金灶電磁爐原理圖
1、電源電路
+300V直流高壓電源是由220V交流市電經(jīng)高壓整流橋堆(B1,型號(hào):)整流和C7(4μF/400V)濾波直接產(chǎn)生的。 它是加熱線圈和IGBT管工作的主要電源。 (IC2)是低功耗智能開關(guān)電源集成電路,其引腳功能如圖2所示。該集成電路內(nèi)置場效應(yīng)開關(guān)管、60kHz脈寬調(diào)制器、智能調(diào)節(jié)電路以及過流、過壓和過流保護(hù)電路。過熱保護(hù)電路。 具有外圍電路簡單、輸入電壓適應(yīng)范圍寬、輸出電壓穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 本機(jī)由Z1、C5、C4、VD1、VD2、L1、C3等外圍元件組成+18V開關(guān)穩(wěn)壓電源,主要給VT1、VT2、IC1(LM339)、開關(guān)繼電器及排熱風(fēng)扇供電。 +5V電源也是由+18V電源產(chǎn)生,經(jīng)78L05穩(wěn)壓,C14濾波。 主要用作參考電壓源和供電控制顯示電路。
2、控制顯示電路
控制顯示電路由8位單片機(jī)芯片DK94(IC3)、8位串行輸入/并行輸出移位寄存器(IC4)、數(shù)碼管、晶體管、LED、按鈕、電阻、電容等元件,并通過一個(gè)8位連接器與主電路板連接。 其引腳功能圖如圖3所示。它是三星微控制器,可多次編程。 內(nèi)部設(shè)計(jì)的軟件程序與硬件電路配合,實(shí)現(xiàn)智能控制。 該電路的MCU使用內(nèi)部時(shí)鐘并將其從引腳3輸出到IC4()的CP輸入端(引腳8)。 MCU的引腳2輸出的串行數(shù)據(jù)被發(fā)送到IC4的數(shù)據(jù)輸入端(引腳1和2)。 MCU的4腳為上電復(fù)位端,也是“泡茶功能”輸入端S2。 在待機(jī)狀態(tài)下,每按一次“S2”,泡茶功能就會(huì)在“自動(dòng)”-“手動(dòng)”-“保溫”-“關(guān)茶沖泡”四種狀態(tài)之間循環(huán)。 5腳是蜂鳴器信號(hào)輸出端,用聲音來指示電磁爐的工作狀態(tài)。 6~9腳輸出的高低電平使VT6~VT9截止或?qū)ǎ瑫r(shí)2腳輸出串行數(shù)據(jù),3腳輸出的時(shí)鐘脈沖配合8位(本電路只使用7位) IC4的并行數(shù)據(jù)輸出到數(shù)碼管,VD7~VD11用于顯示電磁爐的各種工作情況和故障代碼。 10腳為消毒功能輸入端S1。 每按一次該鍵,消毒功能就會(huì)在“大火”-“小火”-“消毒關(guān)閉”三種狀態(tài)之間循環(huán)。
11腳為排熱風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端。 電磁爐正常工作時(shí),11腳輸出高電平,使VT5導(dǎo)通,風(fēng)扇得電工作。 關(guān)機(jī)后,11腳繼續(xù)輸出高電平信號(hào)一段時(shí)間,風(fēng)扇繼續(xù)工作。 、排出爐內(nèi)余熱,延長電磁爐的使用壽命。 17腳為+18V開關(guān)電源檢測輸入端。 +18V電壓經(jīng)電阻R30、R31降壓分壓后的采樣電壓輸入到17腳,與設(shè)定值進(jìn)行比較。 當(dāng)+18V電壓異常(過高、過低、條紋波電壓過大)時(shí),電磁爐將不工作,起到保護(hù)作用。 19腳為開關(guān)繼電器控制信號(hào)輸出端。 繼電器閉合時(shí)是“泡茶”,釋放時(shí)是“消毒”。 兩臺(tái)烤箱同時(shí)使用時(shí),“泡茶”和“消毒”分時(shí)輪流加熱。 16、18腳分別為泡茶爐和殺菌爐溫度傳感器(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻)的采樣電壓輸入端。 只要其中一個(gè)熱敏電阻斷開,就會(huì)顯示故障代碼“E3”。 停機(jī)保護(hù); 只要其中一臺(tái)灶具超溫,就會(huì)顯示故障代碼“E4”,并出現(xiàn)停機(jī)保護(hù)。 15腳為爐內(nèi)功率器件過熱檢測輸入端電磁繼電器原理圖,Rt0負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻靠近IGBT管散熱片安裝。 隨著功率器件溫度升高,采樣電壓也逐漸升高,并與設(shè)定值進(jìn)行比較,判斷是否過熱。 如果過熱時(shí)顯示故障代碼“E6”,則停機(jī)保護(hù)。 14腳為市電電壓檢測輸入端。 220V交流市電經(jīng)B1整流、C7濾波后產(chǎn)生+300V直流電壓。 采樣電壓經(jīng)R4、R5、R7降壓分壓后從14腳輸入,與設(shè)定值進(jìn)行比較。 當(dāng)市電電壓高于250V或低于160V時(shí),電磁爐將不工作或停機(jī)保護(hù),并顯示過高“E1”或過低“E2”故障碼。 13腳為PWM脈沖信號(hào)輸出端。 單片機(jī)根據(jù)設(shè)置指令或檢測到的數(shù)據(jù)判斷是否應(yīng)該輸出PWM脈沖信號(hào),并能自動(dòng)調(diào)整輸出脈沖信號(hào)的占空比,以達(dá)到調(diào)整電磁爐輸出功率的目的。
3、同步電路
為了防止IGBT管在導(dǎo)通時(shí)受到大電流沖擊而損壞,需要保證施加到IGBT管G極的PWM脈沖前沿與峰值脈沖尾隨同步。 C極邊緣,由IC1d、IC1c及外圍元件組成。 電路。 待機(jī)時(shí),IC1d的同相端(引腳11)的采樣電壓低于反相端(引腳10)的采樣電壓,引腳13處于低電平狀態(tài),IC1d的采樣電壓由IC1c、R11、R12、R13 和 C10。 鋸齒波振蕩器以其固有頻率振蕩。 電磁爐工作時(shí),IC1d的同相端(11腳)出現(xiàn)一個(gè)由IGBT管C極采樣的脈沖。 13腳輸出的同步脈沖經(jīng)IC1d整形后,經(jīng)C11送至IC1c等組成的鋸齒波振蕩電路。 然后將頻率和波形校正后的同步鋸齒脈沖發(fā)送至脈寬調(diào)制電路IC1b的反相端(引腳6)。
4、脈寬調(diào)制電路
該電路由IC1b 發(fā)揮作用。 同相端(7腳)加有IC3的13腳輸出的PWM脈沖,積分電路形成的控制電平與反相端(6腳)的同步鋸齒脈沖進(jìn)行比較。 其原理是:當(dāng)變化的DC控制電平(控制電平的電平與PWM脈沖的占空比成正比)與根據(jù)鋸齒脈沖模式變化的參考電平進(jìn)行比較時(shí),輸出端(引腳1)跳變時(shí)間會(huì)隨著鋸齒脈沖斜率上相應(yīng)位置的直流電平的變化而變化,從而實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。
5、驅(qū)動(dòng)電路
IGBT管的驅(qū)動(dòng)電路由VT1、VT2及外圍元件組成,控制其通斷。 IC1b的引腳1輸出的脈寬調(diào)制脈沖加到驅(qū)動(dòng)電路的輸入端。 當(dāng)IC1b的1腳脈沖為高電平時(shí),VT1導(dǎo)通,VT2截止,IGBT管飽和導(dǎo)通。 當(dāng)IC1b的1腳脈沖為低電平時(shí),VT2導(dǎo)通,VT1截止,IGBT管截止。
6、高壓峰值檢測及保護(hù)電路
IGBT管工作時(shí),C極要承受+300V左右的直流電壓和諧振脈沖高壓。 為了防止C極脈沖疊加后的高電壓超過極限值而引起擊穿,由IC1a和R7、R6、R5、R17、C12等組成采樣檢測保護(hù)電路。當(dāng)IGBT管正常工作時(shí),IC1a反相端4腳采樣電壓低于同相端5腳參考電壓(+5V),2腳處于截止高阻狀態(tài),這并不影響積分電容C13的控制電平。 電磁爐按設(shè)定功率加熱。 由于某種原因(如電源插座閃絡(luò);LC并聯(lián)諧振電容器C8不良、失效或變值;+300V高壓濾波電容器C7漏電;積分電容器不良、失效或變值;或在起吊瞬間)或放置鍋碗瓢盆等)在C極上激發(fā)一個(gè)超高的反向峰值脈沖,使C極高壓即將達(dá)到耐壓極限時(shí),IC1a的4腳采樣電壓較高高于引腳 5 的參考電壓,引腳 2 翻轉(zhuǎn)至低電平導(dǎo)通。 電阻狀態(tài)下,積分電容C13上的電壓通過2腳放電電磁繼電器原理圖,IC1b的7腳電平下降,1腳輸出的PWM脈沖寬度變窄,IGBT管導(dǎo)通時(shí)間縮短,高電平頻率諧振幅度減小,從而達(dá)到IGBT管過壓保護(hù)。 一旦超高反向峰值脈沖消失,電磁爐就恢復(fù)正常加熱工作。 維修流程
在繪制電路圖的過程中,筆者對整機(jī)除集成電路外的電阻、電容、電感、三極管、二極管等部件從外觀到在線或離線進(jìn)行了測試,均未發(fā)現(xiàn)異常。 首先焊接引線并將主電路板移到外殼外以便于操作。 接通電源,“嘀”的一聲,顯示“E1”故障代碼,意思是“電源電壓過高”。 測量當(dāng)時(shí)市電電壓為222V,正常。 按“泡茶”功能鍵(或消毒功能鍵),數(shù)碼管和指示燈將按說明在四種狀態(tài)之間循環(huán),松開手后又會(huì)顯示“E1”。 然后測量相關(guān)觸點(diǎn)電壓:測得A點(diǎn)電壓為+302V,正常; 測得B點(diǎn)電壓為+18.4V,說明開關(guān)電源正常; 測得C點(diǎn)電壓為+2.73V,不正常。
拔掉其中一根+5V電源輸出跳線,再次測量,仍為+2.73V,由此可以斷定78L05損壞。 這時(shí)我起了疑心。 +5V電壓很不正常,為什么控制和顯示電路卻看起來正常呢? 回過頭來仔細(xì)一看,發(fā)光二極管和發(fā)光二極管的工作電壓范圍是2到5.5V,而數(shù)碼管和發(fā)光二極管可以在幾毫安到20毫安的電流下發(fā)光,但亮度不同。 不仔細(xì)比較是不容易發(fā)現(xiàn)的。 這樣,控制顯示電路能夠工作也就不足為奇了。 更換78L05后(實(shí)測電壓為+5.18V),整機(jī)功能恢復(fù)正常。 [頁]
至此,維修之旅就結(jié)束了,但筆者總感覺還有幾個(gè)電路原理還不太明白。 上述“論文分析”是否正確? 如果上述故障是由+5V電壓異常引起的,為什么顯示“E1”故障代碼? 鍋檢測電路如何工作? 因此,對修復(fù)后的整機(jī)進(jìn)行測試,模擬故障情況,看看其保護(hù)情況如何,以驗(yàn)證上述分析是否正確。 如果能徹底了解其工作原理,不僅該電磁爐的其他故障就迎刃而解,而且對維修其他品牌的電磁爐(灶)也有幫助。
模擬故障情況以驗(yàn)證保護(hù)過程
1. 模擬市電電壓過高或過低。 當(dāng)市電電壓為220V時(shí),測量IC3的14腳采樣電壓為1.75V。 經(jīng)計(jì)算,250V時(shí)采樣電壓應(yīng)為1.99V,160V時(shí)采樣電壓應(yīng)為1.27V。 如果直接通過調(diào)壓器將電磁爐的輸入電壓調(diào)整到大于250V或小于160V進(jìn)行驗(yàn)證,很容易對電磁爐造成損壞。 筆者在R5并聯(lián)一個(gè)30kΩ的電阻,打開電磁爐電源,調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器使電磁爐顯示“E1”臨界點(diǎn),測量IC3的14腳電壓為2.02V。 此時(shí)電磁爐輸入的交流電壓為193V; 然后去掉R5上的并聯(lián)電阻,并用20kΩ的電阻與R29并聯(lián)。 執(zhí)行與上述相同的操作。 實(shí)測“E2”臨界采樣電壓為1.26V。 此時(shí)輸入電磁爐的交流電壓為217V。 這樣,經(jīng)驗(yàn)證,當(dāng)電網(wǎng)電壓在安全交流市電電壓范圍內(nèi)過高或過低時(shí)(臨界采樣電壓的測量值與計(jì)算值非常接近),電磁爐能夠得到有效保護(hù)。
2、當(dāng)模擬功率器件過熱并處于待機(jī)狀態(tài)時(shí),測得IC3的15腳采樣電壓為0.43V。 挑出8位插頭的2個(gè)引腳并使其懸空。 采用4.7kΩ電位器和兩節(jié)1.5V干電池組成可調(diào)直流電壓源。 將電位計(jì)的中心引腳連接到選取的 2 個(gè)引腳。 打開電腦,調(diào)節(jié)電位器,使2腳電壓逐漸升高,模擬IGBT管溫度逐漸升高。 當(dāng)臨界電壓值達(dá)到2.63V并顯示“E6”時(shí),電磁爐關(guān)閉,從而驗(yàn)證功率器件的過熱保護(hù)功能。
3、模擬爐溫過高,溫度過高時(shí),測得IC3的16腳采樣電壓為4.70V。 隨著電磁爐開始正常工作,泡茶線盤溫度升高,Rt2阻值減小,采樣電壓逐漸減小。 當(dāng)下降到設(shè)定值(溫度過高)時(shí),電磁爐顯示“E4”故障代碼,并進(jìn)入關(guān)機(jī)保護(hù)狀態(tài)。 挑出8位插頭的3個(gè)引腳并使其懸空。 使用2節(jié)1.5V干電池和1個(gè)4.7kΩ電位器形成可調(diào)直流電壓。 使用2中描述的方法。當(dāng)測得的采樣電壓下降__至2.03 V時(shí),切換到600W運(yùn)行。 當(dāng)再次降至1.85V時(shí),蜂鳴器發(fā)出“嘀”三聲,電磁爐停止工作。 消毒灶的超溫保護(hù)也采用同樣的方法進(jìn)行測試。
4、模擬+18V電壓異常 電磁爐正常工作時(shí),測得IC3的17腳電壓為0.98V。 使用100kΩ電位器中心引腳串聯(lián)一個(gè)100kΩ電阻并與R30并聯(lián)。 開機(jī),正常工作時(shí),調(diào)節(jié)電位器減小并聯(lián)電阻值,使17腳采樣電壓逐漸升高,模擬+18V電壓。 過高情況下,當(dāng)采樣電壓升至1.22V時(shí),顯示“E1”故障代碼,電磁爐進(jìn)入保護(hù)狀態(tài),停止工作。
然后去掉R30上并聯(lián)的電阻和電位器,在4.7kΩ電位器的中心引腳串聯(lián)一個(gè)3.3kΩ電阻,并與R31并聯(lián)。 電磁爐正常工作時(shí),調(diào)節(jié)電位器,減小并聯(lián)電阻值。 ,使17腳采樣電壓逐漸下降,模擬+18V電壓過低的情況。 當(dāng)IC3的17腳采樣電壓下降到0.65V時(shí),顯示“E2”故障代碼,電磁爐進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)并關(guān)機(jī)。 電磁爐維修前顯示的故障代碼為“E1”,是+5V供電異常引起的。 從上面模擬的故障過程可知,不僅當(dāng)電網(wǎng)電壓過高時(shí),出現(xiàn)故障碼“E1”,而且當(dāng)+18V電壓過高時(shí),也會(huì)顯示“E1”故障碼。 對于同樣顯示的故障代碼“E1”,可能是這三種原因之一或多種原因共同導(dǎo)致的。 很容易理解,當(dāng)市電電壓或+18V電壓過高時(shí),會(huì)顯示“E1”故障代碼,因?yàn)檫@些故障都是由電壓過高引起的。 那么為什么+5V電壓過低異常時(shí)也會(huì)顯示“E1”呢? 原因發(fā)現(xiàn),MCU設(shè)定的參考電壓值為IC3電源電壓為+5V時(shí)的值。 當(dāng)IC3的電源電壓過低時(shí)(如+2.73V),參考電壓值不再是原來的設(shè)定值。 也下降了很多,所以當(dāng)市電電壓或+18V電壓正常時(shí)的采樣電壓與芯片內(nèi)偏離原來設(shè)定值下降很多的電壓進(jìn)行比較時(shí),MCU會(huì)做出錯(cuò)誤的判斷并顯示“電壓過高”。 “E1”故障碼,所以在維修時(shí),需要對顯示的故障碼進(jìn)行詳細(xì)分析,一一排除。
鍋檢測電路
電位器檢測信號(hào)是IC3的13腳每2秒輸出一系列頻率約為24kHz的脈沖。 同時(shí),蜂鳴器發(fā)出短促的“嘟”聲,但I(xiàn)C3的哪個(gè)輸入端檢測鍋具檢測信號(hào),以確定是否有符合要求的鍋具呢? 如何檢測呢? 從電路圖分析,IC3的14、12腳可能性最大。
如前所述,14腳是檢測市電電壓過高或過低的輸入端。 是否可以同時(shí)作為檢測電位器檢測信號(hào)脈沖數(shù)的輸入端? 所以采用下面的方法來判斷。 拔出8位插頭的1腳(與IC3的14腳相連)并懸空。 它由1.5V干電池供電。 即電池的正極連接到引腳1,負(fù)極連接到引腳1。 連接到主電路板的“接地”端。 此時(shí)14腳電壓為1.5V(這樣做的目的是保證IC3檢測市電電源的14腳采樣電壓在正常范圍內(nèi))。
電磁爐通電后,鍋檢測功能正常。 當(dāng)鍋放置好后,電磁爐切換到加熱工作。 這消除了引腳 14 的可能性并將引腳 1 恢復(fù)到其原始狀態(tài)。 現(xiàn)在IC3只剩下12個(gè)引腳,最有可能是電位器檢測信號(hào)的輸入端。 測量8位連接器的5腳電壓值(接IC3的12腳):待機(jī)、檢鍋時(shí)為0.33V,正常加熱時(shí)幾乎為0V。 將8位插頭的5個(gè)引腳置于空中,用1.5V干電池和4.7kΩ電位器組成可調(diào)電壓源,調(diào)節(jié)電位器使中心引腳電壓為0.33V,連接起來到8位插頭的5針。 引腳上,電磁爐鍋具檢測功能異常。 即鍋檢測電路在有鍋的情況下仍在檢測鍋,不會(huì)切換到正常加熱工作。 當(dāng)調(diào)節(jié)電位器將電壓降低到0.23V以下時(shí),無論爐面是否有鍋,電磁爐都處于加熱狀態(tài)。
當(dāng)電壓升至0.24V以上時(shí),無論灶面上是否有鍋,均處于鍋檢測狀態(tài)。 至此,可以說明兩個(gè)問題:一是MCU芯片(IC3)的12腳確實(shí)是鍋檢測信號(hào)的輸入端; 其次,MCU芯片根據(jù)檢測到的12腳電壓,比較設(shè)定的參考電壓值,判斷電位器是否存在(或者是否符合要求)。 僅根據(jù)電路圖分析,電磁爐加熱正常,8位連接器5腳電壓不可能幾乎為0V(應(yīng)該是+5V電壓經(jīng)R20和R21分壓后的電壓值, 0.33V)。 這個(gè)問題讓筆者百思不得其解。 期間我也用示波器測量了相關(guān)觸點(diǎn)的波形,但沒有任何答復(fù)。 電路圖畫錯(cuò)了嗎? 于是我又對照電路板檢查了電路圖,結(jié)果是正確的。 我剛剛在檢查的時(shí)候發(fā)現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象,就是R21的接地點(diǎn)布置的很特殊。 它沒有焊接到8位連接器引腳5附近的“地”端,而是電路板上的一條走線直接連接到高壓整流橋。 在電堆B1的“-”端附近,R21的一個(gè)腳焊得很靠近“-”端(我畫電路圖時(shí)也發(fā)現(xiàn)了這個(gè)現(xiàn)象,但當(dāng)時(shí)沒注意),而且也注意到,作為控制顯示電路的+5V電源的“地線”,可以說是從高壓整流橋堆的“-”端延伸出來的“漫長的鄉(xiāng)村道路”,加上為VT1、VT2、IC1(LM339)供電的導(dǎo)線、排熱風(fēng)扇、開關(guān)繼電器等。+18V電源的“地線”也經(jīng)過此路徑,特別是VT3的“地線”,也經(jīng)過此路徑。特別設(shè)計(jì)的獨(dú)木橋Φ0.5mm×33mm。 此時(shí)+5V電源的“地”端與高壓整流橋堆的“-”端之間的電壓差僅為0.021V。
但當(dāng)符合要求的鍋放在電磁爐上時(shí),這條“小路”上的壓降達(dá)到0.328V,+5V電源的“地”端為正極,而電磁爐的“-”端為正。整流橋堆為負(fù),相當(dāng)于+5V。 電源的“地”端相對于橋堆的“-”端升高了0.328V。 因此,8位連接器的5腳與+5V電源“地”(MCU的“地”)幾乎與0V等電位(升高的電壓等于 的分壓值) R20和R21抵消,單片機(jī)12腳采樣電壓幾乎為0V),電磁爐切換到正常加熱工作。 這本質(zhì)上就是利用“地線”來檢測電流的變化來判斷是否有符合要求的鍋。 當(dāng)筆者解開這個(gè)謎團(tuán)時(shí),我暗自佩服設(shè)計(jì)者運(yùn)用這種方法的巧妙! 不僅簡化了電路,提高了可靠性,同時(shí)也讓我們想起了制作音頻電路時(shí)反復(fù)強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn),接地和地線處理的重要性。
一些建議
1、電路板移至外殼外,通過焊接引線進(jìn)行檢查和維修,操作方便。
2、連接假負(fù)載法。 拆下加熱線圈的接線,將60-100W的燈泡接在加熱線圈的端子上,然后開機(jī)觀察燈泡的點(diǎn)亮狀態(tài)來判斷故障。 如果不亮或者亮了又滅,則說明機(jī)器不存在短路故障; 如果燈泡亮起,則說明機(jī)器存在短路。 維修或檢查時(shí)用假負(fù)載測試機(jī)器,可以防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大。 [頁]
3、如果要更換相關(guān)集成電路,最好將原來的集成電路拆掉后,再焊接相應(yīng)的集成電路插座。 這樣有利于替換和比較,有利于測試和分析。
4、帶電檢測過程中要注意防止觸電,因?yàn)榇祟愲娐反蠖嗍侵苯佑?20V市電進(jìn)行整流濾波并采用開關(guān)電源芯片產(chǎn)生各種直流電壓供電路使用。 雖然它是“地線”(電路板上的人工“地”端),但對于市政電網(wǎng)來說,也存在觸電的危險(xiǎn),所以不要隨意觸摸它。 維修時(shí)最好使用雙開關(guān)、電流10A以上的專用插線板。 正常使用時(shí),也最好使用帶開關(guān)、電流10A以上的插線板。 不使用時(shí),開關(guān)切斷電源。 不要采用插拔插頭的方法,因?yàn)樵诓灏芜^程中,往往容易因接觸不良而產(chǎn)生火花,造成高壓或大電流浪涌損壞電器。 現(xiàn)實(shí)中不乏這樣的現(xiàn)象。 經(jīng)常有人抱怨:昨天還好好的,今天插上就不能用了? 附上IC各引腳、接口待機(jī)時(shí)的電壓值及相關(guān)接點(diǎn)波形圖(見圖4),供維修時(shí)參考。