電磁加熱電路

1、簡介1.1電磁加熱原理電磁灶是一種利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為熱能的廚房電器。在電磁灶內(nèi)部，由整流電路將50/60HZ的交流電壓變成直流電壓，再經(jīng)過控制電路將直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為20-40KHZ的高頻電壓，高速變化的電流流過線圈會產(chǎn)生高速變化的磁場，當(dāng)磁場內(nèi)的磁力線通過金屬器皿（導(dǎo)磁又導(dǎo)電材料）底部金屬體內(nèi)產(chǎn)生無數(shù)的小渦流，使器皿本身自行高速發(fā)熱， 然后再加熱器皿內(nèi)的東西。1.2 47系列筒介47系列是由正夫人旗下中山電子技術(shù)開發(fā)制造廠設(shè)計開發(fā)的全新一代電磁爐，面板有LED發(fā)光二極管顯示模式、LED數(shù)碼顯示模式、LCD液晶顯示模式、 VFD瑩光顯示模式、TFT真彩顯示模式機(jī)種。操作功能有加熱火

2、力調(diào)節(jié)、自動恒溫設(shè)定、定時關(guān)機(jī)、預(yù)約開/關(guān)機(jī)、預(yù)置操作模式、自動泡茶、自動煮飯、自動煲粥、自動煲湯及煎、炸、烤、火鍋等料理功能機(jī)種。額定加熱功率有500W3400W的不同機(jī)種，功率調(diào)節(jié)范圍為額定功率的90%,并且在全電壓范圍內(nèi)功率自動恒定。200240V 機(jī)種電壓使用范圍為 160260V, 100120V 機(jī)種電壓使用范圍為 90135V 。全系列機(jī)種均適用于 50、60Hz的電壓頻率。使用環(huán)境溫度為 -23 C 45 C。電控功能有鍋具超溫保護(hù)、鍋具干燒保護(hù)、鍋具傳感器開/短路保護(hù)、2小時不按鍵（忘鉀機(jī)）保護(hù)、IGBT溫度限制、IGBT溫度過高保護(hù)、低溫環(huán)境工作模式、IGBT測溫傳感器開/

3、短路保護(hù)、高低電壓保護(hù)、浪涌電壓保護(hù)、VCE抑制、VCE過高保護(hù)、過零檢測、小物檢測、鍋具材質(zhì)檢測。47系列須然機(jī)種較多，且功能復(fù)雜，但不同的機(jī)種其主控電路原理一樣 ，區(qū)別只是零件參數(shù)的差異及 CPU程序不同而己。 電路的各項(xiàng)測控主要由一塊 8位4K內(nèi)存的單片機(jī)組成，外圍線路簡單且零件極少，并設(shè)有故障報警功能，故電路可靠性 高，維修容易，維修時根據(jù)故障報警指示，對應(yīng)檢修相關(guān)單元電路，大部分均可輕易解決。二、電磁爐工作原理分析2.1特殊零件簡介2.1.1 LM339 集成電路LM339內(nèi)置四個翻轉(zhuǎn)電壓為 6mV的電壓比較器,當(dāng)電壓比較器輸入端電壓正向時 (+輸入端電壓高于-入輸端電壓),置 于L

4、M339內(nèi)部控制輸出端的三極管截止 ，此時輸出端相當(dāng)于開路 ；當(dāng)電壓比較器輸入端電壓反向時 (-輸入端電壓高于 + 輸入端電壓),置于LM339內(nèi)部控制輸出端的三極管導(dǎo)通 ，將比較器外部接入輸出端的電壓拉低 ，此時輸出端為0V。2.1.2 IGBTTO-3P絕緣雙柵極晶體管(lusulated Gate Bipolar Transistor) 簡稱IGBT,是一種集BJT的大電流密度和MOSFET等電壓激勵場控型器件優(yōu)點(diǎn)于一體的高壓、高速大功率器件。目前有用不同材料及工藝制作的IGBT,但它們均可被看作是一個 MOSFET輸入跟隨一個雙極型晶體管放大的復(fù)合結(jié)構(gòu)。IGBT有三個電極(見上圖)，分

5、別稱為柵極G(也叫控制極或門極)、集電極C(亦稱漏極)及發(fā)射極E(也稱源極)。從IGBT的下述特點(diǎn)中可看出，它克服了功率MOSFET的一個致命缺陷，就是于高壓大電流工作時，導(dǎo) 通電阻大，器件發(fā)熱嚴(yán)重，輸出效率下降。IGBT的特點(diǎn)：1.電流密度大,是MOSFET的數(shù)十倍。2.輸入阻抗高，柵驅(qū)動功率極 小,驅(qū)動電路簡單。3.低導(dǎo)通電阻。在給定芯片尺寸和 BVceo下，其導(dǎo)通電阻Rce(on)不大于MOSFET的Rds(on)的10%。4.擊穿電壓高，安全 工作區(qū)大，在瞬態(tài)功率較高時不會受損壞。5.開關(guān)速度快,關(guān)斷時間短，耐壓1kV1.8kV的約1.2us、600V級的約0.2us,約為GTR的10

6、%,接近于功率MOSFET,開關(guān)頻率直達(dá)100KHz,開關(guān)損耗僅為GTR的30%。IGBT將場控型器件的優(yōu)點(diǎn)與 GTR 的大電流低導(dǎo)通電阻特性集于一體，是極佳的高速高壓半導(dǎo)體功率器件。目前458系列因應(yīng)不同機(jī)種采了不同規(guī)格的IGBT,它們的參數(shù)如下：(1) SGW25N120- 西門子公司出品，耐壓1200V,電流容量25 C時46A,100 C時25A,內(nèi)部不帶阻尼二極管 ，所以 應(yīng)用時須配套 6A/1200V以上的快速恢復(fù)二極管 (D11)使用，該IGBT配套10A/1200/1500V 以上的快速恢復(fù)二極管 (D11)后可代用 SKW25N120。(2) SKW25N120- 西門子公司

7、出品，耐壓1200V,電流容量25 C時46A,100 C時25A,內(nèi)部帶阻尼二極管，該IGBT可代用SGW25N120,代用時將原配套 SGW25N120的D11快速恢復(fù)二極管拆除不裝。(3) GT40Q321- 東芝公司出品，耐壓1200V,電流容量25 C時42A,100 C時23A,內(nèi)部帶阻尼二極管，該IGBT可代用SGW25N120、SKW25N120,代用SGW25N120時請將原配套該IGBT的D11快速恢復(fù)二極管拆除不裝。(4) GT40T101-東芝公司出品，耐壓1500V,電流容量25 C時80A,100 C時40A,內(nèi)部不帶阻尼二極管，所以應(yīng)用 時須配套15A/1500V

8、 以上的快速恢復(fù)二極管 (D11)使用，該IGBT配套6A/1200V以上的快速恢復(fù)二極管 (D11)后可代 用 SGW25N120 、SKW25N120 、GT40Q321,配套 15A/1500V 以上的快速恢復(fù)二極管(D11)后可代用 GT40T301 。(5) GT40T301- 東芝公司出品，耐壓1500V,電流容量25 C時80A,100 C時40A,內(nèi)部帶阻尼二極管，該IGBT可 代用 SGW25N120 、SKW25N120、GT40Q321 、GT40T101,代用 SGW25N120 禾口 GT40T101 時請將原配套該 IGBT 的D11快速恢復(fù)二極管拆除不裝。(6)

9、GT60M303 - 東芝公司出品，耐壓900V,電流容量25 C時120A,100 C 時60A,內(nèi)部帶阻尼二極管。(7) GT40Q323- 東芝公司出品，耐壓1200V,電流容量25 C時40A,100 C時20A,內(nèi)部帶阻尼二極管，該IGBT可代用SGW25N120、SKW25N120,代用SGW25N120時請將原配套該IGBT的D11快速恢復(fù)二極管拆除不裝。(8) FGA25N120- 美國仙童公司出品，耐壓1200V,電流容量25 C時42A,100 C時23A,內(nèi)部帶阻尼二極管，該IGBT可代用SGW25N120、SKW25N120,代用SGW25N120 時請將原配套該IGB

10、T的D11快速恢復(fù)二極管拆除不裝。2.2電路方框圖麹mm操控電曉報警電路散熬系統(tǒng)7f按電躊2.3主回路原理分析時間t1t2時當(dāng)開關(guān)脈沖加至IGBTQ1的G極時，IGBTQ1飽和導(dǎo)通，電流i1從電源流過L1,由于線圈感抗不允許電流 突變.所以在t1t2時間i1隨線性上升，在t2時脈沖結(jié)束，IGBTQ1截止，同樣由于感抗作用，i1不能立即突變0,于 是向C3充電，產(chǎn)生充電電流i2,在t3時間，C3電荷充滿，電流變0，這時L1的磁場能量全部轉(zhuǎn)為C3的電場能量，在電容兩端出現(xiàn)左負(fù)右正，幅度達(dá)到峰值電壓，在IGBTQ1的CE極間出現(xiàn)的電壓實(shí)際為逆程脈沖峰壓+電源電壓，在t3t4時間，C3通過L1放電完畢

11、，i3達(dá)到最大值，電容兩端電壓消失，這時電容中的電能又全部轉(zhuǎn)化為L1中的磁能，因感抗作用，i3不能立即突變0，于是L1兩端電動勢反向，即L1兩端電位左正右負(fù)，由于IGBT內(nèi)部阻尼管的存在，C3 不能繼續(xù)反向充電，而是經(jīng)過C2、IGBT阻尼管回流，形成電流i4,在t4時間，第二個脈沖開始到來，但這時IGBTQ1 的UE為正，UC為負(fù)，處于反偏狀態(tài)，所以IGBTQ1不能導(dǎo)通，待i4減小到0，L1中的磁能放完，即到t5時IGBTQ1才開始第二次導(dǎo)通，產(chǎn)生i5以后又重復(fù)i1i4過程，因此在L1上就產(chǎn)生了和開關(guān)脈沖f(20KHz30KHz)相同的交流電流。t4t5的i4是IGBT內(nèi)部阻尼管的導(dǎo)通電流，在

12、高頻電流一個電流周期里，t2t3的i2是線盤磁能對電容 C3的充電電流，t3t4的i3是逆程脈沖峰壓通過 L1放電的電流，t4t5的i4是L1兩端電動勢反向時，因的存在令C3不能繼續(xù)反向充電，而經(jīng)過C2、IGBT阻尼管回流所形 成的阻尼電流，IGBTQ1的導(dǎo)通電流實(shí)際上是i1。IGBTQ1的VCE電壓變化：在靜態(tài)時，UC為輸入電源經(jīng)過整流后的直流電源，t1t2，IGBTQ1飽和導(dǎo)通，UC接近地電位，t4t5, IGBT 阻尼管導(dǎo)通,UC為負(fù)壓(電壓為阻尼二極管的順向壓降),t2t4,也就是LC自由振蕩的半個周期,UC上出現(xiàn)峰值電壓，在t3時UC達(dá)到最大值。以上分析證實(shí)兩個問題：一是在高頻電流的

13、一個周期里，只有i1是電源供給L的能量，所以i1的大小就決定加熱功率的大小，同時脈沖寬度越大,t1t2的時間就越長，i1就越大，反之亦然，所以要調(diào)節(jié)加熱功率，只需要調(diào)節(jié)脈沖的寬度；二 是LC自由振蕩的半周期時間是出現(xiàn)峰值電壓的時間，亦是IGBTQ1的截止時間，也是開關(guān)脈沖沒有到達(dá)的時間，這個時間關(guān)系是不能錯位的，如峰值脈沖還沒有消失，而開關(guān)脈沖己提前到來，就會出現(xiàn)很大的導(dǎo)通電流使IGBTQ1燒壞，因此必須使開關(guān)脈沖的前沿與峰值脈沖后沿相同步。2.4振蕩電路+5VD6tbH1N4U8 二匚iVCEPWKI+4.96 VioV6 +i.i svIJ2DLM33913zx(1)當(dāng)PWM點(diǎn)有Vi輸入時

14、、V7 OFF 時(V7=0V), V5 等于D6的順向壓降，而當(dāng)V5V6時,V7轉(zhuǎn)態(tài)為 OFF,V6亦降至 D6的順向壓降，而V5則由C16、 D6放電。(3) V5放電至小于 V6時，又重復(fù)(1)形成振蕩。“ G點(diǎn)輸入的電壓越高，V7處于ON的時間越長，電磁爐的加熱功率越大，反之越小”。2.5 IGBT激勵電路 振蕩電路輸出幅度約 4.1V的脈沖信號，此電壓不能直接控制IGBT的飽和導(dǎo)通及截止，所以必須通過激勵電路將信號放大 才行，該電路工作過程如下：R2110KR22C1310KUT104+2.5VR35+0 40A1U2C+0.25VLM339V7R232KC17104T 二C1822

15、0UF/25VR24+0.12V 10 f 1WQ43550R笳10KR375K1IGBTDW318V/1/2W(1) V8 OFF 時(V8=0V),V8V9,V10 為低,Q81 截止、Q4 導(dǎo)通,+18V 通過 R23、Q4 禾口 Q1 的 E 極加至 IGBT 的 G極，IGBT導(dǎo)通。2.6 PWM脈寬調(diào)控電路R30 1KR31R34LM33911PWM 111(CPU10 C27 u4R3210Iuf180K=C28=iOuF 16vlliIMF 16丫 丨C29CPU輸出PWM 脈沖到由R30、C27、R31組成的積分電路,PWM脈沖寬度越寬，C28的電壓越高，C29的電壓也跟 著

16、升高，送到振蕩電路（G點(diǎn)）的控制電壓隨著 C29的升高而升高，而G點(diǎn)輸入的電壓越高，V7處于ON的時間越長 電磁爐的加熱功率越大，反之越小。CPU通過控制PWM脈沖的寬與窄，控制送至振蕩電路 G的加熱功率控制電壓，控制了IGBT導(dǎo)通時間的長短,結(jié)果控制了加熱功率的大小2.7同步電路CN8CN7LILINLOUT400uHAC+AC-C2-JJ_|-LL0.3u/1200VDclIBGT1BG125A5uF/400VDC_L|R15AC220510KJ/2WR1510KJ/2WFGA25N120T1DKR14R1727KJAC1222rr+1.71 VR162.7KJC25C15510KJ/2W

17、2A1D2J+ 1 71VR 嚴(yán) 1DK5K1JLM339U2A CidV5 2A222J市電經(jīng)整流器整流、濾波后的310V直流電，由R15+R14 、 R16分壓產(chǎn)生 V3,R1+R17 、 R28分壓產(chǎn)生V4,在高頻電流的一個周期里，在t2t4時間(圖1),由于C14兩端電壓為上負(fù)下正，所以V3V5,V7 OFF(V7=0V),振蕩沒有輸出，也就沒有開關(guān)脈沖加至 Q1的G極，保證了 Q1在t2t4時間不會導(dǎo)通，在t4t6時間,C3電容兩端電壓消失，V3V4, V5上升，振蕩有輸出，有開關(guān)脈沖加至 Q1的G極。以上動作過程，保證了 加到Q1 G極上的開關(guān)脈沖前沿與Q1上產(chǎn)生的VCE脈沖后沿相

18、同步。2.8加熱開關(guān)控制R22101礦+0.40VHU2C+5V+0.25V1N4U8CPU廣(1)當(dāng)不加熱時，CPU 17腳輸出低電平(同時CPU 10腳也停止PWM輸出),D7導(dǎo)通，將LM339 9電壓拉低,振蕩停 止，使IGBT激勵電路停止輸出，IGBT截止，則加熱停止。開始加熱時，CPU 17腳輸出高電平，D7截止，同時CPU 10腳開始間隔輸出 PWM試探信號，同時CPU通過分析電流 檢測電路和VAC檢測電路反饋的電壓信息、VCE檢測電路反饋的電壓波形變化情況，判斷是否己放入適合的鍋具，如果判斷己放入適合的鍋具，CPU10腳轉(zhuǎn)為輸出正常的 PWM信號，電磁爐進(jìn)入正常加熱狀態(tài) ，如果電

19、流檢測電路、VAC及VCE電路反饋的信息，不符合條件，CPU會判定為所放入的鍋具不符(2)或無鍋，則繼續(xù)輸出PWM試探信號，同時發(fā)出指示無鍋的報知信息(見故障代碼表)，如30秒鐘內(nèi)仍不符合條件則關(guān)機(jī)。2.9 VAC檢測電路AC22OVAC-NAC-LA AD171N4007D18D161N414昴匚CPIJ6 vapj1N4007R386K8JR40510RJ/2W=r C334 7uF/16V4 7uF/16VAC220V由D17、D18整流的脈動直流電壓通過 R40限流再經(jīng)過，C33、R39 C32組成的n型濾波器進(jìn)行濾波后的電壓，經(jīng)R38分壓后的直流電壓，送入CPU 6 ,根據(jù)監(jiān)測該電壓

20、的變化,CPU會自動作出各種動作指令。(1) 判別輸入的電源電壓是否在充許范圍內(nèi)，否則停止加熱，并報知信息(見故障代碼表)。(2) 配合電流檢測電路、VCE電路反饋的信息，判別是否己放入適合的鍋具 ，作出相應(yīng)的動作指令(見加熱開關(guān)控制及試探 過程一節(jié))。(3) 配合電流檢測電路反饋的信息及方波電路監(jiān)測的電源頻率信息，調(diào)控PWM的脈寬，令輸出功率保持穩(wěn)定。電源輸入標(biāo)準(zhǔn) 220V 1V電壓，不接線盤(L1)測試CPU第6腳電壓，標(biāo)準(zhǔn)為2.65V 0.06V?！?.10電流檢測電路AC LBG1225A(1:850 E-1908509)CIO DI kFlVR11K-1/2ViiRll 8201)4

21、 kR13 2KJ R12 300-u CU 10iiF.16 cpu?電流互感器 CT1二次測得的AC電壓，經(jīng)D1D4組成的橋式整流電路整流、 R12、R13分壓，C11濾波，所獲得的 直流電壓送至 CPU 5腳，該電壓越高，表示電源輸入的電流越大 ，CPU根據(jù)監(jiān)測該電壓的變化，自動作出各種動作指令：(1) 配合VAC檢測電路、VCE電路反饋的信息，判別是否己放入適合的鍋具 ，作出相應(yīng)的動作指令(見加熱開關(guān)控制及試 探過程一節(jié))。(2) 配合VAC檢測電路反饋的信息及方波電路監(jiān)測的電源頻率信息，調(diào)控PWM的脈寬，令輸出功率保持穩(wěn)定。CN8LOUTR1510KJ/2WR17510KJ/2W孚I

22、寸N 一R33100將IGBT（Q1）集電極上的脈沖電壓通過 R1+R17、R28分壓R29限流后，送至LM339 6腳，在6腳上獲得其取樣電壓 此反影了 IGBT的VCE電壓變化的信息送入 LM339, LM339根據(jù)監(jiān)測該電壓的變化，自動作出電壓比較而決定是否工作。（1）配合VAC檢測電路、電流檢測電路反饋的信息，判別是否己放入適合的鍋具 ，作出相應(yīng)的動作指令（見加熱開關(guān)控制及 試探過程一節(jié)）1200V 的 IGBT,根據(jù)VCE取樣電壓值，自動調(diào)整PWM脈寬，抑制VCE脈沖幅度不高于1050V（此值適用于耐壓 耐壓1500V 的IGBT 抑制值為1300V）當(dāng)測得其它原因?qū)е?VCE脈沖高

23、于1150V時（此值適用于耐壓 1200V的IGBT,耐壓1500V的IGBT此值為 1400V）, LM339立即停止工作（見故障代碼表）AC 2 20VAC-NAC LDI 71N4OCTDI 81N4OO7C34 3Al 02JHIR44330*R41 R42+5VTr4310K CPU1m ZEROiZ5K SS0501M12W 510UC35104當(dāng)正弦波電源電壓處于上下半周時，由D17、 D18和整流橋DB內(nèi)部交流兩輸入端對地的兩個二極管組成的橋式整流電路產(chǎn)生的脈動直流電壓，當(dāng)電源突然有浪涌電壓輸入時，此電壓通過R41、C34耦合，再經(jīng)過R42分壓，R44限流C35濾波后的電壓，控

24、制 Q5的基極，基極為 高電平時，電壓Q5基極,Q5飽和導(dǎo)通，CPU 17的電平通過 Q5至地，PWM停 止輸出，本機(jī)停止工作；當(dāng)浪涌脈沖過后，Q5的基極為低電平,Q5截止，CPU 17的電平通過 Q5至地，CPU再重新發(fā) 出加熱指令。2.13過零檢測AC-NAC-LA AD18D171N4007D161N4148E1N40073KCPU6R386K8JR40 510KJ/2W=r C334 7uF/16VC324 7uF/16V當(dāng)正弦波電源電壓處于上下半周時，由D17、 D18和整流橋DB內(nèi)部交流兩輸入端對地的兩個二極管組成的橋式整流電路產(chǎn)生的脈動直流電壓通過 R40限流再經(jīng)過，C33、R3

25、9 C32組成的n型濾波器進(jìn)行濾波后的電壓，經(jīng)R38分壓后的電壓, 在CPU 6則形成了與電源過零點(diǎn)相同步的方波信號，CPU通過監(jiān)測該信號的變化，作出相應(yīng)的動作指令。2.14鍋底溫度監(jiān)測電路CN4RT100K ptLC0N2 R45K1JR51MTOP-IGBTCPU?加熱鍋具底部的溫度透過微晶玻璃板傳至緊貼玻璃板底的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，該電阻阻值的變化間接反影了加熱鍋具的溫度變化(溫度/阻值祥見熱敏電阻溫度分度表)，熱敏電阻與R4分壓點(diǎn)的電壓變化其實(shí)反影了熱敏電阻阻值的變化，即加熱鍋具的溫度變化，CPU 8腳通過監(jiān)測該電壓的變化，作出相應(yīng)的動作指令：(1)定溫功能時，控制加熱指令，另被加熱物

26、體溫度恒定在指定范圍內(nèi)(2)當(dāng)鍋具溫度高于270 C時，加熱立即停止并報知信息(見故障代碼表)(3)當(dāng)鍋具空燒時，加熱立即停止，并報知信息(見故障代碼表)(4)當(dāng)熱敏電阻開路或短路時發(fā)出不啟動指令，并報知相關(guān)的信息(見故障代碼表)+5VCPUS當(dāng)IGBT結(jié)溫由于某原因（例如散熱系統(tǒng)故障）而高于95C時，加熱立即停止并報知信息（祥見故障代碼表）IGBT產(chǎn)生的溫度透過散熱片傳至緊貼其上的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻TH,該電阻阻值的變化間接反影了IGBT的溫度變化（溫度/阻值祥見熱敏電阻溫度分度表 ）,熱敏電阻與 R8分壓點(diǎn)的電壓變化其實(shí)反影了熱敏電阻阻值的變化，即IGBT的溫度變化，CPU通過監(jiān)測該電壓的

27、變化，作出相應(yīng)的動作指令：（1） IGBT結(jié)溫高于90 C 時，調(diào)整PWM的輸出，令I(lǐng)GBT結(jié)溫 90 C（3）當(dāng)熱敏電阻TH開路或短路時，發(fā)出不啟動指令，并報知相關(guān)的信息（祥見故障代碼表）。（4）關(guān)機(jī)時如IGBT溫度50 C，CPU發(fā)出風(fēng)扇繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)指令，直至溫度 50 C （繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)超過30秒鐘如溫度 仍50 C，風(fēng)扇停轉(zhuǎn);風(fēng)扇延時運(yùn)轉(zhuǎn)期間，按1次關(guān)機(jī)鍵，可關(guān)閉風(fēng)扇）。（5）電磁爐剛啟動時，當(dāng)測得環(huán)境溫度 0 C，CPU調(diào)用低溫監(jiān)測模式加熱 1分鐘，30秒鐘后再轉(zhuǎn)用正常監(jiān)測模式，防止電路零件因低溫偏離標(biāo)準(zhǔn)值造成電路參數(shù)改變而損壞電磁爐。2.16散熱系統(tǒng)FAN :二 IEDIO1N4OOR25FCPU1 ?FAN將IGBT及整流器BG緊貼于散熱片上，利用風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)通過電磁爐進(jìn)、出風(fēng)口形成的氣流將散熱片上的熱及線盤L1等零件工作時產(chǎn)生的熱、加熱鍋具輻