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LM339核心电磁炉设计优化

更新时间:2025-01-08 工作计划 版权反馈
【摘要】:下面以富士宝IH-P190B型电磁炉电路为例介绍用万用表检修LM339构成的电磁炉故障的方法与技巧。待机期间,U2的④脚输出的功率管起动信号为低电平,通过VD3将U1的⑤脚电位钳位到低电平。R39是蜂鸣器的供电电阻。

下面以富士宝IH-P190B型电磁炉电路为例介绍用万用表检修LM339构成的电磁炉故障的方法与技巧。该机电路由市电滤波、300V供电电路、低压电源电路、主回路(谐振回路)、功率管驱动电路、保护电路、操作与控制电路等构成,如图2-13所示。

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图2-13 富士宝IH-P190B型电磁炉主板电路

1.市电滤波、300V供电电路

该机输入的市电电压通过熔断器FUSE进入主板,经C21滤除干扰脉冲后,一路送到低压电源电路;另一路通过电流互感器T2的一次绕组送给整流堆BD进行桥式整流,产生的脉动电压通过扼流圈L1和C22滤波产生300V左右的直流电压,为功率变换器(主回路)供电。

市电输入回路所接的压敏电阻RZ用于防市电过电压、雷电保护。

2.低压电源电路

该机的低压电源采用的是变压器降压、线性稳压电源电路。

输入到变压器T1一次绕组的市电电压通过它降压后,从二次绕组输出10V和18V(与市电电压高低有关)交流电压。其中,10V电压通过VD4~VD7组成的整流堆桥式整流,C12滤波产生14V左右的直流电压,该电压经三端稳压器VL1(7805)稳压,C13滤波获得5V的直流电压,为微处理器、温度取样、操作键电路、指示灯等供电。18V交流电压通过VD13整流、C15滤波产生25V左右的直流电压,该电压通过R27限流、稳压二极管ZD2稳压产生18V电压,通过C16、C28滤波后,为LM339、功率管驱动电路、振荡器、风扇电动机、保护电路等供电。

3.系统控制电路

该机的系统控制电路以微处理器HT46R48(U2)为核心构成。

(1)微处理器HT46R48的实用资料

微处理器HT46R48的引脚功能见表2-9。

表2-9 微处理器HT46R48的引脚功能

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(2)微处理器基本条件电路

微处理器基本工作条件电路包括供电、复位、时钟电路。

1)5V供电。低压电源输出的5V电压加到微处理器U2(HT46R48)供电端⑫脚,为U2内部电路供电。

2)复位。该机的复位电路采用R1和C11组成。开机瞬间在滤波电容的作用下,逐渐升高的5V电压通过R1、C11积分,为U2的复位信号输入端⑾脚提供一个由低到高的复位信号,使U2内部的存储器、寄存器等电路清零复位后开始工作。

3)时钟信号。U2获得供电后,它内部的振荡器开始工作,与⒀、⒁脚外接的晶振OSC通过振荡产生4MHz时钟信号。

(3)待机控制

微处理器U2获得以上三个基本工作条件后开始工作,输出自检脉冲,确认电路正常后进入待机状态。

待机期间,U2的④脚输出的功率管起动信号(功率管使能控制信号)为低电平,通过VD3将U1(LM339)的⑤脚电位钳位到低电平。因⑤脚是比较器A的同相输入端,所以它的输出端②脚电位为低电平,使驱动电路的VT1导通、VT2截止,功率管IGBT因G极无激励电压输入而截止,该机处于待机状态。

4.开机与锅具检测电路

该机的开机与锅具检测电路由微处理器U2、主回路和电流检测电路共同构成。

电磁炉在待机期间,按下开关机键I/O后,微处理器U2从存储器内调出软件设置的默认工作状态数据,控制操作显示屏、指示灯显示电磁炉的工作状态,由④脚输出起动脉冲,通过C8耦合到U1的⑩脚,从它的⒀脚输出,利用C3返回到U2的④脚,再从②脚输出,经驱动电路VT1、VT2推挽放大,R45限流使功率管IGBT导通,线盘和谐振电容C23产生电压谐振。主回路工作后,市电输入回路产生的被电流互感器T2检测并耦合到二次绕组后,通过电容抑制干扰脉冲,再通过R23和可调电阻RW进行限压,利用VD8~VD11桥式整流,通过C18滤波产生直流取样电压,加到U2的⑧脚。当炉面上放置了合适的锅具,因有负载使流过功率管的电流增大,电流检测电路产生的取样电压被U2检测后判断炉面已放置了合适的锅具,输出加热信号使电磁炉进入加热状态。反之,判断炉面未放置锅具或放置的锅具不合适,控制电磁炉停止加热,U2通过②脚输出报警信号,该信号通过电容C19耦合后驱动蜂鸣器发出警报声,同时还控制显示屏显示故障代码,提醒用户未放置锅具或放置的锅具不合适。R39是蜂鸣器的供电电阻。

5.同步控制、振荡电路

该机同步控制、振荡电路由主回路脉冲取样电路,U1(LM339)内的⑩、⑾、⒀脚内的比较器A(U1A),U1的④、⑤、②脚内的比较器A(U1D),以及定时电容C3、定时电阻R5和R6等构成。

线盘下端电压通过R44、R43、R4取样产生的取样电压加到比较器U1A的同相输入端⑾脚,同时其上端电压通过R42、R2取样产生的取样电压加到U1A的反相输入端⑩脚。开机后,微处理器U2输出的起动脉冲通过驱动电路放大使功率管导通,线盘产生上正、下负的电动势,使U1A的⑩脚电位高于它⑾脚电位,经U1A比较后使它⒀脚内部导通,使U1D的反相输入端④脚电位为低电平,致使U1D的②脚电位为高电平,驱动电路的VT2导通、VT1截止,从VT2的e极输出的电压通过R45限流使IGBT继续导通,同时5V电压通过R5、C3、U1A的⒀脚内部电路构成的回路对C3充电。当C3所充电压使U1A的④脚超过⑤脚电位后,U1A的②脚内部导通使②脚电位变为低电平,使VT1导通、VT2截止,IGBT迅速截止,流过线盘的导通电流消失,于是线盘通过自感产生下正、上负的电动势,使U1D的⑾脚电位高于⑩脚电位,于是U1A的⒀脚电位变为高电平,致使U1A的④脚电位超过⑤脚电位,U1A的②脚电位为低电平,确保IGBT截止,同时C3两端电压通过D1、R5构成的放电回路放电,使U1A的④脚电位开始下降。在主回路的谐振期间,无论是在线盘对谐振电容C23充电期间,还是在C23对线盘放电期间,线盘的下端电位都会高于上端电位,IGBT都不会导通,只有在线盘通过C22、IGBT内的阻尼管放电期间,使U1A的⑩脚电位高于⑾脚电位,U1A的⒀脚电位变为低电平,C3开始放电使U1A的④脚电位开始下降。当线盘通过阻尼管放电结束,并且U1D的④脚电位低于⑤脚电位后,U1D的②脚再次输出高电平电压,通过驱动电路放大使IGBT再次导通,从而实现同步控制。因此,该电路不仅实现功率管的零电压导通控制,而且为PWM电路提供了锯齿波脉冲。该脉冲由C3通过充放电产生,C3充电期间产生锯齿波的上升沿,C3放电期间产生锯齿波的下降沿。

提示

由于C3不仅充电需要采用5V电压通过电阻完成,而且放电也需要通过5V电源才能构成回路,所以会对锯齿波脉冲产生一些不良影响,增加了功率管的故障。

6.功率调整电路

该机的功率调整分手动调整和自动调整两部分。

(1)手动调整

该机的功率手动调整电路由微处理器U2和U1(LM339)内的比较器A(U1D)等元器件构成。

需要减小输出功率时,U2的PWM端子⑩脚输出的功率调整信号占空比减小,通过R10、C16平滑滤波产生直流的控制电压减小。该电压通过R16为U1D的⑤脚提供的电压降低,由于U1D的反相输入端④脚输入的是锯齿波信号,所以U1D的②脚输出的激励脉冲的低电平时间延长,使VT1导通时间延长,VT2导通时间缩短,致使功率管IGBT导通时间缩短,为线盘提供的能量减少,输出功率减少,加热温度低。反之,若功率调整信号占空比增大,使U1D的⑤脚输入的直流电压升高时,IGBT导通时间延长,电磁炉输出功率增大,加热温度升高。

(2)自动调整

该机的功率自动控制电路由电流互感器T2、整流二极管VD8~VD11、微处理器U2等构成。

当主回路电流增大使T2二次绕组输出电压升高后,通过电容抑制干扰脉冲,再通过R23和可调电阻RW进行限压,利用VD8~VD11桥式整流,通过C18滤波后为U2的⑧脚提供的直流取样升高,被U2识别后判断主回路过电流,使⑩脚输出的调整信号的占空比减小。如上所述,功率管导通时间缩短,流过线盘的电流减小,加热功率减小,反之控制过程相反,从而实现电流自动调整。

提示

RW是用于设置最大取样电流的可调电阻,调整它就可改变输入到U2的⑧脚电压高低,也就可改变U2的⑩脚输出的功率调整信号的占空比。(www.xing528.com)

7.风扇散热系统

开机后,微处理器U2的风扇、蜂鸣器驱动端②脚输出的风扇驱动信号经R30限流,再经VT3倒相放大,为风扇电动机的绕组供电,风扇电动机开始旋转,对散热片进行强制散热,以免功率管、整流堆过热损坏。

VD14是钳位二极管,它用于限制VT3截止瞬间产生的反峰电压,以免VT3过电压损坏。

8.保护电路

该机为了防止功率管因过电压、过电流、过热等原因损坏,设置了多种保护电路。保护电路通过两种方式来实现保护功能:一种是通过PWM电路切断激励脉冲输出,使功率管停止工作;另一种是通过CPU控制功率调整信号的占空比,使功率管截止。

(1)功率管C极过电压保护电路

功率管C极过电压保护电路以取样电路和U1(LM339)⑥、⑦、①脚内的比较器B(U1B)为核心构成。

18V电压通过取样电路R12、R14取样后产生6V的电压,作为参考电压加到U1B的同相输入端⑦脚,同时功率管IGBT c极产生的反峰电压通过R25、R34、R15产生取样电压,加到U1B的反相输入端⑥脚。当IGBT c极产生的反峰电压在正常范围内时,U1B的⑦脚电位高于⑥脚电位,于是U1B的①脚内部电路为开路状态,不影响U1的⑤脚电位,电磁炉正常工作。一旦功率管c极产生的反峰电压过高时,通过取样使U1B的⑥脚电位超过⑦脚电位后,U1B的①脚内部电路导通,通过R13将C16两端电压钳位到低电平,于是U1D的②脚输出的激励电压占空比降为0,使功率管截止,避免了过电压损坏。当功率管c极电压恢复正常使U1B截止后,功率管再次进入工作状态。

(2)浪涌保护电路

浪涌保护电路以取样电路和U1(LM339)⑧、⑨、⒁脚内的比较器C(U1C)为核心构成。

5V电压通过取样电路R18、R19取样产生3V的电压,作为参考电压加到U1C的同相输入端⑨脚,同时300V直流电压通过R48、R22、R35分压限流,再通过二极管VD15加到U1C的反相输入端⑧脚。当市电电压没有干扰脉冲时,U1C的⑨脚电位高于⑧脚电位,于是U1C的⒁脚内部电路为开路,使二极管VD2截止,不影响U1的⑤脚电位,PWM电路正常工作,电磁炉工作在加热状态。一旦市电窜入干扰脉冲,300V直流电压内叠加了大量尖峰脉冲,通过取样使U1C的⑧脚电位超过⑨脚电位,于是U1C的⒁脚内部电路导通,通过VD2将U1的⑤脚电位钳位到低电平,U1的②脚不能输出激励脉冲,最终使功率管IGBT截止,避免了过电压损坏。另外,U1的⒀脚内电路导通后还会把U2的⒄脚电位变为低电平,被U2检测后也会使该机停止工作。

(3)市电检测电路

市电电压检测电路由取样电路和微处理器U2构成。

220V市电电压通过R16、R17、R29分压限流,再由二极管整流(图中未画出),利用C25滤波后产生市电取样电压加到U2的⑤脚。当市电电压过高或过低时,相应升高或降低的取样被U2检测后,U2判断市电电压异常输出停止加热的控制信号,避免了功率管等元器件因市电异常而损坏。同时,驱动蜂鸣器报警,并控制显示屏显示故障代码,提醒用户该机进入市电异常保护状态。

(4)功率管温度检测电路

功率管温度检测电路由功率管温度传感器(负温度系数热敏电阻)NTC2、微处理器U2等构成。

功率管温度传感器NTC2安装在功率管、整流堆的散热片上。当散热片的温度在正常范围内时,NTC2的阻值较大,与R40对5V供电分压后为U2的⑥脚提供的检测电压较高,被U2检测后判断功率管温度正常,控制电磁炉正常工作;若功率管过热后,NTC2的阻值减小,使U2的⑥脚电位下降,被U2检测后判断功率管过热,输出停止加热的信号,使功率管停止工作,同时驱动蜂鸣器鸣叫报警,并控制显示屏显示故障代码,提醒用户该机进入功率管过热保护状态。

(5)炉面温度检测电路

该机的炉面温度检测电路由炉面温度传感器NTC1、微处理器U2等构成。

炉面温度传感器NTC1紧贴在炉面下面安装。当炉面的温度正常时,NTC1的阻值较大,与R31、R37对5V供电分压,为U2的⑦脚提供的检测电压较低,被U2检测后判断炉面温度正常,控制该机正常工作;当因干烧等原因使炉面过热后,NTC1的阻值急剧减小,使U2的⑦脚输入的电压增大,被U2检测后判断炉面过热输出控制信号停止加热,并驱动蜂鸣器报警,控制显示屏显示故障代码,提醒用户该机进入炉面温度过热保护状态。

9.常见故障检修

(1)整机不工作且熔断器FUSE熔断

整机不工作且熔断器熔断的故障,说明有元器件击穿导致熔断器过电流熔断。该故障的主要原因:一是高频滤波电容C21、压敏电阻RZ击穿;二是整流堆BD击穿;三是功率管IGBT击穿;四是滤波电容C22击穿。

首先,用通断测量档在路测C21,若蜂鸣器鸣叫,则说明C21或RZ击穿;若不鸣叫,则在路测DB内各个二极管,若蜂鸣器鸣叫,则说明BD击穿;若BD正常,则接着在路测C22,若蜂鸣器鸣叫,则说明C22或IGBT击穿。此时,测IGBT的G、S极,若蜂鸣器也鸣叫,则说明IGBT击穿;若不鸣叫,则说明C22击穿。

提示

若整流堆BD击穿,则必须要检查IGBT是否击穿,以免更换后的整流堆过电流损坏。若功率管IGBT击穿,则还必须测量C16两端的18V供电是否正常,若不正常,则检查C15两端电压是否正常,若正常,则检查R27、ZD2、C16、C28和负载;若C15两端电压也不正常,则检查VD13和C15。若C16两端的18V供电正常,则说明谐振电路、同步控制等电路异常。此时,检查谐振电容C23是否异常,若异常,则必须更换;若正常,则检查限流电阻R44、R43、R47是否阻值增大,若阻值增大,则必须更换;若正常,则检查C3、D1、R5、R6、C24、RW、C4是否正常,若不正常,则更换即可;若正常,则更换LM339。

(2)整机不工作,但熔断器FUSE正常

熔断器正常,整机不工作的故障,说明电源电路、微处理器电路未工作。

首先,在路测三端稳压器VL1的输出端③脚有无5V电压输出,若有,则检查微处理器电路;若没有,则说明电源电路异常。

确认电源电路异常时,测C12两端电压是否正常,若正常,则检查VL1、C13和负载;若不正常,则测变压器T1输出的交流电压是否正常,若正常,则检查整流二极管VD4~VD7是否导通性能差,C12是否异常;若T1输出电压异常,则检查T1及其供电。

确认微处理器电路异常后,检查微处理器U2的⑾脚有无复位信号输入,若没有,则检查C11、R1;若有,则检查晶振OSC和U2。

(3)不加热,报警无锅具

该故障的主要原因:一是放置的锅具不合适;二是300V供电电路异常;三是18V供电电路异常;四是同步控制电路异常;五是保护电路异常;六是驱动电路异常。

首先,检查使用的锅具是否不符合要求,若是,则更换合适的锅具;若锅具正常,则说明机内电路发生故障。拆开外壳后,测18V供电是否正常,若不正常,则按前面介绍的方法检查18V供电电路。若18V供电正常,则测C22两端300V电压是否正常,若不正常,则检查C22、L1、BD;若正常,则检查电流检测电路。此时,检查C18两端电压是否正常,若正常,则检查U2;若不正常,则检查VD8~VD11、RW和T1。

(4)不加热,显示功率管或炉面过热的故障代码

该故障的主要原因:一是温度检测电路异常;二是300V供电电路异常;三是18V供电电路异常;四是同步控制电路异常;五是保护电路异常;六是驱动电路异常;七是风扇散热系统异常。

首先,检查风扇运转是否正常,若不正常,则测风扇电动机供电是否正常,若正常,则检查风扇电动机;若没有,则检查R28、VT3、R30和U2;若电动机运转正常,则测18V供电和300V电压是否正常,若不正常,则检查供电电路;若正常,则检查限流电阻R44、R43、R47是否正常,若异常,则更换即可;若正常,则检查VT12、VT11是否正常,若不正常,则更换即可;若正常,则检查LM339、IGBT、微处理器U2。

(5)不加热,显示市电电压异常的故障代码

该故障的主要原因:一是市电电压异常;二是市电供电系统异常;三是市电检测电路异常;四是微处理器异常。

首先,测市电电压是否正常,若不正常,则待市电恢复正常使用;若市电正常,而插座的市电电压不正常,则检查插座及线路;若插座的市电电压正常,则测微处理器U2的⑤脚输入的电压是否正常,若正常,则检查U2;若电压低,则检查R17、R26是否阻值增大,C25、C2是否漏电;若电压高,则检查R29是否阻值增大。

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