电磁炉工作波形测试与分析ppt课件.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 顺芯科商用电磁炉机芯wenku1 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 电源启动 上电瞬间