电磁炉各单元电路原理详解

1、电磁炉各单元电路原理详解任何一种设备,只要理解、掌握了它的工作原理,那么使用、维修起来就会觉得比较容易。本章中作者主要对所收集的30多种品牌的电磁炉的各种单元电路进行原理讲解、比较,找出它们之间的差异和相同之处,以帮助读者更好地理解电磁炉各功能电路的工作原理。通过本章所讲内容,读者不仅能够对电磁炉各功能电路有比较透彻的理解,同时也可以增强识图能力。3.1直流300V整流电路(即主电源电路电磁炉的直流300V整流电路是电磁炉整机功率输出电路,它与彩电等家用电器的一般开关电源中的直流电源部分电路形式相同,都是将交流220V通过桥式整流电路整流、滤波后获得的。但因电磁炉功率普遍较大,一般为15002

2、600W,加之其工作频率较高,目前家用电磁炉工作频率一般为1530k H z,因此,该部分电路元器件参数存在较大差异,并且这部分电路元器件性能上的要求也比较高。同时,由于这部分电路是整机的功率输出电路,故电路元器件的焊点粗大,铜箔也比较宽大;为了增大铜箔的承载流量及利于散热,这部分电路的铜箔上一般均涂敷有大面积焊锡条,有的电磁炉还在铜箔上加焊多股导线,以提高承载电流量。图3-1-1所示是九阳J Y C-21电磁炉的主电源电路。220V市电经接插件接入电路,为了防止因电网故障、人为因素等造成电源电压异常升高而损坏电磁炉,在电磁炉主电路中一般均接有压敏电阻Z N R,把它作为电磁炉整机过压保护的第

3、一道屏障。 图3-1-1九阳J Y C-21主电源电路在电磁炉中,压敏电阻常用的规格型号有10D471K、10D431、10D561、T V R14471、14N471K、14D471、14D391K等;压敏电阻的耐压一般为390470V。一旦电网电压出现异常,达到压敏电阻的承压极限,压敏电阻立即会被击穿,将220V交流电源短路,保险丝快速熔断,切断电磁炉整机电源,从而达到保护其他元器件的目的,以避免损失进一步扩大。压敏电阻损坏时一般呈现碎裂状,用肉眼很容易看出。图3-1-1中L2、C1为电源初级抗干扰元件,它们能抑制电网中的高次谐波对电磁炉后级电路的干扰,也可防止因电磁炉后级高频成分窜入电网

4、而对电网供电质量产生影响。C1的容量一般选择为2u F,耐压为交流275V。在有些电磁炉,如尚朋堂电磁炉中,常在C1两端并联一只100510K(也有的用几只小阻值的电阻串联而成的电阻,该电阻的作用是给C1提供放电回路,以防止电磁炉使用后,拔下电源插头时,C1残存电量加在插头两端,人体误接触造成触电伤害。为了降低成本,有些杂牌机在这部分电路中省略了L2,甚至是Z N R。交流市电经L2、C1滤波后送入桥式整流器B D,根据电磁炉输出功率的不同,该桥式整流器选择的额定电流一般为15A、25A两种,常见的型号有D15X B60、D25S B80等。经桥式整流器输出的纹波直流电压再经扼流线圈L1、电容

5、C2组成的典型的L C滤波电路后,输出静态约310V的直流电压(用数字表测量,显示该电压一般为310330V,该电压直接加在加热线圈盘和高频振荡电容C3上作为能量转换的主电压。直流滤波电容C2的容量一般为4 7u F,如九阳J Y C P-19T、苏泊尔C21A01/C21S07、富士宝P260、华尔顿W P1808等均为4u F,得昕T S-588为7u F,但大多数为5u F,耐压为A C275V/D C400V。特别要说明的是,滤波电容C2不仅起电源滤波作用,同时还是加热线圈盘自感电势的放电回路。当I G B T处于截止状态时,主电路在振荡期间,高频振荡电容C3上的电荷经C2、I G B

6、 T内部附带的快恢复阻尼二极管至电源负极形成放电的回路。当滤波电容C2失容时,相当于切断了加热线圈盘的放电回路,电磁炉就会出现过高电压保护等不能正常工作的现象;同时,因该滤波电容失容,交流市电经桥式整流器整流后的电压无法滤波。由桥式全波整流理论可知,振荡主电源电压约为输入电压的0.9倍,即0.9x220V=198V,经实际测量大约为200V,此时电磁炉会出现电源电压低的故障代码。3.2低压直流电源电路低压直流电源电路是电磁炉中比较重要的电路,此部分电路主要产生专供单片机工作的电源,部分保护电路取样用的+5V电源,供电压比较器L M339、散热风扇电机和功率管驱动电压输出级等的+18V电源。也有

7、的电磁炉中还把电压比较器部分的电源用12V专门供电。在驱动部分还有的采用20V,甚至23V供电。该部分电源的产生,在早期电磁炉中均采用先变压器降压,再经二极管整流、电容滤波的形式。图3-2-1为澳洲袋鼠U C18电磁炉低压直流电路原理图。T2为带中间抽头的变压器,交流220V电压经T2降压,经D10D13进行桥式整流、电容C11滤波后,输出约+18V直流电压给功率I G B T驱动部分及风扇电机提供电源。另外,+18V电源经电阻R31限流、稳压二极管Z D2稳压后,产生+12V电压作电压比较器和过压保护的电源。从中间抽头获得的直流电压经C9、C10滤波,I C6稳压,C45、C46滤波后产生较

8、为平直的+5V直流电压,供单片机、温控电路、开关机控制等电路。图3-2-2为得昕T S-588电磁炉低压直流电源原理图。该变压器为双绕组形式,其中一个绕组经二极管D26半波整流、电容C7滤波,再经稳压集成电路Q6稳压后产生+5V直流电压,提供单片机电路工作的电源;另一绕组经二极管D22D25组成的桥式整流器整流、电容C21滤波后,产生约+20V的直流电压。该电压在接通电源时并不工作,只有当按下开机键,单片机得到开机指令后,从13脚送出一高电平,经电阻R28、R78及电容C33加至三极管Q2的基极,使Q2因正向偏置而导通,其集电极经电阻R77接至电源调整三极管Q13的基极,从而使Q3导通,再经电

9、阻R74、稳压二极管D5、电源调整三极管Q4及电容C10和C11组成的稳压滤波电路产生+18V直流电压,供给驱动、同步电路等。 图3-2-1澳洲袋鼠U C18电磁炉低压直流电路原理图 图3-2-2得昕T S-588电磁炉低压直流电源原理图一般而言,变压器式电源工作较为稳定,故障率很低。较为常见的故障是,由于有的用户习惯将电磁炉一直接通市电,而电磁炉的开关只控制整机是否工作,并不控制电源变压器,即只控制直流的通断,而不是控制交流的通断,当电磁炉接上电源时,变压器即一直处于通电工作状态,从而造成变压器因长期通电过热而使初级开路。因此不少品牌电磁炉的电源变压器均在初级串联一只温度保险丝。对这类变压器

10、,如出现初级开路现象,可将变压器的初级封装撕开,找出温度保险丝,将其两根引线短接起来,一般变压器仍可继续使用,只是减少了过热保护功能而已。随着技术的发展,加之近几年铜材价格上涨幅度过大,为了降低生产成本,也为了减小电路板体积,不少品牌电磁炉生产厂家开始采用开关电源电路。开关电源电路的结构形式大致可以分为单管振荡式和集成电路式两大类。图3-2-3为万家乐M C18A C电磁炉低压直流电路原理图,该电源为典型的单管振荡式开关电源,具体工作原理如下。主电源由二极管D1、D8和桥式整流器B D1中的半桥组成桥式整流电路(见本书附录E 相应机型电路原理图,经电阻R101限流、电容C101滤波后,产生约+

11、310V直流电压,该电压经开关变压器T1的初级加到开关三极管Q101的集电极。 图3-2-3万家乐M C18A C电磁炉低压直流电路原理图电磁炉接通电源后,在启动电阻R108的作用下,开关三极管Q101进入振荡状态,于是开关变压器T1的次级产生低压交流电,该低压交流电经二极管D101整流、电容C6滤波、稳压二极管z1稳压后,产生+18V直流电压供I G B T驱动电压信号输出电路等部分电路工作。同时,+18V直流电压经电阻R106限流、稳压集成电路I C3稳压,再经电容E C9、C24平滑滤波后,产生+5V平滑的直流电压,供单片机及各基准电压信号等电路工作。图3-2-4为好太太C16-A电磁炉

12、低压直流电路原理图。该电路中的开关电源采用S T公司生产的V I P e r12A新型中小功率单片机智能电源集成电路,内含脉宽调制控制器电路和过流、过压、过热保护电路,以及耐高电压的M O S F E T。用智能电源集成电路组成的开关电源具有市电输入电压范围宽、转换效率高,以及外围元器件少等优点,因此在很多主流品牌电磁炉,如尚朋堂、美的、苏泊尔、T C L等中得到广泛应用。 图3-2-4好太太C16-A电磁炉低压直流电路原理图参见本书附录E相应机型电路原理图,220V交流市电经二极管D13、D14及整流桥堆B D中负极两只二极管组成的桥式整流电路整流后,获得脉动的直流电压。该脉动的直流电压分为

13、两路,一路经电阻R2、R52、R18以及电容E C2分压滤波后,经线路插排C N4-11送入单片机作为电磁炉的浪涌保护取样电压;另一路经二极管D11、电阻R1限流、电容E C10滤波后,再经开关变压器T1初级送入集成电路U1(V I P e r12A的、脚,该处的焊点和铜箔也是该集成电路的散热体。U1脚为电源端,脚为反馈端。变压器T1次级带有中间抽头,一组经二极管D20整流、电容E C13滤波后,再经100电阻限流产生+18V 直流电压,作I G B T驱动电压信号输出电路等电源;另一组从中间抽头的交流低压经二极管D17整流、电容E C12滤波后,一路作散热风扇电机的电源,另一路经电阻R36限

14、流、稳压集成电路N1稳压及电容E C6、C10滤波后,产生+5V直流电压供单片机等电路。需要特别说明的是,采用这种集成电路的电源相对变压器式的电源和单管振荡式电源故障率要高,而且通常为集成电路击穿损坏。判断方法是,只要整机无电源指示,在检查市电电压正常的情况下,先检测限流电阻R1,如果电阻R1出现开路现象,则基本可以断定U1已经损坏。图3-2-5为苏泊尔C21S07电磁炉低压直流电路原理图,该电路的电源采用南京通华芯微电子公司生产的T H X202H集成电源芯片。和V I P e r12A相似的是该电路外围元器件也很少,且电路中的工作电压范围较宽。 图3-2-5苏泊尔C21S07电磁炉低压直流

15、电路原理图交流220V市电经二极管D101、D102及桥式整流器B R001中的两只负极的二极管(参见本书附录E中相应机型的电路原理图组成桥式整流电路获得脉动直流电压。该脉动直流电压分为两路:一路经电阻R101、R102、C101、C102分压滤波后产生一电压信号,经线排插头C N A6送入单片机作为电磁炉整机的电网电压监测信号;另一路经二极管D103、电阻R901限流、电容C901滤波后,再经开关变压器T901的初级线圈加到开关电源集成电路I C901的、脚。I C901脚所接的电阻R910为启动电阻;、脚为空脚,未采用;脚为反馈端;脚为芯片电源正端。在开关变压器T901的次级所获得的低压交

16、流电经二极管D902整流、电容C905和C907滤波后产生+15V直流电压,作为I G B T的驱动电压信号输出电路和散热风扇电机的工作电压。同时,+15V直流电压经电阻R907限流、稳压集成电路Q902稳压及电容C909和C910滤波后,产生+5V直流电压,供单片机等电路工作。从维修实践中发现,这类低压直流电源电路中故障率较高的部分是启动电阻R910,电阻R910开路会造成整机通电无反应。原因是生产厂家均将该电阻的耗散功率选择为1/81/4W,功率偏小。遇到此类故障时,可用2只阻值各为1M、1只阻值为200K的电阻串联代用,代用之后的稳定性比单只2.2M的要好。图3-2-6为长城I H-18

17、电磁炉低压开关电源电路原理图。该电磁炉的开关电源采用集成电路开关T H X201芯片。其工作原理与T H X202H类似,只是引脚的功能不同,不再另作解释。 图3-2-6长城I H-18电磁炉低压开关电源电路原理图图3-2-7为奔腾P C19N-C电磁炉低压电源电路原理图,该电磁炉开关电源采用F S D200芯片,具体工作原理如下。 图3-2-7奔腾P C I9N-C电磁炉低压电源电路原理图取自整流桥堆正极的约+310V直流电压经二极管D8、电容E C2滤波后,获得一个比较平滑的约+310V的直流电压,该直流电压经开关电源变压器T2的初级接至集成电路U2的脚,同时接至U2脚。当电磁炉接通电源,

18、U2进入正常工作状态,在开关变压器T2的次级获得两组低压交流电压,一路经二极管D3整流,电容E C11、C4滤波后,获得+18V直流电压,供I G B T驱动电压输出电路及其他电路工作;另一路低压交流电压经二极管D4整流,电容E C9、E C10、C5滤波,再经电阻R48接至稳压集成电路U l的脚(输入端,在脚(输出端经电容E C8滤波后,获得+5V直流电压,供单片机等电路工作。根据笔者维修经验,不论是单管振荡式开关电源,还是集成电路式开关电源,其开关变压器初级短路的故障发生率相对较低,而其次级快恢复整流二极管击穿损坏的故障率相对较高。3.3过/欠压保护电路所有用电设备均对电源电压有一定的要求

19、,电磁炉也不例外。同时,由于电磁炉是厨房电器中输出功率较大的器具,电源电压的高低不仅会对其输出功率产生很大影响,同时由于电磁炉在正常工作时,其中的I G B T工作在高频导通、截止状态,电源电压过高或者过低均会对I G B T的寿命产生不利影响,甚至造成I G B T击穿损坏。因此,电磁炉中一般均设有电源过、欠压保护电路。由于受其他如电焊机、电动机等大功率用电设备的影响,电网中含有大量的瞬时尖峰脉冲。电磁炉在正常使用过程中,为了保证I G B T在瞬时尖峰脉冲到来时能及时自动关断,在交流输入端即桥式整流器的前级均设置有过压保护电路,该过压保护电路也称为浪涌保护电路(S U R G EP R O

20、 T E C T。整流桥堆的后级通常还设一级过压保护电路,即+300V过压保护。浪涌电压的检测保护电路中设置的基准值比较高,当市电平均值偏高时,浪涌检测保护电路并不能对I G B T进行可靠保护,而+300V电压检测保护电路,即市电平均值检测电路,却可以克服浪涌电压保护的不足。另外,电磁炉在正常工作时,其功率开关管工作在快速导通、截止状态,即高频开关状态,当I G B T截止时,由于电感线圈中的电流不能突变,集电极会产生较高的感应电压,并与+300V直流电源叠加在一起,此时若I G B T不能及时、彻底关闭,则必然会导致其因过压击穿而损坏,因此电磁炉中还专门设置有集电极过压保护电路,即V c

21、过压保护电路。本节主要介绍各种过/欠压保护的电路结构形式。3.3.1市电过/欠压保护电路的形式市电过/欠压保护电路的形式有以下两大类:市电L、N两端经两只二极管或者两只电阻与桥式整流器中的两只负极二极管组成桥式整流电路,产生脉动直流电压,此电压再通过电阻分压、电容滤波后产生较低电压,作为市电过/欠压保护的取样信号。该电压信号电路的接法通常有以下几种形式:电压信号直接送入单片机的过压保护端口;电压信号接到一只控制三极管的基极,该三极管又接在驱动输出级的基极,从而达到过压保护的目的;电压信号分成两路,一路直接接到单片机的过压保护端口,另一路通过三极管控制驱动输出级的工作状态;电压信号接到电压比较器

22、的反相输入端,与同相输入端(一般接+5V比较后,一路接到单片机的开、关机信号端口,另外一路接到P W M通路,当市电电压异常升高后,电压比较器输出端输出低电平,既拉低了P W M 电压信号,同时又发出关机信号,从而使市电过压浪涌保护电路的可靠性得以提高。市电电压经电源变压器降压、整流、滤波后,从其正极引出随市电电压变化的电压信号,送入单片机或者接到电压比较器的反相输入端,与同相输入端的固定电压比较后输出控制信号,该控制信号可以接在P W M通路上,也可以接在驱动输出级回路上。图3-3-1为三角R C-16A电磁炉电网过/欠压保护电路原理图。 图3-3-1三角R C-16A电磁炉电网过/欠压保护

23、电路原理图该电磁炉过/欠压保护电路通过电阻R01、R02与整流桥堆中两只负极二极管组成的整流电路整流,通过电阻R03分压后,分成两路输出。一路经电阻R028、R029、C012分压滤波后送至单片机19脚,即过压保护端口(V C。当接入电磁炉的市电电压异常升高或者降低时,单片机19脚电压会跟着同步升高或者降低,当达到设定电压阈值后,单片机便发出关机信号或者停止脉宽调制电压P W M信号电压输出,以保护I G B T。另一路经稳压管C Z2、电阻R030、三极管Q2及二极管D14,接到电压比较器L M339的脚(输出端,即驱动输出端的前级。当市电电压异常升高后,稳压二极管C Z2击穿导通,三极管Q

24、2导通,二极管D14将驱动信号拉低,导致I G B T因无驱动信号电压而截止,从而达到保护I G B T的目的。图3-3-2是格力G L-S C20电磁炉电网过压保护电路原理图。 图3-3-2格力G L-S C20电磁炉电网过压保护电路原理图220V市电电压经二极管D1、D2及整流桥堆D14内部两只负极二极管组成的桥式整流电路整流,产生约+310V直流电压。+310V的直流电压经电阻R1、电容C1、电阻R2和R3、二极管D3、电阻R4和R5、电容C2和C3分压滤波后,加到三极管Q1的基极。当市电电压因故异常升高并且达到三极管的正向偏置电压后,Q1导通,通过二极管D4将驱动输出级三极管Q5、Q6

25、的基极电压拉低,迫使I G B T截止,从而达到保护I G B T的目的。图3-3-3是长城I H-18电磁炉电网过/欠压保护电路原理图。 图3-3-3长城I H-18电磁炉电网过/欠压保护电路原理图220V市电电压经二极管D1、D2与桥式整流器内部的两只负极二极管组成的桥式整流电路整流,获得约+200V的直流电压。该+200V脉动直流电压分为以下三路。第一路经二极管D3隔离、电阻R28限流后作为开关电源主电压。第二路经电阻R4、R5及电容C19、C25分压、滤波后送入电压比较器U2A的脚(反相输入端,与脚(同相输入端的+5V电压进行比较后,从U2A的脚(输出端输出控制信号。该控制电压信号又分

26、为两路:一路直接送入单片机的开、关机端口,即单片机的脚;另一路通过二极管D11接在脉宽调制电压信号P W M的输入回路上。当交流输入电压异常升高时,加至电压比较器U2A的脚(反相输入端的电压将高于脚(同相输入端所接的+5V电压,从而使脚(输出端输出低电平。当单片机检测到该低电平后,便在控制面板上指示交流输入电压过高信号;同时该低电平使二极管D11导通,将脉宽调制电压信号P W M拉低,从而使功率整定电路的电压比较器U2B的脚(输出端为低电平,I G B T的驱动电压信号输出电路停止工作,I G B T因无驱动电压而截止,从而达到交流输入电压过高保护的目的。第三路经电阻R2、R3及电容C10分压

27、、滤波后送入单片机的欠电压保护端口,即单片机的19脚。当交流输入电压低于一定值时,送入单片机19脚的电压也相应降低,当达到单片机内部的欠电压设定值时,单片机自动发出停止工作的指令,并且在控制面板显示交流输入电压低的信号。图3-3-4为易厨C16A电磁炉电压过低(欠压保护电路原理图。 图3-3-4易厨C16A电磁炉电压过低(欠压保护电路原理图220V市电电压经电源变压器降压、二极管D3D6整流、电容C7滤波后获得约+20V直流电压(图中未画出,该电压经电阻R99、R98分压,二极管D26隔离,电容C24滤波后,获得约4.31V的电压,然后经电阻R63送至运算放大器U1的脚(反相输入端。脚(同相输

28、入端一端经电阻R58接+12V电压,另一端经电阻R49接电源的负极,从而在脚(同相输入端获得约3.38V的电压。正常时,运算放大器U1的脚(反相输入端的电压高于脚(同相输入端的电压,脚(输出端为低电平,对脉宽调制电压信号P W M没有影响。当市电电压异常降低后,输入运算放大器U1的脚(反相输入端的电压变低,脚(反相输入端的电压低于脚(同相输入端的电压时,脚(输出端输出高电平,经二极管D25、电阻R62将脉宽调制电压信号P W M电压相应提升,以保护电磁炉在交流输入电压较低时仍然能达到额定输出功率,从而达到保护I G B T的目的。3.3.2+300V直流电压过高保护电路+300V直流电压过高保

29、护电路的方式有以下几种。+300V直流电压经电阻分压后,获得一个随输入电压变化的电压信号,该电压信号通常送入电压比较器或者运算放大器的同相输入端或者反相输入端,在电压比较器或者运算放大器的另一个输入端接一个固定的基准电压。从+300V处获得的电压信号经比较、放大后,可以接入脉宽调制P W M回路或者I G B T的驱动电压输出级回路,通过拉低P W M信号或者I G B T 的驱动电压信号,以达到关闭I G B T实现保护的目的。还有的电路的接法是:+300V电压经电阻分压后所获得的随+300V变化的电压信号送到运算比较器的反相输入端,电压比较器的同相输入端接电流反馈信号(C T,两个电压信号

30、经比较、处理后,用来控制脉宽调制电压P W M信号或者I G B T的驱动电压信号。直流电压保护电路原理图。图3-3-5为熊猫P J D-18电磁炉+300V 图3-3-5熊猫P J D-18电磁炉+300V直流电压保护电路原理图+300V电压经电阻R25、R27、R29分压,获得约3.56V的电压,经二极管D13隔离后加到运算放大器I C2的同相输入端脚;+5V电源经电阻R31、二极管D14及电容C20加到反相输入端脚。当+300V因故异常升高,即运算放大器的同相输入端电压高于反相输入端时,其输出脚(脚输出高电平。该高电平使三极管Q6因正向偏置而导通,三极管Q6导通后,将脉宽调制电压P W

31、M经二极管D17拉低,从而使加在功率整定电路的电压比较器I C3C的11脚同相输入端的电压低于脚反相输入端的锯齿波电压,13脚输出端输出为低电平,使I G B T的驱动电压信号输出电路停止输出,I G B T因无驱动电压信号而截止,电磁炉无功率输出,从而达到保护I G B T的目的。图3-3-6为创维C18B T T电磁炉+300V过压保护电路原理图。 图3-3-6创维C18B T T电磁炉+300V过压保护电路原理图+300V电压经电阻R19、R20、R26分压后,获得约2.67V的电压,该电压经二极管D13送入电压比较器U3的脚(反相输入端,该端还经电阻R33、R43对+5V进行分压,获得

32、的2V电压也加至脚(反相输入端;另外,+5V电压经电阻R36、R44分压后,获得约3.18V 的电压,该电压加到电压比较器U3的脚(同相输入端。当+300V因故异常升高时,加在电压比较器U3的脚(反相输入端的电压将高于脚(同相输入端的电压,14脚(输出端输出低电平,从而使电压比较器U3B的脚(输出端输出的驱动功率电平经二极管D6被拉低,比较器U2A的脚(同相输入端的电压低于脚(反相输入端的电压,脚(输出端输出低电平,I G B T的驱动电压信号输出级的三极管Q1截止,Q2导通,从而使I G B T因无驱动电压信号而截止,以达到+300V过压保护的目的(部分电路未画出。图3-3-7为九阳J Y

33、C-19P O W E R电磁炉+300V过压保护电路。 图3-3-7九阳J Y C-19P O W E R电磁炉+300V过压保护电路+300V电压经电阻R8、R11、R12分压后,获得约2.0V的电压,该电压经二极管D27加到电压比较器脚(反相输入端,另外该脚还经电阻R16、R56接+5V,获得分压约为0.97V。电流互感器C T1反馈的电流信号经二极管D11-D14桥式整流后,整流器负极电压经电阻R004、R005、R003及电容C001加到电压比较器脚(同相输入端。电压比较器的输出端经二极管D17、电阻R49和R54接驱动输出级的控制三极管Q9的基极。当+300V异常升高时,电压比较器

34、的反相输入端电平升高;另外+300V升高后,必然引起电磁炉的工作电流增大,经电流互感器C T1反馈取样后,加在电压比较器的脚(同相输入端的电压降低,从而使脚(输出端的电压快速降低,则控制三极管Q9的基极电压经二极管D17被拉低,三极管Q9截止,控制三极管Q5因正向偏置而导通,从而使I G B T的驱动电压信号输出级的三极管O4因反向偏置而截止(图中未画出,Q5因正向偏置而导通,使I G B T快速可靠截止。这种电路结构比上面介绍的+300V保护电路反应更快,可靠性也更高。3.3.3I G B T集电极过压保护电路I G B T集电极过压保护电路(简称V c保护电路的结构形式与+300V过压保护

35、电路的结构形式类似。信号的输出端一般都是通过控制脉宽调制电压P W M信号的方式来达到保护I G B T的目的。图3-3-8是澳洲袋鼠U C18电磁炉V c保护电路原理图。其工作原理是:V c电压经电阻R103R106及电阻R107分压后,获得约7.56V的电压,该电压加到稳压管Z11的阴极,当V c电压过高,使加在稳压二极管Z11阴极的电压超过15V时,稳压二极管Z11击穿,脉宽调制电压信号P W M回路的控制三极管Q16导通,将脉宽调制电压信号P W M的电压拉低, I G B T的驱动电路停止输出驱动电压,从而使I G B T可靠截止,达到保护I G B T的目的。 图3-3-8澳洲袋鼠

36、U C18电磁炉V c保护电路原理图图3-3-9是九阳J Y C-19P O W E R电磁炉的V c过压保护电路原理图。 图3-3-9九阳J Y C-19P O W E R电磁炉的V c过压保护电路原理图V c电压经电阻R17、R18、R45、R50、R23、R24分压取样后,获得约1.72V的电压,该电压经稳压二极管Z3、电阻R28、电容C16加到三极管Q6的基极。当V c电压超过一定幅值后,稳压二极管Z3被击穿,控制三极管Q6导通,脉宽调制电压信号P W M功率电平经电阻R33被拉低,接近地电位,I G B T的驱动电压信号输出电路停止输出,从而使I G B T截止,使I G B T得以

37、可靠保护。图3-3-10为富士宝I H-P205C电磁炉V c过压保护电路原理图。 图3-3-10富士宝I H-P205C电磁炉V c过压保护电路原理图V c电压经电阻R25、R34、R15分压取样后,获得约1.67V的电压,然后加在电压比较器脚(反相输入端;+18V电源经电阻R12、R14分压获得约6.08V电压,接在电压比较器脚(同相输入端。当V c电压超过一定值时,电压比较器的脚(输出端输出低电平,使得脉宽调制电压信号P W M电平经电阻R13被短接到地,从而使电压比较器的脚同相输入端的电压低于脚反相输入端的电压,电压比较器的脚(输出端即驱动电路前级输出为低电平,驱动三极管Q2截止,Q1

38、导通,使I G B T可靠截止而得以保护(Q2、Q1图中未画出。在比较器的脚反相输入端接有电容C27,起抗干扰作用,以防止电磁炉在正常工作时,高频感应信号对其产生干扰。图3-3-11是乐邦L B C-20C H2/E H1电磁炉V c过压保护电路原理图。 图3-3-11乐邦L B C-20C H2/E H1电磁炉V c过压保护电路原理图该电磁炉各种保护电路及同步电路全部直接接到单片机上,因此电路显得比较简洁。V c电压经R001、R003、R304分压后,获得约156.31V电压,该电压经电阻R005加至单片机的18脚,单片机根据加至18脚的电压的高低变化情况,与其内部的基准值比较后,作出V

39、c过压保护的动作。3.4同步电路同步电路是电磁炉中十分重要的单元电路之一。那么,什么是同步电路呢?电磁炉中为什么要设置同步电路呢?由第1章介绍的电磁炉的加热工作原理可知,电磁炉电路实质上是一种典型的L C型单管高频振荡电路。当电磁炉进入正常工作状态时,I G B T处于快速、交替的饱和导通与截止状态。电磁炉设定在不同的功率挡位时,I G B T饱和导通与截止的时间比例不同(实质是驱动I G B T的脉冲电压的占空比不同。当I G B T饱和导通时,施加在加热线圈盘中两端的电压的极性为上“+”下“-”。由电学知识知道,由于电感中的电流不能突变,流过I G B TC、E 极之间的电流是渐渐增大的。

40、当电流增大至某一值时,I G B T应当立即截止,以避免大电流将其击穿。在I G B T截止的瞬间,在加热线圈盘两端感应一反向电动势,反向电动势的极性为上“-”下“+”,以阻止电流突变,该反相电动势向高频振荡电容C充电。当该反向电动势向高频谐振电容充电到一定电压时,高频振荡电容C又向加热线圈盘放电,如此充电、放电反复循环,于是加热线圈盘L与高频谐振电容C产生L C阻尼振荡,振荡所产生的高频磁场通过电磁炉台面上的锅具底部,在锅具的底部感应产生涡流,将电磁能转化为锅具的热能,该阻尼振荡的幅度也越来越小。在振荡的初期,即I G B T截止的初期,加在I G B TC、E极上的电压非常高,这期间应确保

41、I G B T可靠截止,否则高电压形成的大电流必将造成I G B T损坏。综上所述,电磁炉工作在不同的工作状态时,I G B T的工作状态均应与加热线圈盘两端所加电压的状态保持协调,也就是说I G B T的驱动电压信号应与加热线圈盘两端所加电压的状态保持协调,能够实现协调功能的电路就称作同步电路。通过上面对电磁炉加热过程的分析,读者应该明白电磁炉中要设置同步电路的原因了。那么电磁炉中功率I G B T是怎么与加热线圈盘两端所加电压的状态保持协调、同步的呢?为了使I G B T与加热线圈盘两端所加电压的状态保持同步,在所有的电磁炉中均采用如下电路结构形式:在加热线圈盘的两端,通过电阻分压后获得一

42、组较低的电压取样信号,该取样电压加在电压比较器(型号通常为L M339的同相输入端与反相输入端。I G B T在导通和截止时,输入电压比较器的同相输入端与反相输入端的电压高低变化不同,因此在电压比较器的输出端产生一系列方波信号,该方波信号就是电磁炉的同步电压信号。同步电压信号控制I G B T与加热线圈盘两端所加电压状态保持同步的方式只有一种,那就是控制I G B T的驱动电压信号V D的占空比。随功率挡位调节的不同,I G B T导通时间不同,其占空比也不同。功率调节在大挡位时,占空比就大;反之,功率调节在小挡位时,占空比就小。不同占空比的方波电压信号作为信号源调制积分电路,便产生不同幅值的

43、锯齿波(或称三角波电压,该电压与P W M电压经电压比较器变换后,产生与不同功率相协调的驱动信号。也就是说,同步电路的输入信号电压取自I G B T,监测I G B T的工作状态,同时同步电路的输出端又与脉宽调制电压信号P W M进行混合调制,产生I G B T的同步驱动信号,从而达到I G B T与加热线圈盘两端所加电压的状态协调,亦即同步。同步信号调制驱动信号的电路结构通常有以下两种:一种是同步电路的输出端信号通过微分电路,变换产生近似锯齿波(三角波电压,该电压与脉宽调制电压信号经电压比较器比较变换后,送到I G B T的驱动电压信号端的输出级电路,并产生I G B T的驱动电压;另一种是

44、同步电路的输出端信号直接调制脉宽电压信号,然后经电压比较器变换后送到I G B T的驱动级电路,由驱动级电路产生I G B T驱动电压,即V D电压。图3-4-1是九阳J Y C P-19T电磁炉同步电路原理图。 图3-4-1九阳J Y C P-19T电磁炉同步电路原理图加热线圈盘上端的电压经电阻R401、R416、R402分压后加到电压比较器U2的反相输入端脚;加热线圈盘的下端电压(即I G B T集电极经电阻R405、R406、R417、R407、R408加到电压比较器U2的同相输入端脚。电容C400、C401为抗干扰电容。电磁炉正常工作时,在电压比较器U2的输出端14脚输出方波信号,该方

45、波信号经电阻R418/R412/R413、电容C403、二极管D400变换后形成锯齿波电压,并加到电压比较器U2的脚(反相输入端,与11脚同相输入端的P W M信号进行比较后产生同步功率电平驱动信号,该功率电平驱动信号经三极管Q300和Q301、电阻R301和R302组成的电路放大后驱动I G B T,使其在不同功率下同步地导通、截止。图3-4-2为半球C L-180D电磁炉同步电路原理图。 图3-4-2半球C L-180D电磁炉同步电路原理图加热线圈盘的上端电压经电阻R1、R2和R12分压后加到电压比较器的脚(同相输入端;加热线圈盘的下端电压经电阻R5、R6和电阻R8分压后接电压比较器的脚(

46、反相输入端。电磁炉在正常工作时,电压比较器的14脚(输出端输出一系列随功率变化的方波信号,方波信号直接接到电压比较器的11脚(同相输入端,以调制脉宽调制电压信号,也就是功率电平,从而产生同步功率电平驱动电压信号,该驱动信号经电阻R15送至电压比较器的脚(反相输入端,与电压比较器的脚(同相输入端所接的一固定电平进行比较放大后,获得一组驱动电压信号,该驱动电压信号送至驱动输出级,经驱动输出级放大后,获得I G B T的驱动电压信号,使I G B T在不同功率下同步地导通、截止。同步电路的具体工作原理,请见本书第4章的相关内容。3.5锅具检测电路锅具检测电路通常也简称为检锅电路,它是各款电磁炉都必不

47、可少的电路,也是非常重要的电路,检修任何一款电磁炉,都首先要搞清楚这款电磁炉的锅具检测电路的工作原理。锅具检测电路的结构形式有很多种,但其工作原理却不外乎两种。第一种锅具检测原理是:单片机通过检测单位时间内反馈回单片机的脉冲个数的多少,判断电磁炉的台面上是否放置有锅具及锅具的材质、放置的位置和锅具的底部尺寸是否合适。基于这种原理进行锅具检测的电路基本上都是从同步电路处(即电压比较器的输出端,下同引出一系列方波脉冲送至单片机。还有的比如美的、苏泊尔等品牌的电磁炉中,有部分型号的锅具检测信号端与启动电压信号共用一个单片机端口。在电磁炉开机时,该端口向同步电路的输出端发送一系列启动脉冲串,该脉冲串也

48、称开机试探信号,该开机试探信号打破电磁炉的同步电路在静态时的平衡状态,迫使电磁炉的I G B T进入振荡工作状态,然后单片机根据从同步电路输出端反馈回来至单片机的脉冲个数,判断电磁炉的台面上是否放置有锅具,以及锅具的材质、位置和锅具的底部尺寸是否符合要求。当电磁炉台面上放置有符合要求的锅具时,I G B T的振荡相当于是阻尼振荡,在单位时间内反馈回单片机的脉冲个数相对较少,单片机根据此脉冲个数判断电磁炉上放置有锅具,而且锅具放置的位置、锅具的材质以及锅具的底部尺寸均符合要求;当电磁炉的台面上未放置锅具,或者所放置的锅具的材质、位置、锅具的底部的尺寸不符合要求时,I G B T的振荡相当于是自由

49、振荡,在单位时间内从同步电路的输出端向单片机反馈的脉冲个数相对较多,单片机根据此脉冲反馈信号,判断电磁炉的台面上未放置锅具,或者锅具的放置位置、锅具的材质不符合要求。另一种锅具检测原理是:单片机通过检测电路中某一点的电位变化情况来判断电磁炉的台面上有无锅具及锅具的材质、位置是否符合要求。基于这种电路原理进行锅具检测的电路,其结构形式一般有以下3种。第一种锅具检测电路采用电流互感器检测方式,该方式也是最常见的一种锅具检测方式。其原理是通过电流互感器检测主回路中电流的变化情况,经过二极管整流处理后,获得一个随电磁炉工作电流变化而变化的电压信号,然后将该电压信号送至单片机。单片机根据该电压信号的高低

50、变化幅度判断电磁炉台面上是否放置有锅具,以及锅具所放置的位置、锅具的材质是否符合要求。电流互感器的接法一般都是串联在桥式整流器的前级,也有的电磁炉将电流互感器串联在功率I G B T的发射极。第二种锅具检测电路原理是采用电阻降压式获得工作电流、电压信号,即在I G B T的发射极与桥式整流器之间串联一只电阻值很小的功率电阻(通常采用一截比较粗的康铜丝,根据电磁炉在不同工作状态下(有锅具和无锅具时的工作电流不同该电阻上的电压幅度不同,检测主回路电流的变化情况,从而获得一个很微弱的信号电压。该信号电压一般分为两路,分别送入运算放大器:一路经运算放大器放大后送至单片机,单片机根据该能够反应主回路电流

51、变化情况的电压信号的高低,判断电磁炉的台面上是否放置有锅具,以及锅具的材质、放置的位置是否符合要求;另一路经运算放大器放大后送入单片机的另一个端口,单片机根据此电压信号的变化幅度作电磁炉的过流保护。第三种锅具检测电路是通过在桥式整流器的负极与整机的负极之间串联一只电阻值很微小的功率电阻(有的如尚朋堂S R-16××等系列的电磁炉从桥式整流器的负极附近的、比较宽的敷铜箔就近取得微弱的信号电压进行放大,再经过多级积分电路后送入单片机。电磁炉在不同工作状态下从该电阻的上端口获得一个随整机电流变化的、十分微弱的信号电压,该信号电压经运算放大器放大后送入单片机,从而实现锅具的检测及整

52、机过电流保护。图3-5-1是万家乐M C18A C电磁炉的锅具检测电路原理图。该款电磁炉的锅具检测电路是典型的通过检测单位时间内脉冲个数的方式进行检测锅具的。在同步电路的电压比较器I C1C (L M339的13脚(输出端,通过插线排C N1-3将同步脉冲电压信号送入单片机的锅具检测端口,即P A N端口。电磁炉在正常工作时,在电压比较器I C1C的13脚(输出端输出一系列方波脉冲。 图3-5-1万家乐M C18A C电磁炉的锅具检测电路原理图电磁炉处于待机状态时,经电阻分压,同步电路的电压比较器I C1C的脚(反相输入端的电压约为3.07V(以直流电压为+310V计算,11脚(同相输入端的电

53、压约为3.34V。因此,当电磁炉处于待机状态时,电压比较器I C1C的13脚(输出端输出为高电平。按下开机键后,单片机通过插线排C N1-5输出数微秒宽的高电平开机脉冲信号I G B T E N,该高电平开机脉冲信号通过电容C20耦合至电压比较器I C1C的脚反相输入端,并使该脚的电平高于11脚(同相输入端的电平,从而改变同步电路的电压比较器I C1C在待机时的平衡状态,13脚(输出端变为低电平。I C1C的13脚输出低电平信号后,电压比较器I C1A的脚(反相输入端的电压瞬时降低,并且低于脚(同相输入端的脉宽调制电压信号,则脚(输出端输出高电平,I G B T的驱动电压信号输出电路输出驱动电

54、压信号,使I G B T突然导通,然后高频谐振电容与加热线圈盘产生高频振荡。当电磁炉上放置有符合要求的锅具时,高频振荡时释放出的能量被锅具吸收,此时高频振荡相当于阻尼振荡,在单位时间内,从电压比较器I c1C的13脚(输出端输出的脉冲个数相对较少;当电磁炉上没有放置锅具,或者所放置的锅具的材质、放置的位置及锅具的底部尺寸不符合要求时,高频振荡电路相当于是自由振荡,在单位时间内,从电压比较器I C I C的13脚(输出端输出的脉冲个数相对较多,单片机根据此端口在单位时间内输入的脉冲个数的多少,与其内部程序设定的数值进行比较,从而判断电磁炉上是否放置有锅具,以及锅具材质、位置和底部尺寸是否符合要求

55、。图3-5-2是T C L的T C19G电磁炉的锅具检测电路的原理图。该款电磁炉的锅具检测原理与万家乐M C18A C电磁炉的锅具检测原 理相近。从同步电路的电压比较器U1A的脚(输出端输出的电压经电阻R50由插线排C N1-3送入单片机的锅具检测端口,即P A N端口。与万家乐M C18A C电磁炉的锅具检测端口所不同的是,该机的P A N端 口是个复用端口,有以下两个功能:第一个功能是,在开机之初,单片机先从该端口输图3-5-2T C LT C19G电磁炉的锅具检测电路的原理图出数微秒宽的低电平开机脉冲电压信号,以打破同步电路电压比较器的初始平衡状态,使I G B T导通,高频谐振电容与加

56、热线圈盘并联形成高频振荡;第二个功能是,当I G B T导通,电路产生高频振荡后,该端口又变成锅具检测信号的输入端口。从电压比较器U1A的脚输出端输出一系列方波信号送至单片机的P A N端口,单片机根据单位时间内输入此端口的脉冲数量与单片机内部的程序设定的数值进行比较,判断电磁炉的台面上是否放置有锅具,以及所放置的锅具的材质、放置的位置和锅具的底部尺寸是否符合要求。图3-5-3是格力G L-S C20电磁炉的锅具检测电路的原理图。 图3-5-3格力G L-S C20电磁炉的锅具检测电路的原理图该款电磁炉的锅具检测电路原理是采用电阻取样的方式,通过检测电阻上的电压变化情况,单片机判断电磁炉上有无

57、锅具。在I G B T的发射极与桥式整流器之间串联一只阻值很小的电阻R48(一截康铜丝,该电阻的上端经电阻R32引出随着电磁炉工作电流同步变化的电压信号,该同步电压信号又分为两路:一路经电阻R36、电容C23通过插线排C N3-3送至单片机作锅具检测电压信号;一路直接送至电压比较器的U1A脚(反相输入端,与电压比较器的脚(同相输入端的脉宽调制电压信号比较后,在脚输出端获得调制后的脉宽调制电压信号的直流电平,以进一步控制、调节电磁炉的整机功率输出。在开机之初,单片机经插线排C N3-3输出一组开机脉冲电压信号,该开机脉冲电压信号经电容C23耦合后,接至电压比较器U1D的脚(反相输入端,打破同步电路电压比较器U1D的初始平衡状态,导致I G B T突然导通,从而使高频谐振电容与加热线圈盘形成高频振荡。当电磁炉上放置有符合条件的锅具时,流过I G B T的电流较大,在电阻R48的上端口的电压降就高,即产生的负电压就大,这个能够随着工作电流呈线性变化的电压信号经过电阻R32、R3