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美的SK2101型电磁炉波形的测试与分析

 共同成长888 2017-05-06

  1.功率为1000W时同步取样波形的测试与分析(分别在Ul的(20)脚、(19)脚测试)
  
  波形l:V+同步取样波形。在该波形中有3个寄生波,前面为IGBT导通,中间为IGBT截止,导通时间为17μs(数两个寄生波之间的格数便可知)。中间和后面二者之间为LC振荡,时间为27μs,规律是:IGBT的导通时间永远要小于LC振荡的时间。

  波形2:V-同步取样波形。在该波形中有两个寄生波,前面为IGBT导通,后面为IGBT截止,导通时间为17μs,与波形1一致。但波形幅度却发生了巨大变化,是因IGBT开关作用形成的,IGBT截止时可使波形幅度最高,导通时可使波形幅度最低。

  波形3:V+和V-同步取样对应波形。由该波形可以看出两个波形的两个重要的对应关系,一是IGBT导通时同步点的对应关系,二是IGBT截止时寄生波的对应关系。同步点既然是由V+和V-两个波形的比较产生的,那么同步点必然要在两个波形的交点上,换言之,IGBT的同步点对应两个波形的“交点”,并就在交点上;IGBT导通时,由于电流随时间呈线性增长,c极电压逐渐下降,使V-波形越来越向负的方向发展。而当IGBT截止后LC又要开始振荡,同时V-波形又要开始由负的方向向正的方向发展,于是在V-波形上形成一个“转折点”,这个“转折点”就是V-波形的最低点。所以两个波形中的IGBT截止时的寄生波,始终都要与V-波形的“最低点”相对应。

  2.功率为18000W时同步取样波形的测试与分析(分别在Ul的(20)脚、(19)脚测试)
  
  波形4:V+同步取样波形。该波形IGBT导通时间20μs,LC振荡时间为28μs。对比波形l和波形4,为什么前者直流电压高为+2.12V、后者低为+1.67V,而交流电压0.07V为什么二者都一样(或者有时相差很微小)?这些波形的细节问题,见随后说明。

  波形5:v-同步取样波形。该波形IGBT导通时间为20μs,与波形4一致,对比波形2和波形5,为什么直流电压前者高为+2.32V,后者低为+2.09V?而交流电压为什么前者低为1.40V,后者高为1.45V?回答:因IGBT导通时波形幅度最低,截止时波形幅度最高,又因波形2导通时间短,波形5导通时间长,所以平均直流电压前者高,后者低。然而,IGBT导通时间越长,其反蜂电压也就越高,所以波形5交流电压要比波形2高。

  再看波形l和波形4的对比。为什么前者直流电压高,后者直流电压低,答案与波形2和波形5的对比一样。为什么二者交流电压都一样,这是因为V+同步取样端波形的幅度几乎不受IGBT开关作用的影响,所以两个波形的交流电压都一样。

  波形6:V+和V-同步取样对应波形。波形6和波形3两个重要的对应关系是一致的,不同的是在波形6中,是利用示波器的光标功能来测出IGBT的导通时间。在第一个对应关系点(即V+和V-波形的“交点”)上竖立一支光标(蓝色直线),再在第二个对应关系点(即V-波形的“最低点”)上竖立一支光标,示波屏上立刻显示IGBT的导通时间,读数为20μs,与波形4、波形5中用眼数格的读数一致。但用光标测可以精确到小数点后两位数(注意显示“20.00μs”中的小数点),而用眼数格是达不到这样的精度。

  3.功率调控驱动脉冲波形的测试与分析(均在U1的③脚测试)
  
  波形7:1000W功率调控驱动脉冲波形。该波形属于脉冲波形,波形为正脉冲时IGBT截止,为负脉冲时IGBT导通,导通时间为17μs,与波形l、波形2一致。但波形中显示的IGBT激励频率(66.6kHz)和占空比(44.6%)都是错误的,这是因为示波器受到波形中太强烈的寄生波干扰所致。为什么会使寄生波太强烈?分析认为常规电磁炉中的有关电路,在单片机中被一定程度简化了,使驱动电路容易受IGBT开关作用的强烈影响。

  要问正确的IGBT激励频率应为多少?直观该波形:正脉宽28μs、负脉宽17μs、一个周期共45μs,求其倒数得正确的IGBT激励频率为22.2kHz;负脉宽17μs、一个周期共45μs,计算17/45得该波形正确的负脉宽占空比为37.8%。关于正,负脉宽占空比的选择,注意示波屏上图标中脉冲符号的极性,极性向上代表正脉宽占空比,极性向下代表负脉宽占空比,由于该波形为负脉冲时IGBT导通,所以要选择负脉宽占空比。

  波形8:1800W功率调控驱动脉冲波形。该波形IGBT导通时间为20μs,与波形4、波形5一致。但波形中显示的IGBT激励频率(151.7kHz)和占空比(50.3%)同样都是错误的。直观该波形:正脉宽26μs、负脉宽20μs、一个周期共46μg,求其倒数得正确的IGBT激励频率为21.7kHz。

  计算20/46得正确的负脉宽占空比为43.5%。

  重要提示:在电磁炉中,不可避免有个别电路受ICBT开关作用影响大,因而形成的寄生波也大,波形7、波形8就是一个很好的例证。另一方面,示波器本身也是一个很敏感的电路,当受到强烈的干扰(例如很大的寄生波)时,就会出现显示的错误。所以每当遇到这种情况,一定要对示波器的数据显示进行人为的核查,以免被其错误的显示所误导。

  波形9:1000W的V-同步取样和IOOOW功率调控对应波形。通过该波形可以看出两种波形的对应关系,功率调控负脉冲前沿的寄生波(蓝色),与IGBT导通时的同步点相对应,同时恰好说明,功率调控负脉冲前沿强烈的寄生波,就是受ICBT导通时强烈的影响形成的;功率调控负脉冲后沿强烈的寄生波,与V-同步取样最低点相对应,同时恰好说明,功率调控负脉冲后沿强烈的寄生波,就是受IGBT截止时强烈的影响形成的。

  提示:注意对该波形测试方式的选择,如果选择V-波形(红色)作为触发信号,调控波形(蓝色)跟随,测得波形就会将两个对应关系及两个强烈的寄生波,显示在波形的中心部位,正如波形9所示。如果选择调控波形触发,V-波形跟随,以上两个关键的“看点”就会偏离波形的中心,将使波形直观性变差,所以在进行波形测试时要讲究一些技巧。  
  
  4.浪涌保护电路IOOHZ纹波波形的测试与分析(在Ul的①脚测试)
  
  波形10:浪涌保护电路100Hz纹波波形。为什么在浪涌保护电路中,电容C7只滤除孤独的尖波(见电压测试说明)而要保留100Hz纹波?

  这是因为浪涌均为瞬间发生,利用100Hz的纹波与浪涌的幅值进行叠加,可以增强浪涌保护电路对浪涌的敏感度。相反在电网电压检测电路中,100Hz纹波却被电容EC14滤除,这是因为电网保护范围大,只有电网低于160V或高于260V才进行保护,这个变化相对浪涌缓慢的多,如果保留100Hz纹波反而会使电路产生误动作,所以它的波形近似一条水平线(波形略)。

  说明:在波形10中,示波器显示直流电压为1.17V,而在进行电压测试时,用万用表测试为1.14V。用不同仪表测试产生微小误差很正常,客观上这两个数据也是非常吻合。

  5.电流检测包络波形的测试与分析(在整流桥DB1的接地点测试)
  
  波形11:1800W电流检测包络波形。在该波形中存在很多强烈的寄生波,严重影响示波器的显示,此时示波器显示两个“OL”,表明该电路是受IGBT开关作用强烈影响的“重灾区”。直观该波形,波形的包络为负极性,因而正确的直流电压应为负值;包络的周期为10ms(2ms×5),频率应为100Hz,但连这两个最基本的特征示波器都无法显示。因此,该项波形只作参考。

  波形12:借用在尚朋堂电磁炉中测试的“100Hz脉动地电流波形”,来分析和推测单片机中的问题。在尚朋堂电磁炉中所测试的地电流检测波形也有些乱,只是寄生波没有那么强烈,但其最基本的特征(“相貌”)与波形11都一样。在尚朋堂电磁炉中,先将这样的电流检测波形进行一次RC滤波并加入第一个比较器的输入端,经放大和倒相后,立刻在其输出端获得一个“相貌堂堂”的波形,如波形12所示,它是一个波形幅度由功率决定的100Hz脉动地电流波形。然后再将这个波形经过三级RC积分并加入第二个比较器和一个三极管倒相器,即可获得一个标准的电流检测信号交给CPU。由此可以推测,只要在单片机的内部内置与尚朋堂类似的电路,照样能胜任电流检测的使命。同时也证明,采用单片机可以大大简化外围电路。

  6.报警波形的测试与分析(在U1的⑥脚测试)
  
  波形13:锅具检测时报警矩形包络波形。该波形是利用在进行锅具检测时单片机发出的报警信号进行测试的(矩形包络宽度为200ms,包络的周期为2000ms),即在锅具检测时,单片机每隔2s钟发出一个锅检信号,同时也发出一个锅检报警信号。

  波形14:展开报警矩形包络出现的报警音频脉冲波形。显示脉冲频率为4.07kHz,计算:200×4.07=814,得出在进行锅具检测时,蜂鸣器每发出一个“嘀”声,其中就包含814个音频脉冲。其他的报警“嘀”声有长有短,但是报警音频脉冲的频率不变,均为4.07kHz,所以只要测出矩形包络的宽度,即可计算出其他“嘀”声中所包含音频脉冲的个数。

  7.锅具检测波形的测试与分析(在U1的(19)脚测试)
  
  波形15:为振铃波形。但该波形不是所要测试的锅具检测脉冲波形,而是在进行锅具检测时所产生的振铃波。本想在Ul③脚进行测试,要看单片机的锅检脉冲究竟是个什么样儿,可是反反复复硬是测试不到,只好静下来重新思考。联想在锅具检测期间,IGBT必然要进行试探性的导通,于是决定在V-同步取样端进行测试,看看能否测试到像波形2那样的波形。结果像波形2那样的波形没有测试到,测试到的却是一个振铃波形,如波形15所示。而且这个振铃波形的测试也不容易,经过多次反复,偶尔才测试到。

  通过对该振铃波形的分析,认为该单片机在锅具检测期间,IGBT进行试探性导通次数特别少。通常需要80~100次,而该单片机最多只有5次左右,说明该单片机锅具检测脉冲的脉宽特别窄,不足200μs,而它的周期特别长为2000000μs(锅具检测每两秒一次),二者相差1万倍,因而这样的锅具检测脉冲示波器很难测试到。好在所有电磁炉在进行试探性导通结束后都要产生振铃现象(“余震”),只不过常规电磁炉试探性导通次数多,振铃波形只占总波形的一小部分,常被视觉忽略。而单片机因试探性导通次数特别少,让振铃波形占了总波形的绝大部分,所以只能测试到振铃波形。尽管如此,但其锅具检测功能却很正常。说明单片机性能超强。

美的SK2101型电磁炉波形图

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