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电磁泡茶炉的工作原理分析和故障维修

Qiao 厨房电器 2020-08-23 21:21:06
    一位朋友抱来了一台电磁泡茶炉说;“泡茶炉罢工了,看看是啥毛病。”我先前很少摆弄过电磁炉,心中无数,抱着学习和试试的心态,答应了朋友的要求,于是踏上了学修电磁炉的旅程。y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸
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一、工作原理

       这款泡茶炉的型号是金灶KJ—10E,是广东海利公司近两年的新产品,双炉结构,左边是消毒锅,右边是烧水壶(见题图)。由于没有现成的电路图,笔者只好按照实物绘制了电路原理图(见图1)。该机的电磁感应加热电路与其他品牌的电磁炉(灶)基本相同,是利用电磁感应原理将电能转换为热能的电器。开关管IGBT(VT3,型号:H20R1202)的饱和导通和截止时间(占空比)受控于MCU输出的PWM脉冲信号;C8(0.22μF/1200V)与加热线盘L2(或L3,电感量约为0.183mH)组成频率约为24kHz的并联谐振电路。当电磁炉工作时,加热线盘周围便产生高频交变电磁场,当炉面放置导磁又导电的金属锅( 壶) 具时, 交变的磁场使锅(壶)底感应出强大的涡流而产生高热。下面具体分析一下它的工作原理。y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸

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1. 电源电路y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸
       +300V直流高压电源是直接由220V交流市电经高压整流桥堆(B1,型号:D15XB60H)整流、 C7(4μF/400V)滤波产生的,是加热线盘、IGBT管工作的主电源。VIPer22A(IC2)是小功率智能开关电源集成电路,其引脚功能如图2 所示。该集成电路内置场效应开关管、60kHz脉宽调制器、智能调整电路及过流、过压、过热保护电路。它具有外围电路简洁、输入电压适应范围宽、输出电压稳定等优点。本机由VIPer22A和Z1、C5、C4、VD1、VD2、L1、C3等外围元件组成+18V开关稳压电源,主要是供给VT1、VT2、 IC1(LM339)、切换继电器和排热电扇使用。+5V的电源也是由+18V电源经78L05稳压,C14滤波产生的,主要是作为基准电压源和供给控制显示电路使用。y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸

2. 控制显示电路y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸
        控制显示电路是由8位MCU芯片S3F9454BZZ-DK94(IC3)、8位串入/并出移位寄存器74HC164N(IC4)、数码管、三极管、LED、按键和电阻、电容等元件组成的,并通过8位接插件与主电路板连接。S3F9454B是三星的一款可多次编程的微控制器,内部设计的软件程序与硬件电路相配合,实现智能化控制。本电路MCU是采用内部时钟,并由 3脚输出至IC4(74HC164)的CP输入端(8脚),MCU的2脚输出的串行数据送至IC4的数据输入端(1、2脚)。MCU的4脚是上电复位端,同时也是“泡茶功能”输入端S2。在待机状态时,每按一下“S2”,则泡茶功能依次在“自动”—“手动”—“保温”—“关闭泡茶”4个状态之间切换循环。 5脚是蜂鸣信号输出端,用响声提示电磁炉的工作情况。6脚~9脚输出的高、低电平使VT6~VT9截止或导通,同时2脚输出串行数据,3脚输出的时钟脉冲配合IC4的8位(本电路只用7位)并行数据输出至数码管、VD7~VD11的作用是显示电磁炉各种工作状态和故障代码。10脚是消毒功能输入端S1,每按一下该键,则消毒功能依次在“大火”—“小火”—“关闭消毒”3个状态之间循环。11脚是排热电扇驱动信号输出端,电磁炉正常工作时,11脚输出高电平,使VT5导通,电扇得电工作,关机后11脚继续输出一段时间的高电平信号,电扇继续工作,排出炉内余热,延长电磁炉的使用寿命。17脚是+18V开关电源检测输入端,+18V电压经电阻R30、R31降压分压后的取样电压输入到17脚,与设置值比对,当+18V电压不正常时(过高、过低或纹波电压过大),电磁炉不工作,起到了保护作用。19脚是切换继电器控制信号输出端,继电器吸合时是“泡茶”,释放时是“消毒”。y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸

         当双炉同时使用时,“泡茶”与“消毒”是分时轮流加热。16脚、18脚分别是泡茶炉盘和消毒炉盘的温度传感器(负温度系数的热敏电阻)的取样电压输入端,只要其中有一只热敏电阻断路即显示故障代码“E3”,则停机保护;只要其中有一个炉盘超温,即显示故障代码“E4”,也停机保护。15脚是炉内功率器件过热检测输入端,Rt0负温度系数热敏电阻是紧贴IGBT管散热片安装。随着功率器件温度的升高,取样电压也逐渐升高,与设置值进行比对来判定是否过热。过热时显示故障代码“E6”,则停机保护。14脚是市电电压检测输入端。220V交流市电经B1整流,C7滤波产生+300V直流电压,经R4、R5和R7降压分压后的取样电压由14脚输入,与设置值进行比对。当市电电压高于250V或低于160V时,电磁炉不工作或停机保护,并显示过高“E1”或过低“E2”的故障代码。13脚是PWM 脉冲信号输出端。MCU根据设置指令或检测到的数据做出判断:该不该输出PWM脉冲信号,并能自动调节输出脉冲信号的占空比,以达到调节电磁炉输出功率之目的。y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸
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3. 同步电路y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸
       为了避免IGBT管在导通时被大电流冲击而损坏,要保证加到IGBT管的G极上的PWM脉冲前沿与C极上的峰值脉冲后沿相同步,由IC1d、IC1c和外围元件组成同步电路。在待机时,IC1d的同相端(11脚)的取样电压低于反相端(10脚)的取样电压,13脚为低电平状态,而由IC1c、R11、R12、R13和C10等组成的锯齿波振荡器按固有频率振荡。当电磁炉工作时,IC1d的同相端(11脚)上出现由IGBT 管C极取样的脉冲,经IC1d整形,13脚输出的同步脉冲经C11送到由IC1c等组成的锯齿波振荡电路,对其频率与波形进行修正后的同步锯齿脉冲再送到脉宽调制电路IC1b的反相端(6脚)。y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸
4. 脉宽调制电路y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸
      该电路由IC1b担当。同相端(7脚)加有由IC3的13脚输出的PWM脉冲,经积分电路形成的控制电平与反相端(6 脚)的同步锯齿脉冲进行比较。其原理是:当一个变化的直流控制电平(控制电平的高低与PWM脉冲的占空比成正比例关系)与一个按锯齿脉冲规律变化的基准电平进行比较时,输出端(1脚)的跳变时间将随着直流电平在锯齿脉冲斜坡上所对应位置发生变化而变化,从而实现脉宽调制。y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸
5. 驱动电路y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸
      由VT1、VT2及外围元件组成IGBT管的驱动电路,控制其导通和截止。由IC1b的1脚输出的脉宽调制脉冲加到驱动电路输入端,当IC1b的1脚的脉冲处于高电平时,VT1导通、VT2截止、IGBT管饱和导通。当IC1b的1脚的脉冲处于低电平时,VT2导通、 VT1截止、IGBT管截止。y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸
6. 高压峰值检测保护电路y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸
      当IGBT管工作时,C极要承受+300V左右的直流电压和谐振脉冲高压。为了防止C极上脉冲叠加后的高压超过极限值而击穿,由IC1a和R7、R6、R5、R17、C12等组成的取样检测保护电路。当IGBT管正常工作时,IC1a反相端4脚的取样电压低于同相端5脚的基准电压(+5V),2脚呈截止高阻状态,不影响积分电容C13上的控制电平,电磁炉按设定的功率进行加热。当由于某种原因(如电源插座跳火;LC并联谐振电容器C8不良、失效或变值;+300V高压滤波电容C7漏电;积分电容不良、失效或变值;或是在提、放锅壶具瞬间等)在C极上激起超高的反峰脉冲,使 C极的高压将要达到耐压极限值时,IC1a的4脚的取样电压高于5脚的基准电压,2脚翻转为导通低阻状态,积分电容C13上的电压经2脚泄放,IC1b的 7脚电平降低,1脚输出的PWM的脉宽变窄,IGBT管导通时间缩短,高频谐振幅度下降,从而达到IGBT管的过压保护。当超高反峰脉冲一消失,电磁炉即恢复正常加热工作。维修过程y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸
       在绘制电路图的过程中, 笔者已对整机除集成电路外的电阻、电容、电感、三极管、二极管等元器件从外观到在线或离线都进行了检测,均未发现异常。首先焊接引线,把主电路板移到机壳外,以便检修。通电,随着“嘀”一声响,显示“E1”故障代码,这说明是“电源电压过高”。测得当时市电电压为222V,正常。按压“泡茶”功能键(或消毒功能键),数码管、指示灯会依次按照说明的4个状态循环显示,一放开手又显示“E1”。接着测量有关接点的电压:测得A点电压为+302V,正常;测得 B点电压为+18.4V,说明开关电源正常;测得C点电压为+2.73V,失常。y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸
       断开+5V电源输出的其中一条跨线,再次测量,还是+2.73V,从而可断定78L05已损坏。此时心中起疑,+5V电压已大为失常,那么控制显示电路为何还貌似正常?回过头来细看,S3F9454B、74HC164的工作电压范围为2~5.5V,而数码管和LED从几个 mA到20mA电流却都能发光,只是亮度不同而已,没认真对比是不易发现的。这样一来,控制显示电路能工作也不足为奇了。换上78L05(实测电压为+5.18V),整机功能恢复正常。y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸
       至此,检修的旅程已结束了,但笔者总觉得尚有几处电路原理还似懂非懂,上述的“纸上分析”是否正确呢?又如上述故障是+5V电压不正常,为什么显示“E1”故障代码呢?锅检电路又是如何工作呢?于是对已修好的整机进行一次测试,并模拟故障状况,看其如何进行保护,以此来验证上述分析是否正确。如果能透彻理解了其工作原理,不仅对本电磁炉出现其他的故障会迎刃而解,而且对检修其他品牌的电磁炉(灶)也有裨益。y1A【家电维修资料网】金桥电子网-空调,冰箱,彩电,洗衣机,电磁炉维修资料,集成块资料,电路图纸
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