家用电磁炉原理及维修

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1、1目录 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 2.15 IGBT 温度监测电路 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 3

2、.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)底部金属体内产生无数的小涡流，使器皿本身自行高速发 热，然后再加热器皿内的东西。1.2 458 系列筒介 458 系列是由建安电子技术开发制造

3、厂设计开发的新一代电磁炉,介面有 LED 发光二极管显2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

4、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。 458 系列须然机种较多,且功能复杂,但不同的机种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

5、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 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

6、压激励场控型器件优点于一体的高压、高速大功率器件。3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 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。 3.低导通电阻。在给

7、定芯片尺寸和 BVceo 下, 其导通电阻 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) SGW

8、25N120-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。 (3) GT40Q321-东芝公司出品,耐压 1200V,电流容量 2

9、5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-东芝公司出品东芝公司出品,耐压耐压 1500V,电流容量电流容量 25时时 80A,100时时 40A,内部不带阻内部不带阻 尼二极管尼二极管,所以应用时须配套所以应用时须配套 15A/1500V 以上的快速恢复二极管以上的快速恢复二极管(D11)使用使用,该该 IGBT 配套配套 6A/1200V 以上的快速恢复二极管以上的快速恢复二极管(D11)后可代用后可

10、代用 SGW25N120、SKW25N120、GT40Q321, 配套配套 15A/1500V 以上的快速恢复二极管以上的快速恢复二极管(D11)后可代用后可代用 GT40T301。 (5) GT40T301-东芝公司出品东芝公司出品,耐压耐压 1500V,电流容量电流容量 25时时 80A,100时时 40A, 内部带阻尼内部带阻尼 二极管二极管, 该该 IGBT 可代用可代用 SGW25N120、SKW25N120、GT40Q321、 GT40T101, 代用代用 SGW25N120 和和 GT40T101 时请将原配套该时请将原配套该 IGBT 的的 D11 快速恢复二极管拆除不装。快速

11、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42.3 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 抗不允许电流突变.所以在 t1t2 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,

12、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 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

13、导通,产生 i5 以后又重复 i1i4 过程,因此在 L1 上就5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, 而经过 C2、D11 回流所形成的阻尼电流,Q1 的导通电流实际上是 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,

14、 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 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

15、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、 （和）V7 OFF 时(V7=0V), V5 等于 D12 与 D13 的顺向压降, 而当 V6V5 时,V7 转态为 OFF,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 激励电路振荡电路输出幅度约 4.1V 的脉冲

16、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) V8 OFF 时(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。62.6 PWM 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小”。2.7 同步电路R78、R51