1、目录一、简介1.1 电磁加热原理1.2 458系列简介二、原理分析2.1 特殊零件简介2.1.1 LM339集成电路2.1.2 IGBT 2.2 电路方框图2.3 主回路原理分析2.4 振荡电路2.5 IGBT激励电路2.6 PWM脉宽调控电路2.7 同步电路2.8 加热开关控制2.9 VAC检测电路2.10 电流检测电路2.11 VCE检测电路2.12 浪涌电压监测电路2.13 过零检测2.14 锅底温度监测电路2.15 IGBT温度监测电路2.16 散热系统2.17 主电源2.18辅助电源2.19 报警电路三、故障维修3.1 故障代码表3.2 主板检测标准3.2.1主板检测表3.2.2主板
2、测试不合格对策3.3 故障案例3.3.1 故障现象 1一、简介1.1 电磁加热原理电磁灶是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的厨房电器。在电磁灶内部，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产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过金属器皿(导磁又导电材料)底部金属体内产生无数的小涡流，使器皿本身自行高速发热，然后再加热器皿内的东西。1.2 458系列简介458系列是由建安电子技术开发制造厂设计开发的新一代电磁炉,界面有 LED发光二极管显示模式、LED数码显示模式、LCD 液晶显示模式、VFD
3、 莹光显示模式机种。操作功能有加热火力调节、自动恒温设定、定时关机、预约开/关机、预置操作模式、自动泡茶、自动煮饭、自动煲粥、自动煲汤及煎、炸、烤、火锅等料理功能机种。额定加热功率有7003000W的不同机种,功率调节范围为额定功率的85%,并且在全电压范围内功率自动恒定。200240V机种电压使用范围为 160260V, 100120V机种电压使用范围为 90135V。全系列机种均适用于50、60Hz 的电压频率。使用环境温度为-2345。电控功能有锅具超温保护、锅具干烧保护、锅具传感器开/短路保护、2 小时不按键(忘记关机) 保护、IGBT温度限制、IGBT 温度过高保护、低温环境工作模式
4、、IGBT 测温传感器开/短路保护、高低电压保护、浪涌电压保护、VCE 抑制、VCE 过高保护、过零检测、小物检测、锅具材质检测。458系列虽然机种较多,且功能复杂,但不同的机种其主控电路原理一样,区别只是零件参数的差异及CPU程序不同而己。电路的各项测控主要由一块 8位 4K内存的单片机组成,外围线路简单且零件极少,并设有故障报警功能,故电路可靠性高,维修容易,维修时根据故障报警指示,对应检修相关单元电路,大部分均可轻易解决。二、原理分析2.1 特殊零件简介2.1.1 LM339集成电路LM339内置四个翻转电压为 6mV的电压比较器,当电压比较器输入端电压正向时(+输入端电压高于-入输端电
5、压), 置于 LM339内部控制输出端的三极管截止, 此时输出端相当于开路; 当电压比较器输入端电压反向时(-输入端电压高于+输入端电压), 置于 LM339内部控制输出端的三极管导通, 将比较器外部接入输出端的电压拉低,此时输出端为 0V。2.1.2 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。目前有用不同材料及工艺制作的 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放大的复合结构。IGBT有三个电极(
6、见上图), 分别称为栅极 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, 它克服了功率MOSFET的一个致命缺陷, 就是于高压大电流工作时, 导通电阻大, 器件发热严重, 输出效率下降。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 1kV1.8kV
7、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。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,内部不带阻尼二极管,所以应用时须配套 6A/1200V以上的快速恢复二极管(D11)使用,该 IGBT配套 6A/1200V以上的快速恢复二极管(D11)后可代
8、用 SKW25N120。(2) SKW25N120-西门子公司出品,耐压 1200V,电流容量 25时 46A,100时 25A,内部带阻尼二极管,该IGBT可代用 SGW25N120,代用时将原配套 SGW25N120的 D11快速恢复二极管拆除不装。(3) GT40Q321-东芝公司出品,耐压 1200V,电流容量 25时 42A,100时 23A, 内部带阻尼二极管, 该 IGBT可代用 SGW25N120、SKW25N120, 代用SGW25N120时请将原配套该 IGBT的 D11快速恢复二极管拆除不装。(4) GT40T101-东芝公司出品,耐压 1500V,电流容量 25时 80
9、A,100时 40A,内部不带阻尼二极管,所以应用时须配套 15A/1500V以上的快速恢复二极管(D11)使用,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, 内部带阻尼二极管, 该 IGBT可代用SGW25N120、SKW25N120、GT40Q321、 GT40T101, 代用 SGW25N120和 GT40T101时请将原配
10、套该 IGBT的 D11快速恢复二极管拆除不装。(6) GT60M303 -东芝公司出品,耐压 900V,电流容量 25时 120A,100时 60A, 内部带阻尼二极管。2.2 电路方框图2.3 主回路原理分析时间 t1t2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 t1t2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
11、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 t3t4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 i1i4过程,因此在 L1上就
12、产生了和开关脉冲 f(20KHz30KHz)相同的交流电流。t4t5 的 i4是阻尼管 D11的导通电流,在高频电流一个电流周期里,t2t3 的 i2是线盘磁能对电容 C3的充电电流,t3t4 的 i3是逆程脉冲峰压通过 L1放电的电流,t4t5 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,t1t2,Q1 饱和导通,UC 接近地电位,t4t5,阻尼管 D11导通,UC 为负压(电压为阻尼二极管的顺向压降),t2t
13、4,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,t1t2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。2.4 振荡电路(1) 当 G点有
14、 Vi输入时、V7 OFF 时(V7=0V), V5等于 D12与 D13的顺向压降, 而当 V6V5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”。2.5 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),V8V9,V10 为低,Q8
15、和 Q3截止、Q9 和 Q10导通,+22V 通过 R71、Q10 加至 Q1的 G极,Q1 导通。2.6 PWM脉宽调控电路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”。2.7 同步电路R78、R51 分压产生 V3,R7
16、4+R75、R52 分压产生 V4, 在高频电流的一个周期里,在 t2t4时间 (图 1),由于 C3两端电压为左负右正,所以V3V5,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 t2t4时间不会导通, 在t4t6时间,C3 电容两端电压消失, V3V4, 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。2.8 加热开关控制(1)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 V9V8,使I
17、GBT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。2.9 V
18、AC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
19、”。2.10 电流检测电路电流互感器 CT二次测得的 AC电压,经 D20D23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(祥见加热开关控制及试探过程一节)。(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。2.11 VCE检测电路将 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
20、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
21、指令(祥见故障代码表)。2.12 浪涌电压监测电路电源电压正常时,V14V15,V16 ON(V16 约 4.7V),D17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 D28另 V15升高,结果 V15V14另 IC2C 比较器翻转,V16 OFF(V16=0V),D17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 V16 OFF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。2.13 过零检测当正弦波电源
22、电压处于上下半周时, 由D1、D2 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 Q11导通,Q11 集电极电压变 0, 当正弦波电源电压处于过零点时,Q11 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。2.142.15 2.14 锅底温度监测电路2.162.17 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2.182.19 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
23、),热敏电阻与R58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, 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(祥见故障代码表)。(3) 当锅具空烧时, 加热立即停止, 并报知信息(祥见故障代码表)。(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(祥见故障代码表)。2.15 IGBT温度监测电路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影了 IGBT的温度变化(温度/阻值祥
24、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影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(祥见故障代码表)。(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(祥见故障代码表)。(4) 关机时如 IGBT温度50,CPU 发出风扇继续运转指令,直至温度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
25、刚启动时,当测得环境温度对主板各点作测试后,一切符合才进行。3.2.1主板检测表3.2.2主板测试不合格对策(1) 上电不发出“B”一声-如果按开/关键指示灯亮,则应为蜂鸣器 BZ不良, 如果按开/关键仍没任何反应,再测 CUP第 16脚+5V 是否正常,如不正常,按下面第(4)项方法查之,如正常,则测晶振 X1频率应为 4MHz左右(没测试仪器可换入另一个晶振试),如频率正常,则为 IC3 CPU不良。(2) CN3电压低于 305V-如果确认输入电源电压高于 AC220V时,CN3 测得电压偏低,应为 C2开路或容量下降,如果该点无电压,则检查整流桥 DB交流输入两端有否 AC220V,如
26、有,则检查 L2、DB,如没有,则检查互感器 CT初级是否开路、电源入端至整流桥入端连线是否有断裂开路现象。(3) +22V故障-没有+22V 时,应先测变压器次级有否电压输出,如没有,测初级有否 AC220V输入,如有则为变压器故障, 如果变压器次级有电压输出,再测 C34有否电压,如没有,则检查 C34是否短路、D7D10是否不良、Q4 和 ZD1这两零件是否都击穿, 如果 C34有电压,而 Q4很热,则为+22V 负载短路,应查 C36、IC2 及 IGBT推动电路,如果 Q4不是很热,则应为 Q4或 R7开路、ZD1 或 C35短路。+22V 偏高时,应检查 Q4、ZD1。+22V 偏
27、低时,应检查ZD1、C38、R7,另外, +22V 负载过流也会令+22V 偏低,但此时 Q4会很热。(4) +5V故障-没有+5V 时,应先测变压器次级有否电压输出,如没有,测初级有否 AC220V输入,如有则为变压器故障, 如果变压器次级有电压输出,再测 C37有否电压,如没有,则检查 C37、IC1 是否短路、D3D6 是否不良, 如果 C37有电压,而 IC4很热,则为+5V 负载短路, 应查 C38及+5V 负载电路。+5V 偏高时,应为 IC1不良。+5V 偏低时,应为 IC1或+5V负载过流,而负载过流 IC1会很热。(5) 待机时 V.G点电压高于 0.5V-待机时测 V9电压
28、应高于 2.9V(小于 2.9V查 R11、+22V),V8 电压应小于 0.6V(CPU 19脚待机时输出低电平将 V8拉低),此时 V10电压应为 Q8基极与发射极的顺向压降(约为 0.6V),如果 V10电压为 0V,则查R18、Q8、IC2D, 如果此时 V10电压正常,则查Q3、Q8、Q9、Q10、D19。(6) V16电压 0V-测 IC2C比较器输入电压是否正向(V14V15 为正向),如果是正向,断开 CPU第 11脚再测 V16,如果 V16恢复为 4.7V以上,则为 CPU故障, 断开 CPU第 11脚 V16仍为 0V,则检查R19、IC2C。如果测 IC2C比较器输入电
29、压为反向,再测 V14应为 3V(低于 3V查 R60、C19),再测 D28正极电压高于负极时,应检查 D27、C4,如果 D28正极电压低于负极,应检查 R20、IC2C。(7) VAC电压过高或过低-过高检查 R55,过低查C32、R79。(8) V3电压过高或过低-过高检查 R51、D16, 过低查 R78、C13。(9) V4电压过高或过低-过高检查 R52、D15, 过低查 R74、R75。(10) Q6基极电压过高或过低-过高检查R53、D25, 过低查 R76、R77、C6。(11) D24正极电压过高或过低-过高检查 D24及接入的 30K电阻, 过低查 R59、C16。(1
30、2) D26正极电压过高或过低-过高检查 D26及接入的 30K电阻, 过低查 R58、C18。(13) 动检时 Q1 G极没有试探电压-首先确认电路符合中第 112测试步骤标准要求,如果不符则对应上述方法检查,如确认无误,测V8点如有间隔试探信号电压,则检查 IGBT推动电路,如V8点没有间隔试探信号电压出现,再测 Q7发射极有否间隔试探信号电压,如有,则检查振荡电路、同步电路,如果 Q7发射极没有间隔试探信号电压,再测CPU第 13脚有否间隔试探信号电压, 如有, 则检查C33、C20、Q7、R6,如果 CPU第 13脚没有间隔试探信号电压出现,则为 CPU故障。(14) 动检时 Q1 G
31、极试探电压过高-检查R56、R54、C5、D29。(15) 动检时 Q1 G极试探电压过低-检查C33、C20、Q7。(16) 动检时风扇不转-测 CN6两端电压高于 11V应为风扇不良,如 CN6两端没有电压,测 CPU第 15脚如没有电压则为 CPU不良,如有请检查 Q5、R5。(17) 通过主板 114步骤测试合格仍不启动加热-故障现象为每隔 3秒发出“嘟”一声短音(数显型机种显示 E1),检查互感器 CT次级是否开路、C15、C31 是否漏电、D20D23 有否不良,如这些零件没问题,请再小心测试 Q1 G极试探电压是否低于1.5V。3.3 故障案例3.3.1 故障现象 1 : 放入锅
32、具电磁炉检测不到锅具而不启动,指示灯闪亮,每隔 3秒发出“嘟”一声短音(数显型机种显示 E1), 连续 1分钟后转入待机。分 析 : 根椐报警信息,此为 CPU判定为加热锅具过小(直经小于 8cm)或无锅放入或锅具材质不符而不加热,并作出相应报知。根据电路原理,电磁炉启动时, CPU 先从第 13脚输出试探 PWM信号电压,该信号经过 PWM脉宽调控电路转换为控制振荡脉宽输出的电压加至 G点,振荡电路输出的试探信号电压再加至 IGBT推动电路,通过该电路将试探信号电压转换为足己另 IGBT工作的试探信号电压,另主回路产生试探工作电流,当主回路有试探工作电流流过互感器 CT初级时,CT 次级随即产生反影试探工作电流大小的电压,该电压通过整流滤波后送至 CPU第 6脚,CPU 通过监测该电压,再与 VAC电压、VCE电压比较,判别是否己放入适合的锅具。从上述过程来看,要产生足够的反馈信号电压另 CPU判定
