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电磁炉原理与维修

文章来源:    时间:2019-07-12

  电磁炉原理与维修_电子/电路_工程科技_专业资料。介绍电磁炉结构,原理,与维修技巧。

  电磁炉 郝国勇 一、电磁炉产品简介 主要内容 电磁炉产品简述 电磁炉特殊元器件介绍 应用电路组成 各功能模块讲解 一、电磁炉产品简介 1、电磁炉的优点 电磁炉煮食的热效率要比所有炊具的效率均高 出近1倍 具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无 有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小 巧、安全性好和外观美观等优点 在电磁炉较普及的一些国家里人们誉之为“烹 饪之神”和“绿色炉具” 一、电磁炉产品简介 一、电磁炉产品▼▼▽●▽●简介 2、电磁炉的加热原理 电磁炉是应用电磁感应原理对食品进行加热的 一、电磁炉产品简介 2、高频电磁炉的加热原理 电流电压经过整流器转换为直流电 使直流电变为超过音频的高频交流电 将高频交流电加在感应加热线圈上,由此产生高频交 变磁场 其磁力线穿透灶台的陶瓷台板而作用于金属锅,在烹 饪锅体内因电磁感应就有强大的涡流产生。 涡流克服锅体的内阻流动时完成电能向热能的转换 一、电磁炉产品简介 3、电磁炉的分类 电磁炉按感应线圈中的电流频率分为低频和高频 两大类,相比较高频电磁灶受热效率高,比较省 电。按样式分类,可以分以下三种: 1、台式电磁炉 2、埋入式电磁炉 3、嵌入式电磁炉 二、电磁炉特殊元器件介绍 主要内容 电磁炉产品简述 电磁炉特殊元器件介绍 应用电路组成 各功能模块讲解 二、电磁炉特殊元器件介绍 1、陶瓷板 陶瓷板是微晶陶瓷板的简称。陶瓷板的主要作 用是承载加热锅。 陶瓷板的性能远高于普通陶瓷,它既有较好的 机械强度,能完全承受锅体及食物的重量,又 具有一定的抗热冲击强度,还能经受温度的剧 烈变化。 二、电磁炉◆◁•特殊元器件介绍 2、加热线圈 加热线圈是电磁炉中的一个重要元件,其外形较特殊 加热线圈又称发热线圈,它并不是发热源,而是高频 谐振回路中的一个电感,所以又称为高频谐振线圈 二、电磁炉特殊元器件介绍 2、加热线圈 加热线圈直径(除固定胶盘边沿,一般在16cm-22cm 之间,且电磁炉功率越大,加热线圈直径也越大 加热线圈是用粗铜线以同心圆方式由内到外绕27- 33匝(电磁炉功率越大,匝数越多),呈圆盘状固定 于绝缘胶架上。加热线mm的漆包 铜丝绞合而成。 二、电磁炉特殊元器件介绍 2、加热线圈 加热线圈的中心安装有感▪•★ 温器支架,以便安装热敏 电阻 加热线圈的背面安装有多 根磁条。安装磁条阵列是 为了会聚吸收磁力线,减 小磁力线外泄 二、电磁炉特殊元器件介绍 3、IGBT管 在电磁炉电路中,开关管扮演着非常重要的角色。 当开关管导通时,+300V经加热线圈、开关管给 加热线圈充电,电能转化为加热线圈中的电磁能 此时加在开关管上的电压约为+250V,工作电流 在20A~40A之间 二、电磁炉特殊元器件介绍 3、IGBT管 普通的MOS场效应管,虽然仅需微弱的驱动电压即 可工作,但工作在高电压和大电▽•●◆流状态时,因内阻 较大,管子发热快,难以长时间工作; 大功率达林顿管虽然可以在高电压、大电流状态下 长时间工作,但需要较大▼▲的驱动电流 二、电磁炉特殊元器件介绍 3、IGBT管 将场效应管作为推动管,大功率管作为输出管。这样一个 组合集两者优点于一身,既具有双极型晶体管能通过大电 流密度的优点,同时在驱动电压下,又具备了场效应管用 电压进行控制的特点。具有能实现电压控制以及大功率输 出的特点。输出功率可达1000W以上。 二、电磁炉特殊元器件介绍 3、IGBT管 称为绝缘栅型双极晶体管,其英文表示为 iusulated Gate Bipolar Transistor IGBT管俗称门控管,它既有场效应管驱动电流 小的优点,又有双极型晶体管饱和压降小、电 流密度大的优点,因此可以简单地把IGBT管理 解为一只场效应管与双极型晶体管的复合器件。 二、电磁炉特殊元器件介绍 3、IGBT管 常见符号如图 二、电磁炉特殊元器件介绍 3、IGBT管 带有阻尼二极管的N型1GBT的电路符号是在上述符 号的c、e极间添画一只二极管符号即可,电磁炉线盘 和电容产生振荡到截止的时候会有一个很高的脉冲, 这个二极管就是用来阻止这个电压损坏功率管的 二、电磁炉特殊元器件介绍 3、IGBT管 常见的IGBT管的管脚排列顺序与常见的大功率二极 管一致,即管脚朝下,标注面向自己,从左到右依 此是门极(G)、集电极(c)、发射极(e)。电磁炉中使 用的IGBT管多为N型IGBT管 。 二、电磁炉特殊元器件介绍 整流全桥虽然在家电产品中随处可见其身影,但用 4、整流全桥 在电磁炉中的整流全桥却要求其输出电流大、抗大 电流抗击能力强、能承受较高的峰值反向电压。 例如:RS1507整流全桥,该全桥能承受的最大峰 值反向电压为1000V;最大输出电流15A;峰值电 流可达250A,最大正向压降1V;工作温度范围是55—+150。 二、电磁炉特殊元器件介绍 4、整流全桥 二、电磁炉特殊元器件介绍 5、常见IC LM339四电压比较器 LM339内含四个相同的电 压比较器,在电磁炉电路中 主要用作检测信号的比较判 断。 二、电磁炉特殊元器件介绍 5、常见IC “+”表示运算放大器的同相输入端;“-”表示运 算放大器的反相输入端。 该IC特点是,只要两相输入电压相差10mV,输出状 输出为低电平;当其反相输入电压比同向输入低时, LM339输出端内部处于开路状态,要输出高电平,必 须加上拉电阻,高电平的幅值大小取决于该上拉电阻 态即可翻转。当其反相输入电压比同相输入电压高时, 的接法及其对地分压电阻的大小。 二、电磁炉特殊元器件介绍 5、常见IC LM393双电压比较器 LM393是一种低功率、低偏臵、高精度双电压 比较器,其偏臵电压可低至2mV,其工作电压范 围较宽,为2V~36V。 二、电磁炉特殊元器件介绍 5、常见IC LM324四运算放大器 LM324内含四个运算放大器及运算补偿电路,差 分输入,工作电压范围为3V~32V。 二、电磁炉特殊元器件介绍 5、常见IC 74HC164 8位移位寄存器 现有电磁炉的面板显示项目较多、内容较丰富, 与之对应的控制端口也较多,然而单片机的端口非 常有限。为了达到对显示电路的控制,电磁炉多采 用74HC164(移位寄存器)来扩展控制端口。 二、电磁炉特殊元器件介绍 5、常见IC 74HC164的引脚A、B为串行码输入端;CLR为清 零输入端;CLK为时钟脉冲输入端。该IC随着时钟 脉冲上升沿的到来,A、B相与后的状态依次由QA 移向QH。 二、电磁炉特殊元器件介绍 6、抗干扰电容 在电磁炉的市电输入线ACL、ACN之间 接有电容C1(X电容),该电容既能防 止电磁炉产生的高频干扰脉冲窜入市入 电网,干扰其他电器,又防止市电网中 的干扰脉冲窜入电磁炉电路,影响其工 作。该电容的容量通常为2uF。 二、电磁炉特殊元器件介绍 7、滤波电容 市电经全桥整流后,经过电容滤波, 将脉动的直流电变为平滑的直流电, 该电容称为滤波电容,滤波电容的 容量通常为5uF。 二、电磁炉特殊元器件介绍 注意: 由于电磁炉工作时,电流波动频率高,幅度大,因 此上述抗干扰电容及滤波电容均不能采用普通电容 器,而是选用MKP电容器。 MKP电容器实为无极金属化聚丙烯膜电容器,这种 电容具有无感、高频特性好、自愈能力强、稳定性 好等优点,并采用塑料防腐外壳环氧灌装,体积小, 绝缘性能好,MKP电容器属于专用电容器,主要用 于电子、电器设备中电源部分抑制噪声的器件。 二、电磁炉特殊元器件介绍 8、高频谐振电容 二、电磁炉特殊元器件介绍 8、高频谐振电容 电磁炉正常工作时,加热线圈与并联的电容谐 振产生15kHz~30kHz高频交变电流 高频谐振电容器工作在高频大电流状态 高频谐振电容器.选用MKPH型电容器,该类 电容器具有高频特性好、过流能力强、频率特 性优、自愈能力强等•●优点,在-25℃~+ 105℃的环境中均能正常工作。 二、电磁○▲-•■□炉特殊元器件介绍 8、高频谐振电容 在电磁炉中,加热线圈与高频谐振电容的谐振频 率是设计电磁炉电路及选择元器件的重要依据之 一。 由于高频交变电流频率(f)由加热线圈的电感量(L) 与高频谐振电容容量(c)决定,即(2πf)^2=1/ LC,因此高频谐振电容容量选择非常重要。 二、电磁炉特殊元器件介绍 8、高频谐振电容 常见电磁炉加热线uH之间; 高频谐振电容容量为0.2uF、0.3uF或0.4uF。 若高频谐振电容容量为0.2uF,则高频交变电流频 率为28.13kHz~31.22kHz; 若高频谐振电容容量为0.3uF,则高频交变电流的 频率为22.97kHz~25.49kHz; 若高频谐振电容容量为0.4uF,则高频交变电流的 频率为19.89kHz~22.07kHz。 二、电磁炉特殊元器件介绍 9、压敏电阻 二、电磁炉特殊元器件介绍 9、压敏电阻 为了防止外部输入电压过高损坏电磁炉,在市电进 线端并联有一只压敏电阻,其外形极像瓷片电容器。 该压敏电阻标注—般为TVR14391或TVR10431, 这表明其击穿电压为AC390V或AC430V。只要外 部输入电压峰值超过压敏电阻的标称耐压值,压敏 电阻立即击穿,保险管熔断,保护后级电路免遭过 压损坏。 二、电磁炉特殊元器件介绍 9、压敏电阻 正常时压敏电阻的两脚间电阻均为无穷大。其损 坏后的现象较为直观,多为烧焦或炸裂。压敏电 阻属于一次性保护元件,一旦击穿便不能自动恢 复,应予以更换。 二、电磁炉特殊元器件介绍 10、热敏电阻1 二、电磁炉特殊元器件介绍 10、热敏电阻1 发热线圈盘中心的感温器架上安装有热敏电阻,该热 敏电阻表面呈红色,其外形酷似二极管1N4148。 电磁炉的保温功能及防于烧保护功能的实现均靠此热 敏电阻来感知。热敏电阻紧靠陶瓷板并在两者之间涂 有导热硅脂,其目的是提高其感知灵敏度。 二、电磁炉特殊元器件介绍 10、热敏电阻1 热敏电阻多采用负温度系数电阻,即温度 升高,阻值减小。。 热敏电阻的优劣直接影响整机的温控灵敏 度。 二、电磁炉特殊元器件介绍 11、热敏电阻2 二、电磁炉特殊元器件介绍 11、热敏电阻2 为了防止开关管过热损坏,在散热片上安装有 一只塑料封装的热敏电阻 。 二、电磁炉特殊元器件介绍 11、热敏电阻2 温控器实为一只负温度系数的热敏电阻, 即随着温度升高阻值不断减小。 二、电磁炉特殊★-●=•▽元器件介绍 12、互感器 在电磁炉中常用互感器来检测电磁炉的工作电流, 互感器实为一个小功率的升压变压器。 该互感器初次级匝数比多为1:800,即初级铜线 线径粗、匝数少;次级铜线线径细、匝数多。 正常的互感器初级直流电阻近似0Ω,次级电阻约 为455Ω,初、次级绕组绝缘。 二、电磁炉特殊元器件介绍 13、散热风扇 由于IGBT管、整流全桥在工作时通过的电流较大,因 此会发出大量热量。为了保证这些元件安全可靠地工 作,就必须加装散热装臵,由于散热片远远不能满足 散热需求,因此电磁炉又增加风扇强制散热。 二、电磁炉特殊元器件介绍 13、散热风扇 目前该散热所用的电机有两类:一类是普通碳刷电 机;一类是无刷霍尔电机 碳刷电机,生产成本低,但噪音大、寿命短 无刷电机,内含转换电路,生产成本高,但可靠性 高,寿命长 散热风扇的规格主要有80mmx80mnl、 90mmx90mm、120mmxl20mm等几种,供电电压 也有12V、18V、24V之分 二、电磁炉特殊元器件介绍 14、操作面板 由于电磁炉的开/关、定时、保温及炒、煮、煎 等烹饪功能选择均需人工操作,因此每款电磁炉 均设有操作面板 操作面板主要包括操作按键及功能显示器件 部分电磁炉主板电路基本相同,但出于外观及生 产成本考虑.面板设计却有较大变化,主要取决 于产品定位及实物外观,尽可能地吸引消费者。 二、电磁炉特殊元器件介绍 14、操作面板 按键: 为了防止水分及油烟渗入电路,电磁炉操作面板 的按键不外露,而是采用全封闭型微动式或触摸 式按键电路。 绝大多数中低档的电磁炉采用的是微动式按键, 触摸式按键主要用于高档电磁炉。 二、电磁炉特殊元器件介绍 14、操作面板 电磁炉的功能显示方式之一 发光二极管指示,即功能、状态均靠对应的发光 二极管亮/灭来表示。这种显示方式在经济型电 磁炉中使用得较多。 二、电磁炉特殊元器件介绍 14、操作面板 电磁炉的功能显示方式之二 液晶显示.显示内容直观清晰 二、电磁炉特殊元器件介绍 14、操作面板 电磁炉的功能显示方式之三 数码显示,即通过数码管直观地显示设定的温度、 时间及故障代码等信息。 二、电磁炉特殊元器件介•□▼◁▼绍 14、操作面板 电磁炉的功能显示方式之四 荧光屏显示,亦称VFD(VACUum FLuorescent Display)显示。荧光显示以其高辉度、宽视角、动 态显示图案、清楚易懂等优点,加之其外观华丽富 贵、绚丽多彩,倍受消费者喜欢。目前,荧光显示 用于高档电磁炉中。 三、应用电路组成 主要内容 电磁炉产品简述 电磁炉特殊元器件介绍 应用电路组成 各功能模块讲解 三、应用电路组成 简化▲★-●的方框图 三、应用电路组成 AC 220V市电经桥堆D整流、L1与C5滤波后得到+300V左右的 直流电 此直流电经加热线圈和IGBT管构成回路。当IGBT导通时, +300V给加热线圈充电,电能转换成电磁能储存在加热线圈中; IGBT截止时,加热线又向加热线圈放电, 周而复始,即加热线构成并联谐振回路,其谐振频率 由加热线的容量决定 IGBT管在控制电路输出的PWM开关脉冲的驱动下以一定的频 率工作,加热线kHz的高频交流电,于是铁 质平底锅底便产生了强大的涡流,锅底迅速发热,加热线圈 中的电磁能转化为热能 三、应用电路组成 细化的方框图 三、应用电路组成 包括以下模块 +300V整流滤波电路 EMC防护 +l8V、+5V电源电路 LC振荡、同步模块 功率控制 高压保护 电压、温度检测 电流保护模块 风扇驱动 四、模块电路分析 主要内容 电磁炉产品简述 电磁炉特殊元器件介绍 应用电路组成 各功能模块讲解 四、模块电路分析 四、模块电路分析 1、EMC防护电路 四、模块电路分析 EMC防护模块主要是在电源的进入端防止有高频干扰 或者雷击等造成后面电路的损坏而设臵的电路。主要 是由 CNR 、 C1 等组成。压敏电阻的电压敏感特性是它 的电阻值随着外加电压变化而变化。电容 C1主要是吸 收电源中的高频谐波。 四、模块电路分析 2、+300V整流滤波电路 整流滤波模块主要是◇=△▲进行 AC-DC变换,其核心元件 是整流桥。它将输入的 220V 交流电变换成脉动直 流电,然后经过 L型滤波电路(由电感线)进行滤波,输出平滑的直流电。 四、模块电路分析 电感滤波的使用 电感对脉动电流产生反电动势的作用,它对交流 阻值很大,而对直流阻值很小,如果我们把较大 的电感串接在整流电路里,就可以使电路中的交 流成份大部分降落在电感上,而直流部分则从电 感线圈流到负载上,起到滤波的作用。电感滤波 电路通常用在负载电流很大,而对滤波效果要求 不严的场合。 四、模块电路分析 市▲=○▼电经整流全桥整流、L1与C5滤波后输出+300V直流 电。正常工作时,C5两端电压低于+300V.且电磁炉 功率调得越高,该电压下降得越多。该电磁炉功率 调在1300W时,C5两端电压约为260V。 四、模块电路分析 3、 +l8V、+5V电源电路 该电磁炉低压 供电未采用普 通变压器降压、 整流滤波、稳 压输出方式, 而是采用开关 电源。此开关 电源电路由 FSD200及少量 的外围元件组 成。 四、模块电路分析 采用FSD200设计的控 制电源电路,为单端 反激式功率变换线组成了 常见的直接反馈电路, Q9的输出直接与 FSD200的反馈电压输 入端Vfb相连,省去 了反馈绕组。Vstr直 接与直流母线相连。 四、模块电路分析 FSD200芯片简介 采用Fairchild公司推出的小功率单片开关电源FSD200, 它在230V±15%时输出功率为7W,双列直插封装,价格低 廉,外围线有这样一些显著特点: ①开关频率能在4ms内从130KHz变到138KHz,这种将开关 频率在一定波段内抖动的方法,可将谐波能量分散,有效 抑制采用固定开关频率带来的高次谐波所产生的干扰。这 不仅减少了EMI,而且可用低成本的电感来代替开关电源 通常使用的进线滤波器。 ②不需反馈绕组。FSD200通过与直流母线相连的Vstr引脚, 将外部高压送入内部的高压调节器变到7V,作为芯片的控 制电压,省去了反馈绕组。其他还有过负荷保护、过热关 断、软起动、在待机状态时减少开关损耗的自举操作方式 等。 四、模块电路分析 得到两路输出+5V、+18V 四、模块电路分析 4、LC谐振电路 四、模块电路分析 LC谐振电路 是电磁炉的主要电路之一,主要是利用了LC并联谐振 的原理进行工作。 四、模块电路分析 LC谐振电路 当IGBT的C极电压为0V时,IGBT导通,此时的电感 (线圈)进行储能 当IGBT由导通到截止时,此时由于电感(线圈的作 用),电流还会沿着先前的方向流动,由于 IGBT关断, 电感只能对电容C3充电,从而引起C极上电压升高, 随充电电流变小直至为0时,C极电压最高 电容C3开始从线圈放电,此时C极电压变低,当达到 接近0V时,由控制电路检测(监控◆▼)到这个值,再次 打开IBGT,又一循环开始 四、模块电路分析 5、同步电路 四、模块电路分析 为什么要同步? 电磁炉工作时,IGBT管快速交替地工作在饱和与 截止状态间。设定不同火力(功率)时,IGBT管的 饱和与截止时间的比例不相同。 四、模块电路分析 为什么要同步? 在IGBT管饱和导通时,加热线圈 中感应电动势的极性为左“+”右 “-” .由于电感中电流不能突变, 流过IGBT管c、e极间电流逐渐增 大。当电流增大至某一值时, IGBT应立即截止,以避免大电流 击穿IGBT管。 四、模块电路分析 为什么要同步? 一旦IGBT管截止,加热线圈 中的感应电动势极性立即变 为左“-”右“+”,加热线又给加热 线圈放电,加热线产 生阻尼谐振,即随着电磁能 迅速转化为热能,其谐振幅 度越来越小。 四、模块电路分析 在谐振初期,加在▪▲□◁IGBT管c、 e极上的电压非常高,这期间 应确保IGBT管可靠地截止, 否则高电压形成的大电流必 将损坏IGBT管。 综上所述,在不同功率状△▪▲□△态 下,IGBT的工作状态应当与 加热线圈的状态保持协调, 也就是IGBT管的驱动信号应 与加热线圈的状态保持协调, 完成协调任务的电路常称之 为同步电路。 四、模块电路分析 当加热线圈两端电压极性为左“+”右“-”。正电压经R7、R25 分压后加到U2:3的反相输入端;负电压经R19、R20降压后加到 U2:3的同相输入端,此时U2:3的输出端为低电平状态,U2:4输出 高电平,Q3导通,DEVICE 为高电平,IGBT导通饱和。 四、模块电路分析 四、模块电路分析 当加热线圈两端电压极性为左“-”右“+”,此时U2:3的 输出端为高电平,U2:4输出低电平,Q4导通,DEVICE 为低电平,IGBT可靠截止。 四、模块电路分析 6、电网电压检测电路 四、模块电路分析 7、过电流检测电路 四、模块电路分析 8、浪涌检测 有浪涌时通过硬件产生◇…=▲中断INT(高电平) 四、模块电路分□◁析 四、模块电路分析 9、温度检测电路 四、模块电路分析 10、锅检电路 四、模块电路分析 计 通电以后,给K一短暂电平值,通过积分电路C2、R43得到一扰 动,C34破坏原有平衡,经过功率整定与驱动电路,IGBT进行工 作,LC形成振荡,按照PAN高低电平变化的次数进行计数,根据 次数的多少来判断有无放锅。 四、模块电路分析 11、高压峰值检测电路与功率整定电路 检测到IGBT的输出 四、模块电路分析 工作中,当IGBT管截止瞬间,加在IGBT管C、e极上 的电压最高。为了防上此时电压超过1GBT的c、e极 的最高反压值(耐压),特设计了高压峰值检测电路。 四、模块电路分析 开机后,+5v电压经R3、R22分压得到电压,加到 U2:2同相端,作为同相基准电压。 单片机的3脚输出的PWM信号经R34、EC6滤波后得到 直流电平,此直流电平常称为PWM电平(或称功率电 平),此电平直接影响电磁炉的输出功率。 四、模块电路分析 正常时, U2:2同相端电压高于反相端电压, U2:2输出端内部 电路等效于开路状态,对电路EC3两端的PWM电平无影响。 当IGBT管c极电压过高时, U2:2同相端电压低于反相端电压, U2:2输出端输出低电平,EC3两端的功率电平下降,经功率整定 电路的作用,使IGBT管驱动信号的占空比变化,从而IGBT管的 高压峰值下降。 四、模块电路分析 12、功率整定电路与驱动电路 四、模块电路分析 功率整定电路为驱动电路送出驱动脉冲,此脉 冲直接影响整机功率。 驱动电路的作用是给IGBT管提供开关脉冲。此 部分电路属于控制电路的末级电路,又称功率 驱动输出级。 四、模块电路分析 13、单片机电路 单片机电路是电磁炉 中控制信号的分析处 理中心,如同电磁炉 的中枢神经。 四、模块电路分析 14、蜂鸣器电路 四、模块电路分析 15、风扇电路 四、模块电路分析 16、按键与LED显示电路 四、模块电路分析 四、模块电路分析 四、模块电路分析 作业

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