电磁炉工作波形测试与分析.ppt

,标题,电磁炉工作波形测试与分析,开发二部,2008年12月1日,21TD主控板,1、同步谐振电路测试 2、PWM控制电路测试 3、采样电路测试 4、 IGBT驱动电路 5、反压保护电路 6、智能风扇测试 7、上电保护电路测试 8、电流浪涌保护电路测试 9、开关电源测试,测试内容：,一、同步谐振电路,同步电路是让IGBT的开通在零电压状态，这样IGBT的损耗最小，发热量也最小，有利于保护IGBT。随着C极电压的升高，L中的电流在减小，当L中的电流降为零时，C极的电压最高，然后电容C将会对L放电，这样C极的电压降低，当电压降为零时，如图中的U2C：3单元反转，至使IGBT再次导通，使IGBT的导通在谐振点，图中R412、C403、D400、R418组成谐振电路，D400作用是将谐振电压限制在18V。 此处几个大功率同步电阻、IGBT为容易损坏器件（重要器件）,图中： 通道1为LM339_8pin脚波形； 通道2为LM339_9pin脚波形； 通道3为LM339_14pin脚波形； 此部分电路作用为：检测IGBT的C极电压，当接近零点时，通过反馈使IGBT导通，此时由于IGBT在接近零电压下导通，故其损耗很小，温升低，尤其是高电压、低功率下，其对IGBT温升影响尤为重大。当高电压、低功率下IGBT温升高时，可适当调节此部分电路，使IGBT在LC振荡的最低点导通，从而降低损耗，使IGBT温升降下来。,同步谐振电路测试上电,图中： 通道1为LM339_8pin脚波形； 通道2为LM339_9pin脚波形； 通道3为LM339_14pin脚波形； 如图所示，静态时， LM339_8pin脚电平为3.84V， LM339_9pin脚电平为4.08V，其压差u为240mv，故此时LM339_14pin脚输出高电平。 如果u过大，IGBT会在LC振荡最低点之后导通，俗称滞后导通；如果u过小，IGBT会在LC振荡最低点之前导通，俗称超前导通。超前导通和滞后导通都会使IGBT损耗增大，从而导致温升很高。故需调节同步谐振电路使IGBT在LC振荡最低点导通，而IGBT导通点可通过观察反压波形看出。,同步谐振电路测试静态,图中： 通道1为LM339_8pin脚波形； 通道2为LM339_9pin脚波形； 通道3为LM339_14pin脚波形； 当检锅时，IGBT只导通一次，之后便是LC衰减振荡。如图为有锅情况下的LC衰减振荡检测波形，通过观察LM339_8pin脚和 LM339_9pin脚波形，可看出当有锅存在时，LC振荡数次便因能量耗尽而停止振荡，反映到LM339_14pin脚为三个低电平（第一个低电平为单片机“pan”脚发出的，不算）。 这就是单片机识别是否有锅存在的基本原理。,同步谐振电路测试检锅,图中： 通道1为LM339_8pin脚波形； 通道2为LM339_9pin脚波形； 通道3为LM339_14pin脚波形； 通道Math为 CH2-CH1 波形； 当通道Math波形在零点以上时， LM339_14pin脚输出高电平，通过反馈电路，使IGBT关闭；当通道Math波形在零点以下时， LM339_14pin脚输出低电平，通过反馈电路，使IGBT导通。 这就是同步谐振电路的基本功能：控制IGBT导通和关断。而IGBT导通和关断的时间的控制，是在PWM参与下完成的，后面将有叙述。,同步谐振电路测试动态,二、PWM控制电路,上图是一个简单的RC充电电路，所谓PWM即脉宽调制方波，CPU直接输出PWM信号，通过改变PWM的占空比，来改变电容C404上的直流电位，此直流电位的高低决定着IGBT导通时间的长短，即决定着机器的输出功率。逻辑关系是：此电位越高，IGBT导通的时间越长，机器的功率越大，低则相反。,图中： 通道1为LM339_10pin脚波形； 通道2为LM339_11pin脚波形； 通道3为LM339_13pin脚波形； 通道4为PWM脚波形； 上电瞬间， LM339_10pin脚为高电平， LM339_11pin为低电平， LM339_13pin输出低电平，PWM无输出。 LM339_13pin输出低电平是确保上电瞬间IGBT不导通的必要条件，故软件上应确保上电时PWM无输出。,PWM控制电路测试上电,图中： 通道1为LM339_10pin脚波形； 通道2为LM339_11pin脚波形； 通道3为LM339_13pin脚波形； 通道4为PWM脚波形； 静态，无PWM输出，故LM339_11pin脚电平为零。,PWM控制电路测试静态,PWM控制电路测试检锅,图中： 通道1为LM339_10pin脚波形； 通道2为LM339_11pin脚波形； 通道3为LM339_13pin脚波形； 通道4为PWM脚波形； 检锅过程： 1、先输出数百毫秒的PWM波，使 LM339_11pin脚电平为稳定的1.7v左右。 2、单片机”pan”脚输出低电平，反映到 图中为LM339_10pin脚的第一个低电平。 3、当LM339_10pin脚电平低于 LM339_11pin脚电平时， LM339_13pin脚输出高电平，驱动IGBT导通。 4、关机，仅让IGBT导通1次。同时检测LC振荡脉冲数，以判断是否有锅存在。详见同步谐振电路部分。,图中： 通道1为LM339_10pin脚波形； 通道2为LM339_11pin脚波形； 通道3为LM339_13pin脚波形； 通道4为PWM脚波形； 检锅时的IGBT导通时间： 由图可以看出IGBT导通时间为9us。其 时间由LM339_11pin脚电平U大小决定： U越大，IGBT导通时间越长；U越小， IGBT导通时间越短。 而U值的大小是由PWM的占空比决定的。 一般要求检锅时IGBT导通8us左右，因 为：IGBT导通时间过小，则可能因LC振 荡次数过少而检不到锅；IGBT导通时间 过大，则在电网恶劣的情况下，可能使 IGBT击穿，因为此时IGBT在高电压下导 通。,PWM控制电路测试检锅,图中： 通道1为LM339_10pin脚波形； 通道2为LM339_11pin脚波形； 通道3为LM339_13pin脚波形； 通道4为PWM脚波形； 在正常加热时，IGBT导通时间越长，其输出功率越大。而IGBT的导通时间是由PWM占空比控制的，故可通过调节PWM占空比大小来调节输出功率大小。,PWM控制电路测试动态,图中： 通道1为PAN脚波形； 通道2为LM339_11pin脚波形； 通道3为LM339_13pin脚波形； 通道4为GJ_INT脚波形； 刚上电时，PAN脚由低变高； LM339_11pin 脚和LM339_13pin脚为低电平；GJ_INT脚在上电瞬间为高电平，维持约16ms后转为低电平，其原因为：上电时由于上拉电阻R212作用使GJ_INT为高电平，而后单片机工作，将GJ_INT脚拉低。,PWM控制与检锅电路测试上电,图中： 通道1为PAN脚波形； 通道2为LM339_11pin脚波形； 通道3为LM339_13pin脚波形； 通道4为GJ_INT脚波形； 静态时，GJ_INT脚必须为低电平，目的是防止IGBT因误触发而导通。,PWM控制与检锅电路测试静态,PWM控制与检锅电路测试检锅,图中： 通道1为PAN脚波形； 通道2为LM339_11pin脚波形； 通道3为LM339_13pin脚波形； 通道4为GJ_INT脚波形； 在“PWM控制电路测试”中已经叙述了检锅过程，这里再叙述一点，而且是至关重要的一点，即：当IGBT导通约8us后应立即将GJ_INT脚拉低。其目的是防止IGBT导通时间过长和IGBT导通多次，从而造成检锅脉冲数不准确。,图中： 通道1为PAN脚波形； 通道2为LM339_11pin脚波形； 通道3为LM339_13pin脚波形； 通道4为GJ_INT脚波形； 工作时， 1、GJ_INT脚置高，使IGBT能正常导通、关闭。 2、单片机将PAN脚设置为输入状态，使其不影响同步谐振电路工作。 3、 LM339_13pin脚为驱动IGBT导通、关断脚。当其为高电平时，IGBT导通；当其为低电平时，IGBT关断。,PWM控制与检锅电路测试工作,1、电压信号采样电路,电压检测电路采用桥式整流，电阻分压，再经C200滤波后送入CPU的A/D转换口上。采样后的电压AD值用于功率调节、过压和欠压保护。,三 、采样电路,2、电流信号采样电路,此电路通过一个电流互感器然后在经过整流、滤波、再经可调电阻VR1后送到CPU的A/D转换口上。采样的电流AD值用于功率调节，过流保护等。,图中： 通道1为CUR脚波形(电流采样) ； 通道2为VIN脚波形(电压采样) ； 当电磁炉不工作时，主回路无电流，故CUR脚电位为零电位；而此时电源电压为220V，故VIN脚有约4V的电位。,电压、电流采样电路测试静态,图中： 通道1为CUR脚波形(电流采样) ； 通道2为VIN脚波形(电压采样) ； 当输出2000W功率时，CUR脚电位在3.9V左右，VIN脚电位依然为4V左右。 此时，采样的电压、电流波形有轻微波动，应作软件滤波处理采样的AD值。,电压、电流采样电路测试工作,3、温度采样电路,有三个温度传感器，分别测量线盘、陶瓷板和IGBT。它们都为负温度系数的传感器，即温度升高，阻值减小。由此特性，可测量与其组成的分压电路的电压变化，得到被测元件的温度值，从而进行过温等各种保护。,图中： 通道1为XP_BUZ脚波形(线盘采样) ； 通道2为T_IGBT脚波形(IGBT采样) ； 通道3为TMB脚波形(面板采样) ； 静态时，三个脚都有一定的初始电位。当温度升高时，XP_BUZ脚电位会降低；T_IGBT脚电位会降低；TMB脚电位会升高；,温度采样电路测试常温,四、IGBT驱动电路,IGBT驱动电路作用是根据LM339_13pin脚送出的高、低电平，驱动IGBT导通、关断。IGBT属电压驱动型器件，故其驱动电路要能输出高电压；同时，由于IGBT内部的G、E结有结电容存在，故在IGBT导通时要有大电流对其迅速充电，降低IGBT的开通延时时间。,图中： 通道1为LM339_13pin脚波形； 通道2为IGBT_G脚波形； 通道3为整流桥DB1正极脚波形； 通道4为 IGBT_C脚波形；,IGBT驱动电路测试上电,图中： 通道1为LM339_13pin脚波形； 通道2为IGBT_G脚波形； 通道3为整流桥DB1正极脚波形； 通道4为 IGBT_C脚波形； 当检锅时，LM339_13pin脚输出一个高脉冲，驱动IGBT导通一次。IGBT_C脚电位由320V被拉低到接近零伏，然后IGBT关闭，其C脚会出现很高的反压。,IGBT驱动电路测试检锅,图中： 通道1为LM339_13pin脚波形； 通道2为IGBT_G脚波形； 通道3为整流桥DB1正极脚波形； 通道4为 IGBT_C脚波形； 在LM339_13pin脚输出高、低驱动脉冲作用下，通过IGBT驱动电路驱动，使IGBT导通、关断，从而输出功率。,IGBT驱动电路测试动态,图中： 通道1为LM339_13pin脚波形； 通道2为IGBT_G脚波形； 通道3为整流桥DB1正极脚波形； 通道4为 IGBT_C脚波形； 此为IGBT驱动电路工作时的包络波形，周期为10ms。,IGBT驱动电路测试包络,图中： 通道1为LM339_13pin脚波形； 通道2为IGBT_B脚波形； 通道3为整流桥DB1正极脚波形； 通道4为 IGBT_C脚波形； 关机时，LM339_13pin输出低电平，IGBT关断，整流桥DB1正极和IGBT_C脚电位恢复到静态。,IGBT驱动电路测试关机,五、反压保护电路,当IGBT关断时，其C极会出现很高的反压，如不加以限制，将会因超过IGBT的C、E结耐压而击穿IGBT。反压保护电路的作用便是限制反压到一个安全额度以下。,图中： 通道1为LM339_4pin 脚波形； 通道2为LM339_5pin脚波形； 通道3为LM339_2pin脚波形； 通道4为 LM339_11pin 脚波形； 上电瞬间，LM339_4pin脚由零伏变为1.5V左右，经过约476ms，5V电源建立，LM339_5pin脚电平由零伏变为5V。,IGBT反压保护电路测试上电,图中： 通道1为LM339_4pin 脚波形； 通道2为LM339_5pin脚波形； 通道3为LM339_2pin脚波形； 通道4为 LM339_11pin 脚波形；,IGBT反压保护电路测试静态,图中： 通道1为LM339_4pin 脚波形； 通道2为LM339_5pin脚波形； 通道3为LM339_2pin脚波形； 通道4为 LM339_11pin 脚波形； 反压保护的实质是： LM339_4pin脚电位与LM339_5pin脚的5V基准电位相比较，如大于，则LM339_2pin输出低电平，C405通过电阻R411放电，使 LM339_11pin脚电位适当降低，从而降低IGBT导通时间，进而降低了反压。 如图中所示，通道3有一个很窄的低脉冲，即为反压保护动作了。而后，LM339_11pin脚电位有所降低，使IGBT下一个周期的导通时间缩短。,IGBT反压保护电路测试保护,IGBT反压保护电路测试包络图,图中： 通道1为LM339_4pin 脚波形； 通道2为LM339_5pin脚波形； 通道3为LM339_2pin脚波形； 通道4为 LM339_11pin 脚波形； 如图，反压保护电路只是偶尔动作，属正常。如反压保护电路经常动作，就会出现VR最大功率上不去、工作时有吱吱的刺耳声等问题。此时，一般要调节反压保护电路中R407、R408两个电阻，使其分压电平降低。,六、智能风扇电路,风扇驱动电路由R506、R509和三极管Q501组成。其作用是驱动风扇工作。通过单片机的控制，可使风扇全速或半速旋转。,图中： 通道1为“FAN”脚波形； 通道2为风扇两端电压波形； 风扇半速旋转时，单片机的“FAN”脚输出一定占空比的方波。当“FAN”脚为高电平时，风扇导通，其端压约为18V；当“FAN”脚为低电平时，停止驱动风扇，风扇靠惯性旋转。平均下来，风扇以近半速旋转。 风扇半速时的端压平均值为12V左右，可用万用表测量其两端电压值来判定风扇是半速还是全速。,智能风扇测试（半速）,截止时间5.8ms,智能风扇测试（半速）,导通时间10ms,图中： 通道1为“FAN”脚波形； 通道2为风扇两端电压波形；,智能风扇的导通、关断时间比可由软件调节，最终要满足 测试大纲要求。,图中： 通道1为“FAN”脚波形； 通道2为风扇两端电压波形； 全速时，单片机“FAN”脚输出高电平，风扇端压为18V左右。,智能风扇测试（全速）,七、上电保护电路,此电路由R209、R210和D205组成，作用是在上电瞬间取样整流桥DB1正极电平，通过D205阴极作用到Q201基极，使Q201导通，拉低LM339_13pin脚电位（IGBT驱动线），确保IGBT在上电瞬间处于关闭状态，从而降低上电时IGBT爆管率。,图中： 通道1为D205阴极波形； 通道2为+5V脚波形； 通道3为GJ_INT脚波形； 通道4为整流桥DB1正极脚波形； 上电瞬间，整流桥DB1正极由零电位变为310V左右的直流电，此时D205阴极会有一定的高电平，作用到Q201的基极，使Q201饱和导通，D205阴极被钳位到0.7V左右。 经过大约520ms，5V电源建立，单片机正常工作。,上电保护电路测试上电,图中： 通道1为Q201_B脚波形； 通道2为+5V脚波形； 通道3为GJ_INT脚波形； 通道4为整流桥DB1正极脚波形； 当上电结束后，Q201基极电位由5V电源（通过上拉电阻R219连接）和GJ_INT脚电位决定，上电保护电路不起作用。,上电保护电路测试静态,八、电流浪涌保护电路,电流浪涌保护电路采用比较器的形式，即：比较器负极为一电阻分压的参考电平；正极为一电阻分压电路，且与电流采样电路相连，当采样的电流变化时，正极电位也随之变化。当有大电流时，比较器正极电位会低于其负参考端电位，导致比较器翻转输出低电平，通过D206硬件关断IGBT，以保护IGBT。电流浪涌保护的灵敏度可通过调整负参考端电位调整，负参考端电位越低，保护灵敏度越低。,图中： 通道1为互感器CT1两端波形； 通道2为LM339_6pin脚波形； 通道3为LM339_7pin脚波形； 通道4为CUR脚波形； 上电瞬间，LM339_6pin脚和LM339_7pin脚由零电平上升到一定电平，且LM339_7pin脚大于LM339_6pin脚电平，确保比较器输出高电平，以不影响GJ_INT口电平。,电流浪涌保护电路测试上电,图中： 通道1为互感器CT1两端波形； 通道2为LM339_6pin脚波形； 通道3为LM339_7pin脚波形； 通道4为CUR脚波形； LM339_6pin脚和LM339_7pin脚的压差大小决定了电流浪涌保护的灵敏度高低，即：压差大，灵敏度低；压差小，灵敏度高。一般通过调节R218和R205两个电阻的分压比，来调节电流浪涌灵敏度。,电流浪涌保护电路测试静态,图中： 通道1为互感器CT1两端波形； 通道2为LM339_6pin脚波形； 通道3为LM339_7pin脚波形； 通道4为CUR脚波形； 点火瞬间，互感器CT1感应出主回路电流变化，如通道1波形所示，经整流桥整流、滤波，转变成直流电平，如CUR脚波形所示。单片机通过采样CUR脚电位来估测实际的电流，进而作出调节功率，限流等动作。,电流浪涌保护电路测试点火,图中： 通道1为互感器CT1两端波形； 通道2为LM339_6pin脚波形； 通道3为LM339_7pin脚波形； 通道4为CUR脚波形；,电流浪涌保护电路测试动态,图中： 通道1为互感器CT1两端波形； 通道2为LM339_6pin脚波形； 通道3为LM339_7pin脚波形； 通道4为CUR脚波形；,电流浪涌保护电路测试保护,图中： 通道1为互感器CT1两端波形； 通道2为LM339_6pin脚波形； 通道3为LM339_7pin脚波形； 通道4为CUR脚波形；,电流浪涌保护电路测试保护,当出现电流浪涌时，LM339_7pin脚会出现如下 图所示的低于负参考电位的的脉冲，比较器输 低电平，硬件关闭IGBT的同时，也会触发软件 中断，作软件关机3秒动作，如清PWM、 GJ_INT脚置低操作。,九、开关电源,此开关电源采用ACT30B方案，基本原理为：ACT30B控制开关管Q502导通和关断，使开关变压器T500初级产生变化的电压，并耦合到次级，次级接入二极管整流、滤波，产生需要的直流电压。其中，D506、ZD502和ZD500为反馈回路，作用是为ACT30B的1脚提供参考电压和为Q502的基极提供驱动电压。,1、ACT30B方案,ACT30B方案开关管Q502工作,Q502的B极初始为13V的电平（由稳压管ZD516钳位），而其E极（与ACT30B的3脚相连）电位也为13V左右，B、E极压差不足以使Q502导通。 当需要导通时，ACT30B的3脚会输出低电平，导致Q502的B、E极压差增大，使Q502导通，如图中1、2通道的低脉冲及低脉冲的压差。 同样，需要关断时，ACT30B的3脚会恢复到初始的13V左右，使Q502关闭。 当Q502导通时，其C极电平由320V拉低到0V，随后关闭，使开关变压器初级电压产生振荡。 D505、R500和C501是浪涌吸收电路，目的是吸收Q502关闭瞬间其C极产生的很高的反压，保护Q502避免击穿。,图中： 通道1为Q502的B极波形； 通道2为Q502的E极波形； 通道3为Q502的C极波形； 通道4为D505阴极波形；,ACT30B方案18V电源的实现,图中： 通道1为D503的阴极波形； 通道3为T500的初极1、3脚波形； 通道4为T500的次级4、6脚波形；,由于T500的初次极同名端反向，故图中 通道3、4的波形正好相反。通道3的波形 的幅值由初级电压和初、次极的匝比决定。 D503对通道3所示波形进行整流，并通过 电容滤波，便产生了需要的18V电源，如 图中的通道1波形所示。,ACT30B方案5V电源的实现,图中： 通道1为D504的阴极波形； 通道2为78L05输出的5V； 通道3为T500的初极1、3脚波形； 通道4为T500的次级4、5脚波形；,由于T500的初次极同名端反向，故图中 通道3、4的波形正好相反。通道3的波形 的幅值由初级电压和初、次极的匝比决定。 D504对通道3所示波形进行整流，并通过 电容滤波，产生8.2V的直流电，如通道1 所示波形。通过78L05降压、稳压，输出 符合要求的5V电源。如图中的通道1波形 所示。,此开关电源采用THX203方案，基本原理和ACT30B方案类似，不过其内部集成了类似ACT30B方案中的开关管Q502。THX203各管脚说明：1）OB脚：启动电流输入脚，外接启动电阻R501，作用是在电源启动时提供电流。2）CT脚：振荡电容脚，外接振荡电容。此电路接580p的电容。3）FB脚：反馈脚，为电源工作提供反馈通路。4）IS脚：开关电流取样与限制设定，外接电流取样电阻。5）OC脚：内部开关管的输出脚，接开关变压器。,2、THX203方案,输入极