【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 路報(bào)警。鍋底溫度超溫、傳感器斷路報(bào)警若鍋底溫度過(guò)高，或溫度傳感器斷路則報(bào)警，數(shù)碼管顯示E3。開(kāi)機(jī)后，將延時(shí)一段時(shí)間，再進(jìn)行鍋底溫度傳感器斷路檢測(cè)。延時(shí)時(shí)間將據(jù)開(kāi)機(jī)時(shí)的環(huán)境溫度(用IGBT溫度檢測(cè)通道)而變化，若環(huán)境溫度大于0度，則延時(shí)2分鐘。若環(huán)境溫度小于0度，則延時(shí)時(shí)間隨著環(huán)境溫度的降低而增加，最大延時(shí)時(shí)間為9分鐘。若無(wú)延時(shí)，當(dāng)環(huán)境溫度小于0度時(shí)，將會(huì)誤判為傳感器開(kāi)路報(bào)警。負(fù)荷電流過(guò)大報(bào)警若負(fù)荷電流過(guò)大，則報(bào)警，數(shù)碼管顯示E4。風(fēng)扇工作異常檢測(cè)報(bào)警開(kāi)機(jī)后，延時(shí)2秒，再檢測(cè)風(fēng)扇工作電壓。當(dāng)風(fēng)扇受阻(如有異物進(jìn)入長(zhǎng)住風(fēng)扇)，或風(fēng)扇電機(jī)線(xiàn)圈斷路，或匝間短路時(shí)報(bào)警，數(shù)碼管顯示ES。按照委托開(kāi)發(fā)廠(chǎng)家海爾的要求，界面是LED數(shù)碼管顯示的。操作面板如31所示。圖31 操作面板 Operation Panel按鍵說(shuō)明如下：(1)本機(jī)具有 “開(kāi)關(guān)”、“火鍋” 、“定溫” 、“童鎖”、“定時(shí)”5個(gè)按鍵和調(diào)大、調(diào)小用的指滑條。在圖31中，從左至右按鍵為“定溫”“定時(shí)”“滑動(dòng)”“火力”“開(kāi)關(guān)”“童鎖”。(2)開(kāi)/關(guān)”鍵：用來(lái)開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)。(3)調(diào)節(jié)滑條：用于檔位的調(diào)整，向右滑動(dòng)增加檔位，向左滑動(dòng)時(shí)減小檔位，共6個(gè)檔位；也用于定時(shí)時(shí)間的調(diào)節(jié)，向右滑動(dòng)時(shí)，059增加循環(huán)調(diào)節(jié)分鐘，向左滑動(dòng)時(shí)，03增加循環(huán)調(diào)節(jié)小時(shí)。(4)功能鍵：在待機(jī)狀態(tài)按下“火力”鍵，火力功能燈亮，進(jìn)入火力工作狀態(tài)；在待機(jī)狀態(tài)按下“定溫”鍵，定溫功能燈亮，進(jìn)入定溫工作狀態(tài)；“火力”“定溫”功能下可相互切換。(5)童鎖鍵：在非關(guān)機(jī)狀態(tài)下按“童鎖”鍵，童鎖功能燈亮，進(jìn)入童鎖狀態(tài)；在童鎖狀態(tài)按下只響應(yīng)開(kāi)關(guān)鍵和童鎖鍵，其中開(kāi)關(guān)鍵短按即可響應(yīng)，童鎖鍵需長(zhǎng)按3S解鎖。(6)定時(shí)鍵：在“火力“或“定溫”狀態(tài)下按“定時(shí)”鍵，定時(shí)功能燈亮，進(jìn)入定時(shí)設(shè)定狀態(tài)；基本狀態(tài)說(shuō)明如下：(1)上電狀態(tài)：插上電源，蜂鳴器響一長(zhǎng)聲（約1 S），所有LED燈全亮（約1 S），然后進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。(2)關(guān)機(jī)狀態(tài)： “開(kāi)關(guān)”燈閃爍（1Hz），數(shù)碼管滅，其它LED燈熄滅。(3)待機(jī)狀態(tài)：“開(kāi)關(guān)”燈亮，數(shù)碼管顯示“”，其它LED燈熄滅。(3)定溫功能：在待機(jī)狀態(tài)下，按下“定溫”鍵，蜂鳴器響一聲，進(jìn)入定溫功能；定溫指示燈長(zhǎng)亮，默認(rèn)定溫為第4檔，數(shù)碼管顯示 “180`C ”，檔位LED顯示對(duì)應(yīng)火力檔 位（火力檔位LED共有18個(gè)燈，三個(gè)燈為一組，共6組，對(duì)應(yīng)6檔火力）。在定溫狀態(tài)下，按滑動(dòng)鍵可進(jìn)行6檔溫度調(diào)節(jié)，最小可調(diào)到1檔，最大可調(diào)到6檔。在定溫狀態(tài)下按“開(kāi)/關(guān)”可以關(guān)機(jī)。在定溫狀態(tài)下無(wú)按鍵操作時(shí)，2小時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。表31溫度表Table 31 檔位123456數(shù)碼管顯示60`100`140`180`210`240`對(duì)應(yīng)功率W9009001200150018002000(4)火力功能：在待機(jī)狀態(tài)下，按下“火力”鍵，蜂鳴器響一聲，進(jìn)入火力功能；火力指示燈長(zhǎng)亮，默認(rèn)火力為第6檔，數(shù)碼管顯示 “6 ” ，檔位LED顯示對(duì)應(yīng)火力檔 位。在火力狀態(tài)下，按滑動(dòng)鍵可進(jìn)行6檔火力調(diào)節(jié)，最小可調(diào)到1檔，“開(kāi)/關(guān)”可以關(guān)機(jī)。在火力狀態(tài)下無(wú)按鍵操作時(shí)，2小時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。表32功率表檔位123456數(shù)碼管顯示123456功率范圍W間歇9001200150018002000(5)定時(shí)功能：在“火力”“定溫”功能時(shí)，按“定時(shí)”鍵，數(shù)碼管閃爍顯示定時(shí)時(shí)間，默認(rèn)顯示定時(shí)時(shí)間為“00：00”,操作指滑鍵向右滑動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)分鐘循環(huán)加5，范圍為“0059”；操作指滑鍵向左滑動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)小時(shí)循環(huán)加，范圍為“0003”。當(dāng)定時(shí)時(shí)間設(shè)定為“00：00”時(shí)，閃爍10S后，取消定時(shí)，回到默認(rèn)功能時(shí)間2小時(shí)。其它定時(shí)間閃爍10S后確認(rèn)，顯示定時(shí)時(shí)間倒計(jì)時(shí)，定時(shí)時(shí)間到后關(guān)機(jī)。電磁爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大部分。硬件部分是實(shí)現(xiàn)電磁爐上述功能的基礎(chǔ)，可以說(shuō)是電磁爐的“肢體”。軟件部分則是完成電磁爐上述功能的關(guān)鍵，是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，也可以說(shuō)是“靈魂’。良好的軟件設(shè)計(jì)可以最大限度的發(fā)揮硬件資源的優(yōu)勢(shì)。所以，電磁爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既要有合理的硬件資源，還要有一套可靠的軟件系統(tǒng)作為支持。電磁爐主要是利用電磁感應(yīng)原理，電流經(jīng)過(guò)線(xiàn)盤(pán)產(chǎn)生變化磁場(chǎng)，磁場(chǎng)感應(yīng)到爐面上的鐵質(zhì)鍋具底部產(chǎn)生渦流，從而產(chǎn)生大量的熱能，直接令鍋具底部迅速發(fā)熱，進(jìn)而加熱鍋內(nèi)食物。電磁爐的感應(yīng)加熱原理如前所述，電磁爐硬件部分主要包括以下幾個(gè)方面:1)：整流部分(ACDC)，包括三相不可控整流橋、LC濾波電路、電壓電流檢測(cè)電路等。2)：逆變部分（DCAC)，包括大功率開(kāi)關(guān)器件IGBT、IGBT的隔離驅(qū)動(dòng)及過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電路、緩沖電路等。3)：諧振槽路及負(fù)載電路部分，包括加熱線(xiàn)圈盤(pán)、鍋具等。4)：控制電路及保護(hù)電路電路，包括信號(hào)調(diào)理電路、溫度檢測(cè)電路、電源電路、檔位輸入電路、顯示及故障報(bào)警電路、過(guò)溫、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路等。電磁爐的硬件組成框圖如圖32示。詳細(xì)的硬件設(shè)計(jì)將在第四章介紹。圖32電磁爐硬件構(gòu)成框圖 Induction hardware structure diagram電磁爐的軟件部分采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想。通過(guò)對(duì)電磁爐的各個(gè)功能進(jìn)行劃分，每個(gè)程序模塊完成相應(yīng)特定的功能。最后，將所有功能模塊連接在一起，完成整個(gè)控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)[28]。電磁爐的程序應(yīng)分為兩大部分：主程序和定時(shí)器中斷服務(wù)程序。主程序是電磁爐控制系統(tǒng)的總體程序，它負(fù)責(zé)整個(gè)控制系統(tǒng)中各個(gè)模塊程序的協(xié)調(diào)運(yùn)行，是電磁爐控制系統(tǒng)的核心程序。主程序是循環(huán)執(zhí)行的，主要實(shí)現(xiàn)那些需要實(shí)時(shí)處理的功能，如功率控制、定溫控制、無(wú)鍋檢測(cè)和報(bào)警等。定時(shí)器中斷服務(wù)程序是定時(shí)執(zhí)行的，主要是為主程序服務(wù)的，包括提供良好的人機(jī)界面，為主程序提供狀態(tài)轉(zhuǎn)換及定時(shí)數(shù)據(jù)，以及實(shí)現(xiàn)各種需要計(jì)時(shí)、定時(shí)控制的功能等等。為了使程序運(yùn)行穩(wěn)定可靠，主程序與定時(shí)中斷服務(wù)程序應(yīng)遵循如下原則：(1) 主程序與定時(shí)中斷服務(wù)程序可以雙向傳送數(shù)據(jù)。但定時(shí)中斷服務(wù)程序提供數(shù)據(jù)給主程序，是為了協(xié)助主程序?qū)崿F(xiàn)電磁爐的某些功能。如程序在中斷中檢測(cè)到開(kāi)機(jī)鍵按下，傳遞至主程序，主程序就進(jìn)行開(kāi)機(jī)處理。主程序提供數(shù)據(jù)給后臺(tái)，是輔助性的，是為了更好地幫助自已實(shí)現(xiàn)電磁爐的功能服務(wù)的。(2) 由于中斷可能發(fā)生在主程序的任何地方，定時(shí)中斷服務(wù)程序?yàn)橹鞒绦蛱峁┑臄?shù)據(jù)隨時(shí)會(huì)改變，因此在一次主程序循環(huán)中，此數(shù)據(jù)最好只使用一次。(3) 在中斷服務(wù)程序中，也可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)一些需要周期性控制的功能。例如定時(shí)時(shí)鐘。主程序和定時(shí)器中斷服務(wù)程序包含的主要子程序分別如圖33圖34示。圖33主程序框圖 program block diagram 圖 34定時(shí)器中斷服務(wù)程序框圖 diagram of timer interrupt service routine第四章 電磁爐硬件電路設(shè)計(jì) 交流電輸入部分市電220V經(jīng)接插件LN1接入電路。電路開(kāi)始通電。由于電磁爐工作電流較大，接插件NL1和保險(xiǎn)管兩端引腳焊接必須牢固，目的是避免接觸不良。電磁爐的保險(xiǎn)絲是個(gè)保護(hù)裝置，在更換的過(guò)程中要選用同型號(hào)的更換。（過(guò)小電流不夠過(guò)、易熔斷。過(guò)大保護(hù)失去作用）。所以16A/250V的保險(xiǎn)絲不能隨意改動(dòng)或代換（更不能直接短路）。RZ1是壓敏電阻，作用是為了防止市電輸入電壓過(guò)高而損壞電磁爐，其外型像瓷片電容（藍(lán)色）。壓敏電阻標(biāo)注一般為10D561K或10D471K，其最大允許使用電壓為300V（AC），當(dāng)電壓超出其范圍時(shí)，就會(huì)被炸裂。在維修過(guò)程中，更換時(shí)，要選合適的型號(hào)對(duì)號(hào)入座。LN1之間有電容C1，該電容既能防止電磁爐工作產(chǎn)生的高頻干擾脈沖竄入市電網(wǎng)干擾其他電器，又防止市電網(wǎng)的干擾脈沖竄入電磁爐電路影響其工作。該電容的容量通常為2uF—5 uF。如圖41所示。圖41 交流輸入電路 AC input circuit220V的交流電引入后，需要經(jīng)過(guò)整流橋進(jìn)行整流。如圖42所示。BG1是個(gè)大電流高耐壓器件，其規(guī)格為20A\800V。當(dāng)其燒壞后，不能隨意用其它整流器代替。一定要用同型號(hào)或比它更大電流高耐壓的整流器（外觀(guān)、管腳、接口相同）替換。圖42 高壓整流濾波電路 Highvoltag rectifier filter circuitL1扼流圈、C4電容組成倒L型濾波電路[7]。作用是把整流出來(lái)的直流脈動(dòng)成分濾去，使輸出波形更加平滑。當(dāng)C8uF/400V（DC）電容擊穿短路時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)燒斷，整流器也會(huì)因電流過(guò)大而燒壞。此電容容量變值時(shí)（變小），直流輸出300V電壓會(huì)明顯下降，當(dāng)C4沒(méi)有容量時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致燒IGBT，維修時(shí)要特別注意。在電磁爐電路中，開(kāi)關(guān)管扮演著非常重要的角色。當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，+300V經(jīng)加熱線(xiàn)圈、開(kāi)關(guān)管以大電流給加熱線(xiàn)圈充電，電能轉(zhuǎn)化為加熱線(xiàn)圈中的電磁能。經(jīng)測(cè)試，此時(shí)加在開(kāi)關(guān)管上的電壓約為十250V，工作電流在20A～40A之間。如此大的工作電流，選擇合適的開(kāi)關(guān)管才能安全穩(wěn)定地工作。一般說(shuō)來(lái)普通的MOS場(chǎng)效應(yīng)管，雖然僅需微弱的驅(qū)動(dòng)電壓即可工作，但工作在高電壓和大電流狀態(tài)時(shí)，因內(nèi)阻較大，管子發(fā)熱快，難以長(zhǎng)時(shí)間工作；大功率達(dá)林頓管雖然可以在高電壓、大電流狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間工作，但需要較大的驅(qū)動(dòng)電流。將場(chǎng)效應(yīng)管與大功率達(dá)林頓管有機(jī)地結(jié)合的IGBT管，將場(chǎng)效應(yīng)管作為推動(dòng)管，大功率大功率管作為輸出管,在高電壓、大電流狀態(tài)下長(zhǎng)期安全工作，并表現(xiàn)出極好的開(kāi)關(guān)特性，輸出功率可達(dá)1000W以上。因此電磁爐的開(kāi)關(guān)選用IGBT管。圖43 是電磁爐高頻振蕩電路CNCN4（接上線(xiàn)盤(pán)）與CIGBT1組成一個(gè)高頻振蕩電路（振蕩頻率一般為20KHz — 40KHz之間）。高頻交變電流是由線(xiàn)盤(pán)的電感量，與高頻諧振電容的容量決定的。因此線(xiàn)盤(pán)的電感量和電容的容量要根據(jù)功率來(lái)確定。當(dāng)IGBT擊穿后，要對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，C5容量變值都會(huì)導(dǎo)致IGBT燒壞（特別是電容短路）。IGBT是電磁爐的核心部件，采用西門(mén)子公司公司H20R1202（型號(hào)），其擊穿燒壞后維修一定要用同樣的型號(hào)更換（因?yàn)閰?shù)、溫升有些不同,可能會(huì)第二次出現(xiàn)故障）。R6是下拉電阻，DW1為限幅穩(wěn)壓管（二極管）作用是把驅(qū)動(dòng)輸入限制在0V—18V之間。維修時(shí)，當(dāng)IGBT擊穿燒壞，也要對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，正常后才可以更換IGBT。R7為限流電阻.。圖43高頻振蕩電路 Highfrequency oscillator circuit4..4電源電路[22]電磁爐的風(fēng)扇、IGBT的驅(qū)動(dòng)電路、集成電路想要正常的工作就需要有一定的直流電壓提供能量。如圖44所示。圖44 直流電源電路 DC power supply circuit市電（交流220V）經(jīng)DD2整流。D6二次整流E1濾波后出來(lái)300V左右的高壓進(jìn)入U(xiǎn)2的8腳。（此電容是諧振電容），U2芯片開(kāi)始工作，場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)入開(kāi)關(guān)狀態(tài)（場(chǎng)效應(yīng)在芯片內(nèi)部）。電路的穩(wěn)壓由U2的3腳（反饋輸入）內(nèi)接的控制電路與外接的穩(wěn)壓管DW2完成。C12是用于提高整流性能，以防高頻干擾。U2的（此電壓有高頻脈動(dòng)成分）。經(jīng)過(guò)高頻變壓器的初級(jí)繞組后（為+5V準(zhǔn)備），LE5組成倒L型濾波電路（高頻脈動(dòng)成分濾去）輸出相對(duì)平滑的直流電，為風(fēng)機(jī)供電。再由R13降壓EC10電容濾波輸出+18V比較平滑的直流電。為IGBT驅(qū)動(dòng)供電。D8為鉗位二極管，把電位鉗制在0V以上。D7為保護(hù)二極管。R22為限流電阻。由于變壓器初級(jí)有高頻脈動(dòng)成分，次級(jí)耦合也有高頻脈動(dòng)成分。進(jìn)入U(xiǎn)3—三端穩(wěn)壓集成輸入端。三端穩(wěn)壓集成內(nèi)部結(jié)構(gòu)（略）。在輸出端得到一個(gè)+5V的電壓。經(jīng)EC11濾波后為主芯片、保護(hù)電路、控制板供電。 IGBT驅(qū)動(dòng)電路[26]圖45 IGBT驅(qū)動(dòng)電路 IGBT drive circuit驅(qū)動(dòng)電路有兩個(gè)任務(wù)：一是對(duì)開(kāi)關(guān)脈沖進(jìn)行激勵(lì)放大，充分激勵(lì)I(lǐng)GBT使之處于良好的導(dǎo)通狀態(tài)；而是為IGBT關(guān)斷提供反偏電壓，使IGBT能夠可靠的關(guān)斷。如圖45所示，在電路工作時(shí)（接上線(xiàn)盤(pán)）IC1的第3管腳發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)控制Q4（在這里當(dāng)數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)作用）。Q4導(dǎo)通（短暫）輸出低電平，來(lái)控制Q2。Q2基極因是低電平而截止，在集電極輸出高電平，來(lái)控制QQ3。Q1基極高電平，所以導(dǎo)通，18V通過(guò)了三極管進(jìn)入IGBT的G腳（控制腳）。Q3因?yàn)槭荘NP型三極管，導(dǎo)通與截止跟NPN型相反。所以Q3基極雖然是高電平。其輸出還是高電平。因IGBT的G極（控制極）有信號(hào)輸入，開(kāi)始導(dǎo)通（但很快就截止了。因?yàn)槭敲}沖信號(hào)，輸入很快變?yōu)榈碗娖搅耍Ｔ诰€(xiàn)盤(pán)與C5之間產(chǎn)生了阻尼振蕩。經(jīng)同步電路分壓后，又有一個(gè)信號(hào)（稱(chēng)為檢鍋信號(hào)）經(jīng)C30電容（因電容通高頻阻低頻特性）進(jìn)入Q2的基極。反復(fù)以上步驟。DD9是鉗位二極管。RR9上拉電阻。R41為下拉電阻。電磁爐工作時(shí)，IGBT快速交替地工作在截止與導(dǎo)通狀態(tài)之間。設(shè)定不同的火力時(shí)，IGBT的截止與導(dǎo)通時(shí)間比例不同。在IGBT導(dǎo)通時(shí)，線(xiàn)盤(pán)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的極性為CN3“＋”CN4“－”。由于電感線(xiàn)圈中的電流不能突變，流過(guò)IGBT的C、E極間電流逐漸增大。當(dāng)電流增大至某一值時(shí)IGBT立即截止，以避免大電流擊穿IGBT。當(dāng)IGBT截止時(shí)，線(xiàn)盤(pán)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性立即變?yōu)镃N3“－”CN4 “＋”，線(xiàn)盤(pán)經(jīng)C5充電，接著C5對(duì)線(xiàn)盤(pán)放電。線(xiàn)盤(pán)與C5電容產(chǎn)生阻尼諧振，電磁能迅速轉(zhuǎn)化為熱能。加在IGBT的C、E極上的電壓非常高，在這個(gè)期間，要確保IGBT可靠截止。否則，高電壓形成的大電流必將損壞IGBT。按以上的情況，要使IGBT工作狀態(tài)與線(xiàn)盤(pán)的狀態(tài)保持協(xié)調(diào)，也就是說(shuō)要IGBT導(dǎo)通與截止，跟線(xiàn)盤(pán)狀態(tài)保持一致。那么，就要設(shè)計(jì)一種電路來(lái)完成這種任務(wù)，這種電路就是同步控制電路。如圖47所示。IGBT導(dǎo)通時(shí)，線(xiàn)盤(pán)兩端電壓極性CN3“＋”CN4 “－”正電位（正電壓）。RR1R