电磁炉的工作原理和电磁炉的电路图分析

电磁炉的工作原理和电路图分析（1）1.感应加热原理电磁炉是一种厨房用具，它利用电磁感应原理将电能转换成热能. 在炉灶内部，通过整流电路将50 / 60Hz交流电压转换为直流电压，然后通过控制电路将直流电压转换为频率为20-40KHz的高频电压. 流过线圈的高速变化电流将产生高速变化. 在磁场中，当磁场中的磁力线穿过金属容器（导电和导电的材料）时，会产生无数的小涡流底部金属体中的气泡会导致容器本身高速发热，然后加热容器中的内容物. 2.电磁炉电路的工作原理分析2.1常用组件介绍2.1.1 LM339集成电路LM339当电压比较器的输入电压为正时，内置四个电压比较器，翻转电压为6mV（+输入电压高于输入电压），置于LM339控制输出内部的晶体管结束，输出等效于开路;当电压比较器的输入电压反向（-输入电压高于+输入电压）时，它位于LM339内部. 控制输出端的晶体管导通，并且比较器的外部输入电压被下拉. 此时，输出为0V. 2.1.2 IGBT绝缘栅双极晶体管（Isolated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）被称为IGBT，是一种高电压，高速，高功率的器件，结合了BJT的大电流密度和MOSFET以及其他电压激励场的优点控制的设备.

目前使用由不同材料和工艺制成的IGBT，但它们都可以被视为具有MOSFET输入并随后进行双极晶体管放大的复合结构. IGBT具有三个电极（参见上图），分别称为栅极G（也称为控制电极或栅极），集电极C（也称为漏极）和发射极E（也称为源极）. 从IGBT的以下特性可以看出，它克服了功率MOSFET的致命缺陷，即在高压大电流下工作时，导通电阻大，器件发热严重，输出效率降低. . IGBT的特性: 1.电流密度大，是MOSFET的数十倍. 2.输入阻抗高，栅极驱动功率极小，驱动电路简单. 3.低导通电阻. 在给定的芯片尺寸和BVceo下，其导通电阻Rce（on）不大于MOSFET Rds（on）的10％. 4.击穿电压高，安全工作区域大，暂态功率高时不会损坏. 5.开关速度快，关断时间短，耐压1kV〜1.8kV约为1.2us，600V电平约为0.2us，GTR约为10％，接近功率MOSFET，开关频率直接达到100KHz，开关损耗为仅占GTR的30％. IGBT结合了现场控制器件的优点以及GTR的大电流和低导通电阻特性，使其成为出色的高速高压半导体功率器件.

目前，458系列根据不同型号采用不同规格的IGBT. 其参数如下: （1）SGW25N120 ----西门子制造，耐压1200V，25℃时电流46A，100℃时电流25A，内部没有阻尼二极管，必须快速恢复使用. 6A / 1200V以上的二极管（D11）. IGBT配备10A / 1200 / 1500V以上的快速恢复二极管（D11）后，可以用SKW25N120代替. （2）SKW25N120 ----由西门子公司生产，耐压1200V，25℃时电流容量46A，100℃时电流25A，内部阻尼二极管，可用SGW25N120代替IGBT，将使用原装DGW快速恢复二极管SGW25N120而是没有反汇编. （3）东芝公司生产的GT40Q321 ----耐电压1200V，25℃时的电流容量42A，100℃时的电流容量23A，内部阻尼二极管，可用SGW25N120，SKW25N120代替IGBT，更换时请更换原IGBT SGW25N120未安装D11快速恢复二极管.

（4）GT40T101 ----由东芝公司生产，耐电压1500V，25℃时的电流容量为80A，100℃时的电流容量为40A，内部没有阻尼二极管，因此必须配备15A以上的快速恢复二极管/ 1500V（D11）使用时，在6A / 1200V以上的快速恢复二极管（D11）之后，可以用SGW25N120，SKW25N120，GT40Q321代替IGBT，而在15A / 1500V以上的快速恢复二极管（D11）之后可以用GT40T301代替. （5）东芝公司生产的GT40T301，耐压1500V，25℃时的电流容量80A，100℃时的电流40A，内部阻尼二极管，可用SGW25N120，SKW25N120，GT40Q321，GT40T101，SGW25N120和GT40T101代替IGBT未安装IGBT的原始D11快速恢复二极管. （6）东芝公司生产的GT60M303，耐电压900V，25℃时电流120A，100℃时60A，内部装有阻尼二极管.

（7）东芝公司制造的GT40Q323，耐压1200V，25℃时电流容量40A，100℃时电流容量20A，内部阻尼二极管，可用SGW25N120，SKW25N120代替IGBT更换SGW25N120无法移除支持该IGBT的D11快速恢复二极管. （8）FGA25N120 ----由美国飞兆公司制造，耐压1200V，25℃时电流42A，100℃时23A，内部装有阻尼二极管，可用SGW25N120，SKW25N120代替IGBT，替换SGW25N120此IGBT的D11快速恢复二极管无法卸下. 2.2电路框图2.3主电路原理分析当在时间t1〜t2处向IGBTQ1的G极施加开关脉冲时，IGBTQ1饱和并导通，电流i1从电源流经L1. 由于线圈的电感，不允许电流突变. 因此，在t1〜t1时间i1随时间线性增加，脉冲在t2结束，IGBTQ1关断. 同样由于感应电抗，i1不能立即突变为0，因此它对C3充电以生成充电电流i2. 在t3时刻，C3充满电并且电流变为0，此时L1的磁场能量为全部转换成C3的电场能量电磁炉电源板电路图讲解，电容器的两端出现负值和正值，振幅达到峰值电压. IGBTQ1的CE极之间出现的电压实际上是反向脉冲峰值电压+电源电压，在时间t3至t4，C3通过L1放电，i3达到最大值，电容器两端的电压消失. 此时，电容器中的电能全部在L1中转换为磁能. 由于感应电抗，i3不能立即突变为0，因此L1两端的电动势反向，即L1两端的电位为正和负，并且由于存在IGBT内部阻尼管，C3无法继续反向充电，而是流回C2和IGBT的阻尼管，形成电流i4，在时间t4，前两个脉冲开始到达，但此时IGBTQ1的UE为正，UC为负，并且处于反向偏置状态，因此无法导通IGBTQ1. 当i4减小到0时，L1中的磁能被释放，即IGBTQ1仅在t5时刻开始第二次导通，并且在生成i5之后重复i1〜i4的过程. 因此，在L1上产生与开关脉冲f（20KHz〜30KHz）相同的交流电.

t4〜t5的i4是IGBT内部阻尼管的导通电流. 在高频电流的一个周期中，t2〜t3的i2是线圈的磁能到电容器C3的充电电流，t3〜t4的i3是倒数. 通过L1放电的峰值脉冲电压的电流. t4〜t5的I4是L1两端的电动势的倒数. 由于存在C3，因此无法继续进行反向充电，但是由C2形成的阻尼电流以及IGBT阻尼管IGBTQ1的返回实际上是i1. IGBTQ1的VCE电压变化: 静态时，UC为整流直流电源，t1〜t2，IGBTQ1饱和并导通，UC接近地电势，t4〜t5，IGBT阻尼器导通，UC为负压力（该电压为阻尼二极管的正向压降）t2〜t4，这是LC自由振荡的一半周期，峰值电压出现在UC上，并且UC在t3达到最大值. 上面的分析证实了两个问题: 首先，在高频电流周期中，只有i1是电源供应的能量，因此i1的大小决定了加热功率的大小，而脉冲宽度越大，则时间t1〜t2越长，i1越大，反之亦然，因此要调节加热功率，只需调节脉冲宽度即可. 第二个是LC自由振荡的半周期时间，是出现峰值电压的时间，也是IGBTQ1的截止时间，也是开关脉冲未到达的时间，这种时间关系不能失准，例如峰值脉冲没有消失，开关脉冲已经提前到达，将出现大的导通电流并且IGBTQ1会烧坏，因此开关脉冲的前沿必须为峰值脉冲是同步的.

（1）当在PWM点有Vi输入时，当V7为OFF（V7 = 0V）时，V5等于D6的正向压降，而当V5时（2）当V5> V6时，V7过渡当OFF时，V6也下降到D6的正向压降，而V5由C16和D6放电. （3）当V5放电到低于V6时，重复（1）振荡. “ G点的输入电压越高，V7接通的时间越长，电磁炉的加热功率越大，反之则越小. ” 2.5 IGBT激励电路振荡电路输出幅度约为4.1V的脉冲信号. 该电压不能直接控制IGBT的饱和导通和截止，因此信号必须由激励电路放大. 该电路的工作过程如下: （1）V8断开当（V8 = 0V），V8时（2）当V8接通（V8 = 4.1V）时，V8> V9，V10为低电平，Q81断开， Q4导通，通过R23，Q4和Q1的E极向IGBT添加+18V. IGBT的G极导通. 2.6 PWM脉冲宽度控制电路CPU输出PWM脉冲到由R30，C27和R31组成的积分电路.PWM脉冲宽度越宽，C28的电压越高，C29的电压也增加，即发送到振荡电路（G点）的控制电压随着C29的增加而增加，G点的输入电压越高，V7接通的时间越长，电磁炉的加热功率越大，并且相反，较小.

“ CPU通过控制PWM脉冲的宽度和宽度来控制发送到振荡电路G的加热功率控制电压，并控制IGBT导通时间的长度，进而控制加热功率. ” 2.7同步电路商用电源的310V直流电经整流器整流和滤波，V3由R15 + R14和R16的分压产生，V4由R1 + R17和R28的分压产生. 在t2和t4之间的高频电流期间（图1），由于C14两端的电压为负和正，因此V3V5，V7为OFF（V7 = 0V），没有输出振荡，没有添加开关脉冲Q1的G极，确保Q1在t2〜t4之间. 时间将不开启. 在t4〜t6期间，C3电容器两端的电压消失，V3> V4，V5上升，振荡输出，并且向Q1的G极施加一个开关脉冲. 上述动作确保了施加到Q1的G极的开关脉冲的前沿与Q1上产生的VCE脉冲的后沿同步. 2.8加热开关控制（1）当不加热时，CPU 17引脚输出低电平（同时CPU 10引脚也停止PWM输出），D7接通，LM339 9的电压下拉，振荡停止，并且IGBT励磁电路停止输出，IGBT截止，然后停止加热.

开始加热时，CPU 17引脚输出高电平，D7结束，与此同时，CPU 10引脚开始间隔输出PWM测试信号，同时，CPU分析电流检测电路和VAC反馈的电压信息检测电路，并通过VCE反馈检测电路. 电压波形变化，判断是否已经放入合适的锅中，如果判断是否已经放入合适的锅中，则将CPU10引脚转为输出正常的PWM信号，电磁炉进入正常加热状态，如果电流检测电路，VAC和VCE电路不满足反馈信息的条件，则CPU将确定电位器不一致（2）或没有电位器，然后继续输出PWM测试信号，并同时时间发出通知消息，指出没有锅（请参见故障代码表），例如，如果在30秒内仍不满足条件，它将关闭. 2.9 VAC检测电路AC220V由D17和D18整流的脉动直流电压通过R40的电流极限，然后通过. 由C33，R39和C32组成的π型滤波器对滤波后的电压进行滤波. 被R38分压的直流电压被发送到CPU6. 根据电压变化的监视，CPU将自动发出各种动作命令. （1）确定输入电源电压是否在允许范围内，否则停止加热，并报告信息（请参见故障代码表）.

（2）根据电流检测电路和VCE电路的反馈信息，确定是否已将其放入合适的锅中并做出相应的动作命令（请参阅加热开关控制和试用过程部分）. （3）结合电流检测电路反馈的信息和方波电路监视的工频信息，调整PWM的脉冲宽度以保持输出功率稳定. “电源输入标准为220V±1V电压，并且在不带接线板（L1）的情况下测试了CPU引脚6的电压，标准为2.65V±0.06V. ” 2.10电流检测电路由电流互感器CT1测量两次的交流电压由D1〜D4组成的桥式整流电路整流，除以R12和R13，再由C11滤波. 所获得的直流电压被发送到CPU引脚5，该电压值越高，输入到电源的电流越大，并且CPU根据监视电压的变化自动发出各种动作命令: （1）具有反馈根据VAC检测电路和VCE电路的信息，确定是否已将其放置在合适的锅中，发出相应的动作命令（请参阅加热开关控制和试用过程部分）. （2）结合VAC检测电路反馈的信息和方波电路监视的工频信息，调整PWM的脉冲宽度以保持输出功率稳定. 2.11 VCE检测电路通过R1 + R17和R28发送IGBT（Q1）集电极上的脉冲电压以分压R29，并将其发送到LM339 6引脚. 在6针上获得采样电压，该电压反映了IGBT的VCE. 电压变化信息发送到LM339，并且LM339在监视电压变化的基础上自动进行电压比较，并确定是否工作.

（1）与VAC检测电路和电流检测电路的反馈信息配合，以确定是否已将其放置在合适的锅中并做出相应的动作命令（请参阅加热开关控制和试用过程部分） . （2）根据VCE采样电压值，自动调整PWM脉冲宽度以抑制不高于1050V的VCE脉冲幅度（此值适用于IGBT耐压1200V，IGBT耐压1500V和抑制值1300V ）. （3）当由于其他原因VCE脉冲高于1150V时（此值适用于IGBT耐压1200V，IGBT耐压1500V，该值为1400V），LM339立即停止工作（请参阅故障代码表）. 2.12浪涌电压监视电路当正弦波电源电压处于上下半周期时，由D17，D18和整流桥内部交流输入端子的两个二极管组成的桥式整流电路产生的脉动直流电压DB接地，当电源突然输入浪涌电压时，该电压通过R41和C34耦合，然后除以R42，R44限制C35的滤波电压，并控制Q5的基极. 高电平时，电压Q5基极，Q5饱和导通当CPU 17的电平通过Q5接地时，PWM停止输出，并且单元停止工作. 在浪涌脉冲之后，Q5的基极极低，Q5结束，并且CPU 17级别通过Q5接地. 重新发出加热命令.

2.13过零检测当正弦波电源电压处于上下半周期时，由D17，D18和内部交流输入端子的两个二极管组成的桥式整流电路产生的脉动直流电压. 整流桥DB接地超过R40极限. 再次通过流量后，由C33和R39 C32组成的π型滤波器的滤波电压形成方波信号，该信号与CPU中电源的过零点同步6后的电压除以R38. CPU监视信号更改，并做出相应的操作指令. 2.14锅底部温度监控电路锅底部的温度通过结晶的玻璃板传递到靠近玻璃板底部的负温度系数热敏电阻，电阻值的变化间接反映了温度的变化. 电热锅（温度/电阻值显示在热敏电阻温度指数表中），热敏电阻的电压变化和R4分压点实际上反映了热敏电阻的变化，即电热锅的温度变化， CPU 8引脚通过监视电压变化并做出相应的动作命令: （1）当具有恒温功能时，控制加热命令，并且被加热物体的温度在指定范围内保持恒定（2）当炊具温度高于270℃，立即停止加热，并报告信息（请参阅故障说明） de table）. （3）当锅没空时，加热立即停止，并报告信息（请参见故障代码表）.

（4）当热敏电阻开路或短路时，发出不启动命令并报告相关信息（请参见故障代码表）. 2.15 IGBT温度监控电路IGBT产生的温度通过散热器传递到负温度系数热敏电阻TH，电阻值的变化间接反映IGBT的温度变化（温度/电阻值见热量（热敏电阻温度索引表），热敏电阻的电压变化和R8分压点实际上反映了热敏电阻的变化，即IGBT的温度变化，CPU通过监视电压的变化做出相应的动作命令: （1）当IGBT结温高于90℃时，调整PWM输出以使IGBT结温≤90℃. 当IGBT结温高于95（2）℃时，由于某种原因（例如，散热系统故障），加热立即停止，并报告信息（有关详细信息，请参见故障代码表. ）（3）当热敏电阻TH断开或短路时，发出不启动命令，并报告相关信息（有关详细信息，请参见故障代码表）. （4）如果在关断状态下IGBT温度> 50℃电磁炉电源板电路图讲解，CPU将发送风扇以继续运行命令，直到温度<50℃为止（如果温度仍> 50℃，则继续运行30秒以上，风扇停止；在风扇延迟操作期间，按1辅助关机按钮可以关闭风扇. ）

（5）电磁炉刚启动时，当测量的环境温度为<0℃时，CPU调用低温监视模式加热1分钟，然后在30秒后切换到正常监视模式，防止电路部件因低温而导致电路偏离标准值. 参数更改会损坏电磁炉. 2.16散热系统将IGBT和整流器BG粘附到散热器上，风扇通过电磁炉的入口和出口形成的气流将热量散发到散热器上，并且在运行过程中产生的热量线圈L1和加热锅之类的零件进入电磁炉. 热量散发到电磁炉的外部. 当CPU 15引脚发送风扇运行命令时，引脚15输出高电平，电压通过R27发送到Q3的基极，Q3饱和并开启，VCC电流流过风扇，Q3接地，并且风扇运转；当CPU发出风扇停止​​命令时，引脚15输出低电平，Q3结束，风扇停止，因为没有电流流过. 2.17主电源AC220V 50 / 60Hz电源经过保险丝FUSE，然后经过由RZ，C1和共模线圈L1组成的滤波电路（针对EMC传导问题进行了设置，请参见注释），然后通过变流器到桥式整流器BG，产生的脉动直流电压通过扼流圈提供给主电路. 除AC1和AC2两端的电压外，它还送至辅助电源，还通过印刷在PCB上的保险丝PF送至D1和D2进行整流，以获得脉动DC电压，用于测试目的.

注意: 由于中国大陆目前不建议电磁炉必须经过强制性电磁兼容性（EMC）认证，因此由于成本原因，大多数家用产品未安装CY1和CY2，而L1被跳线代替了，但基本上不会影响电磁炉的性能. 2.18辅助电源AC220V 50 / 60Hz电压连接到变压器的初级线圈，两个次级绕组分别产生2.2V，12V和18V交流电压. 12V AC电压通过由D19〜D22组成的桥式整流电路进行整流，并通过C37进行滤波. 除了提供冷却风扇外，在C37上获得的DC电压VCC还由V8三端稳压器IC稳定，并且对C38进行滤波以产生+ 5V的电压. 控制电路使用该电压. 18V AC电压由D15组成的半波整流电路整流，经C26滤波，然后通过Q9，R33，DW9，C27和C28组成的串联型稳定电压滤波电路，产生+ 18V电压供IC2和IGBT励磁电路使用. 2.19报警电路当电磁炉发出通知声时，CPU1引脚向蜂鸣器BZ1输出5V的脉冲信号电压和4KHz的频率，从而使BZ1发出通知声. 您好，欢迎您阅读我的文章. 该WOR D文档可以进行编辑或修改，也可以直接打印. 阅读后，希望您能提供宝贵的意见或建议. 阅读和学习是一个非常好的习惯，要坚持不懈，让我们共同进步.

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