電磁爐電路原理分析

本文將以雅樂恩C18N2D/C18J2D型、美的MC-SY183B型、格力GC-16型四款機型為例，結(jié)合電磁爐電路原理對單元電路進行剖析。介紹了關鍵元件的檢測與選用，提供了常用集成電路的實測數(shù)據(jù)，以及部分機型的故障代碼顯示含義，是較實用的維修資料。說明：因原機個別元件標注模糊不清，本文圖中有的元件標注為筆者另加，供參考。

一、單元電路原理分析

1、主電源電路。

電路見上圖1所示，主要由保險管F1、壓敏電阻RZ、濾波電容C1和C5、整流橋堆BG1、濾波電感L1等組成。RZ是為了防止高頻干擾、過壓、遭雷擊等的影響；C1是抗干擾電容。當N、L兩端接通AC220V電源后，經(jīng)RZ、C1、BG1、L1和C5抗干擾、整流、濾波后輸出平滑的約+300V電壓，加到加熱線圈的LIN端，并由LOUT端送到IGBT管的C極。

2、輔助電源電路

電路見圖2所示，N、L兩端的AC220V電壓經(jīng)D1、D2、R1、EC1整流、限流、濾波后輸出約+300V電壓，送到IC4的⑤～⑧腳，啟動IC4內(nèi)部電路振蕩，其內(nèi)部場效應管進入開關狀態(tài)。同時變壓器T的初級①～②繞組電壓經(jīng)D3、D4、Z2、EC7、L3整流、穩(wěn)壓、濾波后輸出+18V電壓，分別給IC4內(nèi)部電路、散熱風扇電路、門控管驅(qū)動電路、同步電路及蜂鳴器電路等供電：T的次級③～④繞組電壓經(jīng)D5、EC16、L4、C5、EC8、IC3整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出+5V電壓，分別給主控芯片IC2(MC68HC908QY4)電路、按鍵和顯示電路、浪涌保護電路及高壓峰值保護電路等供電。另外，電磁爐輔助電源電路的芯片不盡相同，形式有采用RCC方式；有的采用電源模塊方式；有的采用電源變壓器降壓方式等，應加以區(qū)別。

3、門控管(IGBT)電路(或稱主逆變電路、LC振蕩電路)

電路見上圖1所示，該電路是電磁爐的主要電路之一，由加熱線圈RL、門控管(IGBT)、諧振電容C11、門控管內(nèi)部續(xù)流二極管等組成。該電路是將100Hz的脈動直流電壓變成約為25kHz的高頻電磁波。IGBT管G極受來自驅(qū)動電路輸出的矩形脈沖驅(qū)動。當IGBT管導通時，流過RL的電流迅速增大；截止時，RL、C11便產(chǎn)生諧振電流，IGBT管C極對地產(chǎn)生高壓正脈沖。這一過程周而復始，RL便輸出高頻電磁能。

4、按鍵和顯示電路

電路見圖3、圖8所示，主要由顯示板上的8位移位寄存器U1(SH74HC164N)、顯示驅(qū)動器U3(SH74HC138N)、顯示器LED、指示燈L1～L13、按鍵S7～S12及主控板上的主控芯片U3(HT46R22)等組成。顯示板插件U2的①腳為+5V電源端；⑦腳為接地端；②腳為時鐘信號端；④～⑥腳分別為顯示器LED掃描電路的行信號控制端。當按鍵信號反饋到主控芯片U3的對應端口時，主控芯片U3通過CLOK/DATA線對顯示板U1進行數(shù)據(jù)控制，顯示器LED按所設定程序完成相應的顯示功能。

5、主控芯片(CPU)電路

電路見圖4所示，主控芯片IC1的40、26腳得到+5V電源后，其外部晶體XL1與內(nèi)部振蕩電路組成的時鐘信號發(fā)生器開始工作，同時CPU④腳輸入復位信號，完成初始化狀態(tài)，CPU與外部電路配合完成電源通，斷的轉(zhuǎn)換控制；加熱／定溫功能的切換與控制；加熱功率強／弱的控制及定溫溫度控制；并可實現(xiàn)定時功能；無負載檢測及保護性自動關機功能；輸入檢測與按鍵輸入檢測功能；鍋具檢測與爐具過熱檢測等各項功能。

6、門控管(IGBT)驅(qū)動電路。
(1)采用集成電路方式。

電路見圖5所示，IC9為門控管驅(qū)動電路的核心元件，在電磁爐中應用非常廣泛。由IC6—1的②腳輸出的脈沖信號送到IC9①腳，經(jīng)IC9放大，通過⑦腳送到IGBT管的G極，驅(qū)動控制門控管的通／斷。當脈沖信號的高電平寬度越寬時，電磁爐的火力就越強。反之，則火力就越弱。
(2)采用分立元件方式。

電路見圖6所示，R12與IGBT管的G、E極寄生電容并聯(lián)，起放電保護作用；Z1起限幅作用。因為IGBT管的G極與E極之間存在著較大的寄生電容，所以在驅(qū)動脈沖電壓的上升及下降沿需要提供數(shù)安培的充放電電流才能滿足通／斷的動態(tài)要求。電磁爐工作時，波形發(fā)生器IC1—D 13腳輸出脈沖信號送到由Q8、Q9組成的推挽放大電路。當脈沖信號為高電平時，Q9導通，+18V電源通過R43、R13對IGBT管的G極寄生電容充電，當G極電壓大于門電壓時，IGBT管處于導通狀態(tài)；當脈沖信號為低電平時，Q8導通，寄生電容通過R13和Q8放電，當G極電壓小于門電壓時，IGBT管處于截止狀態(tài)。

7、同步電路。

9、鋸齒波產(chǎn)生電路
電路見圖4、圖5所示，該電路主要是產(chǎn)生標準的鋸齒波，為功率控制電路提供輸入控制信號，并與脈寬調(diào)節(jié)電路、負截電流檢測電路、高壓峰值檢測電路等相互配合，完成加熱功率調(diào)節(jié)控制及所設保護功能。該電路由IC1、IC2、IC6、R303、C301等組成。在加熱狀態(tài)時，IC1 33腳輸出功率調(diào)節(jié)信號經(jīng)IC2 13、12腳送到IC6-1④腳；然后IC6—1②腳輸出高電平脈沖信號加到Ic9①腳，由Ic9⑦腳輸出驅(qū)動信號以控制IGBT管導通，這時加熱線圈L102開始能量儲存，在此期間，IC6—3⑧腳電位高于⑨腳電位，其14腳輸出低電平，+10V電源通過R303對C301充電，即在IC6-1④腳上形成上升鋸齒波電壓。當IC6—1④腳電壓高于⑤腳電壓時，IC6-1②腳輸出低電平，使IC9⑦腳停止輸出驅(qū)動信號以控制IGBT管截止，這時加熱線圈L102中的能量通過C103放電，使IC6-3⑨腳電位逐步升高，當高于⑧腳電位時，其14腳輸出高電平，并通過電路快速放電，使IC6—1④腳電位快速下降，很快低于⑤腳電位，其②腳重新輸出高電平。這一過程周而復始，即在IC6-1④腳上形成連續(xù)的鋸齒潑。

10、鍋檢及電流檢測電路
電路見圖1、圖8所示，主要由電流互感器T2、整流管D10—D13、電位器VR1、電阻
R19和R20及主控芯片U3等組成。T2初級線圈在主電源整流橋堆BG1的前級回路中；次級線圈A、B端的感應電壓經(jīng)D10-D13、VR1、R19和R20整流、電壓調(diào)整、分壓取樣后，得到一個隨負載電流大小成正比的電壓信號，送到U3⑨腳作為電流檢測信號，同時u3內(nèi)部檢測電路根據(jù)這個電壓信號的高低來自動調(diào)整輸出功率，起到防止IGBT管因過流而燒損的作用。并且，這個電壓信號也作為鍋具的檢測信號，如果沒有放置鍋具、放置的鍋具不合規(guī)格或放置的位置不正確，U3⑨腳檢測電壓值達不到設定值，其內(nèi)部檢測電路則判定為灶面無鍋具，u3 14腳停止脈沖信號輸出，IGBI管處于截止狀態(tài)。同時u3③腳輸出報警信號來驅(qū)動蜂鳴器BZ發(fā)出報警聲音。

11、過熱保護電路
電路見圖6所示，過
熱保護電路分為灶面過熱保護電路和門控管過熱保護電路。
(1)灶面過熱保護電路。主要由插件CN8的TH1(負溫度系數(shù)熱敏電阻)、R47、R48、EC11及主控芯片IC2等組成。在電磁爐加熱期間，熱敏電阻TH1對取樣點不斷地采樣，隨著灶面溫度的上升，TH1的阻值變小，取樣電壓升高，這一電壓送到IC2⑤腳，與設定值進行比較。當灶面溫度達到設定值時，IC2內(nèi)部保護電路啟動，其13腳停止PWM信號輸出，同時12腳輸出蜂鳴器報警信號，以提示灶面溫度過高。
(2)門控管過熱保護電路。由插件CN4的S1(溫度開關)、R44、EC10及主控芯片IC2等組成。在加熱過程中，IGBT管產(chǎn)生的溫度通過散熱器傳導至緊貼在上面的溫度開關S1。當IGBT管的溫度高于設定溫度值時，s1斷開，IC2④腳失去CN4②腳+5V電壓，內(nèi)部電路動作，同時IC2 13腳停止PWM信號輸出。

12、電源電壓檢測電路
電路見圖8所示，該電路的主要作用是檢測輸入AC220V電壓的高低，防止因電壓過高或過低時損壞IGBT管及電路元件。N、L兩端AC220V電壓經(jīng)R1、R2、R3、C13分壓取樣、濾波后加到u3⑧腳。當輸入電壓發(fā)生變化時，U3內(nèi)部電路根據(jù)電壓值變化的高低來判斷輸入電壓是否正常(U3內(nèi)部的電壓值由廠家設定并存儲，其下限為150V，上限為260V)。當輸入交流電壓低于150V或高于260V時，u3 14腳停止脈沖信號輸出，同時U3⑥腳變?yōu)榈碗娖?，使IGBT管停止工作，起到了保護作用。同時，顯示器LED顯示相應的故障代碼，以提示及時排除故障。

13、開／關機轉(zhuǎn)換控制電路
電路見圖4所示，主要由R3、ZD2、IC5—3、C3等組成。在接通電源的瞬間，C3兩端電壓不能突變，此時Ic1④腳(復位端)瞬間為低電平，使IC1內(nèi)部電路復位。同時+5V電源經(jīng)熱開關K送到IC5—3⑨腳，+12V電源經(jīng)R3、ZD2限流穩(wěn)壓(穩(wěn)壓后為4V)后送到IC5—3⑧腳，其⑨腳電壓高于⑧腳電壓，IC5—3 14腳輸出高電平給C3充電。當IC1④腳(RESET端)上升為高電平時即告復位狀態(tài)結(jié)束，進入準備工作狀態(tài)，IC1 35腳控制外接電源指示燈點亮。這時將鍋具放置在電磁爐上，并按K1按鍵，Ic1 30腳控制外接加熱指示燈點亮，表示已進入加熱狀態(tài)；如果再按一次K1按鍵，加熱指示燈熄滅，表示電磁爐已停止工作。

14、開機延時電路
電路見圖7所示，主要由R16、R17、R48、R49、C2、C3及U2等組成。在電磁爐開機瞬間，U2⑦腳外接C3兩端的電壓不能突變，故U2⑦腳電壓低于⑥腳電壓，其①、⑤腳輸出低電平，相當于將脈沖信號對地短路，u2②腳停止輸出脈沖信號，保證了IGBT管不在開機的瞬間導通。當c3充足電后，u2⑦腳電壓高于⑥腳電壓，其①、⑤腳輸出為高電平，U2②腳輸出脈沖信號，IGBT管進入正常工作狀態(tài)。

15、加熱／定溫控制電路
電路見圖4、圖5所示，主要由按鍵電路K1—K5、主控芯片IC1、譯碼／驅(qū)動器IC4、IC5等組成。按鍵電路為加熱／定溫轉(zhuǎn)換鍵，在加熱狀態(tài)時，按“→”(K4鍵)可提高加熱功率；按“←”(K3鍵)可降低加熱功率。加熱功率分為：“高”(全功率)；“中”(中功率，即為總功率的2／3)；“低”(低功率，即為總功率的1／3)，并以相對應的發(fā)光二極管點亮來表示。在定溫狀態(tài)時，按K4、K3鍵設定溫度，分為五擋，即：60℃、140℃、160℃、180℃、240℃。五擋設定溫度由Ic1的38、37、36腳分別輸出電平信號，送到IC4一A2 (13腳)、A1 (14腳)、A0 (15腳)的輸入端來實現(xiàn)。IC4二進制相對應的輸出端Y0(①腳)、Y1(②腳)、Y2(③腳)、Y3(④腳)、Y4(⑤腳)輸出設定溫度信號，即：Y0(①腳)對應于60℃，如此類推。定溫控制原理：以設定溫度180℃為例，當加熱溫度上升到約為180℃時，緊貼在陶瓷板下面的負溫度系數(shù)熱敏電阻隨著加熱溫度上升，其阻值變小，使IC5-1④腳電位逐步上升并高于⑤腳電位(2V)時，IC5-1②腳輸出變?yōu)榈碗娖?，Q602截止，Q602的C極高電平經(jīng)D305加到Ic6-1④腳，使IC6-1②腳輸出低電平，從而控制IC9停止輸出脈沖信號，加熱過程結(jié)束。隨著降溫，熱敏電阻的阻值變大，按上述逆向控制使IC9重新輸出脈沖信號，恢復加熱過程，整個過程不斷循環(huán)。

16、加熱功率調(diào)整控制電路
電路見圖6所示。IC1—D 13腳輸出脈沖寬度與電磁爐的加熱功率成正比，即輸出脈沖寬度越寬則加熱功率就越大。同時，Ic1-D 13腳輸出脈沖寬度與主控芯片IC2 13腳輸出PWM脈沖寬度有關，即輸出脈沖寬度越寬，EC9上的電壓越高，IC1-D 11腳電壓就越高，其13腳維持高電平的時間就越長，通過驅(qū)動電路控制IGBT管導通的時間就越長，加熱功率就越大。IC1—D 13腳輸出脈沖寬度還與浪涌保護電路、高電壓保護電路有關，也是通過調(diào)整IC1-D 11腳電壓的高低來控制⑩腳輸出的脈沖寬度，以實現(xiàn)相應的功能。

17、散熱風扇驅(qū)動電路
電路見圖6所示，當電磁爐正常工作時，Ic2⑧腳輸出高電平，經(jīng)D26、R49加到Q10的b極，Q10飽和導通，散熱風扇得電工作。圖中D26在電路中起隔離作用，防止Q10擊穿后+18V電源進入IC2⑧腳而損壞CPU；D18在電路中起續(xù)流作用，防止Q10截止時電機M產(chǎn)生反向高壓而擊穿。

二、故障代碼含義
該類故障的判斷和檢修，通常是根據(jù)說明書上標明的故障代碼顯示含義來直接查找故障部位，并找出故障原因及損壞元件。表1-表3提供了部分機型的故障代碼顯示含義。