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商用电磁炉电路总体工作状态协调原理

文章出处:商用电磁炉 人气:发表时间:2019-05-15 22:41
软件结构
 
现代商用电磁炉的稳定可靠几乎全部依赖于先进的单片机控制能力和出色的实时运算判断能力,耐这些精密的运算与判断又是基于软件运行之上的。商用电磁炉的软件控制程度非常高,认识和了解商用电磁炉的软件运行步骤即过程对商用电磁炉的故障判断和电磁炉维修是有很大帮助的。目前绝大多数的电磁炉软件结构都类下图
商用电磁炉
    首先,用户按下“开/关”键后,单片机会检测各类保护电路是否存在异常.检测项目最常见的就是锅具温度传感器、IGBT温度传感器、市电电压范围这三大类,高级一些的还有散热风机运行状况等关键保护电路,如果这些电路自身或者采样数据出现异常,单片机将不允许电磁炉进入工作状态(处于关机状态),对于有故障显示功能的电磁炉,此时将同时显不相应的故障代码。这类情况出现后。只要故障不排除,商用电磁炉电磁炉将水远无法进入工作状态。也不可能人为绕开保护单元进行强制开机,这样就达到保护商用电磁炉电磁炉和用户的财产安全、避免发生火灾等严重事故的目的。检测保护电路全部通过后,软件就会打开并启动电磁炉的振荡回路,检测锅具的加载情况,没有锅具加载的,等待一分钟后自动关机;若检测到锅具,电磁炉就会进入真正的加热状态,并进入默认的烹饪程序,一般是火锅程序。此时电磁炉外表看起来已经处于工作状态,但是单片机还会不断检测锅具加载情况、烹饪程序的进行情况以及各类保护中断的申请状况。在加热过程中用户移走锅具,单片机就会根据判断进行选择,无锅就进入等待状态,有锅就继续进行加热。如果在加热过程中单片机检测到有保护单兀异常,就会立即中断加热,使电磁炉张制关机。整个程序运行到最后,当软件确定的烹饪时间到达,或者用户再次按下“开/关”键,软件就会回到关闭状态,同时关闭振荡回路,使电磁炉处于休眠状态,整个商用电磁炉电磁炉的软件控制部分完成工作。虽然我们从软件结构图卜看侮一步都那么复杂,但是在单片机中只要一瞬间就可以处理完这些事情,如果电磁炉在某一步终止或者停滞,这时候我们就可以用这个程序结构去分析是软件故障还是硬件故障,并判断故障点

硬件电路
1.待机
    电磁炉上(插)电后,在用户没有按下“开/关”键之前这段时间就是待机状态,虽然是待机状态,外观感觉电磁炉没有任何工作表现,但是电磁炉内部电路己经全部通电,并处于随时待命状态,此时单片机1C2的IGBTEN(IGBT能控制)端口输出低电平(0V),  IGBT使能电路的三极管Q5截止,三极管Q6导通,把IGBT驱动信号对地短路,使IGBT被锁死,这样整个振荡控制环路也就被锁死〔控制板不论接不接按键板(单片机在按键板上),在通电后IGHT使能电路都处于锁死状态,可以在维修及检测时保证IGHT的安全」,整机处于静止的待机状态。为避免在加电瞬间因为电路的不稳定而引发击穿IGHT故障的发生,在浪涌保护电路中添加有硬件软启动功能,即土电瞬间,浪涌保护电路核心比较器U2A的4脚外接电容EC3因为有电阻R44的存在,引脚两端电压不能突变,依旧处于OV.比较器U2A的2脚输出高电平将IGHT驱动锁死,达到保护IGBT的目的。通电经过一段时间后,SV电儿经电阻R44向电容EC3充电,电容EC3两端电压达到SV,浪涌保护功能回复,软启动自动完成,达到软启动保护IGHT不被烧毁的目的
2.启动(开机)
    在待机状态下,单片机时刻检测用户是否按下“开/关,键,只要单片机检测到川户按下“开/关”键后,单片机随即使IGBTEN输出高电平(接近5v>,控制板上的三极管Q5导通,三极管Q6截止,IGBT驱动电路恢复功能,整个振荡控制环路也就被解除锁定,但是振荡回路此时还未开始振荡,依旧属于停止状态。IGHTEN输出高电平后,立即在pan(启动兼同步脉冲信号检测)端口输出一个触发脉冲,经过后续电路后,最终IGBT导通,此时线盘开始初始蓄能,并和电容C5产生自谐振:连接于线盘两端的同步取样电路得到合适的同步信号,经过同步比较器U2B后输出后续振荡脉冲,至此整个振荡回路被启动,开始周而复始的振荡状态,单片机也进入监控状态 电磁炉开机后,单片机也会在FAN(风机控制)端口输出高电平,QI 导i通,使风机同步运作

3.检锅、加热、调功、卸载(移走锅具)
 
    电磁炉开机后,内部单片机对加热锅具材质、加热面积大小判断,确定进入加热状态,移走锅具时再从加热状态到停止加热,这两步是电磁炉最关键的技术要点,也是电磁炉维修的难点,关键在于要理解这步骤的原理和特点
    振荡回路开始振荡后,单片机的PAN端口就会由原来开机启动时的输出端变成输入端,并在一定时间内计数同步脉冲的数量,根据同步脉冲的多少来判断是否有锅具加载以及确定锅具的材质,因为在LC谐振回路中,空载的时候线盘等效于一个空心电感,电感值很小,此时谐振频率比较高,由此同步输出的脉冲也会处在较高的数量上,当有锅具放入后,就相当于在线盘中插入个高损耗的铁芯,线盘(电感)电感值提高,结果导致LI谐振频率下降,对应同步电路的输出脉冲也会跟随下降。在实际中每一种铁磁材料在LC谐振中都会有不同的谐振频率,这样只要确定适用的材质谐振范围,就可以利用单片机的软件判断一定时间段内同步电路输出的脉冲个数,检测和确定锅具是否符合加热条件:只要检测到材质符合加热要求,单片机就会再自动检测CUR端口(电流采样端口)上由电流检测单兀提供的电流数据,因为在检锅过程中单少{机的PAn端口的数据只能确定锅具的材质以及是否有锅,不能判断加热面积是否符合加热要求这样单片机判定有锅后还要通过电流数据来检测锅具加热面积的大小。在前面说过,电磁炉的同步脉冲和锅具材料有关,同样道理,谐振回路的触发电流也和锅具加热面积有关。锅具面积越大,自身能量消耗也会增大,根据能量守恒定律,L(振荡的维持电流也就会增大,所以锅具面积越大,反应到LC振荡的触发电流也会越大,加热面积和触发电流的强度成正比,只有单片机检测到同步脉冲和触发电流符合要求后,才会确定可以加热.

    单片机经过上面一段非常复杂的检锅程序后,只要确认有锅并符合加热条件,就会从PWM端口(PWM脉冲输出端)输出合适的火力脉冲,经模拟量的调控电压基准值,作用于驱动电路的U2D比较器1t.直接控制IGBT驱动脉宽的宽度,达到调功加热。电磁妒进入加热状态后输出功率可以人为控制才有真正的实用价值,单片机就要按照用户的要求对电磁炉进行功率大小调节,这样只要用户按动“加大”或“减小”火力按键的时候,单片机就会相应改变PWM端口输出脉冲宽度的大小,从而改变电磁炉的输出功率。在对电磁炉功率调整的同时,单片机也会检测电网电压和电磁炉的工作电流,计算出实时功率,修正由锅具材质和电网电压波动引起的功率误差。当用户在加热中突然移走锅具或者拿起锅具时,LC谐振回路参数发生改变,阻厄作用减小,主电源的电流瞬间增大,此时只要电流超过软件设定值,单片机就会认为锅具己被拿走,立即停止PWM信号输出,保护IGBT不被过电流烧坏,整个振荡回路回到自山振荡,电磁炉也随即停止加热,电磁炉间断鸣叫提示无锅

    4.浪涌保护
 
    在我们的电网r经常会出现各种各样的电压浪涌,比如电焊操作、大功率电器的启停都会产生很多具有危害性的电压浪涌现象,为了使电磁炉中脆弱的IGBT不被浪涌所击坏,设置了实时联动的浪涌保护单元,只要电磁炉一通电,浪涌保扩单元就时刻保护着IGBT的安全。如果在使用电磁炉过程中,电网出现危害电磁炉安全的浪涌现象,浪涌单兀的比较器U2A就会输出一个低电平,立即将工作中的振荡回路锁死,IGBT截止,处于静止状态;此时单片机检测到同步信号消失,做出延时反应,进入延时停滞状态等待浪涌消失后,振荡电路解除锁定,延时结束后,单片机会再次启动振荡回路继续工作,一般这一保护过程持续0.5-1s的时间。

5. IGBT高压保护
 
    在电磁炉加热的时候,LC谐振回路上的峰值电压会因锅具材质和锅具加热面积的不同以及输出功率的变化有很大的变化,很多时候都会远远超过iGBT的最高耐压值,这样就威胁到了IGHT的安全,因此IGBT的高压保护就是限制LC谐振的峰值电压在IGHr安全范围内。高压保护电路由比较器uzc构成,时刻检测IGBT的C极电压,如果当某种原因导致LC谐振电压逼近IGBT安全上限的时候,高压保护电路就会被触发,U2C就拉低U2D的1l脚上的IGBT导通时间控制电压,使IGST导通时间缩短,这样电磁炉的输出功率就会下降,LC谐振的峰值电压也会随之F降,达到保护IGST的目的。因为IGBT是实时保护的,所以保护电路工作的时候用户一般无法察觉   
     也是由于有高压保护的存在,电磁炉在使用不同材质锅具的时候会出现功率不一样的结果,一般锅其材质磁阻越小,LC谐振峰压越高。相应的电流也会越低(功率低于标定值):锅具材质磁阻越大,LC谐振峰压越低,相应的电流也会越高(功率高于标定值)。

6.锅具温度、旧BT管壳温度、电网电压异常保护

    电磁炉开机后就会时刻检测TIGBT (IGBT温度数据)端口、TMAIN(锅具温度数据)端口、VIN〔电网电压数据)端日这3个端口的数据,在电磁炉加热过程中,若因通风散热不良或者IGBT过耗导致管壳温度过高,或因用户疏忽出现锅具干烧过温等意外情况时,单片机会立即中断所有程序.并进入关机状态,达到安全防护的目的。VIN电压数据端口的数据除了监测电网电压是否符合开机条件外,还要用来和整机电流数据进行计算,得出实时功率,修正电磁炉功率偏差

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