电磁炉电子元器件介绍
电磁炉电子元器件介绍
电磁炉是目前新兴的功率较大的厨房电器,早期生产的电磁炉的功率一般在1500W左右,现在生产的电磁炉,其单炉灶的功率达到2100~2200W,其耗电量甚至超过一般家用空调器的耗电量,例如一台海尔KFRd-35W/C家用空调器的最大输入功率(带电辅加热)为1550W。因此,电磁炉的工作电流较大,其工作的频率也比一般家用厨房电器的工作频率要高,从而决定了电磁炉与其他家用电器相比,对部分元器件的性能要求也较高,有的元器件也比较特殊。本章主要介绍电磁炉中使用的功能特殊、性能要求高的部分元器件,如IGBT、电源滤波电容及高频谐振电容等。通过本章对有关元器件的介绍,可以让读者对电磁炉的工作原理和电路结构有更进一步的了解。
2.1 功率开关管——IGBT
2.1.1 IGBT介绍
在电磁炉电路中,功率开关管是一个非常重要的功率器件。就像电冰箱中的压缩机是电冰箱的“心脏”一样,可以毫不夸张地说,电磁炉中的功率开关管就是电磁炉的“心脏”。在实际维修过程中,功率开关管的故障率是最高的。由于功率开关管承担着电磁炉整机的功率输出,其性能的优劣及参数选择是否合适直接关系到电磁炉是否能够长期稳定工作。电磁炉正常工作时,功率开关管处于高频率的导通和截止状态。当功率开关管导通时,220V交流市电经桥式整流器整流后获得约+310V电压,经加热线圈盘、功率开关管的集电极、功率开关管的发射极、电源的负极(地)构成回路,电源以大电流给加热线圈盘充电,将电能转化为加热线圈盘中的电磁能。经过理论计算及实际测试,此时加在功率开关管上的直流电压约为250V,而当功率开关管截止时,加在其集电极与发射极之间的电压超过1100V,流过功率开关管的平均电流大约为10A(根据输出功率不同而不同)。由于电磁炉在正常工作时,功率开关管处于高频率的导通与截止状态,实际流过功率开关管的瞬时电流为20~40A。如此大的工作电流和反峰电压,什么样的开关管才可以稳定、可靠地工作呢?普通的MOS(Metal Oxide Semiconductor,金属氧化物半导体)场效应晶体管,虽然其所需要的驱动电压比较低,但当其处于高反峰电压、大电流工作状态长期工作时,由于其内部导通电阻比较大,自身发热比较严重,难以长期稳定地工作;而大功率的达林顿管,虽然可以长时间在高电压、大电流状态下工作,但其所需要的驱动电流又比较大。经过研究,人们将场效应晶体管与大功率达林顿晶体管进行有机结合,并将其应用到电磁炉中,作为功率开关管使用。这种功率开关管的内部结构是:将场效应晶体管作为推动管,大功率达林顿管作为输出管,如图2-1-1所示。这样的组合体集两者的优点于一身,既具有场效应晶体管驱动电流小的优点,又有大功率达林顿晶体管饱和电压降小、电流密度大的优
点,从而使其能够在高电压、大电流状态下长期安全、可靠地工作,并且还具有极好的开关特性。
从图2-1-1可以看出,电磁炉中的功率开关管实际就是由绝缘栅场效应晶体管和大功率达林顿晶体管复合而成,因此简称为绝缘栅双极晶体管,其英文为Insulated Gate BipolarTransistor,通常缩写为IGBT。图2-1-2
所示为该晶体管的实物图。
图2-1-1
内部结构图2-1-2实物图
目前,IGBT尚无统一的电路符号标准,图2-1-3所示为较为常用的电路符号。图中,G极为栅极,也称为门极,C为集电极,E为发射极。对于内部附带快恢复阻尼二极管的IGBT,与内部附带阻尼二极管的大功率三极管的符号相近,二极管的接法也相近,即N型的IGBT,内部附带的快恢复阻尼二极管的负端(阴极)接C极,正端(阳极)接E极;P型的IGBT,内部附带的快恢复阻尼二极管的负端接E极,正端接C极,如图2-1-4所示。 一般,IGBT引脚排列顺序与常见的大功率三极管的引脚排列顺序一致,即型号标注的一面朝外,引脚向下,从左至右依次为栅极(G)、集电极(C)、发射极(E)。电磁炉中使用的IGBT多为N型。除特别说明外,本书中所讲IGBT均指N型IGBT。
2.1.2 IGBT
好坏的检测
大功率IGBT好坏的判断方法与场效应晶体管好坏的判断方法相同,可以用指针式万用表的10KΩ挡检测,也可以用数字万用表的二极管挡位测量PN结的正向压降判断其好坏。在检测IGBT之前,应先将其3只引脚进行短路放电,以免影响检测的准确度。具体测量方法如下。
采用指针式万用表测量时,用指针式万用表的两支表笔分别检测G、C两极和G、E两极间的电阻,对于正常的IGBT,上述所测电阻值均应为无穷大。接着用指针式万用表的红表笔接IGBT的C极,黑表笔接E极,对于内部附带快恢复阻尼二极管的IGBT,所测得的电阻值为3~5KΩ(因万用表的型号不同,所显示的数值也会不同)
,若所测得的电阻值为无
穷大,则说明该IGBT的内部未附带快恢复阻尼二极管。此时可将万用表的红、黑表笔对调进行测量,即红表笔接IGBT的E极,黑表笔接IGBT的C极,所测得的电阻值也应该为无穷大。如果符合上述条件,说明所测的IGBT是好的。
采用数字万用表测量IGBT时,与采用指针式万用表测量的方法相同,即将黑表笔接IGBT的C极,红表笔接其E极,若内部附带快恢复阻尼二极管,其正向压降约为0.4V,其他各引脚之间所测得的电阻值均应为无穷大。符合上述测量结果的IGBT一般可以认为是好的。
综上所述,对于内部附带快恢复阻尼二极管的IGBT,除C、E极之间为单向导通外,其余各引脚之间的电阻值均应为无穷大。如果所测得的IGBT的3只引脚之间的电阻值均很小,说明该IGBT已击穿损坏。实际维修中发现,电磁炉中的IGBT多数是因为有关保护电路失效,导致其因为过流或者过压而击穿性损坏。
2.1.3 IGBT放大能力的大致判断
和场效应晶体管一样,由于IGBT的G极内部电极间存在电容,能够储存一定量的电荷,因此,在检测IGBT的放大能力之前,应先将IGBT的3个引脚进行短路放电,以免引起误判。由于数字万用表的内部工作电流较小、工作电压较低,达不到IGBT所需要的触发电流和电压,因此,判断IGBT的放大能力时要采用指针式万用表进行测量。具体测量方法如下。
将指针式万用表拨在电阻挡,红表笔接IGBT的发射极(E极),黑表笔接集电极(C极),此时万用表的指针应不偏转,即所显示的电阻值为无穷大。然后,用万用表的黑表笔触碰一下栅极(G极)后,再将黑表笔接IGBT的C极,此时万用表的指针应发生一定角度的偏转,即IGBT的C、E极之间的电阻值由无穷大减小到某一固定数值。上述现象说明,IGBT具有一定的放大能力,并且万用表的指针所指示的数值越小,说明IGBT的导通电压降越低,其放大能力也就越强。
另外,采用指针式万用表测量IGBT的放大能力时,将指针式万用表的红表笔接IGBT的发射极(E极),黑表笔接集电极(C极),用手指同时碰触一下G、C极,所出现的现象与上述现象相近,即集电极与发射极之间的电阻值由开始的无穷大变为一定数值。
2.1.4 lGBT的常见型号及其含义
由于IGBT能够工作在高电压、大电流状态,因此在很多领域均有应用,例如,在UPS、变频空调器、直流亚弧电焊机等大功率电器中,通常采用IGBT作为该类电器的开关电源中的开关管或者功率输出管。目前用在电磁炉中的IGBT主要由以下几家国外公司生产:FAIRCHILD(美国仙童公司)、INFINEON(德国英飞凌公司)及TOSHIBA(日本东芝公司)。各公司对所生产的IGBT的命名方式各不相同,但大致都有以下规律:字母表示该晶体管的生产公司名称;前面的数字表示IGBT的最大额定工作电流,后面的数字表示IGBT的最高额定工作耐压;晶体管类型后面带字母D表示内附快恢复阻尼二极管(但有的IGBT型号后面未带字母D,实际内部也附带阻尼二极管,因此要注意区分,最好用万用表检测,以防误判)。例如,SGW25N120表示该IGBT由西门子公司生产,其最大额定工作电流为25A,最高工作额定耐压为1200V。电磁炉中经常用到的IGBT的参数见表2—1—1。
表2-1-1 电磁炉中经常用到的IGBT的参数 晶体管型号
20N120CND
K25T120
G40N150D
5GL40N150D
G4PH50UD
GT40q321
GT40T101
G40T101
GT40T301
SQB35JA
G30P120N
GPQ25101
GT153101
GT8Q191
GT50J101
GT50j102
GT50J301
GT60M104
GT60M301
GT75AN-12
15Q101
25Q101
80J101 最高耐压(V) 1200 1200 1500 1500 1500 1300 1000 1000 1300 1500 1200 1000 1000 1900 1000 1000 1300 1000 1300 1200 1000 1000 1000 最大工作电流(A) 20 25 40 40 40 40 40 40 40 35 30 25 15 8 50 50 50 60 60 75 15 25 80 是否内附阻尼二极管 是 是 是 是 是 是 否 否 否 是 否 是 否 是 否 否 否 否 否 否 是 是 否
目前,电磁炉中最常见到的IGBT有FGA25N120、SGW20N120、H20R120等型号。
IGBT的技术参数比较多,它包括集电极-发射极击穿电压(VcEs)、最大耗散功率(Pdmax)、最大集电极直流电流(Icmax)、发射极接地时的最大输入电导(Gfmax)、栅极-发射极阈值电压(Vgeth)及栅极-发射极最大泄漏电流(Iges)等。但在实际维修中,只需要知道IGBT的集电极-发射极击穿电压、最大集电极直流电流及内部是否附带有快恢复阻尼二极管。
2.1.5 IGBT的代换原则
由于IGBT工作在大电流、高电压状态,且其工作频率也较高,工作时自身发热量很大,因此IGBT的损坏概率较高,约占电磁炉故障的80%。另外,由于目前国内电磁炉生产厂家众多,各厂家电磁炉中使用的IGBT型号、质量也不尽相同。很多电磁炉生产厂家从生产成本以及其他原因考虑,不仅所使用的IGBT质量较差,甚至有意将IGBT的型号磨掉,给维修代换带来一定麻烦。加之IGBT的价格相对较高,在实际维修中必须考虑IGBT的代换问题。根据维修经验,代换IGBT时,应当遵循以下几点原则。
①有条件的,尽量用原型号的来代换,这样比较省心,不用考虑参数问题,同时又便于固定、安装。
②对于没有相同型号IGBT的代换,可以用主要参数相近的IGBT来代替,但一般是用额定工作电流较大的IGBT代换额定工作电流较小的IGBT,用高耐压的IGBT代换低耐压的
IGBT,即IGBT的主要参数宜大不宜小,这样,电磁炉的安全系数便会相应高一些,故障率也就会相应低一些。
③对于被磨掉型号的IGBT的代换,可以根据电磁炉额定功率原则来代换。例如,电磁炉功率在2000W以下的,即其平均额定工作电流小于10A,可以选用最大工作电流为20A或者25A的IGBT代换,如H20R120、FGA25N120等;对于功率大于或者等于2000W的电磁炉,即其平均额定工作电流大于10A时,应选用最大电流为40A的IGBT代换,例如GT40N431等,另外还可以用两只IGBT并联使用。
另外,代换IGBT时,一定要分清其内部是否附带快恢复阻尼二极管。对于内部附带有快恢复阻尼二极管的IGBT,最好也要用内部附带快恢复阻尼二极管的IGBT来代换,以便于安装。如果一时找不到内部附带快恢复阻尼二极管的IGBT,可以在其C、E极间并联一只快恢复二极管,常用的快恢复二极管的型号有BY459、S5J53等。另外,在并联快恢复二极管时,一定要注意二极管的阴极接IGBT的C极,二极管的阳极接IGBT的E极;同时,安装时要考虑管子的散热问题。
说明:在实际维修工作中,判断IGBT好坏的方法很简单。对于在集电极和发射极之间并联有快恢复阻尼二极管的IGBT,除了其发射极和集电极之间单向导通外,其他各引脚之间都应互不相通,否则IGBT必坏无疑。对于内部不附带快恢复阻尼二极管的IGBT,只要有任意两个引脚之间相通,则该IGBT肯定是坏的;而3个引脚之间都互不相通,一般可以认为是好的,因为根据实际维修经验,IGBT的3个引脚之间都出现开路的情况是很少见的。
2.2整流器件——桥式整流器
为了满足煎、煮、炸、煲等不同的烹饪要求,电磁炉生产厂家普遍将电磁炉的功率调节范围设定得比较宽,一般分为大、中、小三个挡位,有的品牌电磁炉还设有文火等功能。电磁炉的工作电流可以在小功率挡位的2A至大功率挡位的10A。因此,电磁炉中的桥式整流器应满足其输出电流大、抗大电流冲击能力强、能够承受较高的反向峰值电压的特殊要求。 根据电磁炉额定功率的不同,桥式整流器的额定输出电流大小也不同。一般而言,额定功率在2000W以下的电磁炉通常选用额定输出电流为15A的桥式整流器,如电磁炉中最常见的桥式整流器D15XB60,该桥式整流器的额定输出电流是15A,额定耐压为600V;额定功率在2000W以上的电磁炉可以选用输出电流为25A左右的桥式整流器,如在大功率电磁炉中最常用到的D25XB80桥式整流器,其额定输出电流为25A,额定耐压为800V。
图2-2-1为电磁炉常用桥式整流器的实物图,图2-2-2
为桥式整流器的内部结构图。
图2-2-1 电磁炉常用桥式整流器的实物图 图2-2-2桥式整流器的内部结构图
从图2-2-2中可以看出,判断桥式整流器好坏的方法很简单,可以选用指针式万用表,也可以选用数字式万用表。桥式整流器好坏的具体判断方法如下。
选用指针式万用表检测时,一般将指针式万用表拨到Rx1KΩ挡位,黑表笔(万用表内部电源的正极)接桥式整流器的“-”极,红表笔分别接中间的两个引脚,指针应指示一定数值,一般显示为3~5KΩ(因选用的万用表的型号不同,所测得的数值不同,但大体上相差不大);接着,将万用表的红色表笔接桥式整流器的“+”极,将黑色表笔分别接桥式整流器中间的两只引脚,万用表的指针也应指示一定的数值。然后,将万用表的红色表笔接桥式整流器的“-”极,黑色表笔分别接中问的两只引脚,此时万用表所指示的数值应为无穷大;接着,将万用表的黑色表笔接桥式整流器的“+”极,红色表笔分别接桥式整流器中间的两只引脚,万用表所显示的数值也应为无穷大。如果所测得数值与上述相同,则可以证明所测的桥式整流器是好的。如果桥式整流器内部的4个整流二极管的正向导通电阻值不一致,甚至相差很大,则说明该桥式整流器性能差,一般需要将其换新,否则会出现电磁炉输出功率降低,加热效果差的现象。如果桥式整流器内部4个整流二极管反向电阻值不为无穷大,则该桥式整流器也不可用,否则容易损坏IGBT。
用数字万用表测量桥式整流器时,将万用表的挡位拨至二极管测量挡位,测量方法与采用指针式万用表测量的方法相同。只是由于数字万用表的红色表笔所接的是万用表内部的电源的正极,因此,用数字万用表检测桥式整流器的好坏时,表笔的接法与指针式万用表表笔的接法相反。正常的桥式整流器,其内部的每只二极管的数值均应相同或者相近,正常读数一般在0.4~0.6V。对于额定输出电流大的桥式整流器,其正向导通电压降读数相对较小一些,而额定输出电流较小的,其正向导通电压降则相对较高一些;在“+”、“-”之间的正向导通电压降一般为0.9V左右;桥式整流器内部4只二极管的反向数值读数均应该为无穷大。
桥式整流器的代换比较简单,有相同型号的用相同型号的桥式整流器代换即可;如果没有相同型号的桥式整流器,只要按照就高不就低的原则,即待换的桥式整流器的额定输出电流、额定耐压都比原来的桥式整流器的额定电流大、额定耐压高即可。
2.3 电磁炉中的常用集成电路
由于电磁炉的工作控制环节比较多、单元电路较多,同时保护电路也比较全面,而这
有的品牌如乐邦等较新型号电磁炉中的同步电路、各种比较保护电路均是与单
。电磁炉常用到的电压比较集成电路有内含四电压比较器LM339和双
M393。另外,电磁炉中的锅具检测电路、过电流保护电路等功能,基本都是
M324及双运算
M358等。
另外,在早期的一部分电磁炉中,其IGBT驱动电路采用集成电路式驱动电路,该驱动
A8316。在近几年生产的较新款的电
EF164或者74HC164等是电磁炉中最常用到的单向移位寄存器。由于近年来铜
些功能都是基于通过对相关电压变化、比较来实现的,因此,几乎所有电磁炉都要用到电压比较器(片机封装成一体的)电压比较器L通过检测某一点电位的微小变化,然后经运算放大器放大后来实现的,因此,电磁炉还经常用到运算放大器。电磁炉常用到的集成运算放大器有内含四运算放大器L放大器L 集成电路最常用的是日本东芝公司生产的专用集成电路T磁炉中,操作面板显示项目较多,内容十分丰富,与之对应的控制端口也较多,而电磁炉中选用的单片机的端口却又非常有限,因此,为了控制显示电路,又引入了移位寄存器来扩展控制端口。H
材料的价格不断上涨,为了节约整机生产成本,同时为了缩小电磁炉整机的体积,目前电磁炉大多数均采用集成电路式开关电源电路,开关电源用集成电路通常也称开机芯片。常用的开关电源集成电路芯片有VIPer12A、FSD200、THX202H及TH201H等。
在电磁炉的直流低压电源电路中,还常用到小体积的+5V稳压电源集成电路78L05,以及基准稳压集成电路TL431等。
本节将分别对上述几类集成电路的内部结构及其工作性能作简单介绍。
2.3.1 四电压比较器——LM339
LM339是四电压比较器集成电路,该集成电路的特点如下:工作电源电压范围宽,而且单电源、双电源均可以工作,单电源电压为2~36V,双电源电压为±1~18V;消耗电流小,Icc=0.8mA;其输出可以与TTL、DTL、MOS及CMOS等兼容;输出可以用开路集电极连接“或”门。
LM339是电磁炉中最常用到的集成电路,目前所有的电磁炉基本上都要用到该集成电路。LM339内部含有4个相同的、独立的电压比较器,其封装形式有两种:双列直插式DIP-14封装和贴片式SOP-14封装,分别见图2-3-1和图2-3-2
。
图2-3-1 双列直插式LM339实物图 图2-3-2 贴片式LM339实物图
该集成电路的内部框图见图2-3-3,其中,⑤、④、②脚是一组,通常称UA;⑥、⑦、①脚是一组,通常称UB;⑧、⑨、14脚是一组,通常称UC;⑩、11、13脚是一组,通常称UD。其中,“+”表示电压比较器的同相输入端,“-”
表示电压比较器的反相输入端。
图2-3-3 LM339内部框图
该电压比较器的特点是:只要电压比较器的两相输入端之差达到10mV左右,其输出状态就会发生翻转。当同相输入端的电压高于反相输入端的电压时,比较器输出端的内部处于开路状态(相当于与外围电路断开),对所控制的其他信号、电路没有影响。此时,如果需要得到高电平电压信号,只要在输出端接一只适当电阻值的电阻即可(该电阻通常称为上拉电
阻),并且高电平幅值的大小仅取决于该电阻的接法及其对地分压电阻的大小。当同相输入端的电压低于反相输入端的电压时,比较器输出端呈低电平,即相当于对地(电源负极)短路,将控制信号拉低,使控制信号对地短接。
判断LM339好坏的方法:由于LM339的内部为4个电压独立的电压比较器,4个电压比较器与电源都是并联的接法。因此测量时,将万用表的一只表笔接集成电路的电源正极,另一只表笔分别接在4个电压比较器的各个输入、输出引脚上,此时同相端、反相端和输出端所显示的数值应分别相同。然后再将万用表的表笔接集成电路的电源负极,用相同的方法进行测量,通过对各相应数值的比较,一般可判断出好坏。
在路测量判断LM339的好坏时,可按组分别测量各引脚电位电压及输出情况,根据输出电压情况判断是否符合比较器的逻辑性能,以此判断好坏。在路测量时,如果发现输出电压不符合比较器的逻辑,即电压输出不正常时,还要首先判断外围元器件是否正常,然后才能判断集成电路的好坏。如果排除了外围元器件不正常的情况,则基本上可以判断LM339损坏。
2.3.2 双电压比较器——LM393
LM393是一种低功率、低偏置、高精度的双电压比较器,其偏置电压可低至2mV,工作电源电压范围较宽,且单、双电源均可工作。单电源电压为2~36V,双电源电压为±1~18V。其输出可以与TTL、DTL、MOS及CMOS等兼容,输出可以用开路集电极连接“或”门。
该集成电路有双列直插式塑料封装(DIP8)和微型贴片式封装(SOP8)两种形式。 LM393集成电路的实物图和内部框图分别见图2-3-4和图2-3-5
。
图2-3-4 LM393实物图 图2-3-5 LM393内部框图
LM393集成电路功能、工作原理及好坏判断的方法与LM339相似,在此不再多述。
2。3.3 四运算放大器——LM324
LM324是四运算放大器集成电路,可以用在收录机、音响系统中作音调控制电路,也可
个独立的运算放大器及运算
~30V,双电源电压为±1.5~15V。输出电压范围较宽,为0~(Vcc-1.5V);静态电流较小,cc=0.6mA(RL=∞)。
LM324的封装形式有两种:双列直插式DIP-14封装和贴片式SOP-14封装,分别见图-3-6和图2-3-7。
广泛用于通信、仪器仪表以及其他电器电路中。其内部包含有4补偿电路,工作电压范围较宽,而且既可以用单电源,也可以用双电源,一般单电源电压为3I 2
图2-3-6双列直插式LM324实物图 图2-3-7贴片式LM324实物图
LM324通常用在锅具检测电路以放大信号,或用于直流稳压电源电路中。该集成电路的内部结构框图见图2-3-8,其中,③、②、①脚是一组,通常称为UA;⑤、⑥、⑦脚是一组,通常称为UB;⑧、⑨、⑩脚是一组,通常称为UC;12、13、14脚是一组,通常称为UD
。
图2-3-8 LM324内部框图
判断LM324好坏的方法与判断LM339好坏的方法相似,在此亦不再赘述。
2.3.4双运算放大器——LM358
双运算放大器LM358通常作为锅具检测电路的信号放大器件,以及电流反馈器件,而
该集成电路的封装形式也分为双列直插式和
M358,用来进行锅具检测和启动
LM358的实物图及内部结构框图分别见图2-3-9和图2-3-10
。
图2-3-9 LM358
实物图图2-3-10 LM358内部框图
判断LM358好坏的方法也和判断LM324的方法相同,在此不再赘述。
2.3.5驱动集成电路——TA8316
TA8316是日本东芝公司生产的一款IGBT驱动集成电路。该集成电路外围电路元器件较少,
且一般都是用在无电流互感器的电磁炉电路中。贴片式两种。在尚朋堂电磁炉中,经常用到贴片式封装的L电压信号缓冲放大。
工作稳定可靠。TA8316为7脚单列直插式封装,①脚为信号输入端,②脚为电源端,③脚为电源保护端,④脚为接地端(电源负极),⑤脚和⑥脚为驱动输出端,⑦脚为驱动信号反馈保护端。 TA8316又分为TA8316S和TA8316AS两种型号,它们的内部电路结构框图分别如图2-3-11(a)和图2-3-11(b)所示。图2-3-12是TA8316AS
的实物图。
(a)TA8316S
内部结构图(b)TA8316AS内部结构图
图2-3-11 TA8316
内部框图
图2-3-12 TA8316AS实物图
从图2-3-11中可以看出,两种型号的集成电路内部结构略有差别。TA8316S的③脚为电源过压保护端口,该端口②脚电源端通过一只390Ω的电阻相连接。当外部电源电压过高时,③脚输出为低电平,从而将电源通过390Ω电阻短路到地,达到保护集成电路不因电源电压过高而损坏的目的。在实际使用时,该集成电路的②脚和③脚之间的电阻可以不接。TA8316S和TA8316AS两种集成电路可以直接互换使用。
表2-3-1是用MF47万用表的Rx1KΩ挡测量两种集成电路所获得的开路电阻参数。
表2-3-1 两种集成电路开路电阻参数
根据维修经验,如果TA8316损坏,则在⑤、⑥、⑦脚之中,至少有一只引脚与其④脚之间的电阻值接近0Ω。
图2-3-13是TA8316S
集成电路的典型应用电路。
图2-3-13 TA8316S
典型应用电路
目前电磁炉中已很少采用集成电路式驱动电路,而通常采用最常见的A1015、C1815和S8050、S8550等中功率三极管组成的互补输出电路。
2.3.6移位寄存器——HEF164
现在生产的电磁炉功率越来越大,且需要显示的内容也越来越多,但电磁炉中所采用的单片机的输出接口又非常有限,因此,为了解决上述矛盾,不少电磁炉生产厂家纷纷将移位寄存器应用到电磁炉的控制显示面板上。
HEF164是电磁炉中最常用的移位寄存器。HEF164是8位串行输入/并行输出的单向移位寄存器。该集成电路的封装形式有双列14脚直插式封装和贴片式封装两种,一般电磁炉采用双列直插式封装形式。另外,移位寄存器CD74HC164EX的引脚及功能与HEF164完全一致,其实物外形如图2-3-14
所示。
图2-3-14 CD74HC164EX实物图
该集成电路的各引脚功能如下:①、②脚(A、B)为串行信号的输入端口,③、④、⑤、⑥、⑩、11、12、13脚分别为a、b、C、d、e、f、g七段数码信号及点号输出端口,⑦脚接电源的负极,14脚接电源正极,⑧脚为时钟端(CLK),⑨脚为清零端(CLR)。
在电磁炉中,HEF164通常采用+5V电源供电,其损坏的概率很小。如果电磁炉的控制面板上出现指示灯全亮、全灭,或者出现指示灯乱闪、缺笔画等现象时,可能是该集成电路出了故障,也可能是信号引线松脱、折断或者是单片机的输出接口故障。如果该集成电路出现短路故障,使+5V电源不正常,可能造成电磁炉通电无反应的故障,但出现该故障的概率
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很小。在实际维修中曾偶尔遇到过这样的故障。
当怀疑HEF164发生故障时,一般可以用代换法来判断。
2.3.7开关电源集成电路——VIPer12A、FSD200、THX201、THX202H
为了减小体积,降低电磁炉的生产成本,目前电磁炉中的直流电源大多数都采用体积轻巧、价格低廉的集成电路式开关电源。
电磁炉经常用到的开关电源集成电路有VIPer12A、FSD200、THX201、THX202H等,本节就对这几种开关集成电路的性能、特点及在电磁炉中的典型应用电路作简单介绍。 1.VIPer12A
VIPer12A是ST公司生产的新型中小功率单片智能电
源集成电路,内含脉宽调制控制器电路,过流、过压、过
热保护电路以及耐高电压的MOSFET(Metal Oxide
Semiconductor Field Effective Transistor,金属氧化物半导体
场效应晶体管)功率开关管。用它组成的开关电源具有市
电输入电压范围宽、转换效率高以及外围元器件少等优点。
该集成电路为8脚双列直插式封装,其实物见图2-3-15。
图2-3-16是尚朋堂SR-CH2008W电磁炉的直流电路原图2-3-15 VIPer12A实物图理图(电脑小板),该电路即采用了VIPer12A
。
图2-3-16 尚朋堂SR-CH2008W直流电路图
2.FSD200
FSD200是美国仙童半导体公司(FAIRCHILD SEMICONDuCTOR)生产的小功率开关电源芯片。该集成电源芯片通常应用在手机充电器、MP3
充电器中,以及作为电脑、监视器
等的辅助电源。
FSD200采用7脚直插式封装,其实物如图2-3-17所示;
图2-3-18为该集成电路的内部原理框图。
FSD200的各引脚功能分别是:①、②、③脚(GND)
接电源的负极(地);④脚(Vfb)为内部脉宽调制电压比
较器的反相输入端,该端的正常工作电压一般在0.5~
2.5V。⑤脚(Vcc)为集成电路的电源正极;⑦脚(Dra)
图2-3-17 FSD200实物图为集成电路内部的场效应晶体管的漏极,该脚通过开关电
源变压器接至+300V电源;⑧脚(Vstr)
为启动引脚,直
300V电源。
第 12 页,共 29 页 接接+
图2-3-18 FSD200内部框图
图2-3-19为奔腾PC19N-C电磁炉低压电源电路原理图,该电路即采用FSD200
。
图2-3-19奔腾PC19N-C电磁炉低压电源电路原理图
3.THX201
THX201是开关电源控制器集成电路,它采用双极工艺制造,
有防过载、防饱和功能。该集成电路能满足更高绿色环保标准的
关电源的要求,广泛适用于需要经济型开关电源的设备,如电磁
VD、机顶盒、传真机、打印机、LCD显示器等。图2-3-20集成电路
THX201采用8脚双列直插式封装,其实物图如图2-3-20所示
。THX201
实物图
第 13 页,共 29 页 具开炉、D
图2-3-21
是该集成电路的内部结构框图。
图2-3-21 THX201内部结构框图
THX201的各引脚功能分别是:①脚(CT)是振荡器C的输入端;②脚(VR)是2.5V基准参考电压输出端;③脚(FB)是反馈端;④脚(GND)是电源的地端(负极);⑤脚(IS)是功率晶体管的电流输入端;⑥脚(OE)是功率晶体管的发射极驱动输出端,也是启动电流的输入端;⑦脚(OB)是功率晶体管的基极驱动输出端,又是启动电流的控制端;⑧脚(VCC)是电源的正端(正极)。
THX201的工作原理如下。
接通电源后,THX201首先进入启动阶段。在此阶段,②脚VR无2.5V参考电压输出;③脚FB的反馈端的上拉电流源关闭;⑥脚OE由功率晶体管输入启动电流到⑧脚VCC端;⑦脚OB控制功率晶体管的基极电流,限制功率晶体管的集电极电流(即THX201启动接受电流),从而保证功率晶体管的安全;当⑧脚VCC端电压上升到8.8V时,启动阶段结束,THX201进入正常工作阶段。
在正常工作阶段,THX201的⑧脚VCC端的电压应保持在4.75~9.8V,②脚VR端输出2.5V基准电压;③脚FB端的上拉电流源开启;振荡器OSC1决定最大占空比,输出OSC2脉冲试图触发电源进入开周期及屏蔽功率晶体管开启电流尖峰;若反馈电压小于1.8V(在1.2~1.8V),反馈电压越小,其振荡周期越宽,直到振荡器停振(正是这个特性降低了开关电源的待机功耗)。如果外围的反馈试图使⑧脚VCC端电压大于9.8V,则内部电路反馈到其③脚FB端,从而使VCC端电压稳压在9.8V(利用此特性,可以不采用外围反馈电路,由内电路稳定输出电压,但稳压精度较低)。在开周期,⑦脚OB为功率管提供基极电流,⑥脚OE下拉功率管的发射极到⑤脚IS,而且OB采用斜坡电流驱动(指OB开电流是IS端电压的函数,当IS为0V时,OB开电流约为40mA,然后OB开电流随IS端电压线性增加;当IS端电压增加到0.6V时,OB开电流约为120mA。此特性有效地利用了OB的输出电流,降低了THX201的功耗),如果IS端检测到FB指定电流,则进入关周期。在关周期时,⑦脚OB下拉,功率管不会立即关断,⑥脚OE被钳位在1.5V(功率晶体管关断后基极反向偏置,提高了功率晶体管的耐压值);在开或者关周期,如果检测到功率管超过上限电流值,则上限电流触发器优先置位,从而强制
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③脚FB端电压下降,使得占空比变小,从而保护功率晶体管和电源变压器。在下一个关周期开始沿,或者FB端电压小于1.8V时,上限电流触发器复位。另外,THX201内置有热保护,在内部温度高于140℃后,调宽振荡器的周期,使THX201的内部温度不超过150℃。同时,内置的斜坡补偿电路使THX201在大占空比或者连续电流模式时使其能稳定开/关周期。
⑧脚VCC的电压下降至4.4V左右时,振荡器自动关闭,OSC1、OSC2为低电平,电源保持在关周期。当VCC继续下降到3.8V左右时,THX201重新进入启动阶段。
图2-3-22为长城IH-18电磁炉低压开关电源电路原理图,该电路即采用了THX201
。
图2-3-22长城IH-18电磁炉低压开关电源电路原理图
4.THX202H
THX202H是南京通华芯微电子有限公司生产的高性能电流模式PWM开关电源控制器。该电源控制器可工作于典型的反激式电路拓扑中,构成简洁的AC/DC转换器,是专为高性价比AC/DC转换器设计的,在85~265V的宽电压范围内,可以提供高达5W的连续输出功率。该集成电路内部的启动电路被设计成独特的电流吸入方式,可利用功率开关管本身的放大作用完成启动,从而显著降低了启动电阻的功率消耗;而在输出功率较小时,该集成电路能自动降低工作频率,从而实现了极低的待机功耗。在功率晶体管截止时,内部电路将功率晶体管反向偏置,直接利用IGBT的高耐压特性大幅度提高功率晶体管的耐压能力,其耐压可高达700V。另外,该集成电路的内部还提供了完善的防过载、防饱和功能,可实时防范过载、变压器饱和、输出短路等异常状况,提高了电源的可
靠性。正是该集成电路具有上述诸多优点,使得其在电磁
炉、微波炉等电器中能作为绿色节能型电源。另外,该集
成电路还应用在适配器(例如,旅行充电器、外置电源盒
等)中。
THX202H为8脚双列直插式封装,其实物外形如图
2-3-23所示,其内部框图如图2-3-24所示。
THX202H的各引脚功能如下:①脚(OB)是功率管
的基极,是启动电流的输入端,外接启动电阻;②脚(CT
)
是振荡电容引脚,外接定时电容;③脚(GND)为接地脚, 图2-3-23 THX202H实物图也是电源的负极;④脚(FB)是反馈脚;⑤脚(VCC)是供电脚;⑥脚(OE)应用中悬空;⑦、⑧脚(OC)是输出脚,接开关变压器。
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图2-3-24 THX202H内部框图
THX202H的工作原理如下。
接通电源后,THX202H首先进入启动阶段。在此阶段,内部VR端无2.5V参考电压输出;④脚FB反馈端的上拉电流源关闭;⑥脚OE由功率晶体管输入启动电流到⑤脚VCC端;①脚OB控制功率晶体管的基极电流,限制功率晶体管的集电极电流(即THX202H启动接受电流),从而保证功率晶体管的安全;当⑤脚VCC端电压上升到8.8V时,启动阶段结束,THX202H进入正常工作阶段。
在正常工作阶段,THX202H的⑤脚VCC端的电压应保持在4.8~9.0V,内部VR端输出2.5V基准电压;④脚FB端的上拉电流源开启;振荡器OSC1决定最大占空比,输出OSC2试图触发电源进入开周期及屏蔽功率管开启电流尖峰;如果反馈电压小于1.8V(在1.2~1.8V),振荡周期将随之增加,反馈电压越小,其振荡周期越宽,直到振荡器停振(正是这个特性降低了开关电源的待机功耗)。如果外围的反馈试图使⑤脚VCC电压大于10V,则内部电路反馈到其④脚FB端,从而使VCC端电压稳压在9.8V(利用此特性,可以不采用外围反馈电路,由内电路稳定输出电压,但稳压精度较低)。在开周期,①脚OB为功率管提供基极电流,⑥脚OE下拉功率晶体管的发射极到IS,而且OB采用斜坡电流驱动(指OB开电流是IS端电压的函数,当IS端电压为0V时,OB开电流约为24mA,然后OB开电流随IS端电压线性增加;当IS端电压增加到 0.6V时,OB开电流约为40mA。此特性有效地利用了OB的输出电流,降低了THX202H的功耗),如果IS端检测到FB指定电流,则进入关周期。在关周期时,①脚OB下拉,功率管不会立即关断,但⑥脚OE被钳位在1.5V(功率晶体管关断后基极反向偏置,提高了功率晶体管的耐压值);在开或者关周期,如果检测到功率晶体管超过上限电流值,则上限电流触发器优先置位,强制④脚FB电压下降,使得占空比变小,从而保护功率晶体管和电源变压器。在下一个关周期开始沿,或者反馈电压小于1.8V时,上限电流触发器复位。另外,THX202H内置有热保护,在内部温度高于125℃后,调宽振荡器的周期,使THX202H的内部温度不超过135℃。同时,内置的斜坡补偿电路使THX202H在大占空比或者连续电流模式时能稳定开/关周期。
⑤脚VCC的电压下降至4.2V左右时,振荡器自动关闭,OSC1、OSC2
为低电平,
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电源保持在关周期。当VCC端电压继续下降到3.6V左右时,THX202H重新进入启动阶段。
图2-3-25是THX202H在苏泊尔C21S07
电磁炉直流电源中的应用电路原理图。 图2-3-25 THX202H在苏泊尔C21S07电磁炉直流电源中的应用电路原理图
上面介绍的4种开关电源集成电路是电磁炉中比较常见的开机芯片,尤其是VIPer12AHX202H在很多品牌电磁炉中均有应用,也最为常见。
2.3.8三端可调基准稳压集成电路——TL431
TL431是美国德州仪器公司(TI)生产的一种具有良好热稳定性的三端可调分流基准源。的输出电压用两个电阻就可以设置为Vref(2.5V)~36V范围内的任意值。该器件的典型
.2Ω,在很多应用中可以用它代替齐纳二极管,例如,数字电压表、运放电路、
图2-3-26(a)是TL431的实物图,图2-3-26(b)所示是TL431的电路符号。
在电磁炉的低压直流电源电路中,给单片机供电的+5V电源比较精密,经常用TL431作 图2-3-27是TL431的功能模块结构示意图。从图2-3-27中可以看到,VI是一个内部的.5V基准源,接在运放的反相输入端。由运放的特性可知,只有当R端(电压比较器的同相入端)的电压非常接近2.5V时,三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过,而且随着R
图2-3-26 TL43 1
的实物图和电路符号图2-3-27 TL431
的功能模块结构示意图
第 17 页,共 29 页 和T 它动态阻抗为0可调直流稳压电源及开关电源。 基准稳压源,然后通过调整三极管稳压后获得。 2输端的电压的微小变化,通过三极管的电流也会跟着成倍地连续变化。
TL431用在电磁炉的直流低压电源中,损坏的概率很小。
2.3.9 三端稳压电源调整器——78L05
78L05是三端稳压电源调整器,它能被用作齐纳二极管/电阻器的组合替换。该集成电路具有两个数量级的有效的质量改善阻抗,静态电流很低,这些特性使得该稳压集成电路能够很好地解决噪声干扰问题。图2-3-28(a)和图2-3-28(b)所示是78L05的实物图和
电路符号。
(a)78L05实物图 (b)78L05电路符号
图2-3-28 78L05的实物图和电路符号
78L05的输出电流可以达到150mA,输出电压为5V,输出稳压精度可以达到±4%,静电防护ESD也可以达到2.7kV。因此,该集成电路在网络产品、DVD-ROM、CD-ROM、声卡、计算机主板及线性稳压电源、控制器等众多领域得到广泛应用。
在电磁炉中,如果采用78L05集成电路产生+5V电源,当该集成电路损坏后,电磁炉就会出现通电无反应的故障。另外,在有的电磁炉中,如果该集成电路损坏,可能出现通电后风扇电机一直运转的故障。
2.4 电容器
电磁炉属于家用厨房电器,不仅工作频率高,而且工作电流也较大。为了保证电磁炉能够稳定、可靠地工作,电磁炉桥式整流器的前后级分别接有滤波电容。一般而言,接在交流电源输入端也就是桥式整流器前级的滤波电容称为抗干扰电容;另外,还有必不可少的高频谐振电容。这些电容不同于一般家用电器中的抗干扰电容及高频谐振电容。电磁炉中的电容要求性能稳定,无电感且自愈能力强。本节就针对电磁炉中的电容的特殊性作简单介绍。 2.4.1抗干扰滤波电容
电磁炉在正常工作时,由于它的工作频率比较高,因此不仅会对内部电路产生干扰,而且对电源电网也会造成一定的干扰;同时,外部电源中的高频谐波脉冲也会对电磁炉正常工作造成不利影响。因此,电磁炉中必须设置电磁干扰抑制电路,即通常所说的EMI(Electro-Magnetic Interference)抑制电路。
电磁炉中的电磁干扰抑制电路设有两级,即分别在桥式整流器之前和之后各设置一级;抑制电路采用传统的电路结构形式,即感容(LC)滤波抑制电路形式。图2-4-1为典型的电磁炉EMI
抑制电路原理图。其中,抗干扰电容及滤波电容比较特殊,它要求具有自恢复性能
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高的无感电容器。能够满足电磁炉中对电容特殊要求的、也是最常用的电容是MKP系列电容。MKP电容是聚丙烯电容,它属于专用电容器,主要用于电子、电器设备中的电源部分,作为抑制噪声的元件。这种电容又分为有金属化介质和无金属化介质两种。其中,金属化介质的聚丙烯电容具有“自愈”功能及抗击穿能力强、无感、高频特性好、稳定性好等优点,并且该电容多数采用塑料防腐外壳用环氧灌装,体积小,绝缘性能好。因此,在电磁炉中,MKP电容得到普遍应用。图2-4-2是MKP
系列电容的实物图。
图2-4-1典型的电磁炉EMI
抑制电路原理图
图2-4-2 MKP系列电容的实物图
在桥式整流器之前,也就是市电输入端的滤波电容的容量一般选取为2uF(在尚朋堂早期16系列等电磁炉中采用5uF),耐压为275V。在桥式整流器之后的滤波电容的容量一般选取大于4uF,耐压为400V。
当该电容性能变劣或失容时,电磁炉会出现大挡不工作或者高压保护现象,甚至可能使IGBT因过热而损坏。在苏泊尔系列电磁炉中,如C19S01等系列电磁炉中,当该电容失容时,就会出现故障代码E1,该代码表示不检测锅具,即无锅具或者锅具选择不正确。在美的部分电磁炉中则会出现故障代码E07,表示电源电压低的故障。
另外,当IGBT在截止期间,加热线圈盘中的自感电压经IGBT内部附带的快恢复阻尼二极管、直流滤波电容、电源负极形成放电的回路,即桥式整流器后级的电源滤波电容,不仅起到电源滤波的作用,同时还使加热线圈盘中的自感电势形成放电的回路。因此,有的电磁炉中的后级滤波电容性能变异后,会出现高压保护故障代码。
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2.4.2高频谐振电容
电磁炉正常工作时,加热线圈盘与并联的谐振电容产生15~30kHz的高频交变电流,如图2-4-3所示。图2-4-3中,与加热线圈盘并联的电容C3被称为高频谐振电容,也称共振电容,该电容工作在高频率大电流状态。
在电磁炉中,加热线圈盘与高频谐振电容的谐振频率是设计电磁炉电路及选择元器件的重要依据之一。因此,电磁炉的高频谐振电容是电磁炉中影响其工作稳定性的一种关键元件。该电容除了要求具有较高的自恢复性能外,还要求具有耐高电压的性能。电磁炉中高频谐振电容所选用的型号都是MKP系列的电容。图2-4-4是电磁炉中常用到的高频谐振
电容的实物图。
图2-4-3
高频振荡电路图2-4-4高频谐振电容的实物图
电磁炉中常用到的高频谐振电容的规格有0.2uF、0.24uF、0.27uF、0.30uF及0.33uF等几种,其额定工作电压(即最高耐压)一般都是直流1200V/交流800V。如果该电容性能变劣或者失容,常会引起IGBT、桥式整流器因过流而损坏,同时伴有交流输入电源保险丝熔断等现象。
由电学知识可知,由于高频交变电流频率(f)是由加热线圈盘的电感量(L)和高频谐振电容的容量(C)决定的,因此高频谐振电容的容量选择非常重要。同时,当高频谐振电容性能不良时,就有可能出现电磁炉工作电流不稳定、过压保护等现象。
2.5 压敏电阻
为了防止电磁炉误接380V电源,或者电网发生故障导致市电220V电压异常升高,以及
GBT、桥式整流器等,在电源输入端,保险丝的后
-5-1是压敏电阻的实物图。
压敏电阻通俗地说就是“电阻值对电压敏感”的电阻器,它的英文名称作“Voltageependent Resistor”,简写为VDR。压敏电阻按其用途来命名,在有些地方又称为“突波吸
浪涌)抑制器(吸收器)”。压敏电阻的电阻体材料是半导体,因此它是半
-5-1所示为SJ 1152-82部颁标准中对压敏电阻器型号命名的各
第 20 页,共 29 页 电网尖峰脉冲电压损坏电磁炉功率器件I级并联压敏电阻以吸收尖峰过压。图2 D收器”、“电冲击(导体电阻器的一个品种。表2部分含义。
图2-5-1 压敏电阻的实物图
表2-5-1 对压敏电阻器型号命名的各部分含
义
例如,压敏电阻MY31-270/3表示耐压为270V、通流容量为3kA的普通压敏电阻器,其中31为序号。
一般情况下,压敏电阻的耐压可以通过下面的公式确定:
UMY=K1×K2×K3×U
其中,UMY——压敏电压;U——电路直流工作电压(交流时为有效值);K1——电源电压波动系数,一般取1.2;K2——压敏电阻误差,一般取0.85;K3——老化系数,一般取0.9。在交流状态下应将有效值变为峰值,即扩大1.41倍。实际应用中可参考此公式通过实验来确定压敏电压值。
电磁炉一般选用MY10D431或MY10D561压敏电阻(也有的标注为TVR14391、TVR10431等)。压敏电阻损坏时,一般都会炸裂,并伴有保险丝熔断。
2.6 温度传感器——NTC热敏电阻
为了防止功率器件及电磁炉整机工作温度过高,电磁炉都通过采用热敏电阻作为传感器进行过热保护。电磁炉一般采用负温度系数热敏电阻,即NTC热敏电阻进行温度过高保护。NTC热敏电阻是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料,采用陶瓷工艺制造而成的。这些氧化物材料都具有半导体性质,因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时,这些氧化物材料的载流子(电子空穴对)数目少,所以其电阻值高;随着温度的升高,载流子数目增加,所以电阻值降低。
NTC热敏电阻的种类繁多,形状各异。表2-6-1给出了负温度系数热敏电阻的命名标准,其中M表示敏感元器件,F表示负温度系数热敏电阻器。有些生产厂家的产品在序号之后又增加了一个数字,如MF3-1,这个“-1”也属于序号,通常叫“派生序号”。
表2-6-1 负温度系数热敏电阻的命名标
准
电磁炉中的NTC热敏电阻一般是选用常温下阻值为100KΩ的热敏电阻,也有的电磁炉中选用常温下电阻值为10KΩ的热敏电阻。
NTC热敏电阻的特点是:温度升高时,电阻值减小;当温度降低时,电阻值增大。 NTC热敏电阻的外形和二极管1N4148很相
似,图2-6-1是NTC热敏电阻的实物图。
NTC热敏电阻的好坏可以用万用表来测量,
具体测量方法是:将万用表拨到欧姆挡位(视标称
电阻值确定),用鳄鱼夹代替表笔分别夹住热敏电
阻器的两脚,记下此时的电阻值;用手捏住热敏电
阻器,观察万用表,会看到随着温度的慢慢升高,
图2-6-1 NTC热敏电阻的实物图
万用表的指针会慢慢向右移,这表明电阻值在慢慢
减小,当减小至一定数值时,指针会停下来。如果环境温度接近体温,则可以改用以下的方法:将烧热的电烙铁慢慢靠近热敏电阻,也会看到万用表的表针慢慢向右移动。通过上述方法就可以判断NTC热敏电阻的好坏。
当NTC热敏电阻出现变值或性能降低时,电磁炉会出现断续加热,甚至不能正常工作
等现象。
2.7 散热风扇
由于电磁炉在正常工作时,其内部的功率IGBT和桥式整流器要散发出大量的热量,同时,电磁炉台面的锅具也要通过面板向内部传递热量,为了保证电磁炉及其内部功率器件能够正常、稳定、长期、可靠地运行,所以电磁炉要采取一定的降温措施。
风扇是电磁炉中对功率晶体管及加热线盘圈等部件进行散热的最常用部件,一般风扇电机均为直流电机,额定工作电压常见的有18V、15V和12V三种;风扇叶的规格有80mmx80mm、90mmx90mm及120mmx120mm三种。图2-7-1
是无刷直流风扇电机的实物图。
图2-7-1 无刷直流风扇电机的实物图
早期的电磁炉采用220V交流罩极式风扇电机,这种电机不仅体积大,而且其噪音也很大,使用时间不久就被淘汰了。后来的风扇电机采用低压直流电机,这种低压直流电机为传统的有刷式永磁电机,其缺点是寿命较短,运行一段时间后,换向碳刷磨损严重,极易因碳刷接触不良而产生火花,导致电机工作异常、不转,甚至于会对电磁炉正常工作产生干扰,使电磁炉出现一些奇特疑难故障,同时还会对电磁炉的工作稳定性造成一定影响。现在的电磁炉中普遍采用无刷电机,其电路原理如图2-7-2所示。这种电机摒弃了传统的碳刷换向方式,由磁敏霍尔集成电路控制换向,即电子式换向。无刷电机的优点是因其结构中没有碳刷,
因此不存在磨损情况,同时其结构也变得较为简单,工作可靠,寿命也长。
图2-7-2
无刷风扇电机电路原理图
风扇电机工作不正常时电磁炉内部就会散热不畅,经相关热敏传感元器件检测后,将温度异常信号传递至单片机,单片机根据此异常的温度信号,发出关机保护指令;当电磁炉内温度下降至一定值时,单片机又发出正常工作信号。因此,当电磁炉内的热量不能及时散出时会导致电磁炉出现断续加热的现象。
另外,有的电磁炉设置有风扇电机运行检测取样电路,当风扇电机不能正常运转或者工作不正常时,风扇电机检测电路发出风扇电机运行异常信号至单片机,单片机根据此异常信号输出停机指令,整机不工作,从而保护了其他元器件。奔腾、苏泊尔部分型号及易厨等电磁炉中就设置有风扇电机工作异常检测功能电路。在尚朋堂电磁炉中,曾经出现风扇电机能正常运行,但因性能变劣导致不加热,之后将电磁炉接入维修专用电源插座(电源中串联灯泡),开机后灯泡也不跳变的故障。
如果风扇电机在运转时噪音较大,应先检查电机是否缺油。如果是风扇电机缺油,可以从注油孔处加入适量的润滑油;如果风扇电机损坏,要及时用相同工作电压和风叶直径的风扇代换;如果一时没有相同型号的风扇电机代换,在安装位置许可的情况下,也可以换用录音机中的电机代用。
2.8 电磁炉的大脑——单片机
现在的电磁炉功能越来越多,越来越智能化,保护措施也越来越全面,这些功能的实现都归功于电磁炉的大脑——单片机,人们通常也将其称为CPU。
所谓单片机,就是在通用中央处理器的基础上,将输入/输出(I/O)接口电路、时钟发生电路及一定容量的存储器集成在同一芯片上,加上必要的外围元器件,如晶体振荡器等,就构成了一个较为完整的运算、处理、控制系统。由于该系统的基本单元部件全部集成在同一个芯片内,因此称为单片微控制器(Single Chip Micro Controller),简称单片机,又被称为微控制单元(Micro Controller Unit),简称MCU。
单片机是电磁炉的大脑中枢,电磁炉的各功能、保护电路皆由此控制。由于电磁炉的输入、输出控制并不多,电磁炉在正常工作时的数据交换量也比较少,因此,电磁炉常采用8位单片机系统,而且无需外挂存储器,外接的时钟频率多为4MHz、8HMz两种。
目前各品牌电磁炉所使用的单片机型号各不相同,常见的有GMS87C1202、GMS1204、HT46R47等。
在尚朋堂各系列的电磁炉中,最常采用的型号为HT46R47的单片机。HT46R47是豪泰(Holtek)公司设计生产的新一代8位sensor型微控制器,具有2KB OTP程序内存。该微控制器内嵌A/D变换器及PWM D/A变换器,在电路设计时能够省略A/D及PWM D/A组件,从而使产品生产过程更为简单,质量更为可靠。另外,HT46R47的PWM D/A采用高频设计,其优点是可以降低系统电力输出级的电感线圈的尺寸和重量,并提升电力运用效率。A/D变换器共有4个通道,其分辨率为9bit,通道选择及A/D选项均采用软件方式控制,设计、使用起来非常方便。因此,HT46R47在交换式电源供应器、电磁炉、电热毯、电饭锅等小型控制系统及小家电产品中得到广泛应用。
由于单片机工作电压低,故一般不易损坏。但也有的因外围电路元器件损坏或者维修人员操作不慎,使高压电源串入单片机电路,从而损坏单片机。一般而言,单片机损坏后必须换用原厂原型号单片机,市场上所销售的,即使是相同的型号也不可使用。因为单片机在使用之前,各电磁炉生产厂家根据需要,在单片机内输入了不同的应用程序。即使是相同型号
的单片机,各生产厂家也可以让同一引脚输出不同的电压信号,即同一引脚可以具有不同的功能。而市场上销售的单片机,其内部未写入应用程序,即是裸片,所以不能随便代用。对熟悉单片机各引脚功能电路的,也可以用引脚输出功能相同或相近的单片机代用,但比较麻烦,所以代用时也要慎重,以免把故障范围扩大,损坏其他元器件,甚至造成不可挽回的损失。
2.9贴片元器件
为了简化电路设计,缩小电路板的尺寸,各品牌新款电磁炉均大量使用贴片电阻、电容、三极管及集成电路元器件。由于贴片元器件的体积小,其参数不可能按照常规标注方法进行标注,而是采用代号(代码)来对其参数进行标注,以便于选购、维修时认别。
作者总结电磁炉多例实际故障维修经验时发现,由于电磁炉所使用的贴片元器件体积小,消耗功率低,因此电磁炉中的贴片电阻易出现开路现象;贴片电容,尤其是无极性小容量的瓷片电容出现漏电的情况较多;贴片三极管易出现击穿现象。另外,电磁炉中的贴片元器件较易出现虚焊、开路等情况。为了使读者对贴片元器件有所了解,本节分别对贴片电容、贴片电阻及贴片三极管的型号含义作简单介绍。
2.9.1 贴片电容的命名方式和型号含义
贴片电容分为片状涤纶电容和片状电解电容两类,它们的标注方法分别介绍如下。
1.贴片陶瓷电容和贴片涤沦电容的标注方法
①一个字母和一个数字构成的二位代码表示法。在这种标注法中,前面的字母代表电容容量的有效数字,后面的数字表示有效数字的后面应该乘以10的多少次方,算出的单位为pF。字母与有效数字的对应关系见表2-9-1。
表2-9-1 贴片电容字母与有效数字的对应关
系
例如,某电容上的标注为F4,通过查表可知该电容的容量为1.6×104pF=16000pF=6nF=0.016uF;某电容器上标注为Y6,通过查表可知该电容的容量为8.2×106pF=8 200 000pF=200nF=8.2uF。
②三位数字表示法。这种标注方法的前两位表示有效数字,后一位表示有效数字后面
”的个数,其单位也是pF;如果有小数点,则用P表示。例如,100表示该电容的容量为0pF,而不是100pF;682表示该电容的容量为6800pF;4p7表示该电容的容量为4.7pF。
2.贴片电解电容的表示方法(在电磁炉中很少用到贴片电解电容)
①容量、耐压直接标注法。字母“V”前面的数字表示容量,单位为uF,“V”后面的
18 “01
数字表示为耐压值。比如,10V10表示该电容的容量是10uF,耐压是10V;再比如,47V16表示该电容的容量是47uF,耐压是16V。
②一个字母和三个数字表示法。前面的字母表示电容的耐压,后面的数字前两位表示电容的有效数字,最后面的一位数字表示有效数字后面应该加“0”的个数,单位为pF,比如V476表示该电容的耐压为35V,容量为47 000 000pF=47uF;再比如,F105表示该电容的容量是1uF,耐压是25V。
③容量、字母分开表示法。这种方法用两排数字表示。上方的一排三位数字表示容量(前两位表示有效数字,后一位表示在有效数字的后面应该加“0”的个数),单位为pF;下面一排数字表示耐压值,单位是V。
注:电磁炉上用到的贴片瓷片电容一般不标注型号、代码。
2.9.2贴片电阻的命名方式和型号含义
贴片电阻的标注方法大致有3种情况。
①两位数字后面加一个字母表示法。这种标注方法的前面两位数字表示电阻值的有效数值,后面的字母表示有效数字的后面应该乘以10的多少次方,单位是Ω。其标识的意义分别见表2-9-2和表2-9-3。
表2-9-2
数字标识的意义
表2-9-3
字母标识的意义
例如,在尚朋堂电磁炉的加热线圈盘温度检测NTC热敏电阻上通常并联一只贴片电阻70D,通过对照表2-9-2和表2-9-3可以查得该电阻的阻值为523x103=523KΩ;再比如电阻02C,其表示的电阻值为102x102=10.2KΩ。
②三位数字表示法。这种表示方法的前面的两位数字表示电阻值的有效数值,后面的字母表示有效数值的后面应该乘以10的多少次方,单位是Ω。当电阻值小于10Ω时,代码中用R表示电阻值小数点的位置。这种表示方法通常用在电阻值的误差为±5%的电阻系列(E48分挡标准)中。比如,220表示该电阻的阻值是22Ω,而不是220Ω;221表示该电阻的阻值是220Ω;474表示该电阻的阻值是470 000Ω,即470KΩ;105表示该电阻的阻值是1 000 000Ω,即1MΩ;5R6表示该电阻的阻值是5.6Ω。
③四位数字表示法。这种表示方法的前三位数字代表电阻值的有效数字,第4位数字表示在有效数字的后面应该加“0”的个数,单位也是Ω。当电阻值小于10Ω时,代码中仍然用R表示电阻值小数点的位置。这种表示方法通常用在电阻值误差为±1%的精密电阻系列(E96分挡标准)中。例如,某电阻标注为0100表示该电阻的阻值为10Ω,而不是100Ω;1000表示该电阻的阻值是100Ω;4992表示该电阻的阻值是49 900Ω,即49.9KΩ;1473表示该电阻的阻值是147 000Ω,即147KΩ;0R47则表示0.47Ω。
2.9.3贴片三极管的命名方式和型号含义
目前,对于贴片三极管的命名方法还没有统一(就笔者所知),各贴片三极管的命名方法都不尽相同。本书收集了部分在电磁炉中经常用到的、型号标注方法相同或者相近的贴片三极管的符号、型号及部分参数对照表,该部分内容详见本书附录D的内容。
2.10陶瓷面板
电磁炉的台面是一块特殊的陶瓷板。图2-10-1是陶瓷面板的实物图。陶瓷面板的形状可
根据电磁炉款式的不同,制成圆形和方形等几种;其颜色最常见的有白色和黑色。
图2-10-1 陶瓷面板的实物图
陶瓷面板是微晶陶瓷面板的简称。陶瓷面板的主要作用是承载加热锅具。制作陶瓷面板时,先在玻璃溶剂中加入晶核剂熔压,再经过特殊的热处理使玻璃晶化成形。
陶瓷面板的性能远高于普通陶瓷板,它既有比较好的机械强度,能完全承受锅具和食物的重量,又具有一定的抗热冲击强度,同时它还能经受温度的剧烈变化。另外,陶瓷面板的绝缘性能和抗腐蚀性能非常好,使用中不会有任何元素析出,安全卫生。
由于陶瓷面板的材料特殊、生产工艺复杂,所以陶瓷面板的生产成本较高。因此,在使用或者维修过程中,应注意保护陶瓷面板,防止损坏。在实际使用中,锅具空烧会引起陶瓷面板变黄,长时间空烧还可能引起陶瓷面板破裂。陶瓷面板变黄,虽然不影响其正常使用,但为了卫生、美观,可以用日常使用的牙膏等清洁剂将黄斑擦去。如果陶瓷面板出现破裂,虽然电磁炉仍可以正常工作,但陶瓷面板的承重能力将大为降低;同时,平时在使用时,油、水就很容易漏进电磁炉的内部,造成电路损坏。因此,当陶瓷面板出现破裂时,应及时将其换新,以免造成不必要的损失。
在早期生产的电磁炉中,陶瓷面板都采用进口的材料,而近年来生产的电磁炉,尤其是比较低档的电磁炉中,其所采用的陶瓷面板已经全部国产化。国产的陶瓷面板还分为A、B、C三个级别,其中A、B类用在中、高档的电磁炉上。
2.11加热线圈盘
加热线圈盘又称加热盘或者称加热线圈,是电磁炉中的一个重要部件,由于其外形呈圆盘状,故又常称其为发热盘。加热线圈盘不是发热源,而是高频谐振回路中的一个电感,所以又称为高频谐振线圈,外形如图2-11-1
所示。
图2-11-1 加热线圈盘实物图
加热线圈盘是由多股漆包铜线由内到外呈圆盘状缠绕在绝缘胶架上的。电磁炉的功率不 另外需要说明的是,在所有品牌的电磁炉中,其加热线圈盘的底部都附加有一组磁条,
-11-2所示。加装磁条的作用有两个:第一个作用是会聚磁力线,让磁力线顺利通过,
同,加热线圈盘的直径也不同,一般情况下,输出功率大的电磁炉,其加热线圈盘的直径就大,漆包铜线的缠绕匝数就多;输出功率小的电磁炉,其加热线圈盘的直径就相对较小,漆包铜线的匝数就相对较少。 如图2
形成回路,以便提高电磁炉的工作效率;第二个作用是起抗干扰作用。由于电磁炉在正常工作时,在加热线圈盘中产生高频磁场,该高频磁场肯定会对电路板的电子元器件正常工作产生影响,为了降低该高频磁场对电路中元器件的影响,利用磁条的导磁特性,使磁力线大部
分通过磁条形成回路,从而使磁力线对电路元器件的干扰降至最低。
图2-11-2加热线圈盘底部的磁条