電磁爐各級工作原理

電磁爐 中央處理器 閒餘電子 2019-06-08

以ZH75505主板為厲,將整機電路圖成幾部分,分別講述工作原理。

(1) 開關電源部分

通電後,DB1 整流橋整流輸出 310V 左右的電壓,通過線繞電阻 R503(47 歐)電阻、二極管 D500、電解電容c500整流濾波後送入高頻變壓器初級,通過Q502,在高頻變壓器初級產生20-35KHz左右高頻高壓脈衝,耦合到高頻變器的次級,輸出所需要的變壓電壓後,通過快速恢復二極管(D503\D504)整流電容濾波得到直流電壓源:+18V,通過 Q500穩壓輸出直流電壓源:+5V。

電磁爐各級工作原理

(2)電壓檢測 E3/E4

220VAC 通過電阻 R200、R201、R221、R222 整流降壓後與 R202(13K)接地分壓,此電壓通過電解電容CPU,CPU 通過判斷此點電壓來檢測市電電壓正常與否,及市電電壓值。注意:針對某些地方電壓高或低的情況,可把電阻 R202 換成 20K 的可調電位器,調節適當的電阻值可解決 E3/E4 的問題。整機要正常加熱,必須判斷此點電壓值是否正確,也就是說此點電壓值必須正確,才能滿足電磁爐正常加熱的條件之一。電流檢測(不檢鍋或功率不足)康銅絲 R100(0.015)串聯在 IGBT 發射極與整流橋負極之間,可將微弱電流信號轉化為微弱負電壓信號。此電壓信號如實反映電網電流波動情況。通過 R102、R103、R104、R105、R106、C100、C102、C103 和 LM339腳所在的運放組成反相輸入比例運算電路。

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(3)電流檢測(不檢鍋或功率不足)

康銅絲 R100(0.015)串聯在 IGBT 發射極與整流橋負極之間,可將微弱電流信號轉化為微弱負電壓信號。此電壓信號如實反映電網電流動情況。通過 R102、R103、R104、R105、R106、C100、C102、C103 和 LM339第 1、6、7腳所在的運放組成反相輸入比例運算電路。實際上是運放內部輸入級差分對管的兩個基極。阻儘量一致。反相輸入比例運算電路 將輸入信號放大 42.55 倍 R106、D100 整流,C101 濾波 送入可調電位器 VR1,與電阻 R107 分壓後,分壓值送入 CPU,CPU 通過判斷此點電壓來檢測電磁爐電流變化情況,以達到調節實際功率,防止流過流保護作用。此電路又稱為電流反饋電路。整機要正常工作,必須判斷此點電壓正確,也就說此點電壓必須正確,才能滿足電磁爐正常加熱的條件之一。

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(4)驅動電路

如下圖所示,B點為控制輸入信號波形。當輸入高電平的時候,從而驅動 Q301 導通,Q300 截止,使得D點電壓為+15V,然後通過電阻 R301 驅動 IGBT,D300 是保證D點電壓始終低於+18V;當B點輸入低電平時,從而驅動Q300 導通,Q301 截止,D點為低電平,G點為低電平,使 IGBT 為截止狀態。

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(5)主迴路

由整流橋堆、IGBT、高壓諧振電容、加熱線盤組成。又稱主振盪電路,受 IGBT 的導通和截止,電容和電感(線盤)不斷反覆充放電過程,稱為 LC 振盪。IGBT 受到驅動信號(近似矩形的脈衝),當 IGBT 導通的時候,通過振盪整流橋堆整流出 310 左右電

壓通過線盤聚能加到 IGBT 的發射極,電流順著 IGBT 的 C 極到E 極,線盤電流急劇增加,能量以電感的電流形式保存起來,當IGBT 截止時,能量通過電感轉向電容器,以電流的形式向電壓的形式轉換,通過電容 C4 與電感(電磁線盤)並聯迴路給電容充電。

當電容電壓達到最大值時,電壓可以達到 1050 多伏電壓,此時電磁線盤的電流為 0,接下來能量從C4轉向電磁爐線盤下一驅動脈衝已經到來,強行使 IGBT 導通,如此反覆,形成 LC 振盪。驅動矩形脈衝信號的脈寬決定了電磁爐的功率,這個寬度是通過CP 脈寬調製電路決定的。

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(6)同步電路

同步電路準確監視主迴路工作狀況,當 IGBT 的集電極電壓下降接近 0V 時,線盤中的電流正在反向減小,通過脈衝調製電路輸出一個觸發脈衝經過 R410、R414、R415、C404、C405(RC 積分電路)與同步電路送過來的鋸齒波,耦合切割成驅動脈衝再次加到 IGBT 的柵極,強行使 IGBT 導通。原理圖中通過高壓脈衝電阻強行降壓取樣,取線盤兩端諧振電壓變化波形,一端是 IGBT 的集電極,通過電阻 R405/R406/R417 降壓後與 R407/R408 分壓後,送入比較器的9腳(波形圖如下黃色);線盤另一端是通過電阻 R401 與 R402 分壓後送入 LM339 的 8 腳(波形圖如下藍色),通過比較,LM339-14 腳產生一個與線盤兩端電壓化同步的脈衝波形(波形圖如下紫色線波形)。

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(7) 振盪電路

根據 LM339-14 腳脈衝變化,通過 C403 耦合(電阻、電容、二極管組成的鋸齒波產生迴路),根據 14 腳脈衝變化,來回充放電而產生鋸齒波,送到 LM339-10 腳。此脈衝變化與 14 腳脈衝變化相同步,從而使驅動波形驅動IGBT 導通/截止和線盤電壓波形相同步。

另一端通過電阻 R412 耦合送入 CPU,作為檢鍋信號反饋端;此端又作檢鍋試探脈衝輸出,由單片機發出一個寬度為 6us 的脈衝通過 R412 送入電容 C403,振盪起振,送入到 LM339-10 腳,與 PWM(經過 RC 積分電路後的直流信號)比較,輸出驅動信號波形。

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(8)PWM 電路

電路圖中是一個簡單的 RC 積分電路,所謂 PWM 即脈寬調製方波,PWM 是由單片機輸出與電流負反饋信號共同決定的,通過改變 PWM 的佔空比,來改變電容 C404 上的直流電位,此直流電位的高低決定著 IGBT 導通時間的長短,即決定著機器的輸出功率。

邏輯關係是:此電位越高,IGBT 導通的時間越長,機器的功率越大,低則相反。LM339-11(PWM)>LM339-10 時,比較器的輸出相當於開路,通過外接或內部上拉電阻,可以得高電平,從而驅動 IGBT 導通,當 LM339-11(PWM)<LM339-10 時,比較器的輸出口相當於接地,輸出為低電平。

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(9)上電延時保護電路

通電的瞬間,振盪整流橋堆整流出 310V 左右電壓,通過電阻 R209/R210 降壓後,二極管 D205 振流,加一個電壓給三極管 Q201 的基極,使三極管導通,將驅動信號拉低,從而保證由於通電瞬間,CPU 未穩定工作時,送出高電平信號,而使驅動 IGBT 長時間導通,造成爆機。通電瞬間後,5V 電壓正常,Q200 基極與發射極正偏將 Q201 基極電壓拉低,Q201 處於截止狀態。

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(10)關機保護

GJ_INT 腳為複用腳:關機保護時,即插上電源插頭沒有按下電源鍵之前的待機狀態,該腳為輸出腳,輸出 GJ使能信號。電流浪湧檢測時,即待機狀態轉入開機狀態時,該腳為輸入腳(高阻態),輸入 INT 浪湧中斷信號。GJ 又名關機信號,靜態時 CPU 至此 I/O 端口為低電平,Q200 是截止的,而 201 則是導通的,始終鎖定驅動信號為零開機按功能鍵後,至此端口一個電壓,使 Q200 導通,而使 Q201 截止,驅動信號可順利通過,加到 IGBT的驅動放大電路。

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(11)) 電流浪湧持

電壓浪湧保護:本機型沒有電壓浪湧保護。電流浪湧保護:當電網上有電流浪湧時,此電流浪湧信號到達電流浪湧比較器的觸發端,引起電流浪湧保護比較器的輸出端發生翻轉,產生中斷,CPU 響應該中斷,進入電流浪湧中斷服務程序,程序執行關功率,3 秒後重新檢鍋啟動加熱,恢復原狀態。如在延時期間再次發生電流浪湧有,則延時時間順延,不再執行檢鍋。若電流浪湧持續,則會出現間歇加熱或不加熱情況。

也就是當電流浪湧到來時,LM339,5 腳電壓被拉低,當 LM339,4 腳電壓大於 5 腳時,輸出(LM339,2 腳)由高電平下降到低電平,D203 正極電壓被拉低。CPU 通過該點下降沿來判斷電流浪湧。CPU 檢測到電流浪湧時,CPU 控制關斷 PWM,以保護 IGBT,並延時保護 3 秒後重新檢鍋。

如果浪湧斷續過來,就會出現間斷加熱情況,此時可斷開浪湧檢測保護,檢測調試,是否為浪湧干擾導致間斷加熱,然後可作出相應維修,或斷開浪湧,或通調整分壓電阻,來調整浪湧的保護電路靈敏度。此外,R216,C01 起到延時作用,因為電容不能突變,當 C01 在靠近 LM339,2 腳一端下降沿來臨時,C01 另一端馬上變為 0V,將 LM339,5 腳電壓拉低,達到延時 LM339,2 腳輸出低電平的作用。

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(12)測溫電路

A.爐面測溫電路,5V 電源通過熱敏電阻 RT1 與電阻 R504 串聯分壓後,取分壓點電壓值送入 CPU,根據此點電壓變化,反映爐面溫度變化情況,實現爐面溫度監測。

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B.IGBT 測溫電路,5V 電源通過電阻 R505 與熱敏電阻 RT2 串聯分壓後,取分壓點電壓送入 CPU,根據此點電壓變化,反映 IGBT溫度變化情況,實現 IGBT 溫度監測及保護。

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原理圖上部份

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原理圖下部份

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控制芯片部份

C.線盤測溫電路,5V 電源通過電阻 R507 與熱敏電阻 RT3 串聯分壓後,取分壓點電壓值送入 CPU,根據此點電壓變化,反映 IGBT溫度變化情況,實現 IGBT 溫度監測及保護。

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(13)風扇驅動電路,當 CPU 接到按鍵指令,執行加熱程序,將 FAN 的 I/O 口至高電平,通過 R506 R509 加到 Q501 基極,使 Q501 飽和導通,風扇形成通電迴路,轉動起來。當關機後,CPU 倒計時延時 30-120 秒後,Q501 截止,風扇停轉。

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