电磁炉的工作原理及维修方法《2

1电磁炉的工作原理及维修方法《2》主回路原理分析时间t1~t2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电流突变.所以在t1~t2时间i1随线性上升,在t2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,在t3~t4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i1~i4过程,因此在L1上就产生了和开关脉冲f(20KHz~30KHz)相同的交流电流。t4~t5的i4是阻尼管D11的导通电流,在高频电流一个电流周期里,t2~t3的i2是线盘磁能对电容C3的充电电流,t3~t4的i3是逆程脉冲峰压通过L1放电的电流,t4~t5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,而经过C2、D11回流所形成的阻尼电流,Q1的导通电流实际上是2i1。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,t1~t2,Q1饱和导通,UC接近地电位,t4~t5,阻尼管D11导通,UC为负压(电压为阻尼二极管的顺向压降),t2~t4,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i1的大小就决定加热功率的大小,同时脉冲宽度越大,t1~t2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3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、2脚=0V时,V5等于D12与D13的顺向压降.而当V6V5之后,2脚由低转为高,V5亦上升至Vi,而V6则由R56、R54向C5充电。(2)当V6V5时,2脚=0v,V5亦降至D12与D13的顺向压降,而V6则由C5经R54、D29放电。(3)V6放电至小于V5时,又重复(1)形成振荡。“G点的电压越高,2脚处于ON的时间越长,电磁炉的加热功率越大,反之越小”。2.5IGBT激励电路4振荡电路输出幅度约4.1V的脉冲信号,此电压不能直接控制IGBT(Q1)的饱和导通及截止,所以必须通过激励电路将信号放大才行,该电路工作过程如下:(1)V8OFF时(V8=0V),V8V9,V10为高,Q8和Q3  (2)V8ON时(V8=4.1V),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。2.6PWM脉宽调控电路CPU输出PWM脉冲到由R6、C33、R16组成的积分电路,PWM脉冲宽度越宽,C33的电压越高,C20的电压也跟着升高,送到振荡电路(G点)的控制电压随着C20的升高而升高,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,结果控制了加热功率的大5小”。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t2~t4时间(图1),由于C3两端电压为左负右正,所以V3V5,V7OFF(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t2~t4时间不会导通,在t4~t6时间,C3电容两端电压消失,V3V4,V5上升,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Q1G极上的开关脉冲前沿与Q1上产生的VCE脉冲后沿相同步。62.8加热开关控制(1)当不加热时,CPU19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,CPU19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。72.9VAC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7脚电压,标准为1.95V±0.06V”。2.10电流检测电路电流互感器CT二次测得的AC电压,经D20~D23组成的桥式整流8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)。(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。2.11VCE检测电路将IGBT(Q1)集电极上的脉冲电压通过R76+R77、R53分压送至Q6基极,在发射极上获得其取样电压,此反影了Q1VCE电压变化的信息送入CPU,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、电流检测电路反馈的信息,判别是否己放入适合的锅具,作出相应的动作指令(祥见加热开关控制及试探过程一节)。(2)根据VCE取样电压值,自动调整PWM脉宽,抑制VCE脉冲幅度不高9于1100V(此值适用于耐压1200V的IGBT,耐压1500V的IGBT抑制值为1300V)。(3)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),CPU立即发出停止加热指令(祥见故障代码表)。2.12浪涌电压监测电路电源电压正常时,V14V15,V16高(V16约4.7V),D17截止,振荡电路可以输出振荡脉冲信号,当电源突然有浪涌电压输入时,此电压通过C4耦合,再经过R72、R57分压取样,该取样电压通过D28另V15升高,结果V15V14另IC2C比较器翻转,V16=0V,D17瞬间导通,将振荡电路输出的振荡脉冲电压V7拉低,电磁炉暂停加热,同时,CPU监测到V16低,立即发出暂止加热指令,待浪涌电压过后、V16由转高时,CPU再重新发出加热指令。102.13过零检测当正弦波电源电压处于上下半周时,由D1、D2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直流电压通过R73、R14分压的电压维持Q11导通,Q11集电极电压变0,当正弦波电源电压处于过零点时,Q11因基极电压消失而截止,集电极电压随即升高,在集电极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。见图dcl-12-132.14锅底温度监测电路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R58分压点的电11压变化其实反影了热敏电阻阻值的变化,即加热锅具的温度变化,CPU通过监测该电压的变化,作出相应的动作指令:(1)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。(2)当锅具温度高于220℃时,加热立即停止,并报知信息(祥见故障代码表)。(3)当锅具空烧时,加热立即停止,并报知信息(祥见故障代码表)。(4)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(祥见故障代码表)。2.15IGBT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12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)关机时如IGBT温度50℃,CPU发出风扇继续运转指令,直至温度50℃(继续运转超过4分钟如温度仍50℃,风扇停转;风扇延时运转期间,按1次关机键,可关闭风扇)。(5)电磁炉刚启动时,当测得环境温度0℃,CPU调用低温监测模式加热1分钟,1分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。见上图2.16散热系统将IGBT及整流器DB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线盘L1等零件工作时产生的热、加热锅具辐射进电磁炉内的热排出电磁炉外。CPU发出风扇运转指令时,15脚输出高电平,电压通过R5送至Q5基极,Q5饱和导通,VCC电流流过风扇、Q5至地,风扇运转;CPU发出风扇停转指令时,15脚输出低电平,Q5截止,风扇因没有电流流过而停转。见上图2.17主电源AC220V50/60Hz电源经保险丝FUSE,再通过由CY1、CY2、C1、共模线圈L1组成的滤波电路(针对EMC传导问题而设置,祥见注解),13再通过电流互感器至桥式整流器DB,产生的脉动直流电压通过扼流线圈提供给主回路使用;AC1、AC2两端电压除送至辅助电源使用外,另外还通过印于PCB板上的保险线P.F.送至D1、D2整流得到脉动直流电压作检测用途。注解:由于中国大陆目前并未提出电磁炉须作强制性电磁兼容(EMC)认证,基于成本原因,内销产品大部分没有将CY1、CY2装上,L1用跳线取代,但基本上不影响电磁炉使用性能。2.18辅助电源AC220V50/60Hz电压接入变压器初级线圈,次级两绕组分别产生13.5V和23V交流电压。13.5V交流电压由D3~D6组成的桥式整流电路整流、C37滤波,在C37上获得的直流电压VCC除供给散热风扇使用外,还经由IC1三端稳压IC稳压、C38滤波,产生+5V电压供控制电路使用。23V交流电压由D7~D10组成的桥式整流电路整流、C34滤波后,再通过由Q4、R7、ZD1、C35、C36组成的串联型稳压滤波电路,产生+22V电压供IC2和IGBT