电磁炉的工作原理与维修及IGBT管型号和主要参数
电磁炉的工作原理与维修及IGBT管型号和主要参数第一单元 电磁加热原理电磁炉是一种*电磁场加热食物的灶具。
我们知道：家用电器中的变压器工作时，铁芯会发热，如图1所示。为防止发热过多，浪费电能，铁芯用导磁率高的硅钢片叠压而成，以减小涡流的热效应。
理论和实践证明：涡流与磁感应强度成正比，与交流电频率的平方成正比。因此，电磁炉要达到一定的热交换功率，必须有能产生高磁感应强度的交变磁场线圈，还必须提高交流电的频率以提高涡流功率。一般情况下，流过电磁炉线圈的交流电频率在15KHZ——30KHZ之间。
电磁炉的工作原理是：当线圈中通过高频电流时，线圈周围产生高频交变磁场，在高频交变磁场的作用下，铁质锅底中产生强大的涡流，锅底迅速释放出大量的热量，达到加热目的，其工作示意图如图2所示。
线圈中形成15KHZ——30KHZ的高频电流，电磁炉中设有变频电路，就是将整流滤波后的直流电变换高频交流电，其电路原理简图如图3所示。
当220V交流电经DB1桥堆整流、L1和C1滤波后，形成+300V左右的直流电压，经线圈L2加到IGBT的漏极上，当开关脉冲高电平到达IGBT的栅极时，IGBT导通，内阻很小，电流由DB1的“+” --L1
-- L2 --IGBT漏极 --源极 --地---DB1的“—”极，把电能转化成磁能储存在加热线圈中。当开关脉冲低电平到达IGBT的栅极时，IGBT截止，由于L2线圈中的电流不能突变，只能通过C2放电，即给C2充电，把磁场能转化成电场能，随后电容C2又向L2放电，如此周而复始，形成谐振，直到下一个开关脉冲高电平到达IGBT的栅极时，又重复上述过程。L2线圈产生的高频磁场，于是在铁质平底锅底便产生了强大的涡流，锅底迅速发热，加热结圈中的电磁能转化成为热能。
常用的几种加热器具对照表：
加热器具
液化器炉
普通电饭锅（电炒锅）
电磁炉
加热方式
气体燃烧加热（热传导）
电流通过电阻后发热（热传导）
电磁感应，锅自身发热
效率
40%——50%
50%——60%
高于80%
有无有害气体
有
无
无
安全系数
低
中
高
缺点
效率低、安全性差
效率低
电路复杂
第二单元电磁炉特殊元器件介绍
一、陶瓷板：陶瓷板是微晶陶瓷板的简称。主要作用是承载加热锅。处于加热锅底下面。
二、加热线圈：加热线圈又称为发热线圈，但它不发热，而是高频谐振回路中的一个电感，严格地说是称为高频谐振线圈。外形为圆盘形，是由多股漆包线绞合后以同心圆方式由内到外绕27~33匝而成，中心安装有感温器支架用以安装热敏电阻，加热线圈的下面安装有多根磁条，用以会聚磁力线，减少磁力线外泄，如图所示。
元件好坏的判别
一、绝缘栅型场效应管（或IGBT）好坏的简易判别方法
1、原理图
3、判断极性
将万用表拨在R×1KΩ挡，用万用表测量时，将黑表笔固定接在某一电极上，另一表笔（红表笔）分别接其它
两只管脚，若阻值均为无穷大，对调用红表笔固定接在这一电极（原黑表笔接的那只管脚）上，另一表笔
（黑表笔）分别接其它两只管脚，若阻值均为无穷大，则固定不动的那只表笔接的那只管脚为栅极。其余两
极再用万用表测量，若测得阻值为无穷大，调换表笔后测量阻值较小。在测量阻值较小的一次中，则判断红
表笔接的为漏极（D）；黑表笔接的为源极（S）。
4、判断好坏
将万用表拨在R×10KΩ挡，用黑表笔接IGBT 的漏极（D），红表笔接IGBT 的源极（S），此时万用表的指针
指在无穷处。用手指同时触及一下栅极（G）和漏极（D），这时IGBT 被触发导通，万用表的指针摆向阻值
较小的方向，并能站住指示在某一位置。然后再用手指同时触及一下源极（S）和栅极（G），这时IGBT 被阻
断，万用表的指针回到无穷处。此时即可判断IGBT 是好的。
注意：若进第二次测量时，应短接一下源极（S）和栅极（G）。
任何指针式万用表皆可用于检测IGBT。注意判断IGBT 好坏时，一定要将万用表拨在R×10KΩ挡，因R×1K
Ω挡以下各档万用表内部电池电压太低，检测好坏时不能使IGBT 导通，而无法判断IGBT 的好坏。此方法同
样也可以用于检测功率场效应晶体管（P-MOSFET）的好坏。
IGBT绝缘栅双极晶体管(Iusulated Gate Bipolar Transistor)简称IGBT,是一种集BJT的大电流密度和MOSFET
等电压激励场控型器件优点于一体的高压、高速大功率器件。
目前有用不同材料及工艺制作的IGBT, 但它们均可被看作是一个MOSFET输入跟随一个双极型晶体管放
大的复合结构。
IGBT有三个电极(见上图), 分别称为栅极G(也叫控制极或门极) 、集电极C(亦称漏极) 及发射极E(也称源
极) 。
从IGBT的下述特点中可看出, 它克服了功率MOSFET的一个致命缺陷, 就是于高压大电流工作时, 导通电阻
大, 器件发热严重, 输出效率下降。
IGBT的特点:
1.电流密度大.
2.输入阻抗高, 栅驱动功率极小, 驱动电路简单。
3.低导通电阻。.
4.击穿电压高, 安全工作区大, 在瞬态功率较高时不会受损坏。
5.开关速度快, 关断时间短,耐压1kV~1.8kV的约1.2us、600V级的约0.2us, 约为GTR的10%.
代换ICBT时应注意的几个问题：
由于IGBT管工作在高电压、大电流状态，工作温度高，易损坏，据不完全统计，在电磁炉故障维修中，IGBT管损坏占80%以上，而各厂家采用的IGBT管型号繁杂，有的厂家还把IGBT管型号标注打磨掉，因此，维修中不得不考虑IGBT的代换。代换时应注意以下二点：
1、IGBT管的主要参数宜大不宜小，2000W以下的电磁炉可选用最大电流为20A—25A的IGBT管，2000W或2000W以上的电磁炉可选用最大电流为40A的IGBT管。
2、应区分IGBT管内是否含有阻尼二极管，内含有阻尼二极管的IGBT管可代换不含阻尼二极管的IGBT管，若用不含阻尼二极管的IGBT管代换内含有阻尼二极管的IGBT管时，应在新更换的IGBT管的漏极和源极之间并接一只快速恢复二极管，如图所示。部分快速恢复二极管的型号及主要参数如表所示。
电磁炉常用IGBT管型号和主要参数
DB1整流桥堆好坏的测量
2、好坏的测量
方法一：
用万用表R*1K档，黑表笔接 “—”端，红表笔接“+”端，阻值在30K左右；对调表笔测量时，指针不动，表明该桥堆是好的。
方法二：
1）、用表R*1K档，黑表笔接其中的一个“~”端，红表笔接“+”端，阻值在10K左右；再用黑表笔接其中的另一个“~”端，红表笔接“+”端，阻值在10K左右；以上两次测量，在对调表笔后测量时，指针不动。
2）、然后用黑表笔接“—”端，红表笔分别接两个“~”端时，阻值均在10K左右；以上两次测量，在对调表笔后测量时，指针不动。则表明此桥堆是好的。
方法三：
更好的方法是在线路板上直接测量（断电测量），用R*1档，方法同上，但阻值不同而已。
三、二极管好坏的判别
1、原理：二极管的单向导电性。
2、判别方法：
用万用表R*1K档，黑表笔接P区（极），红表笔接N区，阻值10K左右，当对调表笔测量
时阻值为无穷大，则表明该二极管是好的，否则坏的（指硅管）。
电磁加热原理
1.1电磁加热原理
电磁灶是一种利用电磁感应原理将电能转换为热能的厨房电器。在电磁灶内部，由整流电路将50/60Hz的交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为20-40KHz的高频电压，高速变化的电流流过线圈会产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过金属器皿(导磁又导电材料)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。
458系列筒介
458系列是由建安电子技术开发制造厂设计开发的新一代电磁炉,介面有LED发光二极管显示模式、LED数码显示模式、LCD液晶显示模式、VFD莹光显示模式机种。操作功能有加热火力调节、自动恒温设定、定时关机、预约开/关机、预置操作模式、自动泡茶、自动煮饭、自动煲粥、自动煲汤及煎、炸、烤、火锅等料理功能机种。额定加热功率有700~3000W的不同机种,功率调节范围为额定功率的85%,并且在全电压范围内功率自动恒定。200~240V机种电压使用范围为160~260V, 100~120V机种电压使用范围为90~135V。全系列机种均适用于50、60Hz的电压频率。使用环境温度为-23℃~45℃。电控功能有锅具超温保护、锅具干烧保护、锅具传感器开/短路保护、2小时不按键(忘记关机) 保护、IGBT温度限制、IGBT温度过高保护、低温环境工作模式、IGBT测温传感器开/短路保护、高低电压保护、浪涌电压保护、VCE抑制、VCE过高保护、过零检测、小物检测、锅具材质检测。
458系列须然机种较多,且功能复杂,但不同的机种其主控电路原理一样,区别只是零件参数的差异及CPU程序不同而己。电路的各项测控主要由一块8位4K内存的单片机组成,外围线路简单且零件极少,并设有故障报警功能,故电路可*性高,维修容易,维修时根据故障报警指示,对应检修相关单元电路,大部分均可轻易解决.
二、原理分析
特殊零件简介
2.1.1LM339集成电路
LM339内置四个翻转电压为6mV的电压比较器,当电压比较器输入端电压正向时(+输入端电压高于-入输端电压), 置于LM339内部控制输出端的三极管截止, 此时输出端相当于开路; 当电压比较器输入端电压反向时(-输入端电压高于+输入端电压), 置于LM339内部控制输出端的三极管导通, 将比较器外部接入输出端的电压拉低,此时输出端为0V.
2.1.2IGBT
绝缘栅双极晶体管(Iusulated Gate Bipolar Transistor)简称IGBT,是一种集BJT的大电流密度和MOSFET等电压激励场控型器件优点于一体的高压、高速大功率器件。
目前有用不同材料及工艺制作的IGBT, 但它们均可被看作是一个MOSFET输入跟随一个双极型晶体管放大的复合结构。
IGBT有三个电极(见上图), 分别称为栅极G(也叫控制极或门极) 、集电极C(亦称漏极) 及发射极E(也称源极) 。
从IGBT的下述特点中可看出, 它克服了功率MOSFET的一个致命缺陷, 就是于高压大电流工作时, 导通电阻大, 器件发热严重, 输出效率下降。
IGBT的特点:
电流密度大, 是MOSFET的数十倍
2.输入阻抗高, 栅驱动功率极小, 驱动电路简单。
3.低导通电阻。在给定芯片尺寸和BVceo下, 其导通电阻Rce(on) 不大于MOSFET的Rds(on) 的10%。
4.击穿电压高, 安全工作区大, 在瞬态功率较高时不会受损坏。
5.开关速度快, 关断时间短,耐压1kV~1.8kV的约1.2us、600V级的约0.2us, 约为GTR的10%,接近于功率MOSFET, 开关频率直达100KHz, 开关损耗仅为GTR的30%。
IGBT将场控型器件的优点与GTR的大电流低导通电阻特性集于一体, 是极佳的高速高压半导体功率器件。?G6X%目前458系列因应不同机种采了不同规格的IGBT,它们的参数如下:
(1) SGW25N120----西门子公司出品,耐压1200V,电流容量25℃时46A,100℃时25A,内部不带阻尼二极管,所以应用时须配套6A/1200V以上的快速恢复二极管(D11)使用,该IGBT配套6A/1200V以上的快速恢复二极管(D11)后可代用SKW25N120。
(2) SKW25N120----西门子公司出品,耐压1200V,电流容量25℃时46A,100℃时25A,内部带阻尼二极管,该IGBT可代用SGW25N120,代用时将原配套SGW25N120的D11快速恢复二极管拆除不装。
(3) GT40Q321----东芝公司出品,耐压1200V,电流容量25℃时42A,100℃时23A, 内部带阻尼二极管, 该IGBT可代用SGW25N120、SKW25N120, 代用SGW25N120时请将原配套该IGBT的D11快速恢复二极管拆除不装。
(4) GT40T101----东芝公司出品,耐压1500V,电流容量25℃时80A,100℃时40A,内部不带阻尼二极管,所以应用时须配套15A/1500V以上的快速恢复二极管(D11)使用,该IGBT配套6A/1200V以上的快速恢复二极管(D11)后可代用SGW25N120、SKW25N120、GT40Q321, 配套15A/1500V以上的快速恢复二极管(D11)后可代用GT40T301。
(5) GT40T301----东芝公司出品,耐压1500V,电流容量25℃时80A,100℃时40A, 内部带阻尼二极管, 该IGBT可代用SGW25N120、SKW25N120、GT40Q321、 GT40T101, 代用SGW25N120和GT40T101时请将原配套该IGBT的D11快速恢复二极管拆除不装。
(6) GT60M303 ----东芝公司出品,耐压900V,电流容量25℃时120A,100℃时60A, 内部带阻尼二极管。
.2电路方框图
.3主回路原理分析
时间t1~t2时当开关脉冲加至Q1的G极时,Q1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t1~t2时间i1随线性上升,在t2时脉冲结束,Q1截止,同样由于感抗作用,i1不能立即变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的电场能量,在电容两端出现左负右正,幅度达到峰值电压,在Q1的CE极间出现的电压实际为逆程脉冲峰压+电源电压,在t3~t4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为L1中的磁能,因感抗作用,i3不能立即变0,于是L1两端电动势反向,即L1两端电位左正右负,由于阻尼管D11的存在,C3不能继续反向充电,而是经过C2、D11回流,形成电流i4,在t4时间,第二个脉冲开始到来,但这时Q1的UE为正,UC为负,处于反偏状态,所以Q1不能导通,待i4减小到0,L1中的磁能放完,即到t5时Q1才开始第二次导通,产生i5以后又重复i1~i4过程,因此在L1上就产生了和开关脉冲f(20KHz~30KHz)相同的交流电流。t4~t5的i4是阻尼管D11的导通电流,F5_.f$Nu_/C$
在高频电流一个电流周期里,t2~t3的i2是线盘磁能对电容C3的充电电流,t3~t4的i3是逆程脉冲峰压通过L1放电的电流,t4~t5的i4是L1两端电动势反向时, 因D11的存在令C3不能继续反向充电, 而经过C2、D11回流所形成的阻尼电流,Q1的导通电流实际上是i1。
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,t1~t2,Q1饱和导通,UC接近地电位,t4~t5,阻尼管D11导通,UC为负压(电压为阻尼二极管的顺向压降),t2~t4,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,同时脉冲宽度越大,t1~t2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Q1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Q1烧坏,因此必须使开关脉冲的前沿与峰值脉冲后沿相同步。
2.4振荡电路
(1) 当G点有Vi输入时、V7 OFF时(V7=0V), V5等于D12与D13的顺向压降, 而当V6<V5之后,V7由OFF转态为ON,V5亦上升至Vi, 而V6则由R56、R54向C5充电.
(2) 当V6>V5时,V7转态为OFF,V5亦降至D12与D13的顺向压降, 而V6则由C5经R54、D29放电。
(3) V6放电至小于V5时, 又重复(1) 形成振荡。
G点输入的电压越高, V7处于ON的时间越长, 电磁炉的加热功率越大,反之越小”。
2.5IGBT激励电路
振荡电路输出幅度约4.1V的脉冲信号,此电压不能直接控制IGBT(Q1)的饱和导通及截止,所以必须通过激励电路将信号放大才行,该电路工作过程如下:
(1) V8 OFF时(V8=0V),V8<V9,V10为高,Q8和Q3 导通、Q9和Q10截止,Q1的G极为0V,Q1截止。
(2) V8 ON时(V8=4.1V),V8>V9,V10为低,Q8和Q3截止、Q9和Q10导通,+22V通过R71、Q10加至Q1的G极,Q1导通。
2.6PWM脉宽调控电路
CPU输出PWM脉冲到由R6、C33、R16组成的积分电路, PWM脉冲宽度越宽,C33的电压越高,C20的电压也跟着升高,送到振荡电路(G点)的控制电压随着C20的升高而升高, 而G点输入的电压越高, V7处于ON的时间越长, 电磁炉的加热功率越大,反之越小。
“CPU通过控制PWM脉冲的宽与窄, 控制送至振荡电路G的加热功率控制电压，控制了IGBT导通时间的长短,结果控制了加热功率的大小”。
2.7同步电路
R78、R51分压产生V3,R74+R75、R52分压产生V4, 在高频电流的一个周期里,在t2~t4时间 (图1),由于C3两端电压为左负右正,所以V3<V4,V5OFF(V5=0V) 振荡电路V6>V5,V7 OFF(V7=0V),振荡没有输出,也就没有开关脉冲加至Q1的G极,保证了Q1在t2~t4时间不会导通, 在t4~t6时间,C3电容两端电压消失, V3>V4, V5上升,振荡有输出,有开关脉冲加至Q1的G极。以上动作过程,保证了加到Q1 G极上的开关脉冲前沿与Q1上产生的VCE脉冲后沿相同步。
|2.8加热开关控制
(1)当不加热时,CPU 19脚输出低电平(同时13脚也停止PWM输出), D18导通,将V8拉低,另V9>V8,使IGBT激励电路停止输出,IGBT截止,则加热停止。
(2)开始加热时, CPU 19脚输出高电平,D18截止,同时13脚开始间隔输出PWM试探信号,同时CPU通过分析电流检测电路和VAC检测电路反馈的电压信息、VCE检测电路反馈的电压波形变化情况,判断是否己放入适合的锅具,如果判断己放入适合的锅具,CPU13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及VCE电路反馈的信息,不符合条件,CPU会判定为所放入的锅具不符或无锅,则继续输出PWM试探信号,同时发出指示无锅的报知信息(祥见故障代码表),如1分钟内仍不符合条件,则关机。
2.9VAC检测电路
AC220V由D1、D2整流的脉动直流电压通过R79、R55分压、C32平滑后的直流电压送入CPU,根据监测该电压的变化,CPU会自动作出各种动作指令:
1) 判别输入的电源电压是否在充许范围内,否则停止加热,并报知信息(祥见故障代码表)。
(2) 配合电流检测电路、VCE电路反馈的信息,判别是否己放入适合的锅具,作出相应的动作指令(祥见加热开关控制及试探过程一节)。
(3) 配合电流检测电路反馈的信息及方波电路监测的电源频率信息,调控PWM的脉宽,令输出功率保持稳定。
;@
电源输入标准220V±1V电压,不接线盘(L1)测试CPU第7脚电压,标准为1.95V±0.06V”。
2.10电流检测电路
电流互感器CT二次测得的AC电压,经D20~D23组成的桥式整流电路整流、C31平滑,所获得的直流电压送至CPU,该电压越高,表示电源输入的电流越大, CPU根据监测该电压的变化,自动作出各种动作指令:
(1) 配合VAC检测电路、VCE电路反馈的信息,判别是否己放入适合的锅具,作出相应的动作指令(祥见加热开关控制及试探过程一节)。
配合VAC检测电路反馈的信息及方波电路监测的电源频率信息,调控PWM的脉宽,令输出功率保持稳定
电磁炉常用IGBT管型号和主要参数
管子型号 最高耐压（V） 最大电流（A） 管内是否含有阻尼二极管 20N 120CND 1200 20 有 K25T120 1200 25 有 G40N150D 1500 40 有 5GL40N150D 1500 40 有 G4PH50UD 1500 40 有 GT40Q321 1300 40 有 GT40T101 1000 40 无 G40T101 1000 40 无 GT40T301 1300 40 无 ZQB35JA 1500 35 有 G30P120N 1200 30 无 GPQ25101 1000 25 有 GT15J101 1000 15 无 GT8Q191 1900 8 有 GT50J101 1000 50 无 GT50J102 1000 50 无 GT50J301 1300 50 无 GT60M104 1000 60 无 GT60M301 1300 60 无 GT75AN—12 1200 75 无 15Q101 1000 15 有 25Q101 1000 25 有 80J101 1000 80 无 JHT20T120 1000 80 有 SKW25N120 1200 25 有 FGA25N120ANTD 1200 25
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