电磁炉工作波形测试与分析

标题21TD主控板1、同步谐振电路测试2、PWM控制电路测试3、采样电路测试4、IGBT驱动电路5、反压保护电路6、智能风扇测试7、上电保护电路测试8、电流浪涌保护电路测试9、开关电源测试测试内容：一、同步谐振电路同步电路是让IGBT的开通在零电压状态，这样IGBT的损耗最小，发热量也最小，有利于保护IGBT。随着C极电压的升高，L中的电流在减小，当L中的电流降为零时，C极的电压最高，然后电容C将会对L放电，这样C极的电压降低，当电压降为零时，如图中的U2C：3单元反转，至使IGBT再次导通，使IGBT的导通在谐振点，图中R412、C403、D400、R418组成谐振电路，D400作用是将谐振电压限制在18V。此处几个大功率同步电阻、IGBT为容易损坏器件（重要器件）图中：通道1为LM339_8pin脚波形；通道2为LM339_9pin脚波形；通道3为LM339_14pin脚波形；此部分电路作用为：检测IGBT的C极电压，当接近零点时，通过反馈使IGBT导通，此时由于IGBT在接近零电压下导通，故其损耗很小，温升低，尤其是高电压、低功率下，其对IGBT温升影响尤为重大。当高电压、低功率下IGBT温升高时，可适当调节此部分电路，使IGBT在LC振荡的最低点导通，从而降低损耗，使IGBT温升降下来。同步谐振电路测试——上电图中：通道1为LM339_8pin脚波形；通道2为LM339_9pin脚波形；通道3为LM339_14pin脚波形；如图所示，静态时，LM339_8pin脚电平为3.84V，LM339_9pin脚电平为4.08V，其压差△u为240mv，故此时LM339_14pin脚输出高电平。如果△u过大，IGBT会在LC振荡最低点之后导通，俗称滞后导通；如果△u过小，IGBT会在LC振荡最低点之前导通，俗称超前导通。超前导通和滞后导通都会使IGBT损耗增大，从而导致温升很高。故需调节同步谐振电路使IGBT在LC振荡最低点导通，而IGBT导通点可通过观察反压波形看出。同步谐振电路测试——静态图中：通道1为LM339_8pin脚波形；通道2为LM339_9pin脚波形；通道3为LM339_14pin脚波形；当检锅时，IGBT只导通一次，之后便是LC衰减振荡。如图为有锅情况下的LC衰减振荡检测波形，通过观察LM339_8pin脚和LM339_9pin脚波形，可看出当有锅存在时，LC振荡数次便因能量耗尽而停止振荡，反映到LM339_14pin脚为三个低电平（第一个低电平为单片机“pan”脚发出的，不算）。这就是单片机识别是否有锅存在的基本原理。同步谐振电路测试——检锅图中：通道1为LM339_8pin脚波形；通道2为LM339_9pin脚波形；通道3为LM339_14pin脚波形；通道Math为CH2-CH1波形；当通道Math波形在零点以上时，LM339_14pin脚输出高电平，通过反馈电路，使IGBT关闭；当通道Math波形在零点以下时，LM339_14pin脚输出低电平，通过反馈电路，使IGBT导通。这就是同步谐振电路的基本功能：控制IGBT导通和关断。而IGBT导通和关断的时间的控制，是在PWM参与下完成的，后面将有叙述。同步谐振电路测试——动态二、PWM控制电路上图是一个简单的RC充电电路，所谓PWM即脉宽调制方波，CPU直接输出PWM信号，通过改变PWM的占空比，来改变电容C404上的直流电位，此直流电位的高低决定着IGBT导通时间的长短，即决定着机器的输出功率。逻辑关系是：此电位越高，IGBT导通的时间越长，机器的功率越大，低则相反。图中：通道1为LM339_10pin脚波形；通道2为LM339_11pin脚波形；通道3为LM339_13pin脚波形；通道4为PWM脚波形；上电瞬间，LM339_10pin脚为高电平，LM339_11pin为低电平，LM339_13pin输出低电平，PWM无输出。LM339_13pin输出低电平是确保上电瞬间IGBT不导通的必要条件，故软件上应确保上电时PWM无输出。PWM控制电路测试——上电图中：通道1为LM339_10pin脚波形；通道2为LM339_11pin脚波形；通道3为LM339_13pin脚波形；通道4为PWM脚波形；静态，无PWM输出，故LM339_11pin脚电平为零。PWM控制电路测试——静态PWM控制电路测试——检锅图中：通道1为LM339_10pin脚波形；通道2为LM339_11pin脚波形；通道3为LM339_13pin脚波形；通道4为PWM脚波形；检锅过程：1、先输出数百毫秒的PWM波，使LM339_11pin脚电平为稳定的1.7v左右。2、单片机”pan”脚输出低电平，反映到图中为LM339_10pin脚的第一个低电平。3、当LM339_10pin脚电平低于LM339_11pin脚电平时，LM339_13pin脚输出高电平，驱动IGBT导通。4、关机，仅让IGBT导通1次。同时检测LC振荡脉冲数，以判断是否有锅存在。详见同步谐振电路部分。图中：通道1为LM339_10pin脚波形；通道2为LM339_11pin脚波形；通道3为LM339_13pin脚波形；通道4为PWM脚波形；检锅时的IGBT导通时间：由图可以看出IGBT导通时间为9us。其时间由LM339_11pin脚电平U大小决定：U越大，IGBT导通时间越长；U越小，IGBT导通时间越短。而U值的大小是由PWM的占空比决定的。一般要求检锅时IGBT导通8us左右，因为：IGBT导通时间过小，则可能因LC振荡次数过少而检不到锅；IGBT导通时间过大，则在电网恶劣的情况下，可能使IGBT击穿，因为此时IGBT在高电压下导通。PWM控制电路测试——检锅图中：通道1为LM339_10pin脚波形；通道2为LM339_11pin脚波形；通道3为LM339_13pin脚波形；通道4为PWM脚波形；在正常加热时，IGBT导通时间越长，其输出功率越大。而IGBT的导通时间是由PWM占空比控制的，故可通过调节PWM占空比大小来调节输出功率大小。PWM控制电路测试——动态图中：通道1为PAN脚波形；通道2为LM339_11pin脚波形；通道3为LM339_13pin脚波形；通道4为GJ_INT脚波形；刚上电时，PAN脚由低变高；LM339_11pin脚和LM339_13pin脚为低电平；GJ_INT脚在上电瞬间为高电平，维持约16ms后转为低电平，其原因为：上电时由于上拉电阻R212作用使GJ_INT为高电平，而后单片机工作，将GJ_INT脚拉低。PWM控制与检锅电路测试——上电图中：通道1为PAN脚波形；通道2为LM339_11pin脚波形；通道3为LM339_13pin脚波形；通道4为GJ_INT脚波形；静态时，GJ_INT脚必须为低电平，目的是防止IGBT因误触发而导通。PWM控制与检锅电路测试——静态PWM控制与检锅电路测试——检锅图中：通道1为PAN脚波形；通道2为LM339_11pin脚波形；通道3为LM339_13pin脚波形；通道4为GJ_INT脚波形；在“PWM控制电路测试”中已经叙述了检锅过程，这里再叙述一点，而且是至关重要的一点，即：当IGBT导通约8us后应立即将GJ_INT脚拉低。其目的是防止IGBT导通时间过长和IGBT导通多次，从而造成检锅脉冲数不准确。图中：通道1为PAN脚波形；通道2为LM339_11pin脚波形；通道3为LM339_13pin脚波形；通道4为GJ_INT脚波形；工作时，1、GJ_INT脚置高，使IGBT能正常导通、关闭。2、单片机将PAN脚设置为输入状态，使其不影响同步谐振电路工作。3、LM339_13pin脚为驱动IGBT导通、关断脚。当其为高电平时，IGBT导通；当其为低电平时，IGBT关断。PWM控制与检锅电路测试——工作1、电压信号采样电路电压检测电路采用桥式整流，电阻分压，再经C200滤波后送入CPU的A/D转换口上。采样后的电压AD值用于功率调节、过压和欠压保护。三、采样电路2、电流信号采样电路此电路通过一个电流互感器然后在经过整流、滤波、再经可调电阻VR1后送到CPU的A/D转换口上。采样的电流AD值用于功率调节，过流保护等。图中：通道1为CUR脚波形(电流采样)；通道2为VIN脚波形(电压采样)；当电磁炉不工作时，主回路无电流，故CUR脚电位为零电位；而此时电源电压为220V，故VIN脚有约4V的电位。电压、电流采样电路测试——静态图中：通道1为CUR脚波形(电流采样)；通道2为VIN脚波形(电压采样)；当输出2000W功率时，CUR脚电位在3.9V左右，VIN脚电位依然为4V左右。此时，采样的电压、电流波形有轻微波动，应作软件滤波处理采样的AD值。电压、电流采样电路测试——工作3、温度采样电路有三个温度传感器，分别测量线盘、陶瓷板和IGBT。它们都为负温度系数的传感器，即温度升高，阻值减小。由此特性，可测量与其组成的分压电路的电压变化，得到被测元件的温度值，从而进行过温等各种保护。图中：通道1为XP_BUZ脚波形(线盘采样)；通道2为T_IGBT脚波形(IGBT采样)；通道3为TMB脚波形(面板采样)；静态时，三个脚都有一定的初始电位。当温度升高时，XP_BUZ脚电位会降低；T_IGBT脚电位会降低；TMB脚电位会升高；温度采样电路测试——常温四、IGBT驱动电路IGBT驱动电路作用是根据LM339_13pin脚送出的高、低电平，驱动IGBT导通、关断。IGBT属电压驱动型器件，故其驱动电路要能输出高电压；同时，由于IGBT内部的G、E结有结电容存在，故在IGBT导通时要有大电流对其迅速充电，降低IGBT的开通延时时间。图中：通道1为LM339_13pin脚波形；通道2为IGBT_G脚波形；通道3为整流桥DB1正极脚波形；通道4为IGBT_C脚波形；IGBT驱动电路测试——上电图中：通道1为LM339_13pin脚波形；通道2为IGBT_G脚波形；通道3为整流桥DB1正极脚波形；通道4为IGBT_C脚波形；当检锅时，LM339_13pin脚输出一个高脉冲，驱动IGBT导通一次。IGBT_C脚电位由320V被拉低到接近零伏，然后IGBT关闭，其C脚会出现很高的反压。IGBT驱动电路测试——检锅图中：通道1为LM339_13pin脚波形；通道2为IGBT_G脚波形；通道3为整流桥DB1正极脚波形；通道4为IGBT_C脚波形；在LM339_13pin脚输出高、低驱动脉冲作用下，通过IGBT驱动电路驱动，使IGBT导通、关断，从而输出功率。IGBT驱动电路测试——动态图中：通道1为LM339_13pin脚波形；通道2为IGBT_G脚波形；通道3为整流桥DB1正极脚波形；通道4为IGBT_C脚波形；此为IGBT驱动电路工作时的包络波形，周期为10ms。IGBT驱动电路测试——包络图中：通道1为LM339_13pin脚波形；通道2为IGBT_B脚波形；通道3为整流桥DB1正极脚波形；通道4为IGBT_C脚波形；关机时，LM339_13pin输出低电平，IGBT关断，整流桥DB1正极和IGBT_C脚电位恢复到静态。IGBT驱动电路测试——关机五、反压保护电路当IGBT关断时，其C极会出现很高的反压，如不加以限制，将会因超过IGBT的C、E结耐压而击穿IGBT。反压保护电路的作用便是限制反压到一个安全额度以下。图中：通道1为LM339_4pin脚波形；通道2为LM339_5pin脚波形；通道3为LM339_2pin脚波形；通道4为LM339_11pin脚波形；上电瞬间，LM339_4pin脚由零伏变为1.5V左右，经过约476ms，5V电源建立，LM339_5pin脚电平由零伏变为5V。IGBT反压保护电路测试——上电图中：通道1为LM339_4pin脚波形；通道2为LM339_5pin脚波形；通道3为LM339_2pin脚波形；通道4为LM339_11pin脚波形；IGBT反压保护电路测试——静态图中：通道1为LM339_4pin