电磁炉工作原理及电磁炉电路图分析

电磁炉工作原理与电磁炉电路图的分析电磁炉的工作原理和电磁炉的电路图分析(一)1 .电磁加热原理电磁炉是利用电磁感应原理将电能转化为热能的厨房电器。 在微波炉的内部，通过整流电路将50/60Hz的交流电压变换为直流电压，通过控制电路将直流电压变换为频率20-40KHz的高频电压，当高速变化的电流流过线圈时，产生高速变化的磁场，磁场内的磁力线通过金属制的器具(导磁率和导电材料)底部的金属体内，产生无数小的涡电流二、电磁炉电路工作原理分析2.1常用部件介绍2.1.1 LM339集成电路LM339内置有反相电压为6mV的4个电压比较器，在电压比较器的输入端电压为正的情况下(输入端电压高于-输入端电压的情况下)，LM339内部的控制输出端子的晶体管截止，在该情况下， 当相当于开路(open )的电压比较器的输入端子电压为相反(-输入端子电压高于输入端子电压)时，LM339内部的控制输出端子上的晶体管导通，降低比较器外部的访问输出端子上的电压时，输出端子为0V。2.1.2 IGBT绝缘双栅晶体管(iusulfatedgatebipolartransistor )简称为IGBT，是BJT的大电流密度和MOSFET等电压激励电场控制型器件一体化的高压、高速大功率器件。 当前，不同材料和过程组成的IGBT可以认为是一个MOSFET输入跟随单个双极晶体管的放大的复合结构。 在IGBT中有三个电极(参见上图)，分别称为栅极g (控制极或栅极)、集电极c (也称为漏极)、发射极e (也称为源极)。 根据IGBT的下述特点，克服功率MOSFET的致命缺陷之一是高压大电流工作时导通电阻大，元件发热严重，输出效率下降。IGBT的特点：1 .电流密度大，是MOSFET的几十倍。2 .输入阻抗高，栅极驱动功率极小，驱动电路简单。3 .低导通电阻。 对于给定的芯片大小和BVceo，导通电阻Rce(on )为MOSFET的Rds(on )的10%以下。 4 .破坏电压高，安全工作场所大，过渡性电力高时不破损。 5 .开关速度快，关断时间短，耐压为1kV1.8kV的约1.2us、600V级的约0.2us、约GTR的10%，接近功率MOSFET，开关频率达到100KHz，开关损耗仅为GTR的30%。 IGBT集现场控制型器件的优点和GTR的大电流低导通电阻特性于一体，是优秀的高速高压半导体功率器件。目前458系列采用不同机型规格的IGBT，参数为：(1) SGW25N120-西门子公司制造，耐压1200V，电流容量25 下为46A，100 下为25A，内部没有阻尼二极管，因此应用时设置6A/1200V以上的快速恢复二极管(d1)使用，该IGBT设备10A/1200/1500V以上的(2) SKW25N120-西门子公司制造，耐压1200V，电流容量25 下为46A，100 下为25A，内部带有阻尼二极管，该IGBT可以代替SGW25N120，在代用时将原套SGW25N120的D11快速恢复，拆下二极管(3) GT40Q321-东芝公司制造，耐压1200V，电流容量25 时为42A，100 时为23A，内部带有阻尼二极管，该IGBT可以代替SGW25N120、SKW25N120，代替SGW25N120时，与原来的IGBT配套使用(4) GT40T101-东芝公司制造，耐压1500V，电流容量25 时为80A，100 时为40A，内部没有阻尼二极管，因此应用时必须设置15A/1500V以上的快速恢复二极管(d1)使用，该IGBT为6A/在设置1200V以上的高速恢复二极管(d1 )后，可以代替SGW25N120、SKW25N120、GT40Q321，在设置15A/1500V以上的高速恢复二极管(d1 )后，可以代替GT40T301。(5) GT40T301-东芝公司制造，耐压1500V，电流容量25 时为80A，100 时为40A，内部带有阻尼二极管，该IGBT可代替SG25n120、SKW25N120、GT40Q321、GT40T101，SG25n120和GT40T101(6) GT60M303 -东芝生产，耐压900V，电流容量25 时为120A，100 时为60A，内部带阻尼二极管。(7) GT40Q323-东芝公司制造，耐压1200V，电流容量25 时为40A，100 时为20A，内部带有阻尼二极管，该IGBT可以代替SGW25N120、SKW25N120，代替SGW25N120时，与原来的IGBT配套使用(8) FGA25N120-美国仙童公司制造，耐压1200V，电流容量25 下为42A，100 下为23A，内部有阻尼二极管，该IGBT可以代替SGW25N120、SKW25N120，在代替SGW25N120的情况下，与原来的IGBT组合使用2.2回路框图2.3主回路原理分析当在时间t1t2向IGBTQ1的g极施加开关脉冲时，IGBTQ1饱和导通，电流i1从电源流向L1，由于线圈电感不允许电流急剧变化，因此在t1t2时间i1线性地上升，在t2脉冲结束时IGBTQ1截止， 同样，由于在电感作用下i1不能立即使0急剧变化，因此对C3充电而产生充电电流i2，在t3时间内充满C3电荷而电流成为0时，L1的磁场能量全部成为C3的电场能量，在电容的两端出现正负的正， 在宽度达到峰值电压的IGBTQ1的CE极间出现的电压实际上是反相脉冲峰值电压电源电压，在t3t4的时间内C3通过L1放电后，i3达到最大值，电容器的两端电压消失时，电容器中的电能全部为L1中的磁能由于电感作用，i3不会立即变化，所以L1两端的电动势反向即L1的两端电位左右为负，由于IGBT内部的阻尼管的存在，C3不能继续反向充电，通过C2、IGBT阻尼管回流，形成电流i4， 在t4时间，第二个脉冲开始到来，但是，由于IGBTQ1的UE为正，UC为负，处于反向偏置状态，所以IGBTQ1不能导通，IGBTQ1在t5的时间点开始第二次导通，直到L1中的磁能被释放为止，在产生了i5之后t4 t5i4是IGBT内部的阻尼管的导通电流，t2t3的i2是线圈磁能对电容器C3的充电电流，t3t4的i3是反相脉冲峰值电压以L1放电的电流，t4t5的I 4是L1两端电动势反转时由于其存在而C3不能继续反向充电当IGBTQ1的VCE电压变化：为静态时，UC是输入电源被整流的直流电源，t1t2，IGBTQ1饱和导通，UC是接地电位，t4t5，IGBT阻尼管导通，UC是负压(电压是阻尼二极管的正向电压降)，t2t4，即LC通过以上的分析，证实了两个问题：是高频电流的一个周期，仅i1是电源供给l的能量，因此i1的大小决定加热功率的大小，并且脉冲宽度越大，t1t2的时间越长，i1变大，相反也相同，因此不调节加热功率可以调节脉冲宽度的第2个是LC自由振动的半周期时间是出现峰值电压的时间，IGBTQ1的截止时间，也是开关脉冲无法到达的时间，该时间关系不应偏离。 如果峰值脉冲不消失，则开关脉冲首先到达时，IGBTQ1被烧毁，因此必须使开关脉冲的前端与峰值脉冲的后端同步。(1)pwm点有Vi输入时，v7为off时(V7=0V )，V5等于D6的正向电压降，与此相对，V5为(V5V6时，V7变为OFF，V6也下降到D6的正向电压降，但V5从C16、D6放电。(3)放电至v 5小于V6时，(1)重复振动。“g点输入的电压越高，V7为ON的时间越长，电磁炉的加热功率越大，反而越小”。2.5 IGBT激励电路振荡电路输出幅度约为4.1V的脉冲信号，该电压无法直接控制IGBT的饱和导通和截止，因此必须在激励电路中放大该信号。 这个电路的工作过程有：种(1) V8 OFF时(V8=0V )、V8(2) V8 ON导通时(V8=4.1V )，V8V9、V10低，Q81截止，Q4导通，18V通过R23、Q4和Q1极除了IGBT的g极以外，IGBT导通.2.6 PWM脉宽控制电路CPU向由R30、c21、R31构成的积分电路输出PWM脉冲，PWM脉冲宽度越宽，则c22的电压越高，c22的电压也越高，被输送到振荡电路(g点)的控制电压随着c22的上升而越高，输入到g点的电压越高，则V7导通的时间越长“CPU通过控制PWM脉冲的宽度和宽度，控制发送至振荡电路g的加热功率控制电压，控制IGBT的导通时间的长度，结果控制了加热功率的大小”。2.7同步电路商用电源被整流器整流、平滑后的310V直流在R15 R14、R16分压下产生V3，在R1 R17、R16分压下产生V4，在高频电流的一个周期中，在t2t4的时间(图1 )，由于C14的两端电压上下为正，因此v5、v7截止(v7=0v )，不输出振荡， 即，开关脉冲未施加至Q1的g极保证Q1在t2t4期间不导通，在t4t6期间，C3电容器的两端电压消失，V3V4、V5上升，输出振荡器，开关脉冲施加至Q1的g极。 在上述操作过程中，确保施加到Q1 G极的开关脉冲的上升沿与在Q1中产生的VCE脉冲的下降沿同步。2.8加热开关控制(1)在不进行加热的情况下，CPU 17的脚输出处于l电平(与此同时，CPU 10的脚也停止PWM输出)，D7导通，降低LM339 9的电压，停止振荡，停止IGBT激励电路的输出，如果IGBT截止，则停止加热。当开始加热时，CPU 17的脚为高电平，D7断开，并且CPU 10的脚开始输出PWM启发式信号，并且CPU分析从电流检测电路和VAC检测电路反馈的电压信息、从VCE检测电路反馈的电压波形的变化状况判断自己是否进入了适当锅，当判断为自己进入了适当的锅时，CPU10的脚输出正常的PWM信号，电磁炉成为正常的加热状态，如果从电流检测电路、VAC及VCE电路反馈的信息不满足条件，则CPU判断为进入的锅不合适(2)或者没有锅时，继续输出PWM启发式信号，同时检测出表示没有锅的报知信息(参照故障代码表)，30秒以内不满足条件时关机。2.9 VAC检测电路AC220V的经过D17、D18整流的脉动直流电压由R40限制电流，将通过由c3、R39 C32构成的型滤波器滤波后的电压由R38分压而得到的直流电压发送至CPU 6，通过监视该电压的变化，CPU自动地输出各种动作指令。(1)判别所输入的电源电压是否在充电允许范围内，否则停止加热，报告信息(参照故障代码表) 。(2)根据电流检测电路、VCE电路反馈的信息，判别是否放入适当的锅中，发出适当的动作指令(参照加热开关控制和启发式节点) 。(3)根据电流检测电路反馈的信息和方波电路监视的电源频率信息，控制PWM的脉冲宽度，使输出功率稳定。“电源输入标准220V 1V电压、无接线板(l1)cpu第6脚电压、标准2.65V 0.06V”。2.10电流检测电路变流器CT1二次测量的AC电压