1、电磁炉原理图和工作原理讲解一、简介 1.1 电磁加热原理 1.2 458系列简介 二、原理分析 2.1 特殊零件简介 2.1.1 LM339集成电路 2.1.2 IGBT 2.2 电路方框图 2.3 主回路原理分析 2.4 振荡电路 2.5 IGBT激励电路 2.6 PWM脉宽调控电路 2.7 同步电路 2.8 加热开关控制 2.9 VAC检测电路 2.10 电流检测电路 2.11 VCE检测电路 2.12 浪涌电压监测电路 2.13 过零检测 2.14 锅底温度监测电路 温度监测电路 IGBT2.15 2.16 散热系统 2.17 主电源 2.18辅助电源 2.19 报警电路 三、故障维修
2、3.1 故障代码表 3.2 主板检测标准 3.2.1主板检测表 3.2.2主板测试不合格对策 3.3 故障案例 3.3.1 故障现象1 一、简介 1.1 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)底部金属使器皿本身自行高速发热，体内产生无数的小涡流，然后再加热器皿内的东西。 1.2 458系列简介 458系列是由建安电子技术开发制造厂设计开发的新一代电
3、磁炉,界面有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7003000W的不同机种,功率调节范围为额定功率的85%,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-2345。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
4、记关机) 保护、IGBT温度限制、IGBT温度过高保护、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。 但不同的机种,且功能复杂,系列虽然机种较多458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。 二、原理分析 2.1 特殊零件简介 2.1.1 LM339集成电路 LM339内置四个翻转电压为6mV
5、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。 2.1.2 IGBT 绝缘栅双极晶体管(Iusulated Gate Bipolar Transistor)简称IGBT,是一种集BJT的大电流密度和MOSFET等电压激励场控型器件优点于一体的高压、高速大功率器件。 目前有用不同材料及工艺制作的IGBT, 但它们均可被看作是一个MOSFET
6、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MOSFET的数十倍。 2.输入阻抗高, 栅驱动功率极小, 驱动电路简单。 其导, 下BVceo低导通电阻。在给定芯片尺寸和3.通电阻Rce(on) 不大于MOSFET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
7、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的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时46A,100时25A,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6A/1200V以上的快
8、速恢复二极管(D11)后可代用SKW25N120。 (2) SKW25N120-西门子公司出品,耐压1200V,电流容量25时46A,100时25A,内部带阻尼二极管,该IGBT可代用SGW25N120,代用时将原配套SGW25N120的D11快速恢复二极管拆除不装。 电流1200V,耐压,东芝公司出品GT40Q321-(3) 容量25时42A,100时23A, 内部带阻尼二极管, 该IGBT可代用SGW25N120、SKW25N120, 代用SGW25N120时请将原配套该IGBT的D11快速恢复二极管拆除不装。 (4) GT40T101-东芝公司出品,耐压1500V,电流容量25时80A,
9、100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。 (5) GT40T301-东芝公司出品,耐压1500V,电流容量25时80A,100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
10、恢复二极管拆除不装。 (6) GT60M303 -东芝公司出品,耐压900V,电流容量25时120A,100时60A, 内部带阻尼二极 管。2.2 电路方框图 2.3 主回路原理分析 时间t1t2时当开关脉冲加至Q1的G极时,Q1饱和导通,电流i1从电源流过L1,由于线圈感抗不允许t2在,随线性上升i1时间t1t2所以在.电流突变时脉冲结束,Q1截止,同样由于感抗作用,i1不能立即变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Q1的CE极间出现的电压实际为逆程脉冲峰压+电源电压,
11、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为L1中的磁能,因感抗作用,i3不能立即变0,于是L1两端电动势反向,即L1两端电位左正右负,由于阻尼管D11的存在,C3不能继续反向充电,而是经过C2、D11回流,形成电流i4,在t4时间,第二个脉冲开始到来,但这时Q1的UE为正,UC为负,处于反偏状态,所以Q1不能导通,待i4减小到0,L1中的磁能放完,即到t5时Q1才开始第二次导通,产生i5以后又重复i1i4过程,因此在L1上就产生了和开关脉冲f(20KHz30KHz)相同的交流电流。t4t5的i4是阻尼管D11的导通电流, 在高频电流一个电
12、流周期里,t2t3的i2是线盘磁能对电容C3的充电电流,t3t4的i3是逆程脉冲峰压通过L1放电的电流,t4t5的i4是L1两端电动势反向时, 因D11的存在令C3不能继续反向充电, 而的导通电流,Q1回流所形成的阻尼电流D11、C2经过实际上是i1。 Q1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,Q1饱和导通,UC接近地电位,t4t5,阻尼管D11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,所以
13、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Q1的截止时间,也是开关脉冲没有到达的时间,这个时间关系是不能错位的,如峰值脉冲还没有消失,而开关脉冲己提前到来,就会出现很大的导通电流使Q1烧坏,因此必须使开关脉冲的前沿与峰值脉冲后沿相同步。 2.4 振荡电路 (1) 当G点有Vi输入时、V7 OFF时(V7=0V), V5等于D12与D13的顺向压降, 而当V6V5当(2) D13的顺向压降, 而V6则由C5经R54、D29放电。 (3) V6放电至小
14、于V5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 此电压不能的脉冲信号,振荡电路输出幅度约4.1V所以必须通,直接控制IGBT(Q1)的饱和导通及截止: 该电路工作过程如下过激励电路将信号放大才行,和(V8=0V),V8V9,V10为低,Q8和Q3截止、Q9和Q10导通,+22V通过R71、Q10加至Q1的G极,Q1导通。 脉 PWM2.6 宽调控电路组成的积、R16R6、C33脉冲到由 CPU输出PWM的,C20脉冲宽度越宽,C33的电压越高, PWM分电路的控制电压随)(G点送到振荡电路电压
15、也跟着升高, V7G点输入的电压越高, 着C20的升高而升高而反之, ON的时间越长电磁炉的加热功率越大处于 越小。控制送至振荡脉冲的宽与窄, PWM“CPU通过控制导通时间IGBTG的加热功率控制电压，控制了电路 结果控制了加热功率的大小”。的长短, 2.7 同步电路 R78、R51分压产生V3,R74+R75、R52分压产生V4, 在高频电流的一个周期里,在t2t4时间 (图1),由于C3两端电压为左负右正,所以V3V5,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上升
16、,振荡有输出,有开关脉冲加至Q1的G极。以上动作过程,保证了加到Q1 G极上的开关脉冲前沿与Q1上产生的VCE脉冲后沿相同步。 2.8 加热开关控制 (1)当不加热时,CPU 19脚输出低电平(同时13脚也停止PWM输出), D18导通,将V8拉低,另V9V8,使IGBT激励电路停止输出,IGBT截止,则加热停止。 (2)开始加热时, CPU 19脚输出高电平,D18截止,同时13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,CPU13脚转为输出正常的PWM信
17、号,电磁炉进入正常加热状态,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(祥见故障代码表),如1分钟内仍不符合条件,则关机。 2.9 VAC检测电路 AC220V由D1、D2整流的脉动直流电压通过R79、R55分压、C32平滑后的直流电压送入CPU,根据监测该电压的变化,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,否则停止加热,并报知信息(祥见故障代码表)。 (2) 配合电流检测电路、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(祥见加
18、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220V1V电压,不接线盘(L1)测试CPU第7脚电压,标准为1.95V0.06V”。 2.10 电流检测电路 电流互感器CT二次测得的AC电压,经D20D23组成的桥式整流电路整流、C31平滑,所获得的直流电压送至CPU,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(祥见加热开关控制及试探过程一节)。 检测电
19、路反馈的信息及方波电路监测VAC(2) 配合令输出功率保持,PWM的脉宽的电源频率信息,调控 稳定。 检测电路2.11 VCER53R76+R77集电极上的脉冲电压通过、将IGBT(Q1)此反在发射极上获得其取样电压,分压送至Q6基极,根据监电压变化的信息送入CPU, CPU影了Q1 VCE: 自动作出各种动作指令,测该电压的变化,电流检测电路反馈的信息配合VAC检测电路、(1) 作出相应的动作指令,判别是否己放入适合的锅具 。祥见加热开关控制及试探过程一节)(抑制,脉宽,自动调整PWM取样电压值(2) 根据VCE1200V此值适用于耐压VCE脉冲幅度不高于1100V( 。IGBT抑制值为13
20、00V)的耐压的IGBT,1500V时1150V脉冲高于VCE当测得其它原因导至(3) (此值适用于耐压1200V的IGBT,耐压1500V的IGBT此值为1400V),CPU立即发出停止加热指令(祥见故障代码表)。 浪涌电压监测电路2.12 4.7V),D17约电源电压正常时,V14V15,V16 ON(V16当电源突然振荡电路可以输出振荡脉冲信号截止,再经过C4耦合,有浪涌电压输入时,此电压通过,升高D28,该取样电压通过另V15R57R72、分压取样,V16 IC2CV15V14另比较器翻转结果将振荡电路输出的振荡OFF(V16=0V),D17瞬间导通,监测,电磁炉暂停加热同时,CPU,
21、V7脉冲电压拉低待浪涌电,立即发出暂止加热指令,信息V16 OFF到压过后、V16由OFF转为ON时,CPU再重新发出加热指令。 过零检测2.13 、D1, 由当正弦波电源电压处于上下半周时内部交流两输入端对地的两DBD2和整流桥个二极管组成的桥式整流电路产生的脉动Q11R14分压的电压维持直流电压通过R73、当正弦波电源0, 导通,Q11集电极电压变因基极电压消失而,Q11电压处于过零点时在集电极则形集电极电压随即升高,截止,CPU成了与电源过零点相同步的方波信号作出相应的动作指,通过监测该信号的变化 令。 2.14 2.15 2.14 锅底温度监测电路 2.16加热锅具底部的温度透过微晶玻
22、璃板传至 2.17该电,紧贴玻璃板底的负温度系数热敏电阻 阻阻值的变化间 2.18阻值温度/2.19 (接反影了加热锅具的温度变化R58),热敏电阻与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通即加热锅具的温度变化, CPU值的变化,: ,作出相应的动作指令过监测该电压的变化另被加热,定温功能时,控制加热指令(1) 物体温度恒定在指定范围内。加热立即停,当锅具温度高于220时(2) )。, 止并报知信息(祥见故障代码表并报, 当锅具空烧时(3) , 加热立即停止 )祥见故障代码表。知信息(发出不启, 当热敏电阻开路或短路时(4) 祥见故障代码并报知相关的信息(,动指令 。)表
23、2.15 IGBT温度监测电路 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TH,该电阻阻值的变化间接反影了IGBT的温度变化(温度/阻值祥见热敏电阻温度分度表),热敏电阻与R59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, CPU通过监测该电压的变化,作出相应的动作指令: (1) IGBT结温高于85时,调整PWM的输出,令IGBT结温85。 (2) 当IGBT结温由于某原因(例如散热系统故障)而高于95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(祥见故障代码表)。 (4
24、) 关机时如IGBT温度50,CPU发出风扇继续运转指令,直至温度50, 风扇停转;风可关闭风,次关机键1按,扇延时运转期间扇)。 当测得环境温度,(5) 电磁炉刚启动时分, 11分钟0,CPU调用低温监测模式加热防止电路零件因低,钟后再转用正常监测模式 温偏离标准值造成电路参数改变而损坏电磁炉。 散热系统2.16 利用风扇运转紧贴于散热片上,将IGBT及整流器DB 通过电磁炉进、出风口形成的气流将散热片上的热等零件工作时产及线盘L1生的热、加热锅具辐射进电磁炉内的热排出电磁炉 外。电压通脚输出高电平,发出风扇运转指令时CPU,15电流流过风扇、,VCCQ5送至基极,Q5饱和导通过R5脚; C
25、PU发出风扇停转指令时,15,Q5至地风扇运转 风扇因没有电流流过而停转。截止输出低电平,Q5, 2.17 主电源、CY1再通过由FUSE,电源经保险丝AC220V 50/60Hz 、共模线圈、C1CY2组成的滤波电路L1传导问题针对EMC(),祥见注解而设置,产生的脉动直DB,再通过电流互感器至桥式整流器AC2、流电压通过扼流线圈提供给主回路使用;AC1另外还通过印于,两端电压除送至辅助电源使用外整流得到脉动直D2D1、板上的保险线PCBP.F.送至 流电压作检测用途。由于中国大陆目前并未提出电 : 注解 ,基于成本原因磁炉须作强制性电磁兼容(EMC)认证用跳线取装上,L1CY1、CY2内销
26、产品大部分没有将 但基本上不影响电磁炉使用性能。,代 辅助电源2.18次级两,AC220V 50/60Hz电压接入变压器初级线圈 交流电压。和23V绕组分别产生13.5V组成的桥式整流电路整流、交流电压由D3D613.5V除供给散热VCC在,C37上获得的直流电压C37滤波,滤波C38IC1还经由三端稳压IC稳压、,风扇使用外 +5V产生电压供控制电路使用。 组成的桥式整流电路整流、D7D10交流电压由23V 组成C36C35、R7、ZD1、C34滤波后, 再通过由Q4和电压供IC2的串联型稳压滤波电路,产生+22V IGBT激励电路使用。 报警电路2.19 频、,CPU14电磁炉发出报知响声
27、时脚输出幅度为5V发出报ZD的脉冲信号电压至蜂鸣器ZD,令率3.8KHz 知响声。 三、故障维修但不同的机种且功能复杂,458系列须然机种较多,区别只是零件参数的差异及,其主控电路原理一样8程序不同而己。电路的各项测控主要由一块CPU,外围线路简单且零件极少内存的单片机组成位4K,维修容易,故电路可靠性高,并设有故障报警功能,对应检修相关单元电路维修时根据故障报警指示, 大部分均可轻易解决。 3.2 主板检测标准 由于电磁炉工作时,主回路工作在高压、大电流状态中,所以对电路检查时必须将线盘(L1)断开不接,否则极容易在测试时因仪器接入而改变了电路参数造成烧机。接上线盘试机前,应根据3.2.1对
28、主板各点作测试后,一切符合才进行。 主板检测表3.2.1 3.2.2主板测试不合格对策 (1) 上电不发出“B”一声-如果按开/关键指示灯亮,则应为蜂鸣器BZ不良, 如果按开/关键仍没任何反应,再测CUP第16脚+5V是否正常,如不正常,按下面第(4)项方法查之,如正常,则测晶振X1频率应为4MHz左右(没测试仪器可换入另一个晶振试),如频率正常,则为IC3 CPU不良。 (2) CN3电压低于305V-如果确认输入电源电压高于AC220V时,CN3测得电压偏低,应为C2开路或容量下降,如果该点无电压,则检查整流桥DB交流输入则检,如没有DB,、L2则检查,如有AC220V,两端有否查互感器C
29、T初级是否开路、电源入端至整流桥入端连线是否有断裂开路现象。 (3) +22V故障-没有+22V时,应先测变压器次级有否电压输出,如没有,测初级有否AC220V输入,如有则为变压器故障, 如果变压器次级有电压输出,再测C34有否电压,如没有,则检查C34是否短路、D7D10是否不良、Q4和ZD1这两零件是否都击穿, 如果C34有电压,而Q4很热,则为+22V负载短路,应查C36、IC2及IGBT推动电路,如果Q4不是很热,则应为Q4或R7开路、ZD1或C35短路。+22V偏高时,应检查Q4、ZD1。+22V偏低时,应检查ZD1、C38、R7,另外, +22V负载过流也会令+22V偏低,但此时Q
30、4会很热。 (4) +5V故障-没有+5V时,应先测变压器次级有否电压输出,如没有,测初级有否AC220V输入,如有则为变压器故障, 如果变压器次级有电压输出,再测C37有否电压,如没有,则检查C37、IC1是否短路、D3D6是否不良, 如果C37有电压,而IC4很热,则为+5V负载短路, 应查C38及+5V负载电路。+5V偏高时,应为IC1不良。+5V偏低时,应为IC1或+5V负载过流,而负载过流IC1会很热。 V9待机时测0.5V-点电压高于V.G待机时(5) 电压应高于2.9V(小于2.9V查R11、+22V),V8电压应小于0.6V(CPU 19脚待机时输出低电平将V8拉低),此时V10电压应为Q8基极与发射极的顺向压降(约为0.6V),如果V10电压为0V,则查R18、Q8、IC2D, 如果此时V10电压正常,则查Q3、Q8、Q9、Q10、D19。 (6) V16电压0V-测IC2C比较器输入电压是否正向(V14V15为正向),如果是正向,断开CPU第11脚再测V16,如果V16恢复为4.7V以上,
