电磁炉多功能电路板工作原理

本文概述：由于电磁炉品牌众多，不少杂牌电磁炉的市场占有量也很大。这些电磁炉一旦损坏后，尤其是单片机损坏后很难修复，有些配件也不容易买到，整个电磁炉就基本报废了。目前在电子市场上出现了电磁炉通用电路板，也称多功能电路板。这种电路板结构简单，体积小，大线圈盘和小线圈盘可以通过跳线转换使用，+18V和+12V风扇电机电压可选，价格也相对较低，很有市场。本文介绍一款标注为精彩科技的电磁炉多功能电路板的工作原理。
1．整机电路工作原理介绍

当电磁炉接通电源后，产生+18V、+12V和+5V直流电压，单片机电路复位，各单元电路进入待机状态。
按下开机键后，单片机的20脚关机端口输出低电平，使电压比较器U3C进入工作状态；19脚开机端口翻转为低电平，使IGBT进入初次导通状态，然后经同步电路和锯齿波电路的作用，使加热线圈盘与高频谐振电容C3形成高频振荡(详见下文开机电路工作原理分析)。 电磁炉调节在不同功率挡位时，经电流互感器反馈回单片机24脚的电压值不同，单片机自动输出与所调节功率相应的脉宽调制电压信号PWM的占空比。另外，各辅助单元电路也进入工作状态。 当再次按下开机(开、关共用一按键)键后，单片机的20脚输出高电平，同时28脚停止输出脉宽调制电压信号PWM，将电压比较器U3C的⑩脚(反相输入端)的电平强制提高，U3C11脚(同相输入端)的电平拉低，从而使IGBT截止，电磁炉停止工作。

2．单元电路工作原理分析 (1)低压直流电源电路工作原理 该款电路板的低压直流电源电路以开关集成电路VIPer12A(见第2章相关内容)为核心，外围配以很少的分立元器件，电路很简洁，工作电压范围宽，在很多品牌的电磁炉中均有应用。电路如图4-5-1所示。 具体工作原理是： 220V交流电压经二极管D1、D2及整流桥堆BR1中的两只负极二极管整流后，获得的脉动电压经隔离二极管D3、电容C12滤波后，加至开关变压器T1初级的一端，另一端接开关电源集成电路U1的⑤、⑥、⑦、⑧脚。在开关变压器T1的次级获得两组交流低压，分别经二极管D5、D6整流，再经电容C8、C9、C10、C11滤波后，获得+18V和+12V电压。同时，+12V电压经限流电阻R5限流，稳压集成电路U2稳压、电容C13和C14滤波后，获得+5V电压。

图4-5-1 低压直流电源电路

二极管D4、电阻R4及电容C6组成反峰电压吸收电路以保护U1内部的功率管，防止反峰电压将其击穿损坏。 (2)开机电路的工作原理 该电路主板的开机电路原理如图4-5-2所示。

图4-5-2开机电路

具体工作原理如下： 在电磁炉处于待机状态时，同步电路的电压比较器U3A的⑦脚(同相输入端)的电压(约为7．22V)高于⑥脚(反相输入端)的电压(约为6．99V)，①脚(输出端)输出为高电平，同时单片机的19脚(开机端口)、20脚(开机端口)输出均为高电平，使得驱动电压信号输出级的电压比较器U3C的⑩脚(反相输入端)的电压(约为+5V)高于11脚(同相输入端)的电压(约为0V，因单片机的28脚未输出脉宽调制电压信号PWM)，13脚(输出端)输出为低电平，驱动电压信号输出级的三极管Q1截止，Q2导通，经电阻R35将IGBT的基极接地，使IGBT可靠截止。 按下开机键后，单片机的19脚和20脚均输出为低电平，28脚输出与电磁炉所调功率挡位相应的脉宽调制电压信号PWM。20脚输出低电平后，二极管D9截止，+5V电压对电压比较器U3C的⑩脚电位不产生影响。19脚输出低电平后，一方面经电阻R23接至三极管Q4的基极，使得+5V电压加至电压比较器U3B的⑤脚(同相输入端)，以保证二极管D11截止，对驱动电压信号输出级电路没有影响；另一方面，该低电平经电容C19耦合后，使得电压比较器U3C的⑩脚电压瞬问低于11脚的脉宽调制电压信号PWM(实际是经过电阻R15、R16、R17、R18及电容C17、C18积分滤波后的直流电压)，13脚(输出端)翻转为高电平，三极管Q1导通，+18V电压经电阻R34、R35加至IGBT的基极，IGBT因获得驱动电压而进入饱和导通状态。 IGBT进入饱和导通状态后，同步电路的电压比较器U3A的⑥脚(反相输入端)的电压高于⑦脚(同相输入端)的电压，①脚(输出端)翻转为低电平，+5V电压经电阻R11向锯齿波电容C16充电。当电容C16充电一段时间后，电压比较器U3C的⑩脚电压又高于11脚(同相输入端)的电压，13脚(输出端)又翻转为低电平，三极管Q1截止，三极管Q2导通，将IGBT的基极经电阻R35接地，以确保IGBT及时、可靠截止。 当IGBT截止后，由于电感中的电流不能突变，在加热线圈盘两端感应产生反向电动势。该反向电动势一方面使得同步电路的电压比较器U3A的⑦脚(同相输入端)的电压高于⑥脚(反相输入端)的电压，①脚(输出端)又翻转为高电平，锯齿波电容经二极管D8、电阻R10进行放电；另一方面，该反向电动势向高频谐振电容C3充电，接着电容C3又向加热线圈盘放电，从而形成振荡。 当锯齿波电容C16放电一段时间后(此时反向电动势已经消失)，电压比较器U3C的⑩脚(反相输入端)的电压又低于11脚(同相输入端)的电压，13脚翻转为高电平，使得IGBT重新进入饱和导通状态。如此循环，使得加热线圈盘与高频谐振电容C3形成高频振荡。 (3)同步电路的工作原理 该款主板的同步电路原理与其他电磁炉的同步电路的工作原理相同，在此不再多述，读者可自行分析其工作原理。 (4)锅具检测电路的工作原理 该款电磁炉主板的锅具检测原理为脉冲计数式，电路原理见图4-5-2。 单片机的⑤脚为锅具检测端口，该端口接同步电路的电压比较器U3A①脚输出端。当按下开机键后，加热线圈盘与高频谐振电容形成高频振荡，在电压比较器U3A的①脚(输出端)输出一系列方波电压信号。该方波电压信号送入单片机的⑤脚，即锅具检测端口。当电磁炉上放置有符合要求的锅具时，高频振荡的能量被锅具吸收，此时的高频振荡相当于是阻尼振荡，在单位时间内，送入单片机的脉冲个数就少，单片机经与其内部的标准值比较后，判断在电磁炉台面上放置有合适的锅具；当电磁炉台面上未放置锅具，或者所放置的锅具的位置、材质、尺寸不符合要求时，振荡相当于是自由振荡，在单位时间内送入单片机的脉冲个数就多，单片机经与其内部的标准数值比较后，判断在电磁炉台面上未放置锅具或者所放置的锅具不符合要求。经过一段时间后，如果仍没有合适的锅具，单片机将自动停机。 (5)功率整定电路的工作原理 该款电磁炉主板的功率整定电路的原理与其他电磁炉的该部分电路相近，采用电流互感器进行电流取样，但由于这是多功能电路板，所以多了大、小加热线圈盘选择电路。其电路如图4-5-3所示。

图4-5-3功率整定电路
具体工作原理是： 在电磁炉工作后，在电流互感器CT1的次级感应获得随工作电流同步变化的交流低压，该交流低压经二极管D15～D18整流、电容C25滤波后，获得较平滑的直流电压(电流反馈电压信号)。该直流电压经电阻R42、R43、R44分压后，再经电阻R45接入单片机的24脚。 当电磁炉工作电流增大时，反馈回单片机24脚的直流电压就高，于是单片机自动调小28脚输出的脉宽调电压信号PWM的占空比，使输出电流减小；反之，当反馈回单片机的24脚的直流电压低时，单片机就自动增大28脚输出的脉宽调制电压PWM的占空比，使输出电流增大。 大、小加热线圈盘选择电路的原理是：当电路中接大加热线圈盘时，用导线将电阻R44短接，以减小单片机的电流信号的反馈量；当电路中接小加热线圈盘时，不短接电阻R44，以增大单片机的电流反馈量。 (6)驱动电压信号输出电路的工作原理 该款电磁炉多功能主板的驱动电压信号输出电路比较简单，在此也不再多述。 (7)高压保护电路的工作原理 该款电磁炉主板的高压保护电路如图4-5-4所示。 电压比较器U3D的⑧脚(反相输入端)分别经电阻R19、R20接至IGBT集电极和电源负极，获得约1．42V的电压；⑨脚(同相输入端)接+5V电压；14脚(输出端)经电阻R21接至电压比较器U3C的11脚，即脉宽调制电压信号PWM的输入端。 在正常情况下，电压比较器U3D的⑨脚(同相输入端)的电压高于⑧脚(反相输入端)的电压，14脚(输出端)相当于与电路断开，对电压比较器U3C的11脚电压没有影响。当IGBT的集电极电压超过1100V时，电压比较器U3D的⑧脚(反相输入端)的电压(约为5．1V)高于⑨脚(同相输入端)的电压(+5V)，14脚(输出端)相当于接地；电压比较器U3C的11脚(同相输入端)的电压经电阻R21接地，使得IGBT截止，以实现高压保护的目的。[Page]

图4-5-4高压保护电路

(8)+300V电压过高保护电路的工作原理
+300V电压过高保护电路如图4-5-5所示。

图4-5-5+300V电压过高保护电路

+300V电压经电阻R26、R27、R28分压后，获得约2．67V的电压，该电压经二极管D13隔离后接至电压比较器U3B的④脚(反相输入端)，④脚同时经电阻R29、R30分别接+5V电压和电源负极，获得约3．37V电压，加至④脚(反相输入端)；⑤脚(同相输入端)分别经三极管Q4和电阻R25接+5V电压。 在正常情况下，电压比较器U3B的⑤脚(同相输入端)的电压(约+5V)高于④脚(反相输入端)的电压(约3．37V)，②脚(输出端)相当于与电路断开，对驱动电压信号输出电路没有影响。当+300V电压因故(如浪涌等)过高时，电压比较器U3B④脚(反相输入端)的电压将高于⑤脚(同相输入端)的电压，②脚(输出端)接地，二极管D11导通，将驱动电压信号输出级的电位拉低，使IGBT截止，达到+300V电压过高保护的目的。 (9)市电交流输入电压检测电路的工作原理 市电交流输入电压检测电路如图4-5-6所示。 工作原理是： 220V交流电压经二极管D1、D2及整流桥堆BR1整流后，获得的脉动直流电压经电阻R1和R2分压、电容C4滤波后，再经电阻R3送入单片机的23脚，即电源电压检测端口。

图4-5-6市电交流输入电压检测电路

当交流输入电压过高或者过低时，送入单片机的23脚的电压也随着同步变化，单片机经与其内部标准值比较后，发出相应指令。
3．常见故障的维修方法
该款电磁炉的主板电路故障只要按照故障代码所表示的含义进行检修即可，在此不再多述。