电磁炉培训教材

0.2us, 约为GTR（Giant TransistorGiant双极型高反压大功率晶体 管 ）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。
电磁炉的发热原理
加热控制电路：当不加热时,CPU 19脚输出低电平(同时13脚也停止PWM输出), D18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, CPU 19脚输出高电平,D18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VAC检测电路反馈的电压信息、VCE检测电路反馈的电压波形变化情况,判 断是否己放入适合的锅具,如果判断己放入适合的锅具,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、VAC及VCE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(祥见故障代码表),如1分钟内仍不符合条件,则关机。
名词解释
▪ 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等电压激励场控型器件优点于一体的高压、高速大功率器 件 。
▪ IGBT激励电路：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(Q1)的饱 和导通及截止,所以必须通过激励电路将信号放大。
电磁炉是采用磁场感应涡流原理，它利用 高频的电流通过发热线圈，从而产生无数 封闭磁场力，当磁场那磁力线通过导磁(如: 铁质锅)的底部，既会产生无数小涡流(一 种交变电流，家用电磁炉使用的是15－ 30KHZ的高频电流)，使锅体自行高速发热， 然后再加热锅内食物。
对于电磁炉的发热原理我们可以这样简单的理解：
问题思考
1. 你所知道的什么材质的锅适用于电磁 炉？
2. 通过电磁炉知识的学习，请简答不锈 钢、铜铝材质的平底锅为何不适合电 磁炉？
3. 用你所学的知识解释：电磁炉在没锅 的情况下开启，对电磁炉来说意味着 什么？
电磁炉的主回路框图
市电
整流 滤波
IGB T漏 极
发热 盘
加热锅 底
电磁炉主回路的工作原理
PWM脉宽调制电路：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”。
思考题：发热线圈为何
用多股漆包线 绞合制成？
认识电磁炉的主要部件
IGBT与功率 MOSFET相比具 有以下特点：
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1kV~1.8kV的约1.2us、600V级的约
报警电路：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。
辅助电路略解
VAC检测电路：AC220V由D1、D2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会自动作出各种动作指令:(1) 判别 输入的电源电压是否在充许范围内,否则停止加热,并报知信息(祥见故障代码表)。(2) 配合电流检测电路、VCE电路反馈的信息,判别是否己放入适合的锅具,作出相应的动作 指令(祥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220V1V电 压,不接线盘(L1)测试CPU第7脚电压,标准为1.95V0.06V”。
▪ PWM调制电路： 能够产生占空比连续可调方波信号的电路。
认识电磁炉的主要部件
发热线圈：加热线圈又称为发热 线圈，但它不发热，而是高频谐 振回路中的一个电感，严格地说 是称为高频谐振线圈。外形为圆 盘形，是由多股漆包线绞合后以 同心圆方式由内到外绕27~33匝而 成，中心安装有感温器支架用以 安装热敏电阻，加热线圈的下面 安装有多根磁条，用以会聚磁力 线，减少磁力线外泄，如图所示。
当220V交流电经DB1桥堆整流、L2和 C2滤波后，形成+300V左右的直流电压， 经线圈L1加到IGBT的漏极上，当开关 脉冲高电平到达IGBT的栅极时，IGBT 导通，内阻很小，电流由DB1的“+” -L1 -- L2 --IGBT漏极--源极--地--DB1的“—”极，把电能转化成磁能储存 在加热线圈中。当开关脉冲低电平到 达IGBT的栅极时，IGBT截止，
IGBT激励电路：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(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),V8<V9,V10为高,Q8和Q3 导通、Q9和Q10截 止,Q1的G极为0V,Q1截止。(2) V8 ON时(V8=4.1V),V8>V9,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。
发热线圈充放电过程分析
t4~t5的i4是阻尼管D11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是逆程脉冲峰压通过L1放电的电流,t4~t5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,t1~t2,Q1饱和导通,UC接近地电位,t4~t5,阻尼管D11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,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。
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课程目标： 1 学习电磁炉的基础知识 2 熟知电磁炉的工作原理 3 掌握电磁炉的维护保养方法
目录
1 名词解释 2 认识电磁炉的主要部件 3 认知电磁炉的加热原理（思考题） 4 发热线圈的充放电分析 5 电磁炉的电路图 6 辅助电路略解 7 电磁炉典型故障分析 8 电磁炉的维保知识
由于L1线圈中的电流不能突变，只能通过C3放电，即给C3充电，把磁场能转化成电场能， 随后电容C3又向L1放电，如此周而复始，形成谐振，直到下一个开关脉冲高电平到达 IGBT的栅极时，又重复上述过程。L1线圈产生的高频磁场，于是在铁质平底锅底便产生 了强大的涡流，锅底迅速发热，加热结圈中的电磁能转化成为热能。
锅和电磁炉内部发热线圈盘组成一个高频变压器，发热线圈是变压器初级，次级 是锅。当内部初级发热线圈盘有交变电压输入时，必然在次级锅体上产生感应电 动势，感应电压通过锅体自身的电阻发热（所以锅本身也是负载），产生热量。 假如：当内部初级发热盘有交变电压输入，若次级及负载（锅）不存在，则输出 功率将非常低？当然在实际电路中，我们必须要很快的检测到此功率的变化，并 将输出到发热线圈盘的交变电流关断。
辅助电路略解
VCE检测：将IGBT(Q1)集电极上的脉冲电压通过R76+R77、R53分压送至Q6基极,在发射极上 获得其取样电压,此反影了Q1 VCE电压变化的信息送入CPU, CPU根据监测该电压的变化,自 动作出各种动作指令:(1) 配合VAC检测电路、电流检测电路反馈的信息,判别是否己放入适 合的锅具,作出相应的动作指令(祥见加热开关控制及试探过程一节)。(2) 根据VCE取样电 压值,自动调整PWM脉宽,抑制VCE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) 当测得其它原因导至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),CPU立即发出停止加热指令(祥见故障代 码表)。
电磁炉电路图
辅助电路略解
振荡电路：当G点有Vi输入时、V7 OFF时(V7=0V), V5等于D12与D13的顺向压降, 而 当V6<V5之后,V7由OFF转态为ON,V5亦上升至Vi, 而V6则由R56、R54向C5充电。(2) 当V6>V5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”
电流检测：电流互感器CT二次测得的AC电压,经D20~D23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VAC检测电路、VCE电路 反馈的信息,判别是否己放入适合的锅具,作出相应的动作指令。(2) 配合VAC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。
电磁炉的功能电路结构
电磁炉围绕主回路和CPU共有15 个辅助电路组成，可分为功能电 路和保护电路等。振荡电路 、 IGBT激励电路 、PWM脉宽调制 电路 、同步电路 、加热控制电 路 、VAC检测电路 、电流检测 、 VCE检测 、浪涌电压检测 、过 零检测 、锅温检测 、散热wk.baidu.com统 温度检测 、辅助电源 、报警电 路
发热线圈充放电过程分析
时间t1~t2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t1~t2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,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(20KHz~30KHz) 相同的交流电流。
辅助电路略解
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1),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,V7 OFF(V7=0V),振荡没有输出,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电容两端电压消失, V3>V4, V5上升,振荡有输出, 有开关脉冲加至Q1的G极。以上动作过程,保证了加到Q1 G极上的开关脉冲前沿与Q1上 产生的VCE脉冲后沿相同步。