電磁爐原理分析與講解（多圖基礎(chǔ)教程）

電磁爐基本原理介紹
1.電磁爐加熱和工作原理簡介；
2.電磁爐主要元件介紹；
3.電磁爐電路各模塊原理講解；

1.電磁爐加熱和工作原理簡介
1.1電磁爐加熱和工作原理簡介；
1.2 電磁爐原理方框圖；
1.3 LC振蕩電路；

1.1電磁爐加熱和工作原理簡介


1.2 電磁爐原理方框圖


1.3 LC振蕩電路示意圖


2.電磁爐主要元件介紹

2.1 QF808單片機簡介；
2.2 RS2007M整流橋介紹；
2.3 LM339集成電路介紹；
2.4 IGBT簡介；
2.5 74HC164移位寄存器介紹；

2.1 QF808單片機簡介
QF808為前鋒和臺灣中穎共同研發(fā)的一款單片機，存儲器大小為64K bits ROM，里面集成5個比較器，6通道8位ADC轉(zhuǎn)換，2個8位定時計數(shù)器，8位高速PWM脈沖輸出，內(nèi)部頻率復(fù)合放大器，在線振蕩時鐘電路，在線看門狗定時器，采用低電壓復(fù)位；

2.2 RS2007M整流橋介紹；
電壓輸入范圍為50到1000V，承受電流最大為20A；特點為輸出電流大，抗大電流沖擊能力強，能承受較高的峰值反向電壓；


2.3 LM339集成電路介紹
LM339內(nèi)置四個翻轉(zhuǎn)電壓為6mV的電壓比較器,當電壓比較器輸入端電壓正向時(+輸入端電壓高于-入輸端電壓), 置于LM339內(nèi)部控制輸出端的三極管截止, 此時輸出端相當于開路; 當電壓比較器輸入端電壓反向時(-輸入端電壓高于+輸入端電壓), 置于LM339內(nèi)部控制輸出端的三極管導(dǎo)通, 將比較器外部接入輸出端的電壓拉低,此時輸出端為0V。

2.4 IBGT簡介


絕緣柵雙極晶體管(Iusulated Gate Bipolar Transistor)簡稱IGBT,是一種集BJT的大電流密度和MOSFET等電壓激勵場控型器件優(yōu)點于一體的高壓高速大功率器件；IGBT有三個電極，分別稱為柵極G(也叫控制極或門極) 、集電極C(亦稱漏極)及發(fā)射極E(也稱源極)，將場效應(yīng)管作為推動管，大功率達林頓管作為輸出級就構(gòu)成了IGBT開關(guān)管；

2.5 74HC164移位寄存器介紹
74HC164為8位移位寄存器，現(xiàn)有電磁爐的面板顯示項目較多，對單片機端口要求叫多，而現(xiàn)有單片機端口有限，為了達到顯示電路的控制，現(xiàn)需要采用移位寄存器來擴展控制口；74HC164是8為串行輸入并行輸出單向移位寄存器；A，B為串行碼輸入端，MR為清零輸入端，CLJ為時鐘脈沖的輸入端，IC隨著時鐘脈沖上升沿的到來，A，B相與后狀態(tài)依次由Q0移向Q7；
如下圖：


3.電磁爐電路各模塊原理講解

3.1 EMC防護電路和整流電路
3.2 高頻諧振電路
3.3 驅(qū)動電路
3.4 同步電路及反壓保護電路
3.5 溫度檢測電路
3.6 高低電壓監(jiān)測電路
3.7 電壓浪涌保護電路
3.8 電流浪涌保護電路
3.9 電流檢測電路
3.10 風(fēng)扇電路蜂鳴器電路
3.11 電源電路
3.12 按鍵電路
3.13 顯示電路

3.1 EMC防護電路和整流電路


FUSE1為保險管，其規(guī)格為15A/250V,此款電磁的最高功率為2100W，AC220V其工作的最大電流為9.6A，正常狀態(tài)下，不會超過保險管的正常值。電路發(fā)生異常時，如IGBT擊穿，電流猛增，超過保險管的工作極限值，保管熔斷，保護其他電路。C001電容的作用是EMC防護，該電容能防止電磁爐產(chǎn)生的高頻干擾竄入電網(wǎng)我，干擾其他電器，又防止市電中的干擾脈沖竄入電磁爐電路，影響其工作。CNR002是壓敏電阻只要外部輸入電壓峰值超過壓敏電阻的標稱耐壓值，壓敏電阻立即擊穿，保險管熔斷，保護后級電路免于過壓損壞。整流橋的作用將AC220V整流成脈動直流。

3.2 高頻諧振電路
市電經(jīng)DR001整流后經(jīng)L001加到由C003，IGBT，線盤QF-20FR，C005組成的高頻諧振回路中，具體諧振過程參考諧振靠前章諧振波形。ZD801為IGBT，G基電壓保護穩(wěn)壓二極管，保證IGBT的驅(qū)動電壓不超過穩(wěn)壓值。此電路選用16V穩(wěn)壓；[Page]

3.3 驅(qū)動電路

驅(qū)動方波直接由單片機的3腳輸出，當單片機輸出高電平時，Q803飽和導(dǎo)通Q801，Q802基極電壓為低電平，Q801三極管截止，Q802為射隨放大電路，基極為低，發(fā)射極為低。IGBT，G為低電平，IGBT截止;當單片機輸?shù)碗娖綍rQ803截止， +15V經(jīng)R29加到Q801，Q802基極，Q802三極管截止，Q801三極管導(dǎo)通，15V電壓經(jīng)Q801加到IGBT，G極。單片機根據(jù)不同的功率，輸出不同占空比的電壓方波信號，Q803，Q802，Q801重復(fù)上述過程；

3.4 同步電路及反壓保護電路


1. 同步：在不同功率狀態(tài)下IGBT的驅(qū)動信號應(yīng)當與加熱線盤的狀態(tài)保持協(xié)調(diào)（保持IGBT，C極為低電平時，IGBT才導(dǎo)通），完成協(xié)調(diào)任務(wù)的電路常稱之為同步電路。當IGBT管飽和導(dǎo)通時加熱線圈兩端的電壓極性為A1+，A2-，正電壓經(jīng)R005，與R301，R302分壓后加到單片20腳，負電壓經(jīng)過R001，R003與R304分壓后加到單片機19腳;IGBT截止時，線盤電流不能突變，給電容C3充電，線盤A2+，A1-，加在單片19腳，20腳電壓反轉(zhuǎn)，單片機根據(jù)19腳20腳電壓的變化，輸出PWM驅(qū)動信號；
2. 反壓保護電路，當IGBT，C極電壓高于IGBT極限值時（1200V）IGBT很容易損壞。電路在設(shè)計時加了保護電路。當C極過高時，通過R001，R305與R306分壓后送給單片機，18腳的電壓也隨著升高，單片機檢測到此信號時，PWM輸出做調(diào)整（降功率或停止加熱）以保護IGBT不會過壓損壞。

3.5 溫度檢測電路


加熱鍋具底部的溫度透過微晶玻璃板傳至緊貼玻璃板底的負溫度系數(shù)熱敏電阻,該電阻阻值的變化也是熱敏電阻與R730分壓點的電壓變化,即加熱鍋具的溫度變化, 單片機12腳通過監(jiān)測該電壓的變化,作出相應(yīng)的動作指令:(1) 定溫功能時,控制加熱指令,另被加熱物體溫度恒定在指定范圍內(nèi)；(2) 當鍋具干燒時,加熱立即停止, 并顯示故障代碼；(3) 當溫度主傳感器開路時，電磁爐工作延遲1分鐘后，關(guān)閉功率輸出；IGBT產(chǎn)生的溫度透過散熱片傳至緊貼其上的負溫度系數(shù)熱敏電阻RT1,該電阻阻值的變化間接反影了IGBT的溫度變化,熱敏電阻與R720分壓點的電壓變化其實反影了熱敏電阻阻值的變化,即IGBT的溫度變化, 單片機通過監(jiān)測該電壓的變化,作出相應(yīng)的動作指令:當系統(tǒng)檢測功率管（IGBT）溫度過高（110±10℃）時，電磁爐關(guān)閉功率輸出；

3.6 高低電壓監(jiān)測電路


AC220V由D101、D102整流的脈動直流電壓通過R101，再經(jīng)過C101、R102，R103濾波器進行濾波后的電壓，送單片機10腳,根據(jù)監(jiān)測該電壓的變化，CPU會自動作出各種動作指令。
1 高電壓保護：當電源電壓高于265V～285V時保護，電磁爐關(guān)閉功率輸出；相應(yīng)的功能指示燈常亮，數(shù)碼管顯示“E3”故障代碼，無鳴叫。當電源電壓降至到265V～253V時，電磁爐正常工作、恢復(fù)顯示正常。
2 低電壓保護：當電源電壓在低于165V～140V時保護，電磁爐關(guān)閉功率輸出，相應(yīng)的功能指示燈常亮，數(shù)碼管顯示“E4”故障代碼，蜂鳴器不鳴叫。當電源電壓升至到165V～178V時‚電磁爐正常工作，恢復(fù)正常顯示。

3.7 電壓浪涌保護電路

當正弦波電源電壓處于上下半周時, 由D101，D102二極管組成的橋式整流電路產(chǎn)生的脈動直流電壓，當電源突然有浪涌電壓輸入時,此電壓通過R603、C601耦合,再經(jīng)過R609分壓，R606限流后，通過D601二極管加到單片機1腳，單片機檢測到有浪涌電壓時關(guān)閉PWM輸出。停止加熱。浪涌電壓過后，恢復(fù)正常加熱；

3.8 電流浪涌保護電路


　　當浪涌電壓通過IGBT時，康銅絲的電流增大，康銅絲兩端壓差增大，負壓經(jīng)R010加到LM358，2腳反相輸入端。LM358，R011組成放大器，將負壓放大并轉(zhuǎn)換極性。此電壓使D603導(dǎo)通，經(jīng)R014加到單片機的1腳。單片機檢測到有浪涌電壓時關(guān)閉PWM輸出。停止加熱。浪涌電壓過后，恢復(fù)正常加熱。

3.9 電流檢測電路


當大功率時，流經(jīng)康銅比的電流也大，康銅絲兩端壓差也大，此電壓經(jīng)LM358與R016組成的放大電路放大后經(jīng)R017送到單片機的16腳。當小功率加熱時，流經(jīng)康銅絲的電流也小，康銅絲兩端的壓差減小，經(jīng)LM358放大后的電壓也低，送入單片機16腳的電壓也變低。單片機根據(jù)16輸入的電壓判斷整機電流是否正常。VR1可調(diào)電阻，用于調(diào)節(jié)此電壓的高低，用于功率調(diào)整。C010，C015為濾波電容，使輸入單片機的電壓不受雜波干擾。[Page]

3.10 風(fēng)扇電路蜂鳴器電路


將IGBT及整流器BD1緊貼于散熱片上,利用風(fēng)扇運轉(zhuǎn)通過電磁爐進、出風(fēng)口形成的氣流將散熱片上的熱及線盤L1等零件工作時產(chǎn)生的熱、加熱鍋具輻射進電磁爐內(nèi)的熱排出電磁爐外。單片機6腳發(fā)出風(fēng)扇運轉(zhuǎn)指令時,6腳輸出高電平,電壓通過R404送至Q401基極, Q401飽和導(dǎo)通,VCC18V電流流過風(fēng)扇Q401至地。風(fēng)扇運轉(zhuǎn); 單片機發(fā)出風(fēng)扇停轉(zhuǎn)指令時,6腳輸出低電平,Q1截止,風(fēng)扇因沒有電流流過而停轉(zhuǎn)。為節(jié)約單片機的I/O口資源，風(fēng)扇電路與蜂鳴器電路共用6腳當蜂鳴器發(fā)出鳴叫時，6腳一般輸出幅度為5V、頻率3.8KHz的脈沖信號電壓至蜂鳴器BUZ1,令BUZ1發(fā)出報知響聲，此時風(fēng)扇半速運轉(zhuǎn)。


3.11 電源電路

AC220V 50/60Hz電壓接入變壓器初級線圈,次級兩繞組分別產(chǎn)生13.5V和23V交流電壓。13.5V交流電壓由D3~D6組成的橋式整流電路整流、C37濾波,在C37上獲得的直流電壓VCC除供給散熱風(fēng)扇使用外,還經(jīng)由IC1三端穩(wěn)壓IC穩(wěn)壓、C38濾波,產(chǎn)生+5V電壓供控制電路使用。23V交流電壓由D7~D10組成的橋式整流電路整流、 C34濾波后, 再通過由Q4、R7、ZD1、C35、C36組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓濾波電路,產(chǎn)生+22V電壓供運放和IGBT激勵電路使用。

3.12 按鍵電路

該機未采用常見的矩陣掃描方式輸入操作指令，而是采用了電平比較的方式，大大節(jié)約了單片機I/O端口。單片機9腳接收電平比較信號，單片機根據(jù)此電壓值來計算執(zhí)行指令。該電平比較方式有一個弊端，就是某個按鍵漏電或短路時，會出現(xiàn)功能紊亂現(xiàn)像或者缺少某功能現(xiàn)像，在維修時要注意此現(xiàn)像。

3.13 顯示電路


顯示電路的功能是把電磁爐的工作情況的即時信息通過LED進行顯示，使操作更加直觀，單片機輸出的數(shù)據(jù)信號通過CON8排線連接到操作顯示電路板，顯示驅(qū)動主要由集成電路74L164及外圍元件組成。
完結(jié)！