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电磁炉应用电路组成及功能模块讲解。

 秦岭之尖 2019-01-21

一、应用电路组成

1、简化的方框图

2、细化的方框图

AC 220V市电经桥堆D整流、L1与C5滤波后得到+300V左右的直流电此直流电经加热线圈和IGBT管构成回路。当IGBT导通时,+300V给加热线圈充电,电能转换成电磁能储存在加热线圈中;IGBT截止时,加热线圈向C3充电,随即C3又向加热线圈放电,周而复始,即加热线圈与C3构成并联谐振回路,其谐振频率由加热线圈的电感量及C3的容量决定IGBT管在控制电路输出的PWM开关脉冲的驱动下以一定的频率工作,加热线圈中产生15kHz~30kHz的高频交流电,于是铁质平底锅底便产生了强大的涡流,锅底迅速发热,加热线圈中的电磁能转化为热能。

二、模块电路分析

1EMC防护电路

EMC防护模块主要是在电源的进入端防止有高频干扰或者雷击等造成后面电路的损坏而设置的电路。主要是由CNR、C1等组成。压敏电阻的电压敏感特性是它的电阻值随着外加电压变化而变化。电容C1主要是吸收电源中的高频谐波。

2+300V整流滤波电路

整流滤波模块主要是进行AC-DC变换,其核心元件是整流桥。它将输入的220V交流电变换成脉动直流电,然后经过L型滤波电路(由电感线圈L1和电容C5)进行滤波,输出平滑的直流电。

电感滤波的使用

电感对脉动电流产生反电动势的作用,它对交流阻值很大,而对直流阻值很小,如果我们把较大的电感串接在整流电路里,就可以使电路中的交流成份大部分降落在电感上,而直流部分则从电感线圈流到负载上,起到滤波的作用。电感滤波电路通常用在负载电流很大,而对滤波效果要求不严的场合。

市电经整流全桥整流、L1与C5滤波后输出+300V直流电。正常工作时,C5两端电压低于+300V.且电磁炉功率调得越高,该电压下降得越多。该电磁炉功率调在1300W时,C5两端电压约为260V。

3+l8V+5V电源电路

该电磁炉低压供电未采用普通变压器降压、整流滤波、稳压输出方式,而是采用开关电源。此开关电源电路由FSD200及少量的外围元件组成。

采用FSD200设计的控制电源电路,为单端反激式功率变换线路。稳压管D9与Q9组成了常见的直接反馈电路,Q9的输出直接与FSD200的反馈电压输入端Vfb相连,省去了反馈绕组。Vstr直接与直流母线相连。

FSD200芯片简介

采用Fairchild公司推出的小功率单片开关电源FSD200,它在230V±15%时输出功率为7W,双列直插封装,价格低廉,外围线路十分简单。FSD200有这样一些显著特点:①开关频率能在4ms内从130KHz变到138KHz,这种将开关频率在一定波段内抖动的方法,可将谐波能量分散,有效抑制采用固定开关频率带来的高次谐波所产生的干扰。这不仅减少了EMI,而且可用低成本的电感来代替开关电源通常使用的进线滤波器。②不需反馈绕组。FSD200通过与直流母线相连的Vstr引脚,将外部高压送入内部的高压调节器变到7V,作为芯片的控制电压,省去了反馈绕组。其他还有过负荷保护、过热关断、软起动、在待机状态时减少开关损耗的自举操作方式等。

4LC谐振电路

LC谐振电路是电磁炉的主要电路之一,主要是利用了LC并联谐振的原理进行工作。

当IGBT的C极电压为0V时,IGBT导通,此时的电感(线圈)进行储能当IGBT由导通到截止时,此时由于电感(线圈的作用),电流还会沿着先前的方向流动,由于IGBT关断,电感只能对电容C3充电,从而引起C极上电压升高,随充电电流变小直至为0时,C极电压最高电容C3开始从线圈放电,此时C极电压变低,当达到接近0V时,由控制电路检测(监控)到这个值,再次打开IBGT,又一循环开始 。

5、同步电路

为什么要同步?

电磁炉工作时,IGBT管快速交替地工作在饱和与截止状态间。设定不同火力(功率)时,IGBT管的饱和与截止时间的比例不相同。

在IGBT管饱和导通时,加热线圈中感应电动势的极性为左+- .由于电感中电流不能突变,流过IGBT管c、e极间电流逐渐增大。当电流增大至某一值时,IGBT应立即截止,以避免大电流击穿IGBT管。

一旦IGBT管截止,加热线圈中的感应电动势极性立即变为左-+,加热线圈给C3充电,接着C3又给加热线圈放电,加热线圈与C3产生阻尼谐振,即随着电磁能迅速转化为热能,其谐振幅度越来越小。

在谐振初期,加在IGBT管c、e极上的电压非常高,这期间应确保IGBT管可靠地截止,否则高电压形成的大电流必将损坏IGBT管。综上所述,在不同功率状态下,IGBT的工作状态应当与加热线圈的状态保持协调,也就是IGBT管的驱动信号应与加热线圈的状态保持协调,完成协调任务的电路常称之为同步电路。

当加热线圈两端电压极性为左-。正电压经R7、R25分压后加到U2:3的反相输入端;负电压经R19、R20降压后加到U2:3的同相输入端,此时U2:3的输出端为低电平状态,U2:4输出高电平,Q3导通,DEVICE 为高电平,IGBT导通饱和。

当加热线圈两端电压极性为左-+,此时U2:3的输出端为高电平,U2:4输出低电平,Q4导通,DEVICE 为低电平,IGBT可靠截止。

6、电网电压检测电路

7、过电流检测电路

8、浪涌检测

9、温度检测电路

10、锅检电路

通电以后,给K一短暂电平值,通过积分电路C2、R43得到一扰动,C34破坏原有平衡,经过功率整定与驱动电路,IGBT进行工作,LC形成振荡,按照PAN高低电平变化的次数进行计数,根据次数的多少来判断有无放锅。

11、高压峰值检测电路与功率整定电路

工作中,当IGBT管截止瞬间,加在IGBT管C、e极上的电压最高。为了防上此时电压超过1GBT的c、e极的最高反压值(耐压),特设计了高压峰值检测电路。

开机后,+5v电压经R3、R22分压得到电压,加到U2:2同相端,作为同相基准电压。单片机的3脚输出的PWM信号经R34、EC6滤波后得到直流电平,此直流电平常称为PWM电平(或称功率电平),此电平直接影响电磁炉的输出功率。

正常时, U2:2同相端电压高于反相端电压, U2:2输出端内部电路等效于开路状态,对电路EC3两端的PWM电平无影响。当IGBT管c极电压过高时, U2:2同相端电压低于反相端电压, U2:2输出端输出低电平,EC3两端的功率电平下降,经功率整定电路的作用,使IGBT管驱动信号的占空比变化,从而IGBT管的高压峰值下降。

12、功率整定电路与驱动电路

功率整定电路为驱动电路送出驱动脉冲,此脉冲直接影响整机功率。驱动电路的作用是给IGBT管提供开关脉冲。此部分电路属于控制电路的末级电路,又称功率驱动输出级。

13、单片机电路

单片机电路是电磁炉中控制信号的分析处理中心,如同电磁炉的中枢神经。

14、蜂鸣器电路

15、风扇电路

16、按键与LED显示电路

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