng)電網(wǎng)上產(chǎn)生瞬間高壓或浪涌電流時(shí),電路停止功率輸出,暫停工作2S,當(dāng)干擾去除后能回復(fù)功能輸出。
i)過(guò)溫保護(hù)/干燒保護(hù),由于電磁爐為加熱電器,內(nèi)部很多器件在工作時(shí)會(huì)發(fā)出熱量,當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)因能報(bào)警并停止功率輸出,電源指示燈閃爍,待溫度下降后恢復(fù)加熱
j)IGBT溫度過(guò)熱,當(dāng)高電壓低功率自動(dòng)提高功率以減小IGBT溫升,如果出現(xiàn)異常溫升,則溫度達(dá)到95℃~110℃則停止加熱保護(hù),待溫度低于65℃左右恢復(fù)加熱。
以艾美特電磁爐為例
故障代碼 |
故障原因 |
報(bào)警條件 |
E1 |
低壓保護(hù) |
電網(wǎng)電壓低于100±5V |
E2 |
高壓保護(hù) |
電網(wǎng)電壓高于285±5V |
E3 |
爐面?zhèn)鞲衅鏖_(kāi)路 |
延遲1分鐘才檢測(cè)傳感器是否開(kāi)路 |
E4 |
爐面?zhèn)鞲衅鞫搪?/P> |
馬上停止加熱 |
E5 |
IGBT傳感器開(kāi)路 |
延遲1分鐘才檢測(cè)傳感器是否開(kāi)路 |
E6 |
IGBT傳感器短路 |
馬上停止加熱 |
E7 |
爐面?zhèn)鞲衅魇?/P> |
根據(jù)每檔檔位判斷傳感器值變化 |
3、電路控制上,除有上述功能的電路外,還應(yīng)有如下動(dòng)作電路:
a) 交流轉(zhuǎn)直流,通過(guò)整流橋堆進(jìn)行轉(zhuǎn)換;
b) 電源轉(zhuǎn)換,將強(qiáng)電轉(zhuǎn)換成弱電,提供18V,5V。
c) 過(guò)零電路(同步電路),當(dāng)IGBT的反壓降到最低時(shí)才打開(kāi)IGBT;
d) IGBT驅(qū)動(dòng)電路
e) 諧振電路,
f) 功率控制電路,將PWM進(jìn)行積分處理,進(jìn)行不同檔下的功率控制;
g) 檢鍋電路;
h) 反壓保護(hù)電路,將IGBT工作反壓控制在合理范圍內(nèi);
i) 高壓保護(hù)電路
J) 功率校準(zhǔn)電路,通過(guò)可調(diào)電阻進(jìn)行
k) 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路,風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路,熱敏電阻取樣電路
l) 主芯片電路
m) 顯示及按鍵控制電路
第四章 電磁爐的原理圖各功能部分的分析
電磁爐主板原理方框圖
主板分成10大部分: 1、主回路的主諧振電路分析 2、IGBT驅(qū)動(dòng)電路分析:(推挽式電路,高電平驅(qū)動(dòng)有效) 3、電流取樣電路 4、干擾保護(hù)電路 5、電壓AD取樣電路 6、同步電路和壓控/自激電路 7、反壓保護(hù)與PWM控制電路 8、爐面?zhèn)鞲衅髋cIGBT熱敏電阻取樣電路 9、風(fēng)扇控制電路 10、開(kāi)關(guān)電源電路 一、主回路的主諧振電路分析 由電力電子電路組成的電磁爐(Inductioncooker)是一種利用電磁感應(yīng)加熱原理,對(duì)鍋體進(jìn)行渦流加熱的新型灶具。主電路是一個(gè)AC/DC/AC變換器,由橋式整流器和電壓諧振變換器構(gòu)成,當(dāng)電磁爐負(fù)載(鍋具)的大小和材質(zhì)發(fā)生變化時(shí),負(fù)載的等效電感會(huì)發(fā)生變化,將造成電磁爐主電路諧振頻率變化,導(dǎo)致電磁爐的輸出功率不穩(wěn)定,就會(huì)使功率管IGBT過(guò)壓損壞。在此先分析電磁爐主諧振電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作過(guò)程是怎樣的。 1)電磁爐主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 電磁爐的主電路如圖1所示,市電經(jīng)橋式整流器變換為直流電,再經(jīng)電壓諧振變換器變換成頻率為20~35kHz的交流電。電壓諧振變換器是低開(kāi)關(guān)損耗的零電壓型(ZVS)變換器,功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由單片機(jī)控制,并通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路完成。 電磁爐的加熱線圈盤與負(fù)載鍋具可以看作是一個(gè)空心變壓器,次級(jí)負(fù)載具有等效的電感和電阻,將次級(jí)的負(fù)載電阻和電感折合到初級(jí),可以得到圖2所示的等效電路。其中R*是次級(jí)電阻反射到初級(jí)的等效負(fù)載電阻;L*是次級(jí)電感反射到初級(jí)并與初級(jí)電感L相疊加后的等效電感。 2)電磁爐主電路的工作過(guò)程 電磁爐主電路的工作過(guò)程可以分成3個(gè)階段,各階段的等效電路如圖3所示。分析一個(gè)工作周期的情況,定義主開(kāi)關(guān)開(kāi)通的時(shí)刻為t0。時(shí)序波形如圖4所示。 2.1 [t0,t1]主開(kāi)關(guān)導(dǎo)通階段 按主開(kāi)關(guān)零電壓開(kāi)通的特點(diǎn),t0時(shí)刻,主開(kāi)關(guān)上的電壓uce=0,則Cr上的電壓uc=uce-Udc=-Udc。如圖3(a)所示,主開(kāi)關(guān)開(kāi)通后,電源電壓Udc加在R*及L*支路和Cr兩端。由于Cr上的電壓已經(jīng)是-Udc,故Cr中的電流為0。電流僅從R*及L*支路流過(guò)。流過(guò)IGBT的電流is與流過(guò)L*的電流iL相等。由圖3(a)得式(1)。 可見(jiàn),iL按照指數(shù)規(guī)律單調(diào)增加。流過(guò)R*形成了功率輸出,流過(guò)L*而儲(chǔ)存了能量。到達(dá)t1時(shí)刻,IGBT關(guān)斷,iL達(dá)到最大值Im。這時(shí),仍有uc=-Udc,uce=0。iL換向開(kāi)始流入Cr,但Cr兩端的電壓不能突變,因此,IGBT為零電壓關(guān)斷。 2.2 [t1,t2]諧振階段 IGBT關(guān)斷之后,L*和Cr相互交換能量而發(fā)生諧振,同時(shí)在R*上消耗能量,形成功率輸出。等效電路如圖3(b)及圖3(c)所示,我們也將其分為兩個(gè)階段來(lái)討論。波形如圖4中的iL和uc。 由圖3(b)、圖3(c)的等效電路可得到式(3)方程組。 L*(di/dt)+iLR*+uc=0 Cr(duc/dt)=iL (3) 由初始條件iL(t1)=Im,uc(t1)=-Udc, 解微分方程組式(3)并代入初始條件,可得下列結(jié)果: IGBT上的電壓 式中:δ=R*/2L*為衰減系數(shù); φ是由電路的初始狀態(tài)和電路參數(shù)決定的初相角,β是僅由電路參數(shù)決定的iL滯后于uc的相位角。 由上面的結(jié)果可以看到,當(dāng)IGBT關(guān)斷之后,uc和iL呈現(xiàn)衰減的正弦振蕩,uce是Udc與uc的疊加,它呈現(xiàn)以Udc為軸心的衰減正弦振蕩,其第一個(gè)正峰值是加在IGBT上的最高電壓。首先是L*釋放能量,Cr吸收能量,iL正向流動(dòng),部分能量消耗在R*上。在t1a時(shí)刻,ω(t-t1a)=+β,iL=0,L*的能量釋放完畢,uc達(dá)到最大值Ucm,于是,IGBT上的電壓也達(dá)到最大值uce=Ucm+Udc。這時(shí)Cr開(kāi)始放電,L*吸收能量,當(dāng)ω(t-t1)=φ時(shí),uc=0,Cr的能量釋放完畢,L*又開(kāi)始釋放能量,一部分消耗在R*上,一部分向Cr充電,使uc反向上升,如圖4所示。 然后,Cr開(kāi)始釋放能量,使iL反向流動(dòng),一部分消耗在R*上,一部分轉(zhuǎn)變成磁場(chǎng)能。在uc接近0之前,ω(t-t1)=φ+2β之時(shí),iL達(dá)到負(fù)的最大值。當(dāng)ω(t-t1)=π+φ時(shí),uc=0,Cr的能量釋放完畢,轉(zhuǎn)由L*釋放能量,使iL繼續(xù)反向流動(dòng),一部分消耗在R*上,一部分向Cr反向充電。由于Cr左端的電位被電源箝位于Udc,故右端電位不斷下降。當(dāng)ω(t-t1)=ω(t2-t1),即t=t2時(shí),uc=-Udc,uce=0,二極管D開(kāi)始導(dǎo)通,使Cr左端電位不能再下降而箝位于0。于是,uc不再變化,充電結(jié)束。但是,L*中還有剩余能量,iL并不為0,t2時(shí)刻iL(t2)=-I2。這時(shí),在主控制器的控制下,主開(kāi)關(guān)開(kāi)始導(dǎo)通。因此,是零電壓開(kāi)通。 2.3 [t2,t3]電感放電階段 如圖3(d)所示,可得方程:L*+iLR*=Udc初始條件為:iL(t2)=-I2。 解此微分方程并代入初始條件,可得: L*中的剩余能量,一部分消耗在R*上,一部分返回電源,iL的絕對(duì)值按指數(shù)規(guī)律衰減,在t3時(shí)刻,iL=0,L*中的能量釋放完畢,二極管自然阻斷。在uc=-Udc即uce=0時(shí),主開(kāi)關(guān)已經(jīng)開(kāi)通,在電源Udc的激勵(lì)下,iL又從0開(kāi)始正向流動(dòng),重復(fù)[t0,t1]階段的過(guò)程。 二、IGBT驅(qū)動(dòng)電路分析:(推挽式電路,高電平驅(qū)動(dòng)有效)
作用:保護(hù)IGBT可靠導(dǎo)通與關(guān)斷。 IGBT驅(qū)動(dòng)電壓至少需要16V,Q1(PNP管)、Q2(NPN管)組成推挽式驅(qū)動(dòng)電路,它們的工作原理是: 1、當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí),Q2導(dǎo)通,Q1截止,18VDC電壓流通,給IGBT的G極提供門極電壓,IGBT導(dǎo)通。線盤開(kāi)始儲(chǔ)能。 2、當(dāng)輸入信號(hào)為低電平時(shí),Q2截止,Q1導(dǎo)通,IGBT的G極接地,IGBT關(guān)斷。此時(shí)線盤感應(yīng)電壓對(duì)諧電容放電,形成了LC振蕩。 3、R6電阻在三極管截止時(shí),把IGBT的G極殘余電壓快速拉低。C11電容作為高頻旁路,另外作為平緩驅(qū)動(dòng)電路波形作用,ZD1穩(wěn)壓管,穩(wěn)定IGBT的G極電壓,預(yù)防輸入電壓過(guò)高時(shí),損壞IGBT。 在檢鍋時(shí),如圖2.1所示,波形不是很理想,有點(diǎn)變形。當(dāng)檢到鍋工作后,如圖2.2所示,控制推挽電路的波形與驅(qū)動(dòng)IGBT波形很相似,功率越大,波形的高電平的寬度越大,B點(diǎn)的波形底部平,原因是LM339控制的一路內(nèi)部三極管導(dǎo)通接地。而A點(diǎn)的波形底部比地略高一點(diǎn)。再回到零電壓。 此電路容易出現(xiàn)的問(wèn)題為上電燒機(jī),為驅(qū)動(dòng)電路輸出高電平導(dǎo)致,溫升高、瓷片電容有問(wèn)題。 三、電流取樣電路 作用:判斷有無(wú)鍋具、恒定電流、穩(wěn)定調(diào)節(jié)功率提供反饋輸入電流 電流互感器T1的次級(jí)測(cè)得的交流(AC)電壓.經(jīng)D9~D12組成的橋式整流電路整流,EC3電解電容濾波平滑、由電阻R15、RJ41、RJ16分壓后,所獲得的電流電壓送到CPU,該電壓越高表示電源輸入的電流越大,待機(jī)時(shí)電流取樣基本為零,如圖3.1所示, 電流越大,A點(diǎn)的電流電壓波形幅值越高,B點(diǎn)的取樣點(diǎn)就越高,表示功率越大。電容EC3選值時(shí)不應(yīng)太大,如果太大了,會(huì)造成電容充放電時(shí)間太長(zhǎng),影響讀取電流AD時(shí)間,從而會(huì)導(dǎo)致開(kāi)機(jī)時(shí),功率上升的時(shí)間很慢。 VR1電位器作校準(zhǔn)功率用,通過(guò)VR1電阻的大小,就可以調(diào)節(jié)B點(diǎn)的輸出電壓,電阻越小,功率越大,反之就功率越小,一般調(diào)節(jié)電位器在中間位置。 CPU根據(jù)監(jiān)測(cè)電壓AD的變化,作出各種動(dòng)作指令 1、判斷是否放入合適的鍋具。(鍋具是否小于Φ80(或Φ60)、是否有偏鍋,電流過(guò)小,再判PWM是否最大,兩者滿足則判為無(wú)鍋) 2、限定最大電流,在低電壓時(shí)保證電流恒定或不超過(guò)。保護(hù)關(guān)鍵器件工作在規(guī)格要求范圍內(nèi),以及防止輸入電源線或線路板走線過(guò)電流不夠造成燒斷。 3、配合電壓AD取樣電路及電調(diào)控PWM的脈寬,令輸出功率保持穩(wěn)定。 此電路易出現(xiàn)的現(xiàn)象:功率壓死、功率飄移、無(wú)功率輸出、斷續(xù)加熱 四、干擾保護(hù)電路 1、電流保護(hù)電路
作用:浪涌保護(hù)電路,監(jiān)控輸入電網(wǎng)的異常變化,在有異常時(shí),關(guān)斷IGBT進(jìn)行保護(hù) 1、正常工作時(shí),LM339的1腳內(nèi)部三極管截止,電阻R19把1腳電壓變?yōu)楦唠娖剑?dāng)電源輸入端出現(xiàn)大電流時(shí),1腳內(nèi)部三極管導(dǎo)通,輸出低電平,CPU連接的中斷口經(jīng)過(guò)二極管D18被拉低,CPU檢測(cè)到低電平時(shí)發(fā)出命令,讓IGBT關(guān)斷,起安全保護(hù)作用,此保護(hù)屬于軟件保護(hù),另外還有硬件保護(hù),當(dāng)1腳內(nèi)部三極管導(dǎo)通,輸出低電平,直接拉低驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓,從而關(guān)斷IGBT的G極電壓,保護(hù)了IGBT不被擊穿,通常要判斷是軟件保護(hù)還是硬件保護(hù)方法是:通常軟件保護(hù)時(shí),軟件會(huì)設(shè)置2秒才起動(dòng),硬件起動(dòng)時(shí)間很快不超過(guò)2秒鐘。 2、C點(diǎn)電壓由于選擇的參考點(diǎn)是地,靜態(tài)時(shí),C 點(diǎn)的電壓由RJ28、R27、R14電阻分壓所得,當(dāng)正常工作起來(lái)后,互感器感應(yīng)輸入端的電流,C點(diǎn)的電壓會(huì)下降,電流越大,C點(diǎn)電壓越低,如圖4.1所示,所以A點(diǎn)電壓也會(huì)下降,B點(diǎn)為L(zhǎng)M339負(fù)端RJ29、RJ25分壓后的基準(zhǔn)電壓,當(dāng)A點(diǎn)電壓下降到B點(diǎn)以下時(shí),LM339反轉(zhuǎn),D點(diǎn)輸出低電平拉低中斷口。通過(guò)調(diào)節(jié)輸入正負(fù)端的參數(shù)來(lái)改變干擾的靈敏。 用工具查看兩輸入端在最大功率工作時(shí),比較電壓越接近越好,但仿止出現(xiàn)太過(guò)靈敏而導(dǎo)致中斷間隙。(變頻器上(不一定,但是比較能體現(xiàn))一般干擾比較大,在最大檔功率最大電流時(shí)(190~210V之間電流最大)最容易出現(xiàn),) 3、CPU根據(jù)中斷口檢測(cè)電源輸入端的浪涌電流,程序檢測(cè)到有低電平,停止工作,起保護(hù)IGBT不受浪涌電流所擊穿。 此電路異常出現(xiàn):檢鍋不工作、不保護(hù)爆機(jī)。 |
作用:高壓保護(hù)電路,監(jiān)控輸入電網(wǎng)的異常變化,在有異常時(shí),關(guān)斷IGBT進(jìn)行保護(hù)
1、電路的雙重保護(hù)(電流和電壓保護(hù)),由R53、R54、RJ55電阻組成分壓電路,如果輸入電壓超過(guò)正常設(shè)定電壓值, A點(diǎn)的電壓就會(huì)升高,達(dá)到或超過(guò)三極管Q5的基極導(dǎo)通電壓0.7V以上,則Q5一直導(dǎo)通,由于三極管的C極接到LM339的1腳,即中斷口,所以程序檢測(cè)到低電平后會(huì)關(guān)閉輸出,保護(hù)IGBT及主回路上面的器件不被燒掉。
2、當(dāng)有電壓浪涌時(shí),R53并聯(lián)的電容C28起作用,因?yàn)殡娙輧啥穗妷翰荒芡蛔儯栽谒查g電壓起變化,電容就相當(dāng)短路(耦合),A點(diǎn)的電壓會(huì)瞬間變的很高,使Q5導(dǎo)通而讓CPU中斷口檢測(cè)到。正常情況下A點(diǎn)的波形如圖4.2所示。
此電路異常出現(xiàn):檢鍋不工作、不保護(hù)爆機(jī)。
五、電壓AD取樣電路
作用:檢測(cè)電路工作在什么電壓段,高低壓保護(hù)
AC220V由整流管整流成脈動(dòng)直流電壓,通過(guò)R4與RJ10、RJ11分壓, D7二極管隔離AD檢測(cè)口與輸入端,EC2平滑后的直流電壓送到CPU端口進(jìn)行分解,不受輸入端的影響,D8二極管讓輸入電壓最鉗位在5.7V,保護(hù)CPU端口不會(huì)被高電壓擊穿。正常電壓下,輸入電壓比較穩(wěn)定,如圖5.1所示。
CPU檢測(cè)輸入電壓信號(hào)后發(fā)出動(dòng)作命令
1、判別輸入的電壓是否在充許的范圍之內(nèi),否則停止加熱,并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
2、判別輸入電壓是否高電壓,根據(jù)輸出功率是否為低功率(1300W以下),進(jìn)行升功率,目的是為了減小IBGT在高壓小功率時(shí),出現(xiàn)硬導(dǎo)通,即IBGT提前導(dǎo)通,來(lái)減小IGBT的溫升,根據(jù)高功率(1800W以上),配合爐面?zhèn)鞲衅魇欠駲z測(cè)到線盤溫升高,如果溫升高,可適當(dāng)?shù)慕倒β剩瑥亩WC線盤不會(huì)因?yàn)闇厣叨鵁龤А?/P>
3、與電流檢測(cè)電路形成實(shí)際工作功率,CPU智能的計(jì)算出功率的大小再與CPU內(nèi)部設(shè)定的功率值作比較,去控制PMW脈寬調(diào)制的大小,穩(wěn)定輸出所需各檔的大小功率。
4、通過(guò)電流AD配合,保持高壓是恒定功率輸出。
此電路異常出現(xiàn):高低壓無(wú)保護(hù),間隙加熱,功率上不去。
六、同步電路和自激電路
作用:跟蹤諧振波形,提供合理的IGBT導(dǎo)通起點(diǎn),提供脈沖檢鍋信號(hào)
原理:采用電阻分壓及電容延時(shí)的方式跟蹤諧振電路兩端電壓變化;自激振蕩回路、啟動(dòng)工作OPEN口、檢測(cè)合適鍋具PAN口。
RJ1、RJ2和RJ3、RJ5、RJ52分別接到諧振電容與線盤兩端,靜態(tài)時(shí)A(-端)比B(+端)電壓要低(通常兩端電壓壓差在0.2-0.4V比較理想),C點(diǎn)輸出高電平。C16電容兩端都是高電平,所以不起作用,D點(diǎn)由于接了RJ17上接電阻,也被拉高,在靜態(tài)OPEN端口通常被MCU置為低電平,由于E點(diǎn)與OPEN端口接了二極管D15,當(dāng)OPEN端口被置低時(shí), E點(diǎn)電壓鉗位在0.7V,此時(shí)D(-端)電壓比E(+端)電壓要高,導(dǎo)致I點(diǎn)(2腳)輸出低電平,控制IGBT關(guān)閉,不能加熱。
C18、C20電容是調(diào)節(jié)諧振電路的同步,減少燥音及溫升過(guò)高的節(jié)用。C21是反饋電容,當(dāng)14腳輸出低電壓時(shí),反饋到9腳,使9腳電壓拉低。加速14腳更快達(dá)到低電平。
如圖6.1,在無(wú)鍋開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí),圖上為各個(gè)關(guān)鍵的檢測(cè)波形。
1、先在G點(diǎn)發(fā)出一個(gè)十幾US的高電平(檢鍋脈沖),通常是每1秒鐘發(fā)一次,E點(diǎn)由于二極管D15的反偏截止,由PWM端口輸出的脈寬由電容平波后送到E點(diǎn),E點(diǎn)電壓也有十幾US的變高寬度,由于OPEN口的瞬間高電平輸出,電容C22耦合,A點(diǎn)(-端)相當(dāng)瞬間加到5V,A點(diǎn)電壓比B點(diǎn)(+端)高,C點(diǎn)輸出低電平。C16電容也起耦合作用,把D點(diǎn)電壓拉低,所以E點(diǎn)電壓比D點(diǎn)電壓高,I點(diǎn)輸出一個(gè)高電平,IGBT導(dǎo)通,LC組合開(kāi)始產(chǎn)生振蕩。
2、啟動(dòng)后,在C點(diǎn)產(chǎn)生一連串的脈沖波形,當(dāng)放上鍋具時(shí),LC組合產(chǎn)生的振蕩好似串上負(fù)載,很快就消耗完,在C點(diǎn)的產(chǎn)生脈沖個(gè)數(shù)也減小,CPU通過(guò)檢測(cè)端口檢測(cè)C點(diǎn)的脈沖個(gè)數(shù)來(lái)判斷是否有鍋或放入合適的鍋具。因無(wú)鍋或鍋具不造合時(shí)諧振后波形衰減的很慢,檢出來(lái)的脈沖個(gè)數(shù)會(huì)很多。另外,如果一直檢測(cè)到高電平,說(shuō)明線盤沒(méi)接好或同步電路出問(wèn)題。
3、當(dāng)檢測(cè)到有合適的鍋具,因諧振后波形衰減的很快,檢出的脈沖個(gè)數(shù)會(huì)很少。CUP讓G點(diǎn)(open)一直輸出高電平進(jìn)行工作,E點(diǎn)的電壓隨PWM輸出脈寬的大小所控制,最終控制功率輸出的大小。各個(gè)工作波形如圖6.2所示。
CPU通過(guò)PAN,OPEN檢測(cè)控制腳輸出控制信號(hào)。
1、OPEN口在工作過(guò)程中一直為高電平,有干擾中斷信號(hào)時(shí)輸出低電平,2S后回復(fù)高電平繼續(xù)工作。關(guān)機(jī)時(shí)為低電平。在檢鍋時(shí)發(fā)出一個(gè)十幾US的高電平后關(guān)斷。
2、PAN口作用,在開(kāi)機(jī)時(shí)檢測(cè)是否有合適的鍋具,通過(guò)檢測(cè)脈沖個(gè)數(shù)來(lái)判定是否加熱。此端口在這里一直作為輸入口(也可用來(lái)啟動(dòng)工作及檢測(cè)脈沖個(gè)數(shù),雙重作用。)
此電路異常現(xiàn)象:不檢鍋、IGBT溫升過(guò)高、燥音大。
七、反壓保護(hù)與PWM控制電路
作用:決定IGBT的導(dǎo)通寬度,提供IGBT正常開(kāi)通、關(guān)斷。
RJ32、RJ21提供基準(zhǔn)電壓給LM339的11腳,10腳由同步諧振電路分壓得出,抑制IGBT的C極反壓不得超過(guò)1150V, 當(dāng)提鍋或移鍋時(shí),IGBT反壓增大,當(dāng)接近1150V時(shí),同步端使LM339的10腳電壓高過(guò)11腳,13腳輸出低電平,然后比較器一直在切換,從而維持電壓不超過(guò)限壓,保護(hù)IGBT不損壞。如圖7.1所示。
RJ34、RJ35、EC8、C8,R31組成PWM控制電路,當(dāng)PWM輸出的脈沖寬度越寬,經(jīng)過(guò)EC8平波后輸出給LM339的5腳電壓也越高,與LM339的4腳比較反轉(zhuǎn)的時(shí)間也越長(zhǎng),2腳輸出高電平時(shí)間也越長(zhǎng),進(jìn)而控制IGBT驅(qū)動(dòng)脈寬,達(dá)到控制加熱功率越大。反之越小,PWM脈寬輸出波形如圖7.1的D點(diǎn)所示。
正常電壓上,當(dāng)PWN調(diào)節(jié)最小時(shí),當(dāng)最小功率(800W)下不來(lái)時(shí),原因是D點(diǎn)的電壓點(diǎn)太高了,導(dǎo)致IGBT的開(kāi)通占空比無(wú)法調(diào)小,此時(shí)可以調(diào)小R31電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。
CPU通過(guò)檢測(cè)輸出控制信號(hào)
1、反壓電路B點(diǎn)給LM339正端設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)電壓,當(dāng)(A點(diǎn))負(fù)端接收到諧振波形時(shí),與B點(diǎn)作比較,當(dāng)比較諧振脈沖高于基準(zhǔn)電壓時(shí),比較器反轉(zhuǎn),抑制諧振電壓不超過(guò)1150V,(這里用的IGBT耐壓是1200V)。
2、抑制反壓后,如果鍋具有抬鍋、偏鍋時(shí),輸出功率會(huì)有變化,根據(jù)電流取樣電路的電壓值,調(diào)整PWM脈寬。
3、CPU通過(guò)控制PWM脈寬寬度,控制比較器的輸出來(lái)控制IGBT的導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短,結(jié)果控制了輸出功率的大小。
此電路異常易出現(xiàn):爆機(jī)、檢鍋慢、檢不到鍋
八、爐面?zhèn)鞲衅髋cIGBT熱敏電阻取樣電路
作用:偵測(cè)爐子上鍋具內(nèi)部的溫度、檢測(cè)散熱片發(fā)熱情況
爐面?zhèn)鞲衅鳎籂t面加熱鍋具的溫度透過(guò)微晶玻璃板傳至緊貼在微晶玻璃板底部的傳感器,該傳感器的阻值變化直接反映了鍋具溫度的變化,傳感器與RJ36電阻分壓電壓的變化反映了傳感器的阻值變化,就反映出加熱鍋具的溫度變化。
IGBT熱敏電阻:該熱敏電阻放在緊貼著IGBT的正面。用導(dǎo)熱硅脂涂在它們之間,并壓在PCB板上,IGBT產(chǎn)生的溫度直接傳到了熱敏電阻上,熱敏電阻與RJ37電阻分壓點(diǎn)的變化反映了熱敏電阻的阻值變化。直接反映出IGBT的溫度變化。
CPU通過(guò)檢測(cè)兩路AD值的變化作出指令控制。
爐面?zhèn)鞲衅鳎?/P>
1、定溫控制,控制加熱溫度點(diǎn),恒定加熱物體溫度恒定在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。
2、自動(dòng)功能及火鍋控制,利用探測(cè)溫度及結(jié)合時(shí)間,控制鍋具內(nèi)部的溫度,達(dá)到最佳的烹煮效果。
3、自動(dòng)功能工作時(shí),鍋具溫度是否高過(guò)設(shè)定溫度,立即停止工作,并關(guān)機(jī)。
4、鍋具干燒時(shí),立即停止工作,并關(guān)機(jī)。
5、傳感器開(kāi)路或短路時(shí),開(kāi)機(jī)后發(fā)出不工作信號(hào)(開(kāi)路需要1分鐘后再判斷),并報(bào)知故障信息。
IGBT傳感器:
1、當(dāng)探測(cè)到IGBT結(jié)溫>85℃時(shí),根據(jù)當(dāng)前工作情況,升功率或降功率,或間隙加熱方式,讓IGBT結(jié)溫≤85℃。如果在不正常情況下溫升還繼續(xù)升高,高于110℃,則立即停止加熱,并報(bào)知信息或不報(bào)知信息,而是每4S檢測(cè)一下鍋具。待溫升下降到60℃又再次加熱,循環(huán)工作。
2、熱敏電阻開(kāi)路或短路時(shí),開(kāi)機(jī)后發(fā)出不工作信號(hào),(開(kāi)路需要1分鐘后再判斷),并報(bào)知故障信息。
3、在關(guān)機(jī)狀態(tài)下,如果IGBT溫升高于55℃,CPU則控制風(fēng)扇一直工作,直到溫度小于45℃后停止工作。第一次上電時(shí)不作判斷處理。
此電路異常易出現(xiàn):爐面?zhèn)鞲衅魇В瑢?dǎo)致線盤過(guò)熱燒線盤及爆機(jī)、無(wú)法達(dá)到正常的設(shè)定溫度標(biāo)準(zhǔn)。IGBT熱敏電阻失效,無(wú)法正常判斷IGBT溫升,導(dǎo)致燒IGBT。
九、風(fēng)扇控制電路
作用:排出爐內(nèi)熱氣
將IGBT及整流橋緊貼在散熱片上,利用風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn),通過(guò)電磁爐外殼上的進(jìn)、出風(fēng)口形成的氣流將散熱片上的熱及線盤等零件工作時(shí)所產(chǎn)生的熱,加熱鍋具輻射進(jìn)電磁爐內(nèi)的熱、及其它器件所散出的熱排出爐外。降低爐內(nèi)的環(huán)境溫度,以穩(wěn)定電磁爐正常工作。
CPU控制FAN端口輸出高電平,使Q3三極管導(dǎo)通,18V電壓加在風(fēng)扇兩端經(jīng)過(guò)Q3到地,使風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn),當(dāng)FAN輸出低電平時(shí),Q3截止,風(fēng)扇停止工作,D22是開(kāi)關(guān)二極管,作用是吸收,平波,起到保護(hù)三極管不被擊穿,同時(shí)也讓風(fēng)扇工作的更可靠。
CPU根據(jù)程序判斷發(fā)出控制命令
1、結(jié)合爐面?zhèn)鞲衅髋cIGBT傳感器取到的AD值,控制風(fēng)扇工作。
2、判斷是否開(kāi)機(jī),風(fēng)扇長(zhǎng)轉(zhuǎn)。
3、判斷是否有特殊要求控制風(fēng)扇工作。
此電路異常易出現(xiàn):風(fēng)扇長(zhǎng)轉(zhuǎn),不轉(zhuǎn)
十、開(kāi)關(guān)電源電路
作用:為電路工作提供可靠的DC18V及DC5V電壓。
AC220V 50/60Hz電源電壓通過(guò)全波整流后,脈動(dòng)的直流電壓經(jīng)EC7平波,經(jīng)變壓器初級(jí)加到低頻放大管(NPN)13003的C極及經(jīng)過(guò)R3電阻加到三極管的B極。使變壓器初級(jí)產(chǎn)生電流進(jìn)而產(chǎn)生電壓,當(dāng)Q8導(dǎo)通后,經(jīng)過(guò)ACT30B的2腳(DRV)給1腳電容EC41充電,當(dāng)電容充到5V后,2腳與3腳接通,EC41放電,下降到4.6V后,2腳與3腳斷開(kāi),周而復(fù)始的工作,最后在三極管的A點(diǎn)產(chǎn)生如圖10.1的波形,ZD3、ZD4、D39組成反饋電路,控制輸出電壓穩(wěn)定在18V與5V,
R60,C5、D20構(gòu)成RCD緩沖保護(hù)電路,用于抑制三極管關(guān)斷后變壓器產(chǎn)生過(guò)電壓,減小關(guān)斷損壞三極管。組成吸收電路,當(dāng)變壓器在受到浪涌后。因本身具有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及自身的漏感誤差,使得與Q8相接的點(diǎn)電壓會(huì)升高,通過(guò)吸收回路,把高出部分電壓又送回到電源上。
D21、D23是快速回恢二極管,經(jīng)過(guò)前級(jí)的電路工作,變壓器次級(jí)輸出兩路電壓,一路+18V電壓提供給LM339,及風(fēng)扇等電路工作,另一路電壓通過(guò)78L05的輸入端,輸出端輸出穩(wěn)定的5V電壓供IC工作(顯示板)。
此電路異常易出現(xiàn):過(guò)流保護(hù)、死機(jī)、爆機(jī)、上電無(wú)反應(yīng)
電磁爐顯示板原理圖整體框圖
顯示板分成3大部分:
11、顯示控制部分
12、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路
13、微電腦主控芯片IC