电磁炉的电路构造详解

电磁炉的电路结构组成如图1-26所示，整个电路可分为高频电力转换主电路及检测、脉冲控制电路两大部分。具体包括主电源输入电路、同步控制电路、LC振荡电路、功率控制电路、IGBT过电压保护电路、温度检测电路、电压检测电路、电流检测电路、锅具检测电路及主控CPU电路等。

图1-25 散热风扇的实物与结构

图1-26 电磁炉的电路结构

（1）主电源输入电路

主电源输入电路主要由熔丝F1、EMI防护电路、整流滤波电路等组成。图1-27所示为主电源输入电路。

图1-27 主电源输入电路

图1-28 EMI防护电路

EMI（Electro Magnetic Inferfernce，电磁干扰）防护电路主要是在电源的进入端防止有高频干扰或雷击等造成后面电路的损坏而设置的电路。

电磁炉EMI防护电路主要由压敏电阻RZ001、电容C001和电阻R001等组成，如图1-27、图1-28所示。其中，电容C001与R001的作用是吸收电源中的高频谐波，压敏电阻的作用是防止电压过高。压敏电阻RZ001的特性是它的电阻值随着外加电压的变化而变化，当外加电压较低时，流过电阻的电流很小，压敏电阻呈现高阻状态；当外加电压达到或者超过压敏电压时，流过电阻的电流陡增，压敏电阻的阻值将大大降低。

电磁炉整流滤波模块是进行AC/DC变换的集成电路，其核心元器件是整流桥堆UR。它将输入的220V交流电变换成脉动直流电，然后经过π型滤波电路（由电感线圈L和电容C002、C003组成）进行滤波，输出平滑的直流电。由于电感对脉动电流产生反电动势的作用，它对交流阻值很大，而对直流阻值很小，在整流电路中串入π型滤波电路，可以使电路中的交流成分大部分降落在电感上，而直流成分则从电感线圈流到负载上，从而起到了进一步滤波的作用。

（2）同步控制电路

同步控制电路是电磁炉中的关键电路之一，其主要作用是从LC振荡回路中取得同步信号，同时产生同步锯齿波，为IGBT导通提供前级驱动波形。电路输出信号为锯齿波。具体电路如图1-29所示，主要由电压比较器（IC2）及其外围分压电阻（R1、R2、R3）、滤波电容（C1、C2）和钳位二极管（VD1）组成。

电压比较器IC2用来检测IGBT的引脚电压，并与参考电压进行比较，当检测值大于参考电压时，电压比较器的输出脚输出一个低电平；当检测电压小于参考电压时，电压比较器的输出脚输出一个高电平。不管是高电平信号还是低电平信号，均要送到其后面的波形发生电路，与三角波形进行波形修正后再送到功率控制电路，以控制IGBT是开还是关的工作状态。

图1-29 同步控制电路

图1-30 LC振荡电路结构

（3）LC振荡电路

LC振荡电路也称逆变电路，它由LC并联谐振电路、IGBT和一些辅助元器件组成，如图1-30所示。

电磁炉的LC振荡电路是电磁炉的核心电路，其工作原理就是LC并联谐振的原理，通过电感线圈与振荡电容不停地进行充电和放电，产生振荡波形。其中L为电感线圈，C为振荡电容。LC振荡电路的工作过程是：当IGBT的C极电压为0V时，IGBT导通（监控电路检测到C极电压为0V时，即开通IGBT），此时的电感线圈开始储存能量，当IGBT由导通转向关断时，此时由于电感线圈的作用，电流还会沿着先前的方向流动，由于IGBT关断，电感只能对电容C充电，从而引起C极上的电压不断升高，直到充电电流变小降至0时，C极电压达到了最高。此时，电容C开始通过线圈放电，C极电压降低，当C极电压降到0V时，监控电路动作，IGBT再次开通，如此反复循环，如图1-31所示。

图1-31 LC振荡电路原理

（4）功率控制电路

电磁炉功率控制电路的作用是控制IGBT的开与关，以控制电磁炉的发热功率。功率电路的内部电路主要由电压比较器、外围电阻、外围电容、钳位二极管、稳压二极管和外围驱动晶体管等组成，如图1-32所示。(www.xing528.com)

图1-32 功率控制电路

当电压比较器接收到控制信号时，控制信号分别送到电压比较器的反相输入2、4端子的参考电压端子，由于参考电压是不变，所以当送来的波形处于高电平时，由于反相器的反相作用，电压比较器输出低电平，驱动晶体管VT3导通，VT2截止，U_CC（18V或12V）电压经过导通的晶体管和限流电阻流向IGBT的栅极G，使IGBT导通。反之，当送来的波形处于低电平时，由于反相器的反相作用，电压比较器输出高电平，驱动晶体管VT3截止，VT2导通，U_CC电压没有通过限流电阻流向IGBT的栅极G极，此时IGBT工作于截止状态。如此反复，通过控制IGBT的G极电压来达到功率控制的目的。

（5）IGBT过电压保护电路

电磁炉IGBT过电压保护电路的作用是保护IGBT的C极（或D极）电压不超过它的耐压值，防止IGBT过电压损坏。如图1-33所示，该电路主要由电压比较器、外围电阻、外围电容构成。具体工作过程是：来自IGBT的C极电压经电阻R1限流，C2滤波，R4、R5分压后输入到电压比较器的正向输入端子（②脚），电压比较器①脚外接的R2、R3、C1为参考电压形成电路，电路首先检测IGBT的C极电压，将该电压与其外接的一个参考电压进行比较。当检测电压超过比较电压时，电压比较器就输出一个低电平信号到主控芯片，使主控芯片输出的功率调节信号（PWM）的幅度（电平）减少，从而降低IGBT的功率，降低IGBT的C极电压，以保护IGBT。

图1-33 过电压保护电路

（6）温度检测电路

电磁炉温度检测电路分为锅具温度检测和IGBT温度检测两种。锅具温度检测和IGBT温度检测电路都是由热敏电阻RT、电阻R、电容C和主控IC组成。其具体工作过程是：热敏电阻RT通过陶瓷板对锅具底部的温度进行采样，并将采样信号电压送到主控IC，主控IC通过主控程序对该温度信号电压的设定值与检测到的电压进行比较，当电压异常时，则自动控制IGBT停止工作或延长停止工作的间隙，IGBT温度检测电路的工作原理与锅具温度检测电路的工作原理基本相同。电路如图1-34所示。

图1-34 温度检测电路

（7）电压检测电路

电磁炉电压检测电路的作用是检测输入的交流电压是否正常。该模块主要由整流二极管VD、电阻R、电容C和晶体管VT构成。其具体工作过程是：交流市电经过整流二极管VD1、VD2全波整流，再经过电阻R3降压之后送到晶体管VT1的基极。由于晶体管VT1是采用共射极输出的，所以当输入电压出现高低变化时，发射极电压也会相应地跟着发生变化。电压检测模块将晶体管的发射极电压输入到主控芯片进行比较，当电压偏高或偏低时，主控芯片则会发出相应的控制信号，控制电磁炉的工作状态，同时，通过显示电路显示相应的故障代码。电路如图1-35所示。

图1-35 电压检测电路

（8）电流检测电路

电磁炉的电流检测电路是用来取样电磁炉的工作电流，并将电流信号送到电磁炉的检锅电路和功率调整电路，作为电流调整的依据。该电路主要由电流互感器CT、二极管VD、电阻R、电容C等构成。其工作原理是：从电流互感器CT的二次绕组感应的交流电压经二极管VD1～VD4组成的桥式整流电路整流、电阻R2分压、电容C3平滑之后得到一个电流信号，将该信号送到主控芯片可以作为电磁炉检测锅具和调整输出功率等的电流取样信号。电路如图1-36所示。

图1-36 电流检测电路

（9）锅具检测电路

锅具检测电路的作用是用来检测电磁炉上是否有锅具，它是通过检测振荡电路输出的脉冲个数和电流的大小来判断的。该模块主要由电压比较器IC1、外围电阻R1等组成。电压比较器将振荡电路（C1和L1）的振荡波形通过分压电阻R1进行取样，从③脚输出脉冲信号，再将脉冲信号送到主控芯片，主控芯片计算脉冲数，当脉冲数大于9（不同的电磁炉参数不完全一样）时认为未放锅，当脉冲数小于5时则认为放上了锅具，以此来判断电磁炉上是否放置了锅具。

有的电磁炉除检测脉冲个数外，还检测电流的大小，两者结合后综合进行判断，当检测到电流大于2A（不同的电磁炉参数不完全一样）时认为有锅，小于2A时则认为无锅。综合判断，当脉冲个数大于9或电流小于2A时，则认为无锅。电路如图1-37所示。

图1-37 电磁炉检锅模块电路

（10）主控CPU电路

主控CPU电路是以单片机（CPU）为控制中心，其作用是监测温度、电压、电流等信号的变化情况，同时处理各种信号之间的关系，控制电磁炉的工作。蜂鸣器电路、显示电路（包含按键）等共同指示电磁炉的工作状态、输入用户的指令。另外5V电源电路、复位电路和时钟电路是单片机正常工作必不可少的。