电磁加热原理

1、日4邑蹄挝：WWW 缶8cte com1.1电磁加热原理电 磁灶是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的厨房电器。在电磁灶内部，由整流电 路将50/60HZ的交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为 20-40KHZ的高频电压，高速变化的电流流过线圈会产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力 线通过金属器皿（导磁又导电材料）底部金属体内产生无数的小涡流， 使器皿本身自行高 速发热，然后再加热器皿内的东西。1.2 47系列筒介47系列是由正夫人旗下中山电子技术开发制造厂设计开发的全新一代电磁炉，面板 有LED发光二极管显示模式、LED数码显示模式、LCD液晶显示模式、VFD莹光显示模

2、式、 TFT真彩显示模式机种。操作功能有加热火力调节、自动恒温设定、定时关机、预约开/关 机、预置操作模式、自动泡茶、自动煮饭、自动煲粥、自动煲汤及煎、炸、烤、火锅等料理 功能机种。额定加热功率有500W3400W勺不同机种,功率调节范围为额定功率的90%, 并且在全电压范围内功率自动恒定。200240V机种电压使用范围为160260V, 100120V机种电压使用范围为90135V。全系列机种均适用于50、60Hz的电压频率。使用环境 温度为-23 C 45 C。电控功能有锅具超温保护、锅具干烧保护、锅具传感器开/短路保护、2小时不按键（忘钾机）保护、IGBT温度限制、IGBT温度过高保护、

3、低温环 境工作模式、IGBT测温传感器开/短路保护、高低电压保护、浪涌电压保护、VCE抑制、 VCE过高保护、过零检测、小物检测、锅具材质检测。47系列须然机种较多，且功能复杂，但不同的机种其主控电路原理一样，区别只是零 件参数的差异及CPU程序不同而己。电路的各项测控主要由一块8位4K内存的单片机组 成，外围线路简单且零件极少，并设有故障报警功能，故电路可靠性高，维修容易， 维修时根据故障报警指示，对应检修相关单元电路，大部分均可轻易解决。、电磁炉工作原理分析2.1特殊零件简介 2.1.1 LM339 集成电路(H/IljVMini寸 OUT、VccIJ14-DTF1/4Ufl339ElAH

4、lt*ltvww.86mV的电压比较器，当电压比较器输入端电压正向时（+输 入端电压高于-入输端电压）,置于LM339内部控制输出端的三极管截止，此时输出端 相当于开路；当电压比较器输入端电压反向时（-输入端电压高于+输入端电压）,置 于LM339内部控制输出端的三极管导通，将比较器外部接入输出端的电压拉低，此时输 出端为0V 。LM339内置四个翻转电压为2.1.2 IGBTGT40Q321G C L?T40T3gi FGL40M150BAe心p 838电 r 咖83gc1z叱?hl绝缘双栅极晶体管（Iusulated流密度和MOSFE等电压激励场控型器件优点于一体的高压、 同材料及工艺制作

5、的IGBT,但它们均可被看作是一个MOSFE输入跟随一个双极型晶体管放 大的复合结构。IGBT有三个电极（见上图），分别称为栅极G（也叫控制极或门极）、集电极 C（亦称漏极）及发射极E（也称源极）。从IGBT的下述特点中可看出,它克服了功率MOSFET 的一个致命缺陷，就是于高压大电流工作时，导通电阻大，器件发热严重，输出效率下降。 IGBT的特点：1.电流密度大,是MOSFE的数十倍。2.输入阻抗高,栅驱动功率极小,驱动 电路简单。Gate Bi polar Tran sistor）简称 IGBT,是一种集 BJT 的大电高速大功率器件。目前有用不3.低导通电阻。在给定 芯片尺寸和BVceo

6、下，其导通电阻Rce（on）不大于MOSFE的Rds（on） 的10% 4.击穿电压高，安全工作区大，在瞬态功率较高时不会受损坏。5.开关速度快，关 断时间短，耐压1kV1.8kV的约1.2us、600V级的约0.2us,约为GTR勺10%接近于功率 MOSFET开关频率直达100KHz,开关损耗仅为GTR的30% IGBT将场控型器件的优点与 GTR 的大电流低导通电阻特性集于一体，是极佳的高速高压半导体功率器件。目前458系列因应不同机种采了不同规格的IGBT,它们的参数如下：（1） SGW25N120-西门子公司出品, 耐压1200V,电流容量 25 T 时46A,100 C 时25A,

7、内部不带阻尼二极管,所以应用时须配套6A/1200V以上的快速恢复二极管（D11）使用 , 该 IGBT 配套 10A/1200/1500V 以上的快速恢复二极管 (D11) 后可代用,耐压1200V,电流容量25 C 时46A,100 C 时 可代用SGW25N120,代用时将原配套 SGW25N120的SKW25N120。(2) SKW25N120 西门子公司出品25A, 内部带阻尼二极管 , 该 IGBT D11 快速恢复二极管拆除不装。耐压1200V,电流容量 25 C 时42A,100 C 时23A,(3) GT40Q321 东芝公司出品 ,内部带阻尼二极管，该IGBT可代用SGW2

8、5N120 SKW25N120,代用SGW25N120寸请将 原配套该 IGBT 的 D11 快速恢复二极管拆除不装。GT40T101- 东芝公司出品，耐压1500V,电流容量 25 C 时80A,100 C 时40A, 内部不带阻尼二极管 , 所以应用时须配套 15A/1500V 以上的快速恢复二极管 (D11) 使 用 , 该 IGBT 配套 6A/1200V 以上的快速恢复二极管 (D11) 后可代用 SGW25N120 SKW25N120 GT40Q321, 配套 15A/1500V 以上的快速恢复二极管 (D11) 后可代用GT40T301 。GT40T301- 东芝公司出品，耐压1

9、500V,电流容量 25 C 时80A,100 C 时40A, 内部带阻尼二极管 , 该 IGBT 可代用 SGW25N120、 SKW25N120、 GT40Q321 、 GT40T101, 代用SGW25N120和GT40T101时请将原配套该IGBT的D11快速恢复二极管拆除不装。(6) GT60M303内部带阻尼二极管。东芝公司出品,耐压900V,电流容量25 C 时120A,100 C 时60A,(7) GT40Q323内部带阻尼二极管 原配套该 IGBT 的 D11 快速恢复二极管拆除不装。东芝公司出品，耐压1200V,电流容量 25 C 时40A,100 C 时20A, ,该 I

10、GBT 可代用 SGW25N120 SKW25N120,代用 SGW25N120寸请将(8) FGA25N120- 美国仙童公司出品，耐压1200V,电流容量25 C 时42A,100 C 时 23A,内部带阻尼二极管，该IGBT可代用SGW25N120 SKW25N120,代用SGW25N120寸 请将原配套该 IGBT 的 D11 快速恢复二极管拆除不装。2.2 电路方框图0rJ1i 11 T2.3主回路原理分析It I III I IIIn II订加III is题II呵n1L101门IIiK1I tII tI才I tl I I7哲 14 托 推1C3Dll838 f-k WWW 838d

11、时 间t1t2 时当开关脉冲加至IGBTQ1的G极时，IGBTQ1饱和导通,电流i1从电源 流过L1,由于线圈感抗不允许电流突变.所以在t1t2 时间i1随线性上升，在t2 时脉冲结束，IGBTQ1截止,同样由于感抗作用，i1 不能立即突变0,于是向C3充电, 产生充电电流i2,在t3时间,C3电荷充满，电流变0,这时L1的磁场能量全部转为 C3的电场能量，在电容两端出现左负右正，幅度达到峰值电压，在IGBTQ1的CE极 间出现的电压实际为逆程脉冲峰压 +电源电压，在t3t4 时间,C3通过L1放电完 毕,i3 达到最大值，电容两端电压消失，这时电容中的电能又全部转化为 L1中的磁

12、因感抗作用,i3 不能立即突变0,于是L1两端电动势反向，即L1两端电位左正 右负，由于IGBT内部阻尼管的存在,C3不能继续反向充电，而是经过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，但这时IGBTQ1的UE 为正,UC为负，处于反偏状态，所以IGBTQ1不能导通，待i4 减小到0,L1中的磁 能放完，即到t5时IGBTQ1才开始第二次导通，产生i5以后又重复i1i4 过程，t4t5 的 i4 是因此在L1上就产生了和开关脉冲f(20KHz30KHz)相同的交流电流。 IGBT内部阻尼管的导通C3的充电电是L1两端电动势电流，在高频电流一个电流周期里,t2t3

13、 的i2是线盘磁能对电容 流,t3t4 的i3 是逆程脉冲峰压通过L1放电的电流，t4t5 的i4 反向时,因的存在令C3不能继续反向充电,而经过C2、IGBT阻尼管回流所形成的阻 尼电流,IGBTQ1的导通电流实际上是i1 0IGBTQ1的VCE电压变化：在静态时，UC为输入电源经过整流后的直流电源，t1t2,IGBTQ1 饱和导通,UC接近地电位，t4t5, IGBT阻尼管导通,UC为负压(电 压为阻尼二极管的顺向压降),t2t4, 也就是LC自由振荡的半个周期,UC上出现峰值电 压,在t3时UC达到最大值。以上分析证实两个问题：一是在高频电流的一个周期里，只有i1是电源供给L的能 量,所

14、以i1的大小就决定加热功率的大小,同时脉冲宽度越大,t1t2的时间就越长,i1 就越大，反之亦然，所以要调节加热功率，只需要调节脉冲的宽度；二是LC 自由振荡的半周期时间是出现峰值电压的时间，亦是IGBTQ1的截止时间，也是开关脉如峰值脉冲还没有消失，而开关脉冲 烧坏，因此必须使开关脉冲的前沿与冲没有到达的时间，这个时间关系是不能错位的， 己提前到来,就会出现很大的导通电流使IGBTQ1 峰值脉冲后沿相同步。2.4zx2A222J(1) 当PWM点有Vi输入时、V7 OFF时(V7=0V), V5等于D6 之后,V7由OFF转态为ON,V6亦上升至 Vi, 而V5则由R20的顺向压降,而当V5

15、V6时,V7 转态为OFF,V6亦降至D6的顺向压降， 电。而V5则由C16、D6放V5放电至小于V6时,又重复(1)形成振荡。“ G点输入的电压越高，V7 处于ON的时间越长，电磁炉的加热功率越大，反之越 小”。2.5 IGBT激励电路FT 6ETI振荡电路输出幅度约4.1V的脉冲信号, 所以必须通过激励电路将信号放大才行，此电压不能直接控制IGBT的饱和导通及截止, 该电路工作过程如下：(1) V8 OFF 时(V8=0V),V8vV9,V10 为高 截止。,Q1导通、Q4截止，IGBT 的G极为OV,IGBT(2) V8ON 时(V8=4.1V),V8V9,V10 为低 Q1的E极加至I

16、GBT的G极,IGBT 导通。,Q81截止、Q4导通，+18V 通过R23、Q4和2.6 PWM脉宽调控电路R30 IK R31PWM 1 ICPUlO CMlOuF/iev+ ISOKEC2S 半101FI6YC29luF/16,PWM永冲宽度越宽，C28的的控制电压随着C29的升高CPU输出PWM脉冲到由R30、C27、R31组成的积分电路 电压越高,C29的电压也跟着升高,送到振荡电路（G点） 而升高，而G点输入的电压越高，V7 处于ON的时间越长，电磁炉的加热功率越大， 反之越小。“ CPU通过控制PWM脉冲的宽与窄,控制送至振荡电路G的加热功率控制电压，控制了 IGBT导通时间的长短

17、，结果控制了加热功率的大小”。2.7同步电路CN7CN3L1400uHLIHLOUT+At-BG125AC2t 10 junovDclIBGT1FGA25N12D5uF/400VDCRIacqo、510EJ/2WR1427KJ4+ 1.74VCl_22rrR16T 2.7KJC25R1510KJ/3WR17510KJ/2WlOKJP?JTC152A.W2rC14+ 1RV 卄R18 lOKR235K1J恥191KClV5,V7 OFF(V7=0V),振荡没有 输出,也就没有开关脉冲加至 Q1的G极，保证了 Q1在t2t4 时间 不会导通，在 t4t6时间,C3电容两端电压消失,V3V4, V5

18、 上升,振荡有输出,有开关脉冲加至 Q1的G极。以上动作过程, 脉冲后沿相同步。2.8加热开关控制(1)当不加热时，CPU 17脚输出低电平(同时CPU 10脚也停止PWM输出),D7 导通, 将LM339 9电压拉低,振荡停止,使IGBT激励电路停止输出，IGBT截止,则加热停 止。开始加热时,CPU 17脚输出高电平，D7截止,同时CPU 10脚开始间隔输出PWM试探 信号,同时CPU通过分析电流检测电路和 VAC检测电路反馈的电压信息、VCE检测电路 反馈的电压波形变化情况，判断是否己放入适合的锅具，如果判断己放入适合的锅具，CP U10脚转为输出正常的PWM信号,电磁炉进入正常加热状态

19、,如果电流检测电 路、VAC及VCE电路反馈的信息，不符合条件，CPU会判定为所放入的锅具不符(2) 或无锅，则继续输出PWM试探信号，同时发出指示无锅的报知信息(见故障代码 表),如30秒钟内仍不符合条件，则关机。2.9 VAC检测电路AC 2 20VAC-HAD17AC-LAD18CPU61N4148R39 3KR381 丄 C32丄510KJ/2W1 1 16KS；C334 7uF/16V 4.7uF/16V+5V1N40071N4007D16根据监测该AC220V由D17、D18整流的脉动直流电压通过 R40限流再经过，C33、R39 C32组成 的n型滤波器进行滤波后的电压，经 R3

20、8分压后的直流电压，送入 CPU 6 , 电压的变化，CPU会自动作出各种动作指令。(1)判别输入的电源电压是否在充许范围内 表)。否则停止加热，并报知信息(见故障代码,判别是否己放入适合的锅具)。,作出相应 配合电流检测电路、VCE电路反馈的信息 的动作指令(见加热开关控制及试探过程一节(3) 配合电流检测电路反馈的信息及方波电路监测的电源频率信息,调控PWM的脉宽,令输出功率保持稳定。“电源输入标准220V 1V电压,不接线盘(L1)测试CPU第6脚电压,标准为2.65V 0.06V ”。2.10电流检测电路AC +AC LIBGl23A J LACCT1(1:850 E-190S509)

21、1)1 紅ICIO 103VRl1K1/2WRll 820Rlj 2KJ R12 300lOiiF 16V岛 CPU,电 流互感器CT1二次测得的AC电压,经D1D4组成的桥式整流电路整流、R12、R13 分压，C11滤波,所获得的直流电压送至 CPU 5脚,该电压越高，表示电源输入的电 流越大，CPU根据监测该电压的变化，自动作出各种动作指令：(1)配合VAC检测电路、VCE电路反馈的信息，判别是否己放入适合的锅具,作出相应 的动作指令(见加热开关控制及试探过程一节)。(2)配合VAC检测电路反馈的信息及方波电路监测的电源频率信息,调控PWM的脉宽,令输出功率保持稳定。2.11 VCE检测电

22、路CNSLOUTF5N130R2 lOKR15L0IG；2WR17C25510KJ/2W101+*v艮29R2叹十IV5K1JU3B339R33100将IGBT（Q1）集电极上的脉冲电压通过 在6脚上获得其取样电压 根据监测该电压的变化,R1+R17、R28分压R29限流后，送至LM339 6脚, IGBT的VCE电压变化的信息送入 LM339, LM339,此反影了自动作出电压比较而决定是否工作。（1）配合VAC检测电路、相应的动作指令（见加热开关控制及试探过程一节电流检测电路反馈的信息,判别是否己放入适合的锅具，作出）。抑制VCE脉冲幅度不高于1050V（此 根据VCE取样电压值,自动调整

23、PWM脉宽,值适用于耐压1200V的IGBT,耐压1500V的IGBT抑制值为1300V）。 当测得其它原因导至 VCE脉冲高于1150V时（此值适用于耐压1200V的IGBT, 耐压1500V的IGBT此值为1400V）, LM339 立即停止工作（见故障代码表）。2.12浪涌电压监测电路AC 2 20VAC-NAC LQD171N40O7DiS1N4OO7+5Vr43C34 3A1O2J11_R44r330*R41 R421LL1/2W 51oLC35104SSO5O当 正弦波电源电压处于上下半周时,由D17、D18和整流桥DB内部交流两输入端对地 的两个二极管组成的桥式整流电路产生的脉动

24、直流电压，当电源突然有浪涌电压输入时，此电压通过R41、C34耦合，再经过R42分压，R44限流C35滤波后的电压，控制Q5 的基极，基极为 高电平时,电压Q5基极,Q5饱和导通，CPU 17的电平通过Q5至 地，PWM停止输出，本机停止工作；当浪涌脉冲过后,Q5的基极为低电平,Q5截止, CPU 17的电平通过Q5至地,CPU再重新发出加热指令。2.13过零检测AC 2 20VAC-HAC-LA AD18D171N40071N4007CPU6D161N414昴匚n .C32丄=1cz:4 7uF/16V3KP.39R386K8JR40510KJ/2W-C334.7uF/16V当 正弦波电源电

25、压处于上下半周时的两个二极管组成的桥式整流电路产生的脉动直流电压通过 C32组成的由D17、D18和整流桥DB内部交流两输入端对地R40限流再经过，C33、R39 n型滤波器进行滤波后的电压，经 R38分压后的电压，在CPU 6则形成了与 电源过零点相同步的方波信号，CPU通过监测该信号的变化，作出相应的动作指令。2.14锅底温度监测电路CN4RTIOOK2R5IM-O TUPJGBT CPU?5K1J加热锅具底部的温度透过微晶玻璃板传至紧贴玻璃板底的负温度系数热敏电阻，该电阻阻值的变化间接反影了加热锅具的温度变化（温度/阻值祥见热敏电阻温度分度表）,热敏电阻与R4分压点的电压变化其实反影了热

26、敏电阻阻值的变化，即加热锅具的温度变 化，CPU 8脚通过监测该电压的变化，作出相应的动作指令：(1)定温功能时，控制加热指令，另被加热物体温度恒定在指定范围内。当锅具温度高于270 C时,加热立即停止，并报知信息（见故障代码表）。当锅具空烧时，加热立即停止,并报知信息（见故障代码表）。当热敏电阻开路或短路时，发出不启动指令，并报知相关的信息（见故障代码2.15 IGBT温度监测电路CNllR7IMRTIOOKOIGBT.TEMP CPUSCON2R8?I1JTH,该电阻阻值的变化热敏电阻与R8,CPU通过监测(1) IGBT结温高于90 r时,调整PWM的输出,令IGBT结温 90当IGBT

27、结温由于某原因（例如散热系统故障）而高于95r时，加热立即停止,并报知信息（祥见故障代码表）。（3）当热敏电阻TH开路或短路时，发出不启动指令，并报知相关的信息 码表）。（祥见故障代（4）关机时如IGBT温度50 r ,CPU发出风扇继续运转指令，直至温度 续运转超过30秒钟如温度仍50 r ,风扇停转；风扇延时运转期间， 键，可关闭风扇）。50 r （继按1次关机（5）电磁炉刚启动时，当测得环境温度0 r ,cpu调用低温监测模式加热 秒钟后再转用正常监测模式，防止电路零件因低温偏离标准值造成电路参数改变而损坏 电磁炉。1分钟，302.16散热系统IGBT产生的温度透过散热片传至紧贴其上的负温度系数热敏电阻 间接反影了 IGBT的温度变化（温度/阻值祥见热敏电阻温度分度表）, 分压点的电压变化其实反影了热敏电阻阻值的变化，即IGBT的温度变化 该电压的变化，作出相应的动作指令：将IGBT及整流器BG紧贴于散热片上，利用风扇运转通过电磁炉进、出风口形成的气流 将散热片上的热及