电磁炉原理与维修精讲

电磁炉工作原理与故障分析讲座

目录

第一章电磁炉的基本工作原理的介绍 (3)

第二章电磁炉组装结构图 (5)

第三章电磁炉的基本加热功能及保护功能介绍 (7)

第四章电磁炉的原理图各功能部分的分析 (9)

第五章电磁炉常见异常故障分析之“葵花宝典” (32)

第六章电磁炉元器件的认别及其测量方式 (43)

第七章电磁炉上元器件的规格与作用简介 (48)

电磁炉由于具有热效率高、使用方便、无烟熏、无煤气污染、安全卫生等优点，非常适合现代家庭使用

第一章电磁炉的基本工作原理的介绍

电磁炉的加热原理

电磁炉又称电磁灶，分为工频（低频）和高频两种。其中，工频电磁炉工作简单可靠，但躁声大，热效率低，这里所说的电磁炉指高频电磁炉。

电磁炉是利用电磁感应原理将电能转换为热能的工作原理。由整流电路将50/60Hz的交流电压转换成直流电压（AC-DC-AC、交流-直流-交流），再经过控制电路将直流电压转换成频率为20~35KHz的高频电压，高速变化的电流流过线圈产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过金属器皿底部金属体内产生无数的小涡流，使器皿本身自行高速发热，然后再加热器皿内的东西，达到用户使用的结果。

如图1

图

1

图2

如图2。电磁感应加热的基本过程，至少需要整流单元、功率开关管、功率开关管驱动控制单元、加热线圈单元及锅具等部件。电磁炉是运用高频电磁感应原理加热。它将市电整流滤波后得到的脉动直流转换为高频电流，通过加热线圈建立高频磁场，磁力线经线圈与金属器皿底部构成的磁回路穿透炉面作用于锅底，利用小电阻大电流的短路热效应产生热量，在锅底形成涡流而发热，起到加热器皿中的食物的作用。

一般来讲,器皿一般是用钢质、铁质材料来加热，铝、铜由于表面电阻率太小，而不易被加热，陶瓷、木等又由于表面电阻率太大，使产生电流太小，所以也不易被加热。

第二章电磁炉组装结构图

电磁炉整机零件一般包括如下：

1、陶瓷板：又叫微晶玻璃板，位于电磁炉顶部，用于锅具的垫放，

具有足够机械强度，耐酸碱腐蚀，耐高低温冲击。

2、上盖：用耐温塑料制成，作为电器的外保护壳。

3、面膜：用塑料薄膜制成，用于功能显示及按键操作指示。

4、灯板：又叫显示控制板，位于壳内，进行功能显示及功能按键

操作。

5、炉面传感器组件：位于壳内，嵌在发热盘的中间，用橡胶头或其

它方式顶住陶瓷板，用于控制炉面锅具的温度。

6、加热线盘：位于壳内，主工作器件，发射磁力线，自身也会发热。

7、主控板：又叫电源板、主板，位于壳内，作为电转换的控制的

主工作部分。

8、电源线及线卡：连接市电与电磁炉，提供电源通道。

9、电风扇：位于壳内，通过吸风将炉内热量带出壳外，起降温作

用。

10、下盖：用耐温塑料制成，作为电器的下保护壳，及支撑内部

器件及锅具作用。

第三章电磁炉的基本控制功能及保护功能介绍

电磁炉分显示部分和主板控制部分

1、一般功能说明

1)、显示介面有LED发光二极管显示模式、数码管、LCD液晶、VFD荧光屏显示模式几种。

2)、操作方式有轻触按键、薄膜按键、触摸按键、编码器、电位器等模式。

3)、操作功能有加热火力调节、自动恒温设定、定时开机、预约开/关机、电量电压查询、自动功能和半自动功能（蒸煮、煮粥、煲汤、煮饭）、手动功能（煎、炸、抄、烤、火锅）等料理功能。

4)、使用电压范围分两个不同电压段，220VAC～240VAC机种在100VAC～280VAC 或100VAC～120VAC机种在85VAC~144VAC之间可连续工作，适用于50/60Hz的电压频率。使用环境温度在－20℃～45℃。

注明： a）、功率输出：输出范围120W~2200W之间

b）、温度控制: 即定温控制。

c）、定时控制: 可进行时间设置关机或开机。

d）、大小物检测:小于一定面积的金属将不被加热。Φ60~Φ100、Φ80~Φ120 2、保护功能

具有锅具超温保护、锅具干烧保、炉面传感器开短路保护、炉面失效保护，IGBT 测温传感器开短路保护，IGBT温度限制控制和超温保护、高低压保护、 2小时无按键保护、浪涌电压/电流保护、高低温环境工作模式，VCE过压保护、过零检测、大小物检测，锅具材质检测。

注明: a）无锅报警，无锅或锅具材质不对，小物件：停止加热。若在1分钟内检测到有锅，则自动退出报警状态，并恢复原来工作状态。

b）高/低压保护，当市电电网电压波动超出工作范围时，应能停止功率输出并报警，例如超出100~280V时出“低‘E1’”或“高‘E2’”； c）炉面传感器开路时，开机1分钟后检测，停止功率输出及报警，显示“E3”； d）炉面传感器短路时，停止功率输出及报警，显示“E4”；

e）IGBT传感器开路时，开机1分钟后检测，停止功率输出及报警，显示“E5”； f）IGBT传感器短路时，停止功率输出及报警，显示“E6”；

g）主传感器失效，停止功率输出及报警，显示“E7”；

h）干扰保护,当电网上产生瞬间高压或浪涌电流时，电路停止功率输出，暂停工作2S，当干扰去除后能回复功能输出。

i）过温保护/干烧保护,由于电磁炉为加热电器，内部很多器件在工作时会发出热量，当温度过高时因能报警并停止功率输出，电源指示灯

闪烁，待温度下降后恢复加热

j）IGBT温度过热,当高电压低功率自动提高功率以减小IGBT温升，如果出现异常温升，则温度达到95℃～110℃则停止加热保护,待温度低

于65℃左右恢复加热。

3、电路控制上，除有上述功能的电路外，还应有如下动作电路：

a）交流转直流，通过整流桥堆进行转换；

b）电源转换，将强电转换成弱电，提供18V，5V。

c）过零电路（同步电路），当IGBT的反压降到最低时才打开IGBT；

d） IGBT驱动电路

e）谐振电路，

f）功率控制电路，将PWM进行积分处理，进行不同档下的功率控制；

g）检锅电路；

h）反压保护电路，将IGBT工作反压控制在合理范围内；

I）高压保护电路

J）功率校准电路，通过可调电阻进行

K）蜂鸣器驱动电路，风扇驱动电路，热敏电阻取样电路

L）主芯片电路

m）显示及按键控制电路

第四章电磁炉的原理图各功能部分的分析电磁炉主板原理方框图

主板分成10大部分：

1、主回路的主谐振电路分析

2、IGBT驱动电路分析：(推挽式电路，高电平驱动有效)

3、电流取样电路

4、干扰保护电路

5、电压AD取样电路

6、同步电路和压控/自激电路

7、反压保护与PWM控制电路

8、炉面传感器与IGBT热敏电阻取样电路

9、风扇控制电路

10、开关电源电路

一、主回路的主谐振电路分析

由电力电子电路组成的电磁炉（Inductioncooker）是一种利用电磁感应加热原理，对锅体进行涡流加热的新型灶具。主电路是一个AC/DC/AC变换器，由桥式整流器和电压谐振变换器构成，当电磁炉负载（锅具）的大小和材质发生变化时，负载的等效电感会发生变化，将造成电磁炉主电路谐振频率变化，导致电磁炉的输出功率不稳定，就会使功率管IGBT过压损坏。在此先分析电磁炉主谐振电路拓扑结构和工作过程是怎样的。

1）电磁炉主电路拓扑结构

电磁炉的主电路如图1所示，市电经桥式整流器变换为直流电，再经电压谐振变换器变换成频率为20～35kHz的交流电。电压谐振变换器是低开关损耗的零电压型（ZVS）变换器，功率开关管的开关动作由单片机控制，并通过驱动电路完成。

电磁炉的加热线圈盘与负载锅具可以看作是一个空心变压器，次级负载具有等效的电感和电阻，将次级的负载电阻和电感折合到初级，可以得到图2所示的等效电路。其中R*是次级电阻反射到初级的等效负载电阻；L*是次级电感反射到初级并与初级电感L相叠加后的等效电感。

2）电磁炉主电路的工作过程

电磁炉主电路的工作过程可以分成3个阶段，各阶段的等效电路如图3所示。分析一个工作周期的情况，定义主开关开通的时刻为t0。时序波形如图4所示。

2.1 [t0，t1]主开关导通阶段

按主开关零电压开通的特点，t0时刻，主开关上的电压uce=0，则Cr上的电压uc=uce－Udc=－Udc。如图3（a）所示，主开关开通后，电源电压Udc加在R*及L*支路和Cr两端。由于Cr上的电压已经是－Udc，故Cr中的电流为0。电流仅从R*及L*支路流过。流过IGBT的电流is与流过L*的电流iL相等。由

图3（a）得式（1）。

可见，iL按照指数规律单调增加。流过R*形成了功率输出，流过L*而储存了能量。到达t1时刻，IGBT关断，iL达到最大值Im。这时，仍有uc=－Udc，uce=0。iL换向开始流入Cr，但Cr两端的电压不能突变，因此，IGBT为零电压

关断。

2.2 [t1，t2]谐振阶段

IGBT关断之后，L*和Cr相互交换能量而发生谐振，同时在R*上消耗能量，形成功率输出。等效电路如图3（b）及图3（c）所示，我们也将其分为两个阶段来讨论。波形如图4中的iL和uc。

由图3(b)、图3(c)的等效电路可得到式（3）方程组。

L*(di/dt)＋iLR*＋uc=0

Cr(duc/dt)=iL （3）

由初始条件iL(t1)=Im，uc(t1)=－Udc，

解微分方程组式（3）并代入初始条件，可得下列结果：

IGBT上的电压

式中：δ=R*/2L*为衰减系数；

φ是由电路的初始状态和电路参数决定的初相角，β是仅由电路参数决定的iL 滞后于uc的相位角。

由上面的结果可以看到，当IGBT关断之后，uc和iL呈现衰减的正弦振荡，uce是Udc与uc的叠加，它呈现以Udc为轴心的衰减正弦振荡，其第一个正峰值是加在IGBT上的最高电压。首先是L*释放能量，Cr吸收能量，iL正向流动，部分能量消耗在R*上。在t1a时刻，ω（t－t1a）=β，iL=0，L*的能量释放完毕，uc达到最大值Ucm，于是，IGBT上的电压也达到最大值uce=Ucm＋Udc。这时Cr开始放电，L*吸收能量，当ω(t－t1)=φ时，uc=0，Cr的能量释放完毕，L*又开始释放能量，一部分消耗在R*上，一部分向Cr充电，使uc反向上升，如图4所示。

然后，Cr开始释放能量，使iL反向流动，一部分消耗在R*上，一部分转变成磁场能。在uc接近0之前，ω(t－t1)=φ＋2β之时，iL达到负的最大值。当ω(t－t1)=π＋φ时，uc=0，Cr的能量释放完毕，转由L*释放能量，使iL继续反向流动，一部分消耗在R*上，一部分向Cr反向充电。由于Cr左端的电位被电源箝位于Udc，故右端电位不断下降。当ω(t－t1)=ω(t2－t1)，即t=t2时，uc=－Udc，uce=0，二极管D开始导通，使Cr左端电位不能再下降而箝位于0。于是，uc不再变化，充电结束。但是，L*中还有剩余能量，iL并不为0，t2时刻iL(t2)=－I2。这时，在主控制器的控制下，主开关开始导通。因此，是零电压开通。

2.3 [t2，t3]电感放电阶段

如图3(d)所示，可得方程：L*＋iLR*=Udc初始条件为：iL(t2)=－I2。

解此微分方程并代入初始条件，可得：

L*中的剩余能量，一部分消耗在R*上，一部分返回电源，iL的绝对值按指数规律衰减，在t3时刻，iL=0，L*中的能量释放完毕，二极管自然阻断。在uc=－Udc即uce=0时，主开关已经开通，在电源Udc的激励下，iL又从0开始正向流动，重复[t0，t1]阶段的过程。

二、IGBT驱动电路分析：(推挽式电路，高电平驱动有效)

作用：保护IGBT可靠导通与关断。

IGBT驱动电压至少需要16V，Q1（PNP管）、Q2（NPN管）组成推挽式驱动电路，它们的工作原理是：

1、当输入信号为高电平时，Q2导通，Q1截止，18VDC电压流通，给IGBT的G 极提供门极电压，IGBT导通。线盘开始储能。

2、当输入信号为低电平时，Q2截止，Q1导通，IGBT的G极接地，IGBT关断。此时线盘感应电压对谐电容放电，形成了LC振荡。

3、R6电阻在三极管截止时，把IGBT的G极残余电压快速拉低。C11电容作为高频旁路，另外作为平缓驱动电路波形作用，ZD1稳压管，稳定IGBT的G极电压，预防输入电压过高时，损坏IGBT。

在检锅时，如图2.1所示，波形不是很理想，有点变形。当检到锅工作后，如图2.2所示，控制推挽电路的波形与驱动IGBT波形很相似，功率越大，波形的高电平的宽度越大，B点的波形底部平，原因是LM339控制的一路内部三极管导通接地。而A点的波形底部比地略高一点。再回到零电压。

此电路容易出现的问题为上电烧机,为驱动电路输出高电平导致,温升高、瓷片电容有问题。

三、电流取样电路

作用：判断有无锅具、恒定电流、稳定调节功率提供反馈输入电流

电流互感器T1的次级测得的交流（AC）电压.经D9～D12组成的桥式整流电路整流，EC3电解电容滤波平滑、由电阻R15、RJ41、RJ16分压后，所获得的电流电压送到CPU，该电压越高表示电源输入的电流越大，待机时电流取样基本为零，如图3.1所示，电流越大，A点的电流电压波形幅值越高，B点的取样点就越高，表示功率越大。电容EC3选值时不应太大，如果太大了，会造成电容充放电时间太长，影响读取电流AD时间，从而会导致开机时，功率上升的时间很慢。

VR1电位器作校准功率用，通过VR1电阻的大小，就可以调节B点的输出电压，电阻越小，功率越大，反之就功率越小，一般调节电位器在中间位置。

CPU根据监测电压AD的变化，作出各种动作指令

1判断是否放入合适的锅具。（锅具是否小于Φ80（或Φ60）、是否有偏锅，电流过小，再判PWM是否最大，两者满足则判为无锅）

2、限定最大电流，在低电压时保证电流恒定或不超过。保护关键器件工作在规格要求范围内，以及防止输入电源线或线路板走线过电流不够造成烧断。

3、配合电压AD取样电路及电调控PWM的脉宽，令输出功率保持稳定。

此电路易出现的现象：功率压死、功率飘移、无功率输出、断续加热

四、干扰保护电路

1、电流保护电路

作用：浪涌保护电路，监控输入电网的异常变化，在有异常时，关断IGBT进行保护

1、正常工作时，LM339的1脚内部三极管截止，电阻R19把1脚电压变为高电平，当电源输入端出现大电流时，1脚内部三极管导通，输出低电平，CPU连接的中断口经过二极管D18被拉低，CPU检测到低电平时发出命令，让IGBT关断，起安全保护作用，此保护属于软件保护，另外还有硬件保护，当1脚内部三极管导通，输出低电平，直接拉低驱动电路的输入电压，从而关断IGBT的G极电压，保护了IGBT不被击穿，通常要判断是软件保护还是硬件保护方法是：通常软件保护时，软件会设置2秒才起动，硬件起动时间很快不超过2秒钟。

2、C点电压由于选择的参考点是地，静态时，C 点的电压由RJ28、R27、R14电阻分压所得，当正常工作起来后，互感器感应输入端的电流，C点的电压会下降，电流越大，C点电压越低，如图4.1所示，所以A点电压也会下降，B点为LM339负端RJ29、RJ25分压后的基准电压，当A点电压下降到B点以下时，LM339反转，D点输出低电平拉低中断口。通过调节输入正负端的参数来改变干扰的灵敏。用工具查看两输入端在最大功率工作时，比较电压越接近越好，但仿止出现太过灵敏而导致中断间隙。（变频器上（不一定，但是比较能体现）一般干扰比较大，在最大档功率最大电流时（190~210V之间电流最大）最容易出现，）

3、CPU根据中断口检测电源输入端的浪涌电流，程序检测到有低电平，停止工作，起保护IGBT不受浪涌电流所击穿。

此电路异常出现：检锅不工作、不保护爆机

2、电压保护电路

作用：高压保护电路，监控输入电网的异常变化，在有异常时，关断IGBT进行保护

1、电路的双重保护（电流和电压保护），由R53、R54、RJ55电阻组成分压电路，如果输入电压超过正常设定电压值， A点的电压就会升高，达到或超过三极管Q5的基极导通电压0.7V以上，则Q5一直导通，由于三极管的C极接到LM339的1脚，即中断口，所以程序检测到低电平后会关闭输出，保护IGBT及主回路上面的器件不被烧掉。

2、当有电压浪涌时，R53并联的电容C28起作用，因为电容两端电压不能突变，所以在瞬间电压起变化，电容就相当短路（耦合），A点的电压会瞬间变的很高，

使Q5导通而让CPU中断口检测到。正常情况下A点的波形如图4.2所示。

此电路异常出现：检锅不工作、不保护爆机。

五、电压AD取样电路

作用：检测电路工作在什么电压段，高低压保护

AC220V由整流管整流成脉动直流电压，通过R4与RJ10、RJ11分压， D7二极管隔离AD检测口与输入端，EC2平滑后的直流电压送到CPU端口进行分解,不受输入端的影响，D8二极管让输入电压最钳位在5.7V，保护CPU端口不会被高电压击穿。正常电压下，输入电压比较稳定，如图5.1所示。

CPU检测输入电压信号后发出动作命令

1、判别输入的电压是否在充许的范围之内，否则停止加热，并发出报警信号。

2、判别输入电压是否高电压，根据输出功率是否为低功率（1300W以下），进行升功率，目的是为了减小IBGT在高压小功率时，出现硬导通，即IBGT提前导通，来减小IGBT的温升，根据高功率（1800W以上），配合炉面传感器是否检测到线盘温升高，如果温升高，可适当的降功率，从而保证线盘不会因为温升高而烧毁。

3、与电流检测电路形成实际工作功率，CPU智能的计算出功率的大小再与CPU 内部设定的功率值作比较，去控制PMW脉宽调制的大小，稳定输出所需各档的大