电磁炉的结构及原

电磁炉的原理与维修,一、概述,电磁灶是应用电磁感应原理进行加热工作的，是现代家庭烹饪食物的先进电子炊具。它使用起来非常方便，可用来进行煮、炸、煎、蒸、炒等各种烹调操作。特点：效率高、体积小、重量轻、噪音小、省电节能、不污染环境、安全卫生，烹饪时加热均匀、能较好地保持食物的色、香、味和营养素，是实现厨房现代化不可缺少的新型电子炊具。电磁灶的功率一般在700-1800W左右。电磁炉按感应线圈中的电流频率分为低频和高频两大类，相比较高频电磁灶受热效率高，比较省电。,低频电磁炉（工频电磁炉):工作频率 50HZ或60HZ高频电磁炉：工作频率20KHZ40KHZ,二、电磁炉的基本原理 励磁线圈通入交流电-产生交变磁场-交变磁场作用于锅底（铁磁材料）-锅底产生涡流-涡流生热。,三、电磁炉的结构,电磁炉主要有两大部分构成：电子线路部分及结构性包装部分。（一） 电子线路部分包括：功率板、主机板、灯板（操控显示板）、线圈盘及热敏支架、风扇马达等。（二） 结构性包装部分包括：瓷板（新型电磁炉有用玻璃面板）、塑胶上下盖、风扇叶、风扇支架、电源线。,结构示意图,工频电磁炉励磁线圈及锅体示意图,内部组件,内部结构,内部结构,内部结构,内部结构,内部结构,功率主板,功率主板,功率主板,控制显示板,加热线圈产生电磁场，是一种把电流转化为电磁场的部件。,电磁炉的重要部件,IGBT大功率管开关器件，是电磁炉的核心部件。,整流桥：把220V交流电变换成+300V直流电。,0.27uF谐振电容,5uF滤波电容：+300V直流滤波电容。,四电压比较器LM339、双电压比较器LM393,（*）美的电磁炉主要由以下部件构成,1、电源线 2、风扇 3、线圈盘 4、变压器 5、热敏电阻 6、陶瓷板 7、底坐 8、上盖、9、电控板!下面分别讲述各零部件的功能及特点：1、电源线：功能：是将外部市电引进电磁炉，由于电磁炉的耗电量比较大，所以要求电源线的过电流能力比较强，如果线芯的直径太小，电源线将会发热，长期使用外皮会变硬，甚至烧毁。 特点：美的电磁炉现有电源线的线芯直径是1.0mm2，能过10A的电流。2、风扇功能：风扇是给电磁炉内散热的部件。目前风扇共有三种风扇：有刷风扇1种、无刷风扇2种；无刷风扇分为12V和18V两种。 特点：无刷风扇更耐用，风量更大噪音更小；有刷风扇的噪声来源主要是气流声。,3、线圈盘功能：在电磁炉中，是完成LC振荡的重点器件之一，是将电能进行储存及释放的器件，完成将电场能转换为磁场能的关键器件。在电路原理中，一般把它当电感进行分析，分大线圈盘和小线圈盘两种，共有两种电感量140uH和157uH。 特点：国家专利大线圈盘，保证锅底100%发热面积，受热更均匀，热效率更高。4、变压器功能：是将220V交流电转换为低电压交流电的设备，一般在电磁炉上有两组或三组电源，+5V、+18V，三组电源还包括+12V，采用两组电源的一般是+5V供单片机、显示按键及一些低压处理电路，+18V供IGBT驱动或风扇电源，采用三组电源的一般是将IGBT驱动和风扇电源分开，风扇电源采用+12V。变压器是为以上电源提供前级低压交流的。所以变压器一般也有三组电源。特点：美的使用热轧硅钢片变压器，降低变压器功率损耗及发热，延长使用寿命。,5、热敏电阻功能：感应锅具的加热温度，并传递信号给控制回路，主控IC通过判断，对电磁炉的工作过程进行控制。 特点：采用负温度系数材料，进口品质。6、陶瓷板功能：在电磁炉的最外面，决定电磁炉的外观质量，分为国产及进口两大类，国产又分为上釉和未上釉两种，一般来讲，上釉后，不易发黄。 特点：加热状态下，膨胀系数极小、径向传热、耐高温、耐磨。进口陶瓷板：白色。国产陶瓷板：A、B、C及上釉。7、底坐、8上盖 功能：塑料上盖、底座共同构成产品保护外壳。特点：美的电磁炉采用V0阻燃级抗菌防霉抗紫外线塑料制造，经权威部门认证抗菌率达99.89% 。表面双层喷金属期工艺：在表面喷涂防护漆，大幅提升涂层抗刮磨能力,9、电控板功能：电磁炉的重点部件，有接近200个元器件。电路板上有如下模块：电源进入EMC防护模块；整流模块；滤波模块；LC振荡模块；IGBT开关模块；过零检测模块；电流检测模块；电压检测模块；温度检测模块；同步模块；振荡控制模块；IGBT驱动模块；功率控制模块；按键显示模块；电源模块。,四、电磁炉的基本控制功能及保护功能介绍,电磁炉分显示部分和主板控制部分,1、一般功能说明1)、显示界面有LED发光二极管显示模式、数码管、LCD液晶、VFD荧光屏显示模式几种。2)、操作方式有轻触按键、薄膜按键、触摸按键、编码器、电位器等模式。3)、操作功能有加热火力调节、自动恒温设定、定时开机、预约开/关机、电量电压查询、自动功能和半自动功能（蒸煮、煮粥、煲汤、煮饭）、手动功能（煎、炸、抄、烤、火锅）等料理功能。4)、使用电压范围分两个不同电压段，220VAC240VAC机种在100VAC280VAC或100VAC120VAC机种在85VAC144VAC之间可连续工作，适用于50/60Hz的电压频率。使用环境温度在2045。注明： a）、功率输出：输出范围120W2200W之间 b）、温度控制: 即定温控制。c）、定时控制: 可进行时间设置关机或开机。,d）、大小物检测:小于一定面积的金属将不被加热。60100、801202、保护功能具有锅具超温保护、锅具干烧保、炉面传感器开短路保护、炉面失效保护，IGBT测温传感器开短路保护，IGBT温度限制控制和超温保护、高低压保护、 2小时无按键保护、浪涌电压/电流保护、高低温环境工作模式，VCE过压保护、过零检测、大小物检测，锅具材质检测。注明: a）无锅报警，无锅或锅具材质不对，小物件：停止加热。若在1分钟内检测到有锅，则自动退出报警状态，并恢复原来工作状态。 b）高/低压保护，当市电电网电压波动超出工作范围时，应能停止功率输出并报警，例如超出100280V时出“低E1”或“高E2”；,c）炉面传感器开路时，开机1分钟后检测，停止功率输出及报警，显示“E3”； d）炉面传感器短路时，停止功率输出及报警，显示“E4”； e）IGBT传感器开路时，开机1分钟后检测，停止功率输出及报警，显示“E5”； f）IGBT传感器短路时，停止功率输出及报警，显示“E6”； g）主传感器失效，停止功率输出及报警，显示“E7”； h）干扰保护,当电网上产生瞬间高压或浪涌电流时，电路停止功率输出，暂停工作2S，当干扰去除后能回复功能输出。 i）过温保护/干烧保护,由于电磁炉为加热电器，内部很多器件在工作时会发出热量，当温度过高时因能报警并停止功率输出，电源指示灯闪烁，待温度下降后恢复加热 j）IGBT温度过热,当高电压低功率自动提高功率以减小IGBT温升，如果出现异常温升，则温度达到95110则停止加热保护,待温度低于65左右恢复加热。,故障与代码显示,五、电磁炉工作原理,电磁炉是利用电磁感应原理加热，其工作流程为：输入220V交流电整流滤波 +300V直流电30KHz高频电流高频磁场锅体电磁感应产生涡流锅体发热加热食物。,（一）电路基本组成,电磁炉电路的主要作用是产生频率和强度符合要求的高频电磁场及保证电磁炉安全稳定工作，所以通常应包括以下五部分电路：1、高频磁场产生电路（主电路）2、+5V、+12V(+18V)电压产生电路（副电源电路）3、显示控制电路4、保护电路、风扇驱动控制电路。5、检测报警电路,电磁炉的原理方框图,主板电路组成,主板电路可分成10大部分1、主回路的主谐振电路2、IGBT驱动电路(推挽式电路，高电平驱动有效)3、电流取样电路4、干扰保护电路5、电压AD取样电路6、同步电路和压控/自激电路7、反压保护与PWM控制电路8、炉面传感器与IGBT热敏电阻取样电路9、风扇控制电路 10、开关电源电路,电磁炉主板原理图,图中整流桥BI将工频（50HZ）电压变成脉动直流电压，L1为扼流圈，L2是电磁线圈，IGBT由控制电路发出的矩形脉冲驱动，IGBT导通时，流过L2的电流迅速增加。IGBT截止时，L2、C21发生串联谐振，IGBT的C极对地产生高压脉冲。当该脉冲降至为零时，驱动脉冲再次加到IGBT上使之导通。上述过程周而复始，最终产25KHZ左右的主频电磁波，使陶瓷板上放置的铁质锅底感应出涡流并使锅发热。串联谐振的频率取之L2、C21的参数。 C5为电源滤波电容。CNR1为压敏电阻（突波吸收器），当AC电源电压因故突然升高时，瞬间短路，使保险丝迅速熔断，以保护电路。,1、主电路,2、IGBT驱动电路,),IGBT驱动电压至少需要16V，Q1（PNP管）、Q2（NPN管）组成推挽式驱动电路，它们的工作原理是：1、当输入信号为高电平时，Q2导通，Q1截止，18VDC电压流通，给IGBT的G极提供门极电压，IGBT导通。线盘开始储能。2、当输入信号为低电平时，Q2截止，Q1导通，IGBT的G极接地，IGBT关断。此时线盘感应电压对谐电容放电，形成了LC振荡。3、R6电阻在三极管截止时，把IGBT的G极残余电压快速拉低。C11电容作为高频旁路，另外作为平缓驱动电路波形作用，ZD1稳压管，稳定IGBT的G极电压，预防输入电压过高时，损坏IGBT。,3、电流取样电路,作用：判断有无锅具、恒定电流、稳定调节功率提供反馈输入电流电流互感器T1的次级测得的交流（AC）电压.经D9D12组成的桥式整流电路整流，EC3电解电容滤波平滑、由电阻R15、RJ41、RJ16分压后，所获得的电流电压送到CPU，该电压越高表示电源输入的电流越大，待机时电流取样基本为零，如图3.1所示， 电流越大，A点的电流电压波形幅值越高，B点的取样点就越高，表示功率越大。电容EC3选值时不应太大，如果太大了，会造成电容充放电时间太长，影响读取电流AD时间，从而会导致开机时，功率上升的时间很慢。VR1电位器作校准功率用，通过VR1电阻的大小，就可以调节B点的输出电压，电阻越小，功率越大，反之就功率越小，一般调节电位器在中间位置。CPU根据监测电压AD的变化，作出各种动作指令1判断是否放入合适的锅具。（锅具是否小于80（或60）、是否有偏锅，电流过小，再判PWM是否最大，两者满足则判为无锅）2、限定最大电流，在低电压时保证电流恒定或不超过。保护关键器件工作在规格要求范围内，以及防止输入电源线或线路板走线过电流不够造成烧断。3、配合电压AD取样电路及电调控PWM的脉宽，令输出功率保持稳定。,4、干扰保护电路,（1）浪涌电流保护电路,作用：浪涌保护电路，监控输入电网的异常变化，在有异常时，关断IGBT进行保护1、正常工作时，LM339的1脚内部三极管截止，电阻R19把1脚电压变为高电平，当电源输入端出现大电流时，1脚内部三极管导通，输出低电平，CPU连接的中断口经过二极管D18被拉低，CPU检测到低电平时发出命令，让IGBT关断，起安全保护作用，此保护属于软件保护，另外还有硬件保护，当1脚内部三极管导通，输出低电平，直接拉低驱动电路的输入电压，从而关断IGBT的G极电压，保护了IGBT不被击穿，通常要判断是软件保护还是硬件保护方法是：通常软件保护时，软件会设置2秒才起动，硬件起动时间很快不超过2秒钟。2、C点电压由于选择的参考点是地，静态时，C 点的电压由RJ28、R27、R14电阻分压所得，当正常工作起来后，互感器感应输入端的电流，C点的电压会下降，电流越大，C点电压越低，如图4.1所示，所以A点电压也会下降，B点为LM339负端RJ29、RJ25分压后的基准电压，当A点电压下降到B点以下时，LM339反转，D点输出低电平拉低中断口。通过调节输入正负端的参数来改变干扰的灵敏。用工具查看两输入端在最大功率工作时，比较电压越接近越好，但仿止出现太过灵敏而导致中断间隙。（变频器上（不一定，但是比较能体现）一般干扰比较大，在最大档功率最大电流时（190210V之间电流最大）最容易出现，）3、CPU根据中断口检测电源输入端的浪涌电流，程序检测到有低电平，停止工作，起保护IGBT不受浪涌电流所击穿。,(2)、电压保护电路,作用：高压保护电路，监控输入电网的异常变化，在有异常时，关断IGBT进行保护1、电路的双重保护（电流和电压保护），由R53、R54、RJ55电阻组成分压电路，如果输入电压超过正常设定电压值， A点的电压就会升高，达到或超过三极管Q5的基极导通电压0.7V以上，则Q5一直导通，由于三极管的C极接到LM339的1脚，即中断口，所以程序检测到低电平后会关闭输出，保护IGBT及主回路上面的器件不被烧掉。2、当有电压浪涌时，R53并联的电容C28起作用，因为电容两端电压不能突变，所以在瞬间电压起变化，电容就相当短路（耦合），A点的电压会瞬间变的很高，使Q5导通而让CPU中断口检测到。正常情况下A点的波形如图4.2所示。此电路异常出现：检锅不工作、不保护爆机。,5、电压AD取样电路,作用：检测电路工作在什么电压段，高低压保护AC220V由整流管整流成脉动直流电压，通过R4与RJ10、RJ11分压， D7二极管隔离AD检测口与输入端，EC2平滑后的直流电压送到CPU端口进行分解,不受输入端的影响，D8二极管让输入电压最钳位在5.7V，保护CPU端口不会被高电压击穿。正常电压下，输入电压比较稳定，如图5.1所示。CPU检测输入电压信号后发出动作命令1、判别输入的电压是否在充许的范围之内，否则停止加热，并发出报警信号。2、判别输入电压是否高电压，根据输出功率是否为低功率（1300W以下），进行升功率，目的是为了减小IBGT在高压小功率时，出现硬导通，即IBGT提前导通，来减小IGBT的温升，根据高功率（1800W以上），配合炉面传感器是否检测到线盘温升高，如果温升高，可适当的降功率，从而保证线盘不会因为温升高而烧毁。3、与电流检测电路形成实际工作功率，CPU智能的计算出功率的大小再与CPU内部设定的功率值作比较，去控制PMW脉宽调制的大小，稳定输出所需各档的大小功率。4、通过电流AD配合，保持高压是恒定功率输出。此电路异常出现：高低压无保护，间隙加热，功率上不去。,6、同步电路和自激电路,作用：跟踪谐振波形，提供合理的IGBT导通起点，提供脉冲检锅信号原理：采用电阻分压及电容延时的方式跟踪谐振电路两端电压变化；自激振荡回路、启动工作OPEN口、检测合适锅具PAN口。RJ1、RJ2和RJ3、RJ5、RJ52分别接到谐振电容与线盘两端，静态时A（端）比B（端）电压要低（通常两端电压压差在0.2-0.4V比较理想），C点输出高电平。C16电容两端都是高电平，所以不起作用,D点由于接了RJ17上接电阻，也被拉高，在静态OPEN端口通常被MCU置为低电平，由于E点与OPEN端口接了二极管D15，当OPEN端口被置低时, E点电压钳位在0.7V,此时D（端）电压比E（端）电压要高，导致I点（2脚）输出低电平，控制IGBT关闭,不能加热。 C18、C20电容是调节谐振电路的同步，减少燥音及温升过高的节用。C21是反馈电容，当14脚输出低电压时，反馈到9脚，使9脚电压拉低。加速14脚更快达到低电平。如图6.1,在无锅开机启动时，图上为各个关键的检测波形。1、先在G点发出一个十几US的高电平(检锅脉冲)，通常是每1秒钟发一次，E点由于二极管D15的反偏截止，由PWM端口输出的脉宽由电容平波后送到E点，E点电压也有十几US的变高宽度，由于OPEN口的瞬间高电平输出，电容C22耦合，A点（端）相当瞬间加到5V，A点电压比B点（端）高，C点输出低电平。C16电容也起耦合作用，把D点电压拉低，所以E点电压比D点电压高，I点输出一个高电平，IGBT导通，LC组合开始产生振荡。 2、启动后，在C点产生一连串的脉冲波形，当放上锅具时，LC组合产生的振荡好似串上负载，很快就消耗完，在C点的产生脉冲个数也减小，CPU通过检测端口检测C点的脉冲个数来判断是否有锅或放入合适的锅具。因无锅或锅具不造合时谐振后波形衰减的很慢，检出来的脉冲个数会很多。另外，如果一直检测到高电平，说明线盘没接好或同步电路出问题。3、当检测到有合适的锅具，因谐振后波形衰减的很快，检出的脉冲个数会很少。CUP让G点（open）一直输出高电平进行工作，E点的电压随PWM输出脉宽的大小所控制，最终控制功率输出的大小。各个工作波形如图6.2所示。CPU通过PAN，OPEN检测控制脚输出控制信号。1、OPEN口在工作过程中一直为高电平，有干扰中断信号时输出低电平，2S后回复高电平继续工作。关机时为低电平。在检锅时发出一个十几US的高电平后关断。2、PAN口作用，在开机时检测是否有合适的锅具，通过检测脉冲个数来判定是否加热。此端口在这里一直作为输入口（也可用来启动工作及检测脉冲个数，双重作用。）此电路异常现象：不检锅、IGBT温升过高、燥音大,7、反压保护与PWM控制电路,作用：决定IGBT的导通宽度，提供IGBT正常开通、关断。RJ32、RJ21提供基准电压给LM339的11脚，10脚由同步谐振电路分压得出，抑制IGBT的C极反压不得超过1150V， 当提锅或移锅时，IGBT反压增大，当接近1150V时，同步端使LM339的10脚电压高过11脚，13脚输出低电平，然后比较器一直在切换，从而维持电压不超过限压，保护IGBT不损坏。如图7.1所示。RJ34、RJ35、EC8、C8，R31组成PWM控制电路，当PWM输出的脉冲宽度越宽，经过EC8平波后输出给LM339的5脚电压也越高，与LM339的4脚比较反转的时间也越长，2脚输出高电平时间也越长，进而控制IGBT驱动脉宽，达到控制加热功率越大。反之越小，PWM脉宽输出波形如图7.1的D点所示。正常电压上，当PWN调节最小时，当最小功率（800W）下不来时，原因是D点的电压点太高了，导致IGBT的开通占空比无法调小，此时可以调小R31电阻来实现。CPU通过检测输出控制信号1、反压电路B点给LM339正端设置一个基准电压，当（A点）负端接收到谐振波形时，与B点作比较，当比较谐振脉冲高于基准电压时，比较器反转，抑制谐振电压不超过1150V，（这里用的IGBT耐压是1200V）。2、抑制反压后，如果锅具有抬锅、偏锅时，输出功率会有变化，根据电流取样电路的电压值，调整PWM脉宽。3、CPU通过控制PWM脉宽宽度，控制比较器的输出来控制IGBT的导通时间的长短，结果控制了输出功率的大小。此电路异常易出现：爆机、检锅慢、检不到锅,8、炉面传感器与IGBT热敏电阻取样电路,作用：侦测炉子上锅具内部的温度、检测散热片发热情况炉面传感器：炉面加热锅具的温度透过微晶玻璃板传至紧贴在微晶玻璃板底部的传感器，该传感器的阻值变化直接反映了锅具温度的变化，传感器与RJ36电阻分压电压的变化反映了传感器的阻值变化，就反映出加热锅具的温度变化。IGBT热敏电阻：该热敏电阻放在紧贴着IGBT的正面。用导热硅脂涂在它们之间，并压在PCB板上，IGBT产生的温度直接传到了热敏电阻上，热敏电阻与RJ37电阻分压点的变化反映了热敏电阻的阻值变化。直接反映出IGBT的温度变化。CPU通过检测两路AD值的变化作出指令控制。炉面传感器：1、定温控制，控制加热温度点，恒定加热物体温度恒定在设定的温度范围内。2、自动功能及火锅控制，利用探测温度及结合时间，控制锅具内部的温度，达到最佳的烹煮效果。3、自动功能工作时，锅具温度是否高过设定温度，立即停止工作，并关机。4、锅具干烧时，立即停止工作，并关机。5、传感器开路或短路时，开机后发出不工作信号（开路需要1分钟后再判断），并报知故障信息。IGBT传感器：1、当探测到IGBT结温85时，根据当前工作情况，升功率或降功率，或间隙加热方式，让IGBT结温85。如果在不正常情况下温升还继续升高，高于110，则立即停止加热，并报知信息或不报知信息，而是每4S检测一下锅具。待温升下降到60又再次加热，循环工作。2、热敏电阻开路或短路时，开机后发出不工作信号，（开路需要1分钟后再判断），并报知故障信息。3、在关机状态下，如果IGBT温升高于55，CPU则控制风扇一直工作，直到温度小于45后停止工作。第一次上电时不作判断处理。此电路异常易出现：炉面传感器失效，导致线盘过热烧线盘及爆机、无法达到正常的设定温度标准。IGBT热敏电阻失效，无法正常判断IGBT温升，导致烧IGBT。,9、风扇控制电路,作用：排出炉内热气将IGBT及整流桥紧贴在散热片上，利用风扇运转，通过电磁炉外壳上的进、出风口形成的气流将散热片上的热及线盘等零件工作时所产生的热，加热锅具辐射进电磁炉内的热、及其它器件所散出的热排出炉外。降低炉内的环境温度，以稳定电磁炉正常工作。CPU控制FAN端口输出高电平，使Q3三极管导通，18V电压加在风扇两端经过Q3到地，使风扇运转，当FAN输出低电平时，Q3截止，风扇停止工作，D22是开关二极管，作用是吸收，平波，起到保护三极管不被击穿，同时也让风扇工作的更可靠。CPU根据程序判断发出控制命令1、结合炉面传感器与IGBT传感器取到的AD值，控制风扇工作。2、判断是否开机，风扇长转。3、判断是否有特殊要求控制风扇工作。此电路异常易出现：风扇长转，不转,10、开关电源电路,作用：为电路工作提供可靠的DC18V及DC5V电压。AC220V 50/60Hz电源电压通过全波整流后，脉动的直流电压经EC7平波，经变压器初级加到低频放大管（NPN）13003的C极及经过R3电阻加到三极管的B极。使变压器初级产生电流进而产生电压，当Q8导通后，经过ACT30B的2脚（DRV）给1脚电容EC41充电，当电容充到5V后，2脚与3脚接通，EC41放电，下降到4.6V后,2脚与3脚断开，周而复始的工作，最后在三极管的A点产生如图10.1的波形，ZD3、ZD4、D39组成反馈电路，控制输出电压稳定在18V与5V，R60，C5、D20