电磁炉工作原理及电磁炉电路图分析
电磁炉任务原理及电磁炉电路图剖析(一)
一.电磁加热原理
电磁炉是一种应用电磁感应原理将电能转换为热能的厨房电器。在电磁灶外部,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发生高速变化的磁场,当磁场内的磁力
线经过金属器皿(导磁又导电资料)底部金属体内发生有数的小涡流,使器皿自身自行高
速发热,然后再加热器皿内的东西。
二、电磁炉电路任务原理剖析
2.1常用元器件简介
2.1.1LM339集成电路
LM339内置四个翻转电压为6mV的电压比拟器,当电压比拟器输入端电压正向时(+
输入端电压高于-入输端电压),置于LM339外部控制输入端的三极管截止,此时输入
端相当于开路;当电压比拟器输入端电压反向时(-输入端电压高于+输入端电压),置
于LM339外部控制输入端的三极管导通,将比拟器外部接入输入端的电压拉低,此时输
入端为0V。
2.1.2IGBT
绝缘双栅极晶体管(IusulatedGateBipolarTransistor)简称IGBT,是一种集BJT的大电流密度
和MOSFET等电压鼓舞场控型器件优点于一体的高压、高速大功率器件。目前有用不同资
料及工艺制造的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缩
小的复合结构。IGBT有三个电极(见上图),区分称为栅极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,它克制了功率
MOSFET的一个致命缺陷,就是于高压大电流任务时,导通电阻大,器件发热严重,输入效
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,驱动电路复杂。
3.低导通电阻。在给定芯片尺寸和BVceo下,其导通电阻Rce(on)不大于MOSFET的Rds(on)
的10%。4.击穿电压高,平安任务区大,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1kV~1.8kV的约1.2us、600V级的约0.2us,约为GTR的10%,接近于功率
MOSFET,开关频率中转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)SGW25N120----西门子公司出品,耐压1200V,电流容量25℃时46A,100℃时
25A,外部不带阻尼二极管,所以运用时须配套6A/1200V以上的快速恢复二极管(D11)
运用,该IGBT配套10A/1200/1500V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,外部带阻尼二极管,该IGBT可代用SGW25N120,代用时将原配套SGW25N120
的D11快速恢复二极管撤除不装。
(3)GT40Q321----东芝公司出品,耐压1200V,电流容量25℃时42A,100℃时23A,
外部带阻尼二极管,该IGBT可代用SGW25N120、SKW25N120,代用SGW25N120
时请将原配套该IGBT的D11快速恢复二极管撤除不装。
(4)GT40T101----东芝公司出品,耐压1500V,电流容量25℃时80A,100℃时40A,
外部不带阻尼二极管,所以运用时须配套15A/1500V以上的快速恢复二极管(D11)运
用,该IGBT配套6A/1200V以上的快速恢复二极管(D11)后可代用SGW25N120、
SKW25N120、GT40Q321,配套15A/1500V以上的快速恢复二极管(D11)后可代用
GT40T301。
(5)GT40T301----东芝公司出品,耐压1500V,电流容量25℃时80A,100℃时40A,
外部带阻尼二极管,该IGBT可代用SGW25N120、SKW25N120、GT40Q321、
GT40T101,代用SGW25N120和GT40T101时请将原配套该IGBT的D11快速恢复二
极管撤除不装。
(6)GT60M303----东芝公司出品,耐压900V,电流容量25℃时120A,100℃时60A,
外部带阻尼二极管。
(7)GT40Q323----东芝公司出品,耐压1200V,电流容量25℃时40A,100℃时20A,
外部带阻尼二极管,该IGBT可代用SGW25N120、SKW25N120,代用SGW25N120
时请将原配套该IGBT的D11快速恢复二极管撤除不装。
(8)FGA25N120----美国仙童公司出品,耐压1200V,电流容量25℃时42A,100℃时
23A,外部带阻尼二极管,该IGBT可代用SGW25N120、SKW25N120,代用
SGW25N120时请将原配套该IGBT的D11快速恢复二极管撤除不装。
2.2电路方框图
2.3主回路原理剖析
时间t1~t2时当开关脉冲加至IGBTQ1的G极时,IGBTQ1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
冲完毕,IGBTQ1截止,异样由于感抗作用,i1不能立刻突变0,于是向C3充电,发生
充电电流i2,在t3时间,C3电荷充溢,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,幅度到达峰值电压,在IGBTQ1的CE极间出
现的电压实践为逆程脉冲峰压+电源电压,在t3~t4时间,C3经过L1放电终了,i3到
达最大值,电容两端电压消逝,这时电容中的电能又全部转化为L1中的磁能,因感抗
作用,i3不能立刻突变0,于是L1两端电动势反向,即L1两端电位左正右负,由于
IGBT外部阻尼管的存在,C3不能继续反向充电,而是经过C2、IGBT阻尼管回流,
构成电流i4,在t4时间,第二个脉冲末尾到来,但这时IGBTQ1的UE为正,UC为
负,处于反偏形状,所以IGBTQ1不能导通,待i4减小到0,L1中的磁能放完,即到
t5时IGBTQ1才末尾第二次导通,发生i5以后又重复i1~i4进程,因此在L1上就发
生了和开关脉冲f(20KHz~30KHz)相反的交流电流。t4~t5的i4是IGBT外部阻尼管的
导通电流,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是逆程脉冲峰压经过L1放电的电流,t4~t5的i4是L1两端电动势反向
时,因的存在令C3不能继续反向充电,而经过C2、IGBT阻尼管回流所构成的阻尼
电流,IGBTQ1的导通电流实践上是i1。
IGBTQ1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,t1~t2,IGBTQ1饱和导通,UC接近地电位,t4~t5,IGBT阻尼管导通,UC为负压(电
压为阻尼二极管的顺向压降),t2~t4,也就是LC自在振荡的半个周期,UC上出现峰值电
压,在t3时UC到达最大值。
以上剖析证明两个效果:一是在高频电流的一个周期里,只要i1是电源供应L的能量,
所以i1的大小就决议加热功率的大小,同时脉冲宽度越大,t1~t2的时间就越长,i1就越
大,反之亦然,所以要调理加热功率,只需求调理脉冲的宽度;二是LC自在振荡的半
周期时间是出现峰值电压的时间,亦是IGBTQ1的截止时间,也是开关脉冲没有抵达的
时间,这个时间关系是不能错位的,如峰值脉冲还没有消逝,而开关脉冲己提早到来,
就会出现很大的导通电流使IGBTQ1烧坏,因此必需使开关脉冲的前沿与峰值脉冲后沿
相反步。
(1)当PWM点有Vi输入时、V7OFF时(V7=0V),V5等于D6的顺向压降,而当V5
(2)当V5>V6时,V7转态为OFF,V6亦降至D6的顺向压降,而V5那么由C16、
D6放电。
(3)V5放电至小于V6时,又重复(1)构成振荡。
〝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〞。
2.5IGBT鼓舞电路
振荡电路输入幅度约4.1V的脉冲信号,此电压不能直接控制IGBT的饱和导通及截止,
所以必需经过鼓舞电路将信号缩小才行,该电路任务进程如下:
(1)V8OFF时(V8=0V),V8
(2)V8ON时(V8=4.1V),V8>V9,V10为低,Q81截止、Q4导通,+18V经过R23、Q4
和Q1的E极加至IGBT的G极,IGBT导通。
2.6PWM脉宽调控电路
CPU输入PWM脉冲到由R30、C27、R31组成的积分电路,PWM脉冲宽度越
宽,C28的电压越高,C29的电压也跟着降低,送到振荡电路(G点)的控制电压随着
C29的降低而降低,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经过控制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
市电经整流器整流、滤波后的310V直流电,由R15+R14、R16分压发生V3,R1+R17、
R28分压发生V4,在高频电流的一个周期里,在t2~t4时间(图1),由于C14两端电
压为上负下正,所以V3V5,V7OFF(V7=0V),振荡没有输入,也就没有开关脉冲加至Q1
的G极,保证了Q1在t2~t4时间不会导通,在t4~t6时间,C3电容两端电压消逝,
V3>V4,V5上升,振荡有输入,有开关脉冲加至Q1的G极。以上举措进程,保证了加
到Q1G极上的开关脉冲前沿与Q1上发生的VCE脉冲后沿相反步。
2.8加热开关控制
(1)当不加热时,CPU17脚输入低电平(同时CPU10脚也中止PWM输入),D7导
通,将LM3399电压拉低,振荡中止,使IGBT鼓舞电路中止输入,IGBT截止,那
么加热中止。
末尾加热时,CPU17脚输入高电平,D7截止,同时CPU10脚末尾距离输入PWM试
探信号,同时CPU经过火析电流检测电路和VAC检测电路反应的电压信息、VCE检
测电路反应的电压波形变化状况,判别能否己放入适宜的锅具,假设判别己放入适宜的锅
具,CPU10脚转为输入正常的PWM信号,电磁炉进入正常加热形状,假设电流检测电
路、VAC及VCE电路反应的信息,不契合条件,CPU会判定为所放入的锅具不符
(2)或无锅,那么继续输入PWM试探信号,同时收回指示无锅的报知信息(见缺点代
码表),如30秒钟内仍不契合条件,那么关机。
2.9VAC检测电路
AC220V由D17、D18整流的脉动直流电压经过R40限流再经过,C33、R39C32组
成的π型滤波器停止滤波后的电压,经R38分压后的直流电压,送入CPU6,依据监测该
电压的变化,CPU会自举措出各种举措指令。
(1)判别输入的电源电压能否在充许范围内,否那么中止加热,并报知信息(见缺点代码
表)。
(2)配合电流检测电路、VCE电路反应的信息,判别能否己放入适宜的锅具,作出相应
的举措指令(见加热开关控制及试探进程一节)。
(3)配合电流检测电路反应的信息及方波电路监测的电源频率信息,调控PWM的脉宽,
令输入功率坚持动摇。
〝电源输入规范220V±1V电压,不接线盘(L1)测试CPU第6脚电压,规范为
2.65V±0.06V〞。
2.10电流检测电路
电流互感器CT1二次测得的AC电压,经D1~D4组成的桥式整流电路整流、R12、
R13分压,C11滤波,所取得的直流电压送至CPU5脚,该电压越高,表示电源输入
的电流越大,CPU依据监测该电压的变化,自举措出各种举措指令:
(1)配合VAC检测电路、VCE电路反应的信息,判别能否己放入适宜的锅具,作出相
应的举措指令(见加热开关控制及试探进程一节)。
(2)配合VAC检测电路反应的信息及方波电路监测的电源频率信息,调控PWM的脉
宽,令输入功率坚持动摇。
2.11VCE检测电路
将IGBT(Q1)集电极上的脉冲电压经过R1+R17、R28分压R29限流后,送至LM3396
脚,在6脚上取得其取样电压,此反影了IGBT的VCE电压变化的信息送入LM339,
LM339依据监测该电压的变化,自举措出电压比拟而决议能否任务。
(1)配合VAC检测电路、电流检测电路反应的信息,判别能否己放入适宜的锅具,作出
相应的举措指令(见加热开关控制及试探进程一节)。
(2)依据VCE取样电压值,自动调整PWM脉宽,抑制VCE脉冲幅度不高于
1050V(此值适用于耐压1200V的IGBT,耐压1500V的IGBT抑制值为1300V)。
(3)当测得其它缘由导至VCE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),LM339立刻中止任务(见缺点代码表)。
2.12浪涌电压监测电路
当正弦波电源电压处于上下半周时,由D17、D18和整流桥DB外部交流两输入端对
地的两个二极管组成的桥式整流电路发生的脉动直流电压,当电源突然有浪涌电压输入时,
此电压经过R41、C34耦合,再经过R42分压,R44限流C35滤波后的电压,控制
Q5的基极,基极为高电往常,电压Q5基极,Q5饱和导通,CPU17的电平经过Q5至
地,PWM中止输入,本机中止任务;当浪涌脉冲事先,Q5的基极为低电平,Q5截止,
CPU17的电平经过Q5至地,CPU再重新收回加热指令。
2.13过零检测
当正弦波电源电压处于上下半周时,由D17、D18和整流桥DB外部交流两输入端对
地的两个二极管组成的桥式整流电路发生的脉动直流电压经过R40限流再经过,C33、
R39C32组成的π型滤波器停止滤波后的电压,经R38分压后的电压,在CPU6那么构
成了与电源过零点相反步的方波信号,CPU经过监测该信号的变化,作出相应的举措指
令。
2.14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
值的变化直接反影了加热锅具的温度变化(温度/阻值祥见热敏电阻温度分度表),热敏
电阻与R4分压点的电压变化其实反影了热敏电阻阻值的变化,即加热锅具的温度变化,
CPU8脚经过监测该电压的变化,作出相应的举措指令:
(1)定温功用时,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270℃时,加热立刻中止,并报知信息(见缺点代码表)。
(3)当锅具空烧时,加热立刻中止,并报知信息(见缺点代码表)。
(4)当热敏电阻开路或短路时,收回不启动指令,并报知相关的信息(见缺点代码表)。
2.15IGBT温度监测电路
IGBT发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
直接反影了IGBT的温度变化(温度/阻值祥见热敏电阻温度分度表),热敏电阻与R8
分压点的电压变化其实反影了热敏电阻阻值的变化,即IGBT的温度变化,CPU经过监
测该电压的变化,作出相应的举措指令:
(1)IGBT结温高于90℃时,调整PWM的输入,令IGBT结温≤90℃。
当IGBT结温由于某缘由(例如散热系统缺点)而高于95
(2)℃时,加热立刻中止,并报知信息(祥见缺点代码表)。
(3)当热敏电阻TH开路或短路时,收回不启动指令,并报知相关的信息(祥见缺点代
码表)。
(4)关机时如IGBT温度>50℃,CPU收回风扇继续运转指令,直至温度<50℃(继
续运转超越30秒钟如温度仍>50℃,风扇停转;风扇延时运转时期,按1次关机
键,可封锁风扇)。
(5)电磁炉刚启动时,当测得环境温度<0℃,CPU调用高温监测形式加热1分钟,30
秒钟后再转用正常监测形式,防止电路零件因高温偏离规范值形成电路参数改动而损坏
电磁炉。
2.16散热系统
将IGBT及整流器BG紧贴于散热片上,应用风扇运转经过电磁炉进、出风口构成的气流
将散热片上的热及线盘L1等零件任务时发生的热、加热锅具辐射进电磁炉内的热排出电
磁炉外。
CPU15脚收回风扇运转指令时,15脚输入高电平,电压经过R27送至Q3基极,Q3
饱和导通,VCC电流流过风扇、Q3至地,风扇运转;CPU收回风扇停转指令时,15脚
输入低电平,Q3截止,风扇因没有电流流过而停转。
2.17主电源
AC220V50/60Hz电源经保险丝FUSE,再经过由RZ、C1、共模线圈L1组成的滤波电
路(针对EMC传导效果而设置,祥见注解),再经过电流互感器至桥式整流器BG,发
生的脉动直流电压经过扼流线圈提供应主回路运用;AC1、AC2两端电压除送至辅佐电
源运用外,另外还经过印于PCB板上的保险线P.F.送至D1、D2整流失掉脉动直流电
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迫性电磁兼容(EMC)认证,基于本钱缘
由,外销产品大局部没有将CY1、CY2装上,L1用跳线取代,但基本上不影响电磁炉
运用功用。
2.18辅佐电源
AC220V50/60Hz电压接入变压器初级线圈,次级两绕组区分发生2.2V、12V和18V
交流电压。
12V交流电压由D19~D22组成的桥式整流电路整流、C37滤波,在C37上取得的直流
电压VCC除供应散热风扇运用外,还经由V8三端稳压IC稳压、C38滤波,发生
+5V电压供控制电路运用。
18V交流电压由D15组成的半动摇整流电路整流、C26滤波后,再经过由Q9、R33、
DW9、C27、C28组成的串联型稳压滤波电路,发生+18V电压供IC2和IGBT鼓
舞电路运用。
2.19报警电路
电磁炉收回报知响声时,CPU1脚输入幅度为5V、频率4KHz的脉冲信号电压至蜂鸣器
BZ1,令BZ1收回报知响声。
本文发布于:2023-03-09 06:06:14,感谢您对本站的认可!
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