電磁爐原理與維修PPT課件

.,1,電磁爐,郝國勇,.,2,主要內(nèi)容,電磁爐產(chǎn)品簡述電磁爐特殊元器件介紹應用電路組成各功能模塊講解,.,3,1、電磁爐的優(yōu)點,電磁爐煮食的熱效率要比所有炊具的效率均高出近1倍具有升溫快、熱效率高、無明火、無煙塵、無有害氣體、對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱輻射、體積小巧、安全性好和外觀美觀等優(yōu)點在電磁爐較普及的一些國家里人們譽之為“烹飪之神”和“綠色爐具”,.,4,.,5,2、電磁爐的加熱原理,電磁爐是應用電磁感應原理對食品進行加熱的,.,6,電流電壓經(jīng)過整流器轉(zhuǎn)換為直流電使直流電變?yōu)槌^音頻的高頻交流電將高頻交流電加在感應加熱線圈上，由此產(chǎn)生高頻交變磁場其磁力線穿透灶臺的陶瓷臺板而作用于金屬鍋，在烹飪鍋體內(nèi)因電磁感應就有強大的渦流產(chǎn)生。渦流克服鍋體的內(nèi)阻流動時完成電能向熱能的轉(zhuǎn)換,2、高頻電磁爐的加熱原理,.,7,3、電磁爐的分類,電磁爐按感應線圈中的電流頻率分為低頻和高頻兩大類，相比較高頻電磁灶受熱效率高，比較省電。按樣式分類，可以分以下三種：1、臺式電磁爐2、埋入式電磁爐3、嵌入式電磁爐,.,8,主要內(nèi)容,電磁爐產(chǎn)品簡述電磁爐特殊元器件介紹應用電路組成各功能模塊講解,.,9,1、陶瓷板,陶瓷板是微晶陶瓷板的簡稱。陶瓷板的主要作用是承載加熱鍋。陶瓷板的性能遠高于普通陶瓷，它既有較好的機械強度，能完全承受鍋體及食物的重量，又具有一定的抗熱沖擊強度，還能經(jīng)受溫度的劇烈變化。,.,10,2、加熱線圈,加熱線圈是電磁爐中的一個重要元件，其外形較特殊加熱線圈又稱發(fā)熱線圈，它并不是發(fā)熱源，而是高頻諧振回路中的一個電感，所以又稱為高頻諧振線圈,.,11,2、加熱線圈,加熱線圈直徑(除固定膠盤邊沿，一般在16cm-22cm之間，且電磁爐功率越大，加熱線圈直徑也越大加熱線圈是用粗銅線以同心圓方式由內(nèi)到外繞27-33匝(電磁爐功率越大，匝數(shù)越多)，呈圓盤狀固定于絕緣膠架上。加熱線圈中的銅線直徑較大，均為2.2mm，是由多股(常為22-26股)直徑0.4mm的漆包銅絲絞合而成。,.,12,2、加熱線圈,加熱線圈的中心安裝有感溫器支架，以便安裝熱敏電阻加熱線圈的背面安裝有多根磁條。安裝磁條陣列是為了會聚吸收磁力線，減小磁力線外泄,.,13,3、IGBT管,在電磁爐電路中，開關(guān)管扮演著非常重要的角色。當開關(guān)管導通時，+300V經(jīng)加熱線圈、開關(guān)管給加熱線圈充電，電能轉(zhuǎn)化為加熱線圈中的電磁能此時加在開關(guān)管上的電壓約為+250V，工作電流在20A40A之間,.,14,3、IGBT管,普通的MOS場效應管，雖然僅需微弱的驅(qū)動電壓即可工作，但工作在高電壓和大電流狀態(tài)時，因內(nèi)阻較大，管子發(fā)熱快，難以長時間工作；大功率達林頓管雖然可以在高電壓、大電流狀態(tài)下長時間工作，但需要較大的驅(qū)動電流,.,15,3、IGBT管,將場效應管作為推動管，大功率管作為輸出管。這樣一個組合集兩者優(yōu)點于一身，既具有雙極型晶體管能通過大電流密度的優(yōu)點，同時在驅(qū)動電壓下，又具備了場效應管用電壓進行控制的特點。具有能實現(xiàn)電壓控制以及大功率輸出的特點。輸出功率可達1000W以上。,.,16,稱為絕緣柵型雙極晶體管，其英文表示為iusulatedGateBipolarTransistorIGBT管俗稱門控管，它既有場效應管驅(qū)動電流小的優(yōu)點，又有雙極型晶體管飽和壓降小、電流密度大的優(yōu)點，因此可以簡單地把IGBT管理解為一只場效應管與雙極型晶體管的復合器件。,3、IGBT管,.,17,常見符號如圖,3、IGBT管,.,18,帶有阻尼二極管的N型1GBT的電路符號是在上述符號的c、e極間添畫一只二極管符號即可,電磁爐線盤和電容產(chǎn)生振蕩到截止的時候會有一個很高的脈沖，這個二極管就是用來阻止這個電壓損壞功率管的,3、IGBT管,.,19,常見的IGBT管的管腳排列順序與常見的大功率二極管一致，即管腳朝下，標注面向自己，從左到右依此是門極(G)、集電極(c)、發(fā)射極(e)。電磁爐中使用的IGBT管多為N型IGBT管。,3、IGBT管,.,20,4、整流全橋,整流全橋雖然在家電產(chǎn)品中隨處可見其身影，但用在電磁爐中的整流全橋卻要求其輸出電流大、抗大電流抗擊能力強、能承受較高的峰值反向電壓。例如：RS1507整流全橋，該全橋能承受的最大峰值反向電壓為1000V；最大輸出電流15A；峰值電流可達250A，最大正向壓降1V；工作溫度范圍是-55+150。,.,21,4、整流全橋,.,22,5、常見IC,LM339四電壓比較器LM339內(nèi)含四個相同的電壓比較器，在電磁爐電路中主要用作檢測信號的比較判斷。,.,23,5、常見IC,“”表示運算放大器的同相輸入端；“”表示運算放大器的反相輸入端。該IC特點是，只要兩相輸入電壓相差10mV，輸出狀態(tài)即可翻轉(zhuǎn)。當其反相輸入電壓比同相輸入電壓高時，輸出為低電平；當其反相輸入電壓比同向輸入低時，LM339輸出端內(nèi)部處于開路狀態(tài)，要輸出高電平，必須加上拉電阻，高電平的幅值大小取決于該上拉電阻的接法及其對地分壓電阻的大小。,.,24,5、常見IC,LM393雙電壓比較器LM393是一種低功率、低偏置、高精度雙電壓比較器，其偏置電壓可低至2mV，其工作電壓范圍較寬，為2V36V。,.,25,5、常見IC,LM324四運算放大器LM324內(nèi)含四個運算放大器及運算補償電路，差分輸入，工作電壓范圍為3V32V。,.,26,5、常見IC,74HC1648位移位寄存器現(xiàn)有電磁爐的面板顯示項目較多、內(nèi)容較豐富，與之對應的控制端口也較多，然而單片機的端口非常有限。為了達到對顯示電路的控制，電磁爐多采用74HC164(移位寄存器)來擴展控制端口。,.,27,5、常見IC,74HC164的引腳A、B為串行碼輸入端；CLR為清零輸入端；CLK為時鐘脈沖輸入端。該IC隨著時鐘脈沖上升沿的到來，A、B相與后的狀態(tài)依次由QA移向QH。,.,28,6、抗干擾電容,在電磁爐的市電輸入線ACL、ACN之間接有電容C1（X電容），該電容既能防止電磁爐產(chǎn)生的高頻干擾脈沖竄入市入電網(wǎng)，干擾其他電器，又防止市電網(wǎng)中的干擾脈沖竄入電磁爐電路，影響其工作。該電容的容量通常為2uF。,.,29,7、濾波電容,市電經(jīng)全橋整流后，經(jīng)過電容濾波，將脈動的直流電變?yōu)槠交闹绷麟?，該電容稱為濾波電容，濾波電容的容量通常為5uF。,.,30,注意：由于電磁爐工作時，電流波動頻率高，幅度大，因此上述抗干擾電容及濾波電容均不能采用普通電容器，而是選用MKP電容器。MKP電容器實為無極金屬化聚丙烯膜電容器，這種電容具有無感、高頻特性好、自愈能力強、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，并采用塑料防腐外殼環(huán)氧灌裝，體積小，絕緣性能好，MKP電容器屬于專用電容器，主要用于電子、電器設(shè)備中電源部分抑制噪聲的器件。,.,31,8、高頻諧振電容,.,32,8、高頻諧振電容,電磁爐正常工作時，加熱線圈與并聯(lián)的電容諧振產(chǎn)生15kHz30kHz高頻交變電流高頻諧振電容器工作在高頻大電流狀態(tài)高頻諧振電容器選用MKPH型電容器，該類電容器具有高頻特性好、過流能力強、頻率特性優(yōu)、自愈能力強等優(yōu)點，在25105的環(huán)境中均能正常工作。,.,33,8、高頻諧振電容,在電磁爐中，加熱線圈與高頻諧振電容的諧振頻率是設(shè)計電磁爐電路及選擇元器件的重要依據(jù)之一。由于高頻交變電流頻率(f)由加熱線圈的電感量(L)與高頻諧振電容容量(c)決定，即(2f)21LC，因此高頻諧振電容容量選擇非常重要。,.,34,8、高頻諧振電容,常見電磁爐加熱線圈的電感量在0.13uH0.16uH之間；高頻諧振電容容量為0.2uF、0.3uF或0.4uF。若高頻諧振電容容量為0.2uF，則高頻交變電流頻率為28.13kHz31.22kHz；若高頻諧振電容容量為0.3uF，則高頻交變電流的頻率為22.97kHz25.49kHz；若高頻諧振電容容量為0.4uF，則高頻交變電流的頻率為19.89kHz22.07kHz。,.,35,9、壓敏電阻,.,36,為了防止外部輸入電壓過高損壞電磁爐，在市電進線端并聯(lián)有一只壓敏電阻，其外形極像瓷片電容器。該壓敏電阻標注般為TVR14391或TVR10431，這表明其擊穿電壓為AC390V或AC430V。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，保護后級電路免遭過壓損壞。,9、壓敏電阻,.,37,正常時壓敏電阻的兩腳間電阻均為無窮大。其損壞后的現(xiàn)象較為直觀，多為燒焦或炸裂。壓敏電阻屬于一次性保護元件，一旦擊穿便不能自動恢復，應予以更換。,9、壓敏電阻,.,38,10、熱敏電阻1,.,39,10、熱敏電阻1,發(fā)熱線圈盤中心的感溫器架上安裝有熱敏電阻，該熱敏電阻表面呈紅色，其外形酷似二極管1N4148。電磁爐的保溫功能及防于燒保護功能的實現(xiàn)均靠此熱敏電阻來感知。熱敏電阻緊靠陶瓷板并在兩者之間涂有導熱硅脂，其目的是提高其感知靈敏度。,.,40,10、熱敏電阻1,熱敏電阻多采用負溫度系數(shù)電阻，即溫度升高，阻值減小。熱敏電阻的優(yōu)劣直接影響整機的溫控靈敏度。,.,41,11、熱敏電阻2,.,42,為了防止開關(guān)管過熱損壞，在散熱片上安裝有一只塑料封裝的熱敏電阻。,11、熱敏電阻2,.,43,溫控器實為一只負溫度系數(shù)的熱敏電阻，即隨著溫度升高阻值不斷減小。,11、熱敏電阻2,.,44,12、互感器,在電磁爐中常用互感器來檢測電磁爐的工作電流，互感器實為一個小功率的升壓變壓器。該互感器初次級匝數(shù)比多為1：800，即初級銅線線徑粗、匝數(shù)少；次級銅線線徑細、匝數(shù)多。正常的互感器初級直流電阻近似0，次級電阻約為455，初、次級繞組絕緣。,.,45,13、散熱風扇,由于IGBT管、整流全橋在工作時通過的電流較大，因此會發(fā)出大量熱量。為了保證這些元件安全可靠地工作，就必須加裝散熱裝置，由于散熱片遠遠不能滿足散熱需求，因此電磁爐又增加風扇強制散熱。,.,46,13、散熱風扇,目前該散熱所用的電機有兩類：一類是普通碳刷電機；一類是無刷霍爾電機碳刷電機，生產(chǎn)成本低，但噪音大、壽命短無刷電機，內(nèi)含轉(zhuǎn)換電路，生產(chǎn)成本高，但可靠性高，壽命長散熱風扇的規(guī)格主要有80mmx80mnl、90mmx90mm、120mmxl20mm等幾種，供電電壓也有12V、18V、24V之分,.,47,14、操作面板,由于電磁爐的開關(guān)、定時、保溫及炒、煮、煎等烹飪功能選擇均需人工操作，因此每款電磁爐均設(shè)有操作面板操作面板主要包括操作按鍵及功能顯示器件部分電磁爐主板電路基本相同，但出于外觀及生產(chǎn)成本考慮面板設(shè)計卻有較大變化，主要取決于產(chǎn)品定位及實物外觀，盡可能地吸引消費者。,.,48,14、操作面板,按鍵：為了防止水分及油煙滲入電路，電磁爐操作面板的按鍵不外露，而是采用全封閉型微動式或觸摸式按鍵電路。絕大多數(shù)中低檔的電磁爐采用的是微動式按鍵，觸摸式按鍵主要用于高檔電磁爐。,.,49,電磁爐的功能顯示方式之一發(fā)光二極管指示，即功能、狀態(tài)均靠對應的發(fā)光二極管亮滅來表示。這種顯示方式在經(jīng)濟型電磁爐中使用得較多。,14、操作面板,.,50,14、操作面板,電磁爐的功能顯示方式之二液晶顯示顯示內(nèi)容直觀清晰,.,51,14、操作面板,電磁爐的功能顯示方式之三數(shù)碼顯示，即通過數(shù)碼管直觀地顯示設(shè)定的溫度、時間及故障代碼等信息。,.,52,14、操作面板,電磁爐的功能顯示方式之四熒光屏顯示，亦稱VFD(VACUumFLuorescentDisplay)顯示。熒光顯示以其高輝度、寬視角、動態(tài)顯示圖案、清楚易懂等優(yōu)點，加之其外觀華麗富貴、絢麗多彩，倍受消費者喜歡。目前，熒光顯示用于高檔電磁爐中。,.,53,主要內(nèi)容,電磁爐產(chǎn)品簡述電磁爐特殊元器件介紹應用電路組成各功能模塊講解,.,54,簡化的方框圖,.,55,AC220V市電經(jīng)橋堆D整流、L1與C5濾波后得到+300V左右的直流電此直流電經(jīng)加熱線圈和IGBT管構(gòu)成回路。當IGBT導通時，+300V給加熱線圈充電，電能轉(zhuǎn)換成電磁能儲存在加熱線圈中；IGBT截止時，加熱線圈向C3充電，隨即C3又向加熱線圈放電，周而復始，即加熱線圈與C3構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率由加熱線圈的電感量及C3的容量決定IGBT管在控制電路輸出的PWM開關(guān)脈沖的驅(qū)動下以一定的頻率工作，加熱線圈中產(chǎn)生15kHz30kHz的高頻交流電，于是鐵質(zhì)平底鍋底便產(chǎn)生了強大的渦流，鍋底迅速發(fā)熱，加熱線圈中的電磁能轉(zhuǎn)化為熱能,.,56,細化的方框圖,.,57,包括以下模塊,+300V整流濾波電路EMC防護+l8V、+5V電源電路LC振蕩、同步模塊,功率控制高壓保護電壓、溫度檢測電流保護模塊風扇驅(qū)動,.,58,主要內(nèi)容,電磁爐產(chǎn)品簡述電磁爐特殊元器件介紹應用電路組成各功能模塊講解,.,59,.,60,1、EMC防護電路,.,61,EMC防護模塊主要是在電源的進入端防止有高頻干擾或者雷擊等造成后面電路的損壞而設(shè)置的電路。主要是由CNR、C1等組成。壓敏電阻的電壓敏感特性是它的電阻值隨著外加電壓變化而變化。電容C1主要是吸收電源中的高頻諧波。,.,62,2、+300V整流濾波電路,整流濾波模塊主要是進行AC-DC變換，其核心元件是整流橋。它將輸入的220V交流電變換成脈動直流電，然后經(jīng)過L型濾波電路（由電感線圈L1和電容C5）進行濾波，輸出平滑的直流電。,.,63,電感濾波的使用,電感對脈動電流產(chǎn)生反電動勢的作用，它對交流阻值很大，而對直流阻值很小，如果我們把較大的電感串接在整流電路里，就可以使電路中的交流成份大部分降落在電感上，而直流部分則從電感線圈流到負載上，起到濾波的作用。電感濾波電路通常用在負載電流很大，而對濾波效果要求不嚴的場合。,.,64,市電經(jīng)整流全橋整流、L1與C5濾波后輸出+300V直流電。正常工作時，C5兩端電壓低于+300V且電磁爐功率調(diào)得越高，該電壓下降得越多。該電磁爐功率調(diào)在1300W時，C5兩端電壓約為260V。,.,65,3、+l8V、+5V電源電路,該電磁爐低壓供電未采用普通變壓器降壓、整流濾波、穩(wěn)壓輸出方式，而是采用開關(guān)電源。此開關(guān)電源電路由FSD200及少量的外圍元件組成。,.,66,采用FSD200設(shè)計的控制電源電路，為單端反激式功率變換線路。穩(wěn)壓管D9與Q9組成了常見的直接反饋電路，Q9的輸出直接與FSD200的反饋電壓輸入端Vfb相連，省去了反饋繞組。Vstr直接與直流母線相連。,.,67,FSD200芯片簡介,采用Fairchild公司推出的小功率單片開關(guān)電源FSD200，它在230V15%時輸出功率為7W，雙列直插封裝，價格低廉，外圍線路十分簡單。FSD200有這樣一些顯著特點：開關(guān)頻率能在4ms內(nèi)從130KHz變到138KHz，這種將開關(guān)頻率在一定波段內(nèi)抖動的方法，可將諧波能量分散，有效抑制采用固定開關(guān)頻率帶來的高次諧波所產(chǎn)生的干擾。這不僅減少了EMI，而且可用低成本的電感來代替開關(guān)電源通常使用的進線濾波器。不需反饋繞組。FSD200通過與直流母線相連的Vstr引腳，將外部高壓送入內(nèi)部的高壓調(diào)節(jié)器變到7V，作為芯片的控制電壓，省去了反饋繞組。其他還有過負荷保護、過熱關(guān)斷、軟起動、在待機狀態(tài)時減少開關(guān)損耗的自舉操作方式等。,.,68,得到兩路輸出5V、18V,.,69,4、LC諧振電路,.,70,LC諧振電路,是電磁爐的主要電路之一，主要是利用了LC并聯(lián)諧振的原理進行工作。,.,71,LC諧振電路,當IGBT的C極電壓為0V時，IGBT導通，此時的電感（線圈）進行儲能當IGBT由導通到截止時，此時由于電感（線圈的作用），電流還會沿著先前的方向流動，由于IGBT關(guān)斷，電感只能對電容C3充電，從而引起C極上電壓升高，隨充電電流變小直至為0時，C極電壓最高電容C3開始從線圈放電，此時C極電壓變低，當達到接近0V時，由控制電路檢測（監(jiān)控）到這個值，再次打開IBGT，又一循環(huán)開始,.,72,5、同步電路,.,73,電磁爐工作時，IGBT管快速交替地工作在飽和與截止狀態(tài)間。設(shè)定不同火力(功率)時，IGBT管的飽和與截止時間的比例不相同。,為什么要同步？,.,74,在IGBT管飽和導通時，加熱線圈中感應電動勢的極性為左“+”右“-”由于電感中電流不能突變，流過IGBT管c、e極間電流逐漸增大。當電流增大至某一值時，IGBT應立即截止，以避免大電流擊穿IGBT管。,為什么要同步？,.,75,一旦IGBT管截止，加熱線圈中的感應電動勢極性立即變?yōu)樽蟆?”右“+”，加熱線圈給C3充電，接著C3又給加熱線圈放電，加熱線圈與C3產(chǎn)生阻尼諧振，即隨著電磁能迅速轉(zhuǎn)化為熱能，其諧振幅度越來越小。,為什么要同步？,.,76,在諧振初期，加在IGBT管c、e極上的電壓非常高，這期間應確保IGBT管可靠地截止，否則高電壓形成的大電流必將損壞IGBT管。綜上所述，在不同功率狀態(tài)下，IGBT的工作狀態(tài)應當與加熱線圈的狀態(tài)保持協(xié)調(diào)，也就是IGBT管的驅(qū)動信號應與加熱線圈的狀態(tài)保持協(xié)調(diào)，完成協(xié)調(diào)任務的電路常稱之為同步電路。,.,77,當加熱線圈兩端電壓極性為左“”右“-”。正電壓經(jīng)R7、R25分壓后加到U2:3的反相輸入端；負電壓經(jīng)R19、R20降壓后加到U2:3的同相輸入端，此時U2:3的輸出端為低電平狀態(tài),U2:4輸出高電平，Q3導通，DEVICE為高電平，IGBT導通飽和。,.,78,.,79,當加熱線圈兩端電壓極性為左“-”右“+”，此時U2:3的輸出端為高電平，U2:4輸出低電平，Q4導通，DEVICE為低電平，IGBT可靠截止。,.,80,6、電網(wǎng)電壓檢測電路,.,81,7