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2、電路模塊分析
LC振蕩電路:
元件組成:諧振電容C5,線圈盤L,IGBT。LC振蕩電路是整個電路的核心部分,是電能轉換成為電磁能的實現部分。其中L是指接在OUT1和OUT2之間的線圈盤,而C則為并在L之間的電容C5。電路通過IGBT的高頻開關(一般頻率在20K-30K)形成LC振蕩,從而在L上形成高頻變化的電流,變化的電流又使得L產生變化的電磁波。
以上波形圖是根據LC振蕩工作原理,繪制的示意圖:
T1-T2:IGBT控制極為高電平,IGBT飽和導通,電流I1從電源流過線盤L,電能轉換為磁能存儲在線盤上。
T2-T3:IGBT控制極為低電平,關斷IGBT,由于電感不允許電流突變,電流I2流向電容C5,能量轉移到C5,I2減到最小時,也就是線盤的能量全部放完時,VC達到最高。
T3-T4:電容開始通過線盤方向放電,所以此時I3為負向,電容的能量轉移線盤上,VC最低時,反向電流I3最大。
T4-T5:此時IGBT開通,但由于感抗的作用,不允許電流突變,負向電流I4繼續向電容C5充電直至為0。
所以,在一個高頻的周期里,T2~T3的I2是線盤磁能對電容C5的充電電流,T3~T4的I3逆程脈沖峰壓通過L1放電得電流,T4~T5得I4是線盤兩端的電動勢反向時形成的阻尼電流,因此,IGBT的導通電流實際是I1。
IGBT的電壓變化:在靜態時,VC為輸入電源經過整流濾波后得直流電源,T1~T2,IGBT飽和導通,VC接近地電位,T4~T5,VC為負壓,T2~T4,也就是LC自由震蕩得半個周期,VC上出現峰值電壓,在T3時VC達到最大值。
以上證明兩個問題:一是在高頻電流得一個周期中,只有I1是電源供給線盤能量的,所以I1的大小就決定加熱功率的大小,同時脈沖寬度越大,T1~T2的時間就越長,I1就越大,反之亦然,所以要調節加熱功率,只需要調節脈沖寬度;二是LC自由震蕩的半個周期是出現峰值電壓的時間亦是IGBT的截止時間,也是開關脈沖沒有到達的時間,這個時間關系是不能錯位的,如果峰值脈沖還沒有消失,而開關脈沖已提前到來,就會出現很大的瞬間電流導致IGBT燒壞,因此必須保證開關脈沖的前沿與峰值脈沖后沿同步。
同步及振蕩電路
元件組成:R3,R19,R17,R14,C8,R4,R5,R32,R37,R15,R14,R24,C9,C30,U1(20,19腳)電磁爐功率控制的核心電路,主要作用是從LC振蕩中取得同步信號(注1),根據同步信號振蕩產生鋸齒波,為IGBT提供前級驅動波形。此電路的輸入信號是線盤兩端(即CN3和CN4)的諧振波形,U1的3腳輸出控制IGBT前級的PWM信號。
如圖所示,其信號取自LC振蕩的電容C5兩端的分壓,一路經過R3、R19、R17、R14和C8得到相位電壓A點,送到單片機20腳;另一路經過R4,R5,R32,R37,R15,R16,R24得到相位電壓B點,送到單片機19腳。單片機得到兩者信號,并經過內部處理,從而得到可控制的同步PWM,并從U1的3腳輸出。
檢鍋檢鍋就是檢測電磁爐上是否有鍋,臺灣的廠家稱之為負載偵測,也就是把加熱的鍋具視為電磁爐的負載,是電磁爐電路的一部分。我們的檢鍋是脈沖法檢有鍋,就是通過內部信號處理可以檢測是否鍋具。
其檢測過程:開機后,進入功能后PWM(3腳)輸出微米級的高電平使IGBT驅動電路啟動LC振蕩,通過同步反饋網絡到單片機內部進行檢測來確定是否有鍋。
(注1)同步信號:IGBT在導通時,其C極電壓越低,IGBT內部的損耗越小,反之則損耗越大;當IGBT內部損耗過大,則IGBT內部發熱嚴重而導致燒壞。在理想狀態,C極電壓為零時開通IGBT,其內部損耗W=UcI=0,但實際上在電磁爐上電后,C極電壓不可能為0V,所以,只能取IGBTC極最低的電壓時開通IGBT,使IGBT的開關損耗最小。所以,同步信號就是IGBTC極電壓最低時的檢測信號,也就是最佳的IGBT開通時機。
IGBT高壓保護電路
元件組成:R4,R5,R32,R37,R15,R16,R18,U1(18腳)此部分主要是檢測IGBTC極電壓,保護IGBT在安全的電壓下工作。美的電磁爐采用的IGBT最高耐壓達1200V(如西門子IH20T120和仙童FGA25N120),但設計時一般都留有設計余量,此保護電路IGBT高壓動作的電壓是1100V峰值。即當IGBTC極的電壓超過1100V時,IC(18)腳得到的分壓電壓變高,經過內部檢測將3腳輸出的PWM寬度拉低,縮小IGBT驅動占空比,縮短IGBT導通時間,從而降低IGBTC極電壓,達到保護IGBT的目的。
在一定的條件下,IGBT的C極導通時間越長,電磁爐的功率越大,IGBT的C極就越高。目前我們采用的鍋具有304不銹鋼和430不銹鐵,304不銹鋼的磁阻非常大,430的磁阻小很多,所以,要達到相同的功率,304的驅動脈寬將遠小于430鍋具;使用430鍋具時,IGBT的C極承受的高壓遠大于使用304鍋具。所以,經常反映430鍋具的功率無法達到額定的功率2000W,而304卻輕易達到2500W甚至更高,就是與此電路保護有關。
如圖,IGBTC極電壓經過R4、R5、R32、R37、R15,R16,分壓后再經過R18到U118腳。在設計中或生產中,若要提高IGBT保護電壓而提高430的功率,可以減小R16。但不管如何,務必謹慎,確保IGBT的C極高壓不高于1100V,否則,提高了功率卻也提高了產品維修率。
PWM脈寬調控電路
元件組成:U1(3腳),C30。
脈寬調控電路是由CPU內部根據不同檔位單片機3腳并配合同步信號自動輸出PWM脈寬控制IGBT的占空比,從而影響功率的大小,PWM的占空比越大,IGBT驅動脈寬就越寬,則電磁爐的輸出功率就越大,反之越小。
“CPU通過控制PWM脈沖的寬與窄,控制送至振蕩電路的加熱控制電壓,控制IGBT導通時間的長短(脈沖寬度),結果控制了加熱功率的大小?!逼渲蠧30,C9,C8用于調相。
   IGBT驅動電路
元件組成:U1(3腳),Q1,Q2,Q3,R8,R9,R13,C10,R7振蕩電路產生的驅動信號電壓較低,基本在4~5V之間,不能驅動IGBT,所以,要將這電壓放大到18V以更好地驅動IGBT。
此電路分為兩部分:
⑴、由Q1、Q3組成的推挽電路,驅動波形通過由兩個三極管Q1、Q3組成的推挽電路,將輸出Vout電壓提高到18V。
⑵由Q2組成的IGBT使能控制電路。當Q2基極為高電平時,Q2導通,從而拉低Q3基極,Q3導通則IGBT驅動電路不工作,當Q2基極為低電平時IGBT啟動。
浪涌保護電路
元件組成: U1(1腳),D1,D2,R29,R1,R11,C2,C9 ,D4,R40電磁爐在使用過程中,如果電網電壓不穩,高壓脈沖(一般高于400V)沖擊電磁爐,造成電磁爐IGBT擊穿。浪涌保護電路就是為了防止此浪涌高壓對電磁爐的損壞而設計的。
浪涌電路的信號SURGE取樣于電網電壓整流后的信號,市電經過D1,D2整流后,經過R29,R1,R11分壓后,經過R40得到單片機U11腳取樣信號。當電源電壓正常時,U11腳為低電平(約0.8V),經過U1內部處理后不影響后級IGBT使能控制電路的Q2。當電源突然有浪涌電壓輸入時,造成U11腳電壓升高為高電平(約高于2.5V),經過IC內部檢測處理使3腳輸出高電平,這可以使后級IGBT使能控制電路的Q2截止,關斷IGBT,從而起到保護IGBT的作用。
電路中,R1、R11各并上電容主要提高抗干擾能力,避免浪涌保護誤動作,D4為嵌位作用,防止U11腳電壓超過5V,損壞U1。
電流檢測電路
元件組成:U1(16,17腳),RK1,R2,VR1,C3,C26,C27.
流過康銅絲兩端的電流,變換成電壓,此電壓經過R2,變阻器VR1輸入至單片機U1AD端口17腳。CPU根據檢測此電壓信號的變化來檢測電磁爐的輸入電流,從而自動做出各種動作:
1、檢到過鍋后,將會用1秒鐘的時間來檢測電流的變化,通過電流變化的差值確定鍋具的材質、大小尺寸
2、工作時,單片機時刻檢測電流的變化,根據檢測到的電壓及電流信號,自動調整PWM做功率恒定處理。
3、工作時,單片機時刻檢測電流的變化,當電流變化過大時,做無鍋具的判斷。
VR1是0歐到500歐姆的可調電阻,主要是通過此調節電阻來調整因為結構誤差引起的功率偏差,通過調節此電阻來改變電流檢測的基準,達到調節電磁爐輸出功率大小的目的。當VR1增大時,相應的電流檢測的電壓會提高。在輸入電流一定的情況下,輸出感應出來的電壓相應提高,那么電流檢測的AD值的會提高,根據軟件恒功的要求,功率會相對下降。
電壓檢測電路
元件組成:U1(10腳),D1,D2,R29,R26,R12,R10,.C14電壓信號取自電磁爐電源交流輸入,交流信號由D1、D2整流的脈動電流電壓通過R29、R26,R12與R10分壓、C14平滑后,得到信號送到單片機AD口,即VOLCU1(10腳)。
CPU根據檢測此電壓信號的變化來檢測電磁爐的輸入電壓,從而自動做出各種動作:
1、工作時,單片機時刻檢測電壓的變化,若電壓過高或過低時(一般250V~150V電壓為正常),單片機將會發出保護的指令,停止加熱,并顯示代碼;待電壓恢復正常后,電磁爐自動恢復繼續工作。
2、工作時,單片機時刻檢測電壓的變化,根據檢測到的電壓及電流信號,自動調整PWM做功率恒定處理。
電源供電電路
元件組成:
D1,D2,R33,D6,C19,U2,U3,R30,D7,D8,D11,DW2,C12,C13,C20,C21,C22,C23,C28,L2標準板的供電采用開關電源方式,此電源模塊將交流電壓轉換為VDD,18V和5V直流電。其中,VDD給風扇供電,18V電壓給IGBT驅動、。5V電壓用于單片機、顯示板、信號采樣提供基準等電路。
開關電源工作原理:~220V市電經過D1,D2整流后,經過D6,R33,送至Viper12中5、6、7、8腳。啟動Viper12芯片。
當viper12開通時,脈沖電壓經過變壓器初級線圈,C23整流成約18V左右的VDD電壓,一路經D7給Viper12芯片供電;另一路給風機,IGBT供電。此外VDD電壓經DW2穩壓管到Viper12反饋端FB。當電壓高于18V,Z90導通,則有反饋電流輸入Viper12反饋端,Viper12經過內部處理判定是否到達關斷電平。從而達到調整PWM目的。這也使VDD電壓處在18V左右,經過C23大電容濾波穩定在18V電平。
當viper12關斷時,變壓器4腳電壓經過D11整理形成約9V直流電壓。此電壓輸入7805IC后轉換成5V電壓個系統芯片供電。
D8是續流二極管,作用是Viper12關斷時,電流經過變壓器L2的2腳,負載,D8,變壓器L2的1腳.形成完整回路。
L7805是電壓調整IC,內置電流限制保護,熱保護功能。本板電路是將10V電壓轉換成5V電壓。
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