主电路原理分析：深入探讨

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：图3-21为科龙458系列电磁炉整机电路。图3-20 主电路原理图时间t1～t2时当开关脉冲加至V1的G极时，V1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。2）当V6＞V5时，V7转态为OFF，V5亦降至VD12与VD13的顺向压降，而V6则由C5经R54、VD29放电。3）V6放电至小于V5时，又重复1）形成振荡。

如图3-20所示。图3-21为科龙458系列电磁炉整机电路。

图3-20 主电路原理图

时间t₁～t₂时当开关脉冲加至V₁的G极时，V₁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，V₁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V₁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VD₁₁的存在，C₃不能继续反向充电，而是经过C₂、VD₁₁回流，形成电流i₄，在t₄时间，第二个脉冲开始到来，但这时V₁的V_E为正，V_C为负，处于反偏状态，所以V₁不能导通，待i₄减小到0，L₁中的磁能放完，即到t₅时V₁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（20～30kHz）相同的交流电流。t₄～t₅的i₄是阻尼管VD₁₁的导通电流。

图3-21 科龙458系列电磁炉整机电路

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VD₁₁的存在令C₃不能继续反向充电，而经过C₂、VD₁₁回流所形成的阻尼电流，V₁的导通电流实际上是i₁。V1的VCE电压变化：在静态时，V_C为输入电源经过整流后的直流电源，t₁～t₂，V₁饱和导通，V_C接近地电位，t₄～t₅，阻尼管VD₁₁导通，V_C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，V_C上出现峰值电压，在t₃时V_C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V₁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，而开关脉冲已提前到来，就会出现很大的导通电流使V₁烧坏，因此必须使开关脉冲的前沿与峰值脉冲后沿相同步。

1.振荡电路（见图3-21）

1）当G点有V_i输入时、V₇OFF时（V₇=0V），V₅等于VD₁₂与VD₁₃的顺向压降，而当V₆＜V₅之后，V₇由OFF转态为ON，V₅亦上升至V_i，而V₆则由R₅₆、R₅₄向C₅充电。

2）当V₆＞V₅时，V₇转态为OFF，V₅亦降至VD₁₂与VD₁₃的顺向压降，而V₆则由C₅经R₅₄、VD₂₉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.IGBT激励电路（见图3-21）

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（VT₁）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），V₈＜V₉，V₁₀为高，VT₈和VT₃导通、VT₉和VT₁₀截止，VT₁的G极为0V，VT₁截止。

2）V₈ON时（V₈=4.1V），V₈＞V₉，V₁₀为低，VT₈和VT₃截止、VT₉和VT₁₀导通，+22V通过R₇₁、VT₁₀加至VT₁的G极，VT₁导通。

3.PWM脉宽调控电路（见图3-21）

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”。

4.同步电路

如图3-22所示。

图3-22 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3-21），由于C₃两端电压为左负右正，所以V₃＜V₄，V₅OFF（V₅=0V）振荡电路V₆＞V₅，V₇OFF（V₇=0V），振荡没有输出，也就没有开关脉冲加至V₁的G极，保证了V₁在t₂～t₄时间不会导通，在t₄～t₆时间，C₃电容两端电压消失，V₃＞V₄，V₅上升，振荡有输出，有开关脉冲加至V₁的G极。以上动作过程，保证了加到V₁G极上的开关脉冲前沿与V₁上产生的V_CE脉冲后沿相同步。

5.加热开关控制（见图3-21）

1）当不加热时，CPU19脚输出低电平（同时13脚也停止PWM输出），VD₁₈导通，将V₈拉低，另V₉＞V₈，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，VD₁₈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V_AC检测电路反馈的电压信息、V_CE检测电路反馈的电压波形变化情况，判断是否已放入适合的锅具，如果已放入适合的锅具，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、V_AC及V_CE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（详见故障代码表），如1min内仍不符合条件，则关机。

6.V_AC检测电路

AC220V由VD₁、VD₂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会自动做出各种动作指令：

1）判断输入的电源电压是否在允许范围内，否则停止加热，并报知信息（详见故障代码表）。

2）配合电流检测电路、V_CE电路反馈的信息，判断是否已放入适合的锅具，作出相应的动作指令（详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。

7.电流检测电路（见图3-21）

电流互感器CT二次测得的AC电压，经VD₂₀～VD₂₃组成的桥式整流电路整流、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V_AC检测电路、V_CE电路反馈的信息，判断是否己放入适合的锅具，作出相应的动作指令（详见加热开关控制及试探过程一节）。

2）配合V_AC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。

8.V_CE检测电路（见图3-21）

将IGBT（VT₁）集电极上的脉冲电压通过R₇₆+R₇₇、R₅₃分压送至VT₆基极，在发射极上获得其取样电压，此反映了VT₁V_CE电压变化的信息送入CPU，CPU根据监测该电压的变化，自动做出各种动作指令：

1）配合V_AC检测电路、电流检测电路反馈的信息，判断是否已放入适合的锅具，作出相应的动作指令（详见加热开关控制及试探过程一节）。

2）根据V_CE取样电压值，自动调整PWM脉宽，抑制V_CE脉冲幅度不高于1100V（此值适用于耐压1200V的IGBT，耐压1500V的IGBT抑制值为1300V）。

3）当测得其他原因导致V_CE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（详见故障代码表）。

9.浪涌电压监测电路（见图3-21）

电源电压正常时，V₁₄＞V₁₅，V₁₆ON（V₁₆约4.7V），VD₁₇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VD₂₈令V₁₅升高，结果V₁₅＞V₁₄另IC2C比较器翻转，V₁₆OFF（V₁₆=0V），VD₁₇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V₁₆OFF信息，立即发出暂止加热指令，待浪涌电压过后、V₁₆由OFF转为ON时，CPU再重新发出加热指令。

10.过零检测

当正弦波电源电压处于上下半周时，由VD₁、VD₂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VT₁₁导通，VT₁₁集电极电压变0，当正弦波电源电压处于过零点时，VT₁₁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。

11.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映了加热锅具的温度变化（温度/阻值详见热敏电阻温度分度表），热敏电阻与R₅₈分压点的电压变化其实反映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（详见故障代码表）。

3）当锅具空烧时，加热立即停止，并报知信息（详见故障代码表）。

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（详见故障代码表）。

12.IGBT温度监测电路（见图3-21）

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映了IGBT的温度变化（温度/阻值详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映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，加热立即停止，并报知信息（详见故障代码表）。

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（详见故障代码表）。

4）关机时如IGBT温度高于50℃，CPU发出风扇继续运转指令，直至温度低于50℃（继续运转超过4min如温度仍高于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，当测得环境温度低于0℃，CPU调用低温监测模式加热1min，1min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。

13.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VT₅基极，VT₅饱和导通，V_CC电流流过风扇、VT₅至地，风扇运转；CPU发出风扇停转指令时，15脚输出低电平，VT₅截止，风扇因没有电流流过而停转。

14.主电源

AC220V50/60Hz电源经熔丝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，详见注解），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上的保险线P.F.送至VD₁、VD₂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。

15.辅助电源

AC220V 50/60Hz电压接入变压器一次绕阻，二次绕组分别产生13.5V和23V交流电压。13.5V交流电压由VD₃～VD₆组成的桥式整流电路整流、C₃₇滤波，在C₃₇上获得的直流电压V_CC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VD₇～VD₁₀组成的桥式整流电路整流、C₃₄滤波后，再通过由VT₄、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激励电路使用。

16.报警电路（见图3-21）

电磁炉发出报知响声时，CPU14脚输出幅度为5V、频率3.8kHz的脉冲信号电压至蜂鸣器ZD，令ZD发出报知响声。

主电路原理分析：深入探讨

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