电磁炉设计说明书

1、 课程名称:工程测试技术设计题目: 院 系:专 业:年 级:姓 指导教师:西南交通大学峨眉校区年 月 日课 程 设 计 任 务 书专 业 姓 名 学 号开题日期 :年 月 日 完成日期:年 月 日题 目 家用电磁炉设计一、设计的目的电磁炉, 是现代厨房革命的产物, 它无需明火或传导加热而让热直接在锅底 产生,因此热效率得到极大提高。本次设计以单片机为核心,配合各类传感器, 研究电磁炉硬件系统和软件系统的设计。二、设计的内容及要求度传感器,并且设计了电磁炉各个模块的电路图以及相应的电路原理分析。三、指导教师评语四、成 绩指导教师 年 月 日摘 要电磁炉是利用电磁感应原理制成的, 在励磁线圈中通以

2、交流电, 产生交变磁场。 由于电磁感应效应,在铁或不锈钢制成的金属锅中会产生涡电流,电流的焦耳 热就可以对食物进行加热和烹饪。这种最新的加热方式,能减少热量传递的中 间环节,可大大提升制热效率,比传统炉具节省能源一半以上。本次设计主要 是从传感器和电磁炉主要电路方面对电磁炉进行一个简要的设计。关键词:电磁炉 传感器 主要电路目录第一章 绪论 . 4 1.1选题的背景 . 4 1.2设计过程以及工艺要求 . . 5 1.3电磁炉基本原理介绍 . . 6 1.4电磁炉组装结构图 . . 7第二章 方案的设计 . 9 2.1压力传感器的选择 . . 9 2.2炉面传感器与 IGBT 传感器 . .

3、9 2.3信号采集通道 . 10第三章 系统总体设计 . 14 3.1信号采集 . 14 3.1.1 压力信号采集 . . 14 3.1.2炉面传感器与 IGBT 热敏电阻取样 . 16 3.2电路模块分析 . 18 3.2.1 LC振荡电路:. 19 3.2.2同步及振荡电路 . 21 3.2.3 IGBT高压保护电路 . 22 3.2.4 PWM脉宽调控电路 . 23 3.2.5 IGBT驱动电路 . 24 3.2.6浪涌保护电路 . 25 3.2.7电流检测电路 . 26 3.2.7电压检测电路 . 27 3.2.8电源供电电路 . 28 3.2.9蜂鸣器报警电路 . 30 3.2.10

4、锅具温度检测电路 . 30 3.2.11 IGBT温度检测电路 . 31 3.2.12风扇驱动电路 . 32 3.2.13主电源 . 32 3.2.14显示控制部分 . 33 3.2.15蜂鸣器驱动电路 . 34 3.2.16微电脑主控芯片 IC . . 35 3.3针对现在的产品存在问题提出的一些改进 . 36第四章 设计总结与参考文献 . 37 4.1设计总结 . 37 4.2参考文献 . 38第一章 绪论1.1选题的背景家用电磁炉已有百年,最早源于欧洲,仅供皇家贵族使用,号称炊具中 的“皇冠”。由于其煎、炒、炸、煮、炖无一不能,且其体积小、携带方便, 能最大限度地节约厨房空间,目前在一些

5、发达国家普及率超过 80%;在台湾, 8 5%以上家庭普及电磁炉,平均家庭占有率达到 2台;在日本,与洗碗机、垃 圾处理机并列,成为厨电新“三宝”。 20世纪 80年代初,电磁炉与空调、 彩电、冰箱等一起进入中国。虽然 90年代初也曾掀起过一股猛烈的旋风,但 由于电磁炉的技术要求高,许多厂家又急功近利,片面以价格战争夺市场,导 致消费者质量投诉频繁,终于在热了一阵后急转直下,归于沉寂。家用电磁炉,已改变和产生了烹饮的新模式 -无火烹饪,顺应了社会进步的 要示。电磁炉高的能源利用率, 改善环境具技术的革新, 产品的更新换代是大势所趋, 以高新技术为依托,以电源为供应的第三代炉具,不锈钢密封外壳,

6、无需耐火 砖,炉面无热度,重量轻,是利用电磁互变,产生高频电流。形成高频磁场, 磁力线于锅内产生大量涡流,锅内粒子剧烈运动产生热量,瞬间即能获得极高 温度,电能变热能转化率高达 95%,无明火,不消耗氧气,无燃料废气产生, 工作环境清新,智能控制,操作方便,是不受工作场所限制的安全、节能、环 保、高效产品,是当今引领潮流的最时尚最提倡的烹饪新模式 -无火烹饪,必不 可少的产品,此模式现正被广泛釆用以下是对电磁炉的一些优势的列举:功能齐全:具有以油或可燃气体为燃料德第二代炉具的煎、 炒、 煮、 蒸、 炖、 焖、扒、煲等各类烹调功能,特别符合燃料供应不便及安全条件受制场合 节省开支:与第二代炉具相

7、比,可节省能源开支约 60%。提高效率:与第二代炉具相比,烹饪时间节省 30%以上。绿色环保:无燃烧废气排放,不消耗氧气,无噪音,无余存留,工作环境 清新。操作简便:一键式操作与数码显示,智能化电脑控制技术具备自动检测锅 体,过热及空烧保护,过载保护功能。安全可靠:无明火燃烧,无废气排放,无燃料泄漏,可避免人员及环境安 会隐患,特 别适合地下室,高层建军筑等厨房。改善环境:无明火燃烧,减少热量散发。提高能源使用效率,降低厨房环 境温度。无鼓风机装置,降低厨房噪音。精确温控,大范围功率无级调节,与先进电脑控制技术的运用,可以精确 控制烹饪温度。既节能又保证食品的美味,更重要的是利于中菜菜肴制作标

8、准 化的推广。因此, 设计家用电磁炉系统, 顺应时代的发展, 对社会的发展有巨大影响。 1.2设计过程以及工艺要求主要研究内容本次设计中的电磁炉具有开,关,烧水,煎炸功能,设计的该电磁炉具有 500w , 1000w , 1800w 三个功率选择,此外,根据电磁炉的使用功效,比较选择 出合适的压力传感器,湿度传感器,并且设计了电磁炉各个模块的电路图以及 相应的电路原理分析。研究与设计方法1、压力传感器的选择2、湿度传感器的选择3、双通道的模拟信号的采集4、模数转换芯片的选择5、各主要电路的设计和分析主要技术指标一、基本功能 检测压力,功率 显示功率 无压报警二、主要技术参数 功率范围 : 50

9、0W, 1000W , 1800W 压力检测 : 温度检测: 功率显示 :四位数码管 按键功能 :开,关,烧水,煎炸,功率 500W , 1000W , 1800W 报警方式 :三极管驱动的蜂鸣音报警1.3电磁炉基本原理介绍电磁炉的加热原理:电磁炉又称电磁灶,分为工频(低频和高频两种。其中,工频电磁炉工 作简单可靠,但躁声大,热效率低,这里所说的电磁炉指高频电磁炉。电磁炉是利用电磁感应原理将电能转换为热能的工作原理。由整流电路将 50/60Hz的交流电压转换成直流电压(AC-DC-AC 、交流 -直流 -交流 ,再经过 控制电路将直流电压转换成频率为 2035KHz的高频电压,高速变化的电流流

10、 过线圈产生高速变化的磁场,当磁场内的磁力线通过金属器皿底部金属体内产 生无数的小涡流,使器皿本身自行高速发热,然后再加热器皿内的东西,达到 用户使用的结果,如下图: 1.4电磁炉组装结构图 电磁炉整机零件一般包括如下:1、陶瓷板:又叫微晶玻璃板,位于电磁炉顶部,用于锅具的垫放,具有足够 机械强度,耐酸碱腐蚀,耐高低温冲击。2、上 盖:用耐温塑料制成,作为电器的外保护壳。3、面 膜:用塑料薄膜制成,用于功能显示及按键操作指示。4、灯 板:又叫显示控制板,位于壳内,进行功能显示及功能按键操作。5、炉面传感器组件:位于壳内,嵌在发热盘的中间,用橡胶头或其它方式顶住 陶瓷板,用于控制炉面锅具的温度。

11、6、加热线盘:位于壳内,主工作器件,发射磁力线,自身也会发热。7、 主 控 板:又叫电源板、 主板, 位于壳内, 作为电转换的控制的主工作部分。8、电源线及线卡:连接市电与电磁炉,提供电源通道。9、电 风 扇:位于壳内,通过吸风将炉内热量带出壳外,起降温作用。 10、下 盖:用耐温塑料制成,作为电器的下保护壳,及支撑内部器件及锅具 作用。第二章 方案的设计2.1压力传感器的选择压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自 控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、 石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业,下面就简单介绍压力传感 器原理及其应

12、用。压电压力传感器原理压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、 酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。 其中石英(二氧化硅是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的, 在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电 性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点” 。由于随着应力的变化电场变 化微小(也就说压电系数比较低 ,所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而 酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较 低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温和相当高的 湿度,所以已经得到了广泛的应用。现在压电效应也应用在多晶体上,比如现在的压电陶瓷,包括

13、钛酸钡压电 陶瓷、 PZT 、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量, 因为经过外力作用后的电荷, 只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。 实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。 压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感 器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等 优异的特点。压电式传感器既可以用来测量大的压力,也可以用来测量微小的 压力。2.2炉面传感器与 IGBT 传感器热敏电阻是热电阻的一种,所以说,原理都是温度引起电阻变化。但是现在 热电阻

14、一般都被工业化了, 基本是指 PT100,CU50等常用热电阻他两的区别是:一般热电阻都是指金属热电阻(PT100等,热敏电阻都是指半导体热电阻由 于半导体热电阻温度系数要比金属大 10100倍以上,能检测出 10-6的温度变化, 而且电阻值可在 0.1100k 间任意选择。 所以称为热敏电阻但是热敏电 阻阻值随温度变化的曲线呈非线性,而且每个相同型号的线性度也不一样,并 且测温范围比较小。 所以工业上一般用金属热电阻 也就是我们平常所说的热电 阻。 而热敏电阻一般用在电路板里, 比如像通常所说的可以类似于一个保险丝。 由于其阻值随温度变化大,可以作为保护器使用。当然这只是一方面,它的用 途也

15、很多,如热电偶的冷端温度补偿就是靠热敏电阻来补偿。另外,由于其阻 值与温度的关系非线性严重所以元件的一致性很差,并不能像热电阻一样 有标准信号。 热敏电阻工作原理 NTC 是 Negative Temperature Coefficient 的缩写 , 意思是负的温度系数 , 泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件,所谓 NTC 热敏电阻器就是负温度系数热敏电阻器。它是以锰、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。这些金属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(电子和孔穴数目少,所以其电阻值较高;随着温度

16、的升高, 载流子数目增加,所以电阻值降低。 NTC 热敏电阻器在室温下的变化范围在 10O1000000欧姆,温度系数 -2%-6.5%。 NTC 热敏电阻器可广泛应用于温度 测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。2.3信号采集通道系统模块图 电磁炉功能方框图 电磁炉电路方框图 电磁炉工作流程 第三章 系统总体设计3.1信号采集3.1.1 压力信号采集压力传感器信号采集电路 图 2给出压力传感器信号采集电路。它选用了测量范围广,精度较高,性 能价格比好 的电阻应变式压力传感器; 信号放大部分采用功耗低, 输入失调电 压小,线性度好的 OP07运算放大器:A /D 转换模块采用 C8051F020

17、内部设置的高速 率 12位 A /D 转换器。图 2中 OP07的输出失调电压为 2 mV,通过滑动 变阻器 R8可调节输出失调电压的大小。主回路原理分析 时间 t1t2 时当开关脉冲加至 IGBTQ1 的 G 极时 , IGBTQ1 饱和导通 , 电流 i1 从电源流过 L1, 由于线圈感抗不允许电流突变 . 所以在 t1t2 时 间 i1 随线性上升 , 在 t2 时脉冲结束 , IGBTQ1 截止 , 同样由于感抗作 用 ,i1 不能立即突变 0, 于是向 C3 充电 , 产生充电电流 i2, 在 t3 时 间 ,C3 电荷充满 , 电流变 0, 这时 L1 的磁场能量全部转为 C3 的

18、电场能 量 , 在电容两端出现左负右正 , 幅度达到峰值电压 , 在 IGBTQ1 的 CE 极 间出现的电压实际为逆程脉冲峰压 + 电源电压 , 在 t3t4 时间 ,C3 通过 L1 放电完毕 ,i3 达到最大值 , 电容两端电压消失 , 这时电容中的电能又全 部转化为 L1 中的磁能 , 因感抗作用 ,i3 不能立即突变 0, 于是 L1 两端电 动势反向 , 即 L1 两端电位左正右负 , 由于 IGBT 内部阻尼管的存在 ,C3 不能继续反向充电 , 而是经过 C2 、 IGBT 阻尼管回流 , 形成电流 i4, 在 t4 时间 , 第二个脉冲开始到来 , 但这时 IGBTQ1 的

19、UE 为正 ,UC 为负 , 处于反偏状态 , 所以 IGBTQ1 不能导通 , 待 i4 减小到 0,L1中的磁能放完 , 即到 t5 时 IGBTQ1 才开始第二次导通 , 产生 i5 以后又重复 i1i4 过程 , 因此在 L1 上就产生了和开关脉冲 f(20KHz30KHz 相同的交流电流。 t4t5 的 i4 是 IGBT 内部阻尼管的导通电流 , 在高频电流一个电流周期 里 ,t2t3 的 i2 是线盘磁能对电容 C3 的充电电流 ,t3t4 的 i3 是逆程脉 冲峰压通过 L1 放电的电流 ,t4t5 的 i4 是 L1 两端电动势反向时 , 因的 存在令 C3 不能继续反向充电

20、,而经过 C2 、 IGBT 阻尼管回流所形成的阻尼 电流 ,IGBTQ1 的导通电流实际上是 i1 。IGBTQ1 的 VCE 电压变化 : 在静态时 ,UC 为输入电源经过整流后的直流 电源 ,t1t2,IGBTQ1 饱和导通 ,UC 接近地电位 ,t4t5, IGBT 阻尼管导通 ,UC 为负压 ( 电压为阻尼二极管的顺向压降 ,t2t4, 也就是 LC 自由振 荡的半个周期 ,UC 上出现峰值电压 , 在 t3 时 UC 达到最大值。以上分析证实两个问题 : 一是在高频电流的一个周期里 , 只有 i1 是电 源供给 L 的能量 , 所以 i1 的大小就决定加热功率的大小 , 同时脉冲宽

21、度 越大 ,t1t2 的时间就越长 ,i1 就越大 , 反之亦然 , 所以要调节加热功率 , 只需要调节脉冲的宽度 ; 二是 LC 自由振荡的半周期时间是出现峰值电压的 时间 , 亦是 IGBTQ1 的截止时间 , 也是开关脉冲没有到达的时间 , 这个时 间关系是不能错位的 , 如峰值脉冲还没有消失 , 而开关脉冲己提前到来 , 就会出现很大的导通电流使 IGBTQ1 烧坏 , 因此必须使开关脉冲的前沿与峰 值脉冲后沿相同步。3.1.2炉面传感器与 IGBT 热敏电阻取样 作用:侦测炉子上锅具内部的温度、检测散热片发热情况炉面传感器:炉面加热锅具的温度透过微晶玻璃板传至紧贴在微晶玻璃板 底部的

22、传感器, 该传感器的阻值变化直接反映了锅具温度的变化, 传感器与 RJ36电阻分压电压的变化反映了传感器的阻值变化, 就反映出加热锅具的温度变化。IGBT 热敏电阻:该热敏电阻放在紧贴着 IGBT 的正面。用导热硅脂涂在它 们之间,并压在 PCB 板上, IGBT 产生的温度直接传到了热敏电阻上,热敏电阻 与 RJ37电阻分压点的变化反映了热敏电阻的阻值变化。直接反映出 IGBT 的温 度变化。CPU 通过检测两路 AD 值的变化作出指令控制。炉面传感器:1、定温控制,控制加热温度点, 恒定加热物体温度恒定在设定的温度范围 内。2、 自动功能及火锅控制, 利用探测温度及结合时间, 控制锅具内部

23、的温度, 达到最佳的烹煮效果。3、 自动功能工作时, 锅具温度是否高过设定温度, 立即停止工作, 并关机。4、锅具干烧时,立即停止工作,并关机。5、传感器开路或短路时,开机后发出不工作信号 (开路需要 1分钟后再判断 ,并报知故障信息。IGBT 传感器:1、当探测到 IGBT 结温 >85时,根据当前工作情况,升功率或降功率,或 间隙加热方式, 让 IGBT 结温 85。如果在不正常情况下温升还继续升高, 高 于 110,则立即停止加热,并报知信息或不报知信息,而是每 4S 检测一下锅 具。待温升下降到 60又再次加热,循环工作。2、热敏电阻开路或短路时,开机后发出不工作信号, (开路需

24、要 1分钟后 再判断 ,并报知故障信息。3、在关机状态下,如果 IGBT 温升高于 55, CPU 则控制风扇一直工作, 直到温度小于 45后停止工作。第一次上电时不作判断处理。此电路异常易出现:炉面传感器失效,导致线盘过热烧线盘及爆机、无法 达到正常的设定温度标准。 IGBT 热敏电阻失效,无法正常判断 IGBT 温升,导 致烧 IGBT 。3.2电路模块分析 3.2.1 LC振荡电路:元件组成:谐振电容 C5,线圈盘 L , IGBTLC 振荡电路是整个电路的核心部分,是电能转换成为 电磁能的实现部分。其中 L 是指接在 OUT1和 OUT2之间的线圈盘,而 C 则为并在 L 之间的电容

25、C5。电路通过 IGBT 的高频开关 (一般频率在 20K-30K 形成 LC 振荡, 从而在 L 上, 形成高频变化的电流,变化的电流又使得 L 产生变化的电磁波。以上波形图是根据 LC 振荡工作原理,绘制的示意图:T1-T2:IGBT 控制极为高电平, IGBT 饱和导通, 电流 I1从电源流过线盘 L , 电能转换为磁能存储在线盘上。T2-T3:IGBT 控制极为低电平,关断 IGBT ,由于电感不允许电流突变,电 流 I2流向电容 C5,能量转移到 C5, I2减到最小时,也就是线盘的能量全部放 完时, VC 达到最高。T3-T4:电容开始通过线盘方向放电,所以此时 I3为负向,电容的

26、能量转 移线盘上, VC 最低时,反向电流 I3最大。T4-T5:此时 IGBT 开通,但由于感抗的作用,不允许电流突变,负向电流 I4继续向电容 C5充电直至为 0。所以,在一个高频的周期里, T2T3的 I2是线盘磁能对电容 C5的充电电流, T3T4的 I3 逆程脉冲峰压通过 L1放电得电流, T4T5得 I4是线盘两端的 电动势反向时形成的阻尼电流,因此, IGBT 的导通电流实际是 I1。IGBT的电压变化:在静态时, VC 为输入电源经过整流滤波后得直流电源, T1T2, IGBT 饱和导通, VC 接近地电位, T4T5, VC 为负压, T2T4,也就是 LC 自由震荡得半个周

27、期, VC 上出现峰值电压,在 T3时 VC 达到最大值。以上证明两个问题:一是在高频电流得一个周期中, 只有 I1是电源供给线 盘能量的,所以 I1的大小就决定加热功率的大小,同时脉冲宽度越大, T1T2的时间就越长, I1就越大,反之亦然,所以要调节加热功率,只需要调节脉冲 宽度;二是 LC 自由震荡的半个周期是出现峰值电压的时间亦是 IGBT 的截止时 间,也是开关脉冲没有到达的时间,这个时间关系是不能错位的,如果峰值脉 冲还没有消失, 而开关脉冲已提前到来, 就会出现很大的瞬间电流导致 IGBT 烧 坏,因此必须保证开关脉冲的前沿与峰值脉冲后沿同步。 3.2.2同步及振荡电路元件组成:

28、R3, R19, R17, R14, C8, R4, R5, R32, R37, R15, R14, R24, C9, C30, U1(20, 19脚 。电磁炉功率控制的核心电路, 主要作用是从 LC 振荡中取得同步信号, 根据 同步信号振荡产生锯齿波, 为 IGBT 提供前级驱动波形。 此电路的输入信号是线 盘两端(即 CN3和 CN4的谐振波形, U1 的 3脚输出控制 IGBT 前级的 PWM 信 号。如图所示, 其信号取自 LC 振荡的电容 C5两端的分压, 一路经过 R3、 R19、 R17、 R14和 C8得到相位电压 A 点,送到单片机 20脚;另一路经过 R4, R5, R32

29、, R37, R15, R16, R24得到相位电压 B 点,送到单片机 19脚。单片机得到两者信号,并 经过内部处理,从而得到可控制的同步 PWM ,并从 U1的 3脚输出。检锅检锅就是检测电磁炉上是否有锅,台湾的厂家称之为负载侦测,也就是把 加热的锅具视为电磁炉的负载,是电磁炉电路的一部分。我们的检锅是脉冲法 检有锅,就是通过内部信号处理可以检测是否锅具。其检测过程:开机后, 进入功能后 PWM (3脚 输出微米级的高电平使 IGBT 驱动电路启动 LC 振荡 , 通过同步反馈网络到单片机内部进行检测来确定是否有 锅。同步信号:IGBT 在导通时,其 C 极电压越低, IGBT 内部的损耗

30、越小,反之 则损耗越大;当 IGBT 内部损耗过大,则 IGBT 内部发热严重而导致烧坏。在理 想状态, C 极电压为零时开通 IGBT ,其内部损耗 W=UcI=0,但实际上在电磁炉 上电后, C 极电压不可能为 0V , 所以, 只能取 IGBTC 极最低的电压时开通 IGBT , 使 IGBT 的开关损耗最小。 所以, 同步信号就是 IGBTC 极电压最低时的检测信号, 也就是最佳的 IGBT 开通时机。3.2.3 IGBT高压保护电路 元件组成:R4, R5, R32, R37, R15, R16, R18, U1(18脚此部分主要是检测 IGBT C极电压,保护 IGBT 在安全的电

31、压下工作。美的 电磁炉采用的 IGBT 最高耐压达 1200V (如西门子 IH20T120和仙童 FGA25N120 , 但设计时一般都留有设计余量, 此保护电路 IGBT 高压动作的电压是 1100V 峰值。 即当 IGBTC 极的电压超过 1100V 时, IC (18脚得到的分压电压变高,经过内 部检测将 3脚输出的 PWM 宽度拉低,缩小 IGBT 驱动占空比,缩短 IGBT 导通时 间,从而降低 IGBTC 极电压,达到保护 IGBT 的目的。在一定的条件下, IGBT 的 C 极导通时间越长,电磁炉的功率越大, IGBT 的 C 极就越高。 目前我们采用的锅具有 304不锈钢和

32、430不锈铁, 304不锈钢的磁 阻非常大, 430的磁阻小很多,所以,要达到相同的功率, 304的驱动脉宽将远 小于 430锅具; 使用 430锅具时, IGBT 的 C 极承受的高压远大于使用 304锅具。 所以,经常反映 430锅具的功率无法达到额定的功率 2000W ,而 304却轻易达 到 2500W 甚至更高,就是与此电路保护有关。如图, IGBTC 极电压经过 R4、 R5、 R32、 R37、 R15, R16,分压后再经过 R18到 U1 18脚。在设计中或生产中,若要提高 IGBT 保护电压而提高 430的功率,可以减小 R16。但不管如何,务必谨慎,确保 IGBT 的 C

33、 极高压不高于 1100V , 否则,提高了功率却也提高了产品维修率。 3.2.4 PWM脉宽调控电路元件组成: U1(3脚 , C30。脉宽调控电路是由 CPU 内部根据不同档位单片机 3脚并配合同步信号自动 输出 PWM 脉宽控制 IGBT 的占空比,从而影响功率的大小 ,PWM 的占空比越大, IGBT 驱动脉宽就越宽,则电磁炉的输出功率就越大 , 反之越小。 “ CPU通过控制PWM 脉冲的宽与窄,控制送至振荡电路的加热控制电压,控制 IGBT 导通时间的 长短 (脉冲宽度 , 结果控制了加热功率的大小。 ” 其中 C30, C9,C8用于调相 。3.2.5 IGBT驱动电路元件组成:

34、 U1(3脚 , Q1, Q2, Q3, R8, R9, R13, C10, R7振荡电路产生的驱动信号电压较低,基本在 45V之间,不能驱动 IGBT , 所以,要将这电压放大到 18V 以更好地驱动 IGBT 。此电路分为两部分:、由 Q1、 Q3组成的推挽电路,驱动波形通过由两个三极管 Q1、 Q3组成 的推挽电路,将输出 Vout 电压提高到 18V 。由 Q2组成的 IGBT 使能控制电路。当 Q2基极为高电平时, Q2导通,从 而拉低 Q3 基极, Q3导通则 IGBT 驱动电路不工作,当 Q2基极为低电平时 IGBT 启动。 3.2.6浪涌保护电路元件组成: U1(1脚 , D1

35、, D2, R29, R1, R11, C2, C9 , D4,R40电磁炉在使用过程中,如果电网电压不稳,高压脉冲(一般高于 400V 冲 击电磁炉, 造成电磁炉 IGBT 击穿。 浪涌保护电路就是为了防止此浪涌高压对电 磁炉的损坏而设计的。浪涌电路的信号 SURGE 取样于电网电压整流后的信号,市电经过 D1,D2整流后 , 经过 R29, R1, R11分压后, 经过 R40得到单片机 U1 1脚取样信号。 当 电源电压正常时, U1 1脚为低电平(约 0.8V ,经过 U1内部处理后不影响后级 IGBT 使能控制电路的 Q2。当电源突然有浪涌电压输入时,造成 U1 1脚 电压升 高为高

36、电平(约高于 2.5V ,经过 IC 内部检测处理 使 3脚输出高电平,这可 以使后级 IGBT 使能控制电路的 Q2截止,关断 IGBT ,从而起到保护 IGBT 的作 用。电路中, R1、 R11各并上电容主要提高抗干扰能力,避免浪涌保护误动 作, D4为嵌位作用,防止 U1 1脚 电压超过 5V ,损坏 U1。 3.2.7电流检测电路 元件组成: U1(16, 17脚 , RK1, R2, VR1, C3,C26,C27.流过康铜丝两端的电流,变换成电压,此电压经过 R2 ,变阻器 VR1输入 至单片机 U1 AD 端口 17脚。 CPU 根据检测此电压信号的变化来检测电磁炉的输 入电流

37、,从而自动做出各种动作:1、检到过锅后,将会用 1秒钟的时间来检测电流的变化 , 通过电流变化的 差值确定锅具的材质、大小尺寸2、工作时,单片机时刻检测电流的变化,根据检测到的电压及电流信号, 自动调整 PWM 做功率恒定处理。3、工作时,单片机时刻检测电流的变化,当电流变化过大时,做无锅具的 判断。VR1是 0欧到 500欧姆的可调电阻,主要是通过此调节电阻来调整因为结 构误差引起的功率偏差,通过调节此电阻来改变电流检测的基准,达到调节电 磁炉输出功率大小的目的。当 VR1增大时,相应的电流检测的电压会提高。在 输入电流一定的情况下, 输出感应出来的电压相应提高, 那么电流检测的 AD值的会

38、提高,根据软件恒功的要求,功率会相对下降。3.2.7电压检测电路元件组成: U1(10脚 , D1, D2, R29, R26,R12, R10,.C14电压信号取自电磁炉电源交流输入, 交流信号由 D1、 D2整流的脉动电流电 压通过 R29、 R26,R12与 R10分压、 C14平滑后,得到信号送到单片机 AD 口, 即 VOLC U1(10脚 。CPU 根据检测此电压信号的变化来检测电磁炉的输入电压,从而自动做出 各种动作:1、工作时,单片机时刻检测电压的变化,若电压过高或过低时(一般250V150V电压为正常 , 单片机将会发出保护的指令, 停止加热, 并显示代码; 待电压恢复正常后

39、,电磁炉自动恢复继续工作。2、工作时,单片机时刻检测电压的变化,根据检测到的电压及电流信号, 自动调整 PWM 做功率恒定处理。 3.2.8电源供电电路元件组成:D1,D2,R33,D6,C19,U2,U3,R30,D7,D8,D11,DW2,C12,C13,C20,C21,C22,C23 ,C28,L2标准板的供电采用开关电源方式,此电源模块将交流电压转换为 VDD,18V 和 5V 直流电。其中, VDD 给风扇供电, 18V 电压给 IGBT 驱动、 。 5V 电压用于单 片机、显示板、信号采样提供基准等电路。开关电源工作原理: 220V 市电经过 D1,D2整流后 , 经过 D6,R3

40、3, 送至 Viper12中 5、 6、 7、 8脚。 启动 Viper12芯片。当 viper12开通时,脉冲电压经过变压器初级线圈, C23整流成约 18V 左 右的 VDD 电压, 一路经 D7给 Viper12芯片供电; 另一路给风机, IGBT 供电。 此 外 VDD 电压经 DW2稳压管到 Viper12 反馈端 FB 。当电压高于 18V , Z90导通, 则有反馈电流输入 Viper12反馈端, Viper12经过内部处理判定是否到达关断 电平。从而达到调整 PWM 目的。这也使 VDD 电压处在 18V 左右,经过 C23大电 容滤波稳定在 18V电平。当 viper12关断

41、时, 变压器 4脚电压经过 D11整理形成约 9V 直流电压。 此 电压输入 7805 IC后转换成 5V 电压个系统芯片供电。D8是续流二极管,作用是 Viper12关断时,电流经过变压器 L2的 2脚, 负载, D8, 变压器 L2的 1脚 . 形成完整回路。L7805是电压调整 IC , 内置电流限制保护, 热保护功能。 本板电路是将 10V 电压转换成 5V 电压。L7805 简图 3.2.9蜂鸣器报警电路元件组成:BZ1 , C6, U1(6脚采用的蜂鸣器为交流驱动。电路的驱动端口连接单片机的输出口, C6为隔直电 容,当单片机驱动端口输出方波信号时,蜂鸣器鸣叫报警。采用的蜂鸣器驱动

42、 频率为 4KHz ,若频率合适,则蜂鸣器鸣叫声音悦耳,若频率偏低,则鸣叫声沉 闷甚至不响,若频率偏高,则鸣叫声尖锐难听甚至不响。3.2.10锅具温度检测电路元件组成:R28 , C25, U1(12脚 ,热敏电阻 TOP加热锅具锅底的温度通过陶瓷板 传到紧贴在其下面的热敏电阻,具 有负温度特性的热敏电阻的阻值 的变化间接反映了锅具温度的变 化。锅具热敏电阻与 R1并接后与 R2分压输出信号 TEMP_MAIN,根据 热敏电阻的负温度特性可知,温度越高,热敏电阻阻值就越小,分压所的的电 压 TEMP_MAIN就越大,单片机就是通过检测 TEMP_MAIN电压的变化间接检测锅 具的温度的变化,从

43、而做出相应的动作: 1、过热保护:根据不同的功能,当检测到的温度过高时,电磁炉将会停止 加热或保护显示保护代码 E3;2、干烧保护:当锅具处于干烧状态时,锅具温度上升很快,电磁炉将会停 止加热并显示保护代码 EA ;3、热敏异常保护:当热敏电阻异常时,短路、短路或感应不到温度,电磁 炉将不能启动或停止加热,同时显示保护代码;4、工作时,单片机时刻检测锅具温度,根据锅具温度做相应的火力调整。 3.2.11 IGBT温度检测电路该检测热敏电阻紧贴在 IGBT 散热片上面, 具有负温度特性的热敏电阻的阻 值的变化间接反映了 IGBT 温度的变化。 IGBT 热敏电阻与 R3分压输出信号 TEMP_I

44、GBT, 根据热敏电阻的负温度特性可知, 温度越高, 热敏电阻阻值就越小, 分压所的的电压 TEMP_IGBT就越大,单片机就是通过检测 TEMP_IGBT电压的变 化间接检测 IGBT 的温度的变化,从而做出相应的动作:元件组成:R27 , R34, C24, U1(11脚 , 热敏电阻 RT11、高温保护:当检测到 IGBT 温度高于 90 -100时,电磁炉将会停止加 热待到温度下降到 60 -70 -后恢复加热;当 IGBT 温度高于 110时,电磁炉将会立即停止加热并保护显示高温代码 E6,保护 IGBT ;2、热敏异常保护:当热敏电阻异常时,短路、短路,电磁炉将不能启动或 保护显示

45、保护代码。3.2.12风扇驱动电路元件组成:D3, Q5 , R20, R35, U1(6脚 ,风扇风扇使用 18V 的风扇, 电路由 D3、 Q5和 R20, R35构成。 当 FAN 口为高时, Q1导通,风扇工作,当 FAN 口为低时, Q1截止,风扇关断。由于风扇为感性负 载, Q1关断后,风扇仍有电流,电流可通过 D3放掉。在电磁炉很多方案中, 风扇驱动控制口 FAN 和蜂鸣器驱动端口 BUZ 复用同一个单片机端口,所以,在 蜂 鸣器鸣叫时输出方波,风扇会暂时减慢,但由于鸣叫时间很短(短于 1S ,而风扇转动 时存在惯性,所以转动减慢不明显,并不影响实际效果。3.2.13主电源 元件

46、组成:FUSE1 , RZ1 , R38, C1, BG1, L1,C4AC220V50/60Hz交流电经过保险丝 FUSE1、 EMC 防护电路(C1、 RZ1 、整流 桥 BG1和滤波电路(L1、 C4 ,得到直流电提供给主功率电路。保险丝 FUSE1在电路烧坏的情况下自动切断电磁炉与电网的连接,以保护 电网。EMC 防护电路主要作用是提供品质因数、抑制骚扰电压和抗击雷电冲击。 整流桥 BG1,其作用是将 220V转换成直流电压 ,为电磁炉谐振电路提供 工作的直流电。滤波电路由扼流线圈和滤波电容组成,将直流脉动电压转换为平滑的直流 电,对后面 LC 振荡电路的电能转化起储能的作用,同时也防止 LC 振荡回路的 高频电流干扰电网。3.2.14显示控制部分 通用 Q1、 Q2、 Q6