美的SH2147型电磁炉电路分析与检修

szgeosun

作者：伍四海    文章来源：家电维修杂志

美的SH2147型电磁炉是2007年较畅销的一款经济电磁炉，其最大功率为2100W，且待机功耗小，并具有多项一键智能控制烹饪方式，因操作简单，故颇受用户喜欢。
一、 电路概述
该机电路采用了美的05标准板电路，具有较强的代表性，与该机电路相同的有SP2115,SP203,EH201,EP201,SP2112,EP1910,SY191等近两年的大部分产品。该电路同早期（2005年前）的非标准板电路相比，主要更改的地方有：
1． 供电方式由变压器方式改用开关电源；
2． 单片机安装在显示板上；
3． 增大同步信号检测电路分压电阻阻值发降低分压电阻承受的高压；
4． 统一了主板关于电流、电压、温度检测电路的器件参数。该机主板实物如图1所示；与显示板的接口CN1各脚功能见表1。
图1
表1主板与显示板接口CN1各脚功能

szgeosun

二、 单元电路分析
该机主板电路主要由以下单元电路组成：主电源回路、LC振荡电压保护电路、PWM脉宽调控电路、IGBT管驱动电路、浪涌保护电路、电流检测、电压检测、电源供电电路、蜂鸣器报警电路、锅具温度检测电路、IGBT管温度检测电路、风扇驱动电路，其组成框图如图2所示。

1． 市电输入电路
该电路由EMC（电磁兼容）防护电路和整流滤波电路组成，如图3所示。EMC防护电路的作用上滤波除市电中的高频干扰，并防止雷电或其他强电损坏后级电路，同时抑制电磁炉工作时对市电的电磁辐射。C3为谐波吸收电容，CNR1为过压保护压敏电阻，当输入电压过高时，其阻值大辐下降，流过C

szgeosun

NR1的电流陡增，保险管熔断，从而起到过压保护作用。
全桥DB1、电感L1及电容C4将输入的市电变换成平滑的直流电，由整机工作电流较大，故对DB1、C4要求较高。一般来说，功率小于2000W的电磁炉应通常选用最大电流不小于15A的全桥；功率大于2000W的电磁炉通常选用最大电流为25A的全桥。图3中的C3、C4应选用MKP-X2型电容，不能换用普通电容。
2． LC振荡电路
LC振荡电路又称主回路，其作用是让加热线圈L与电容C5谐振，产生20kHz~30kHz的高频电磁波。
参图3，电磁炉正常工作时，IGBT管工作在开关状态。当IGBT管导通时，+300V电压给L充电，电能转化成电磁能并储存在L中；当IGBT管截止时，L向C5充电，随后C又经L放电，如此反复形成谐振，其谐振频率由L及C5的值决定，通常为20kHz~30kHz。当高频电磁波穿过铁质锅底时，在锅底产生强大的涡流，锅底迅速发热，从而达到加热食物的目的。
提示：C5为易损元件，代换时应选用同容量MKPH型电容，否则易造成IGBT管损坏。
图3

szgeosun

> 3． 同步及振荡电路
该机同步及振荡电路运算放大器U2B、C6等元件组成，如图4所示。 在IGBT管截止期间，由于L与C5谐振，IGBT管c会出现谐振峰值电压，U2B 7脚电压高于6脚电压，U2B 1脚内部三极管截止，输出高电平；当IGBT管导通时，L储能，U2B 6脚电压高于7脚电压，U2B 1脚内部三极管饱和导通，+18V电压经R28给C6充电，在U2B  10脚形成锯齿波，与U2D 11脚送来的功率电平比较，然后从13脚送到IGBT管驱动脉冲。
U2B 1脚输出的同步脉冲还经R27送往单片机的PAN端，作为锅具检测信号。如果炉面上放有材质符合要求的锅具，由于谐振时的能量被锅具吸收，则谐振时间短，脉冲个数少，否则脉冲个数多，单片机便可根据PAN端输入的脉冲个数来判定炉面上是否放有锅具。
另外，在启动加热时，单片机PAN端输出检锅脉冲，作为起振信号。
4． IGBT管高压保护电路
IGBT管高压保护电路又称为IGBT管Vce检测电路，其作用是防止IGBT管因c极电压过高而损坏。该电路由电压比较器U2C、R13、R18~R20等元件组成，如图5所示。
图5。

szgeosun

+5V经R21、R20分压后给U2C 9脚提供参考电压，约为3.6V。若IGBT管c极电压升高，当8脚电压高于9脚电压时，U2C  14脚输出低电平，输往PWM脉宽调整电路U2D  11脚的功率电平被拉低，则U2D  13脚无IGBT管驱动脉冲输出，IGBT管停止工作，从而起到高压保护的作用。
5． PWM脉宽调控电路
该电路是将单片机输出的功率电平与同步振荡电路送来的锯齿波信号比较，输出对应功率的IGBT管驱动方波信号。
图6

szgeosun

如图6所示，调节功率时，单片机PWM端输出相应占空比的方波信号（即PWM信号），经R23、EC5平滑成直流电平（即功率电平）送往电压比较器U2D 11脚。与10脚输入的锯齿波信号进行比较，若功率电平越高，则U2D 13脚输出的驱动脉冲占空比就越大，即电磁炉的加热功率越大，反之则越低。
6． IGBT管驱动电路
IGBT管是一种电压激励场控型高压、高速大功率器件，导通时需在G极与地间加上十几伏的电压才能可靠地导通，截止时需为G极提供放电回路。该机IGBT管驱动电路如图7所示，当U2D 13脚输出高电平时，Q3导通，Q4截止，+18V电压经Q3的c-e结及R35、R37流向IGBT管G极，IGBT导通；当U2D 13脚输出低电平时，Q3截止，Q4导通，IGBT管G极中储存的电荷R37及Q4的e-c结放电，为IGBT管的再次导通作好准备。
图7

7． 浪涌保护电路
为防止市电电压骤然升高损坏电磁炉，故设有浪涌保护电路。如图8所示

szgeosun

  

电压比较器U2A 4脚通过电阻R44直接与+5V相连，用为基准电压。正常时，U2A 5脚电压（约4.1V）低于4脚电压，11脚输出低电平，Q6截止，不影响U2D 13脚输出的驱动信号；若市电骤升时，其浪涌电压经R40、C15、R41、D19送至U2A 5脚，5脚电压高于4脚电压，则2脚输高电平，Q6饱和导通，IGBT管截止，以防止IGBT管过压损坏。
8． 电流检测电路
该电路是对电磁炉的工人电流进行实时监测，以便进行功率调节，并防止功率过大而损坏元器件。
如图9所示，电磁炉工作时，电流互感器CT1次级线圈感应的电压先经R9、VR1降压，再由D11~D14整流、EC2滤波形成电流检测信号，送往单片机的CURRENT（电流检测）端。
图9

szgeosun

提示：功率调节电位器VR1对整机性能影响较大，大可随意调节，否则易损坏IGBT管。
9． 电压检测电路
该电路实时对市电进行检测，若市电过高或过低，单片机均发出停机指令，以防止电路元件件（尤其是IGBT管）过压或在欠压状态大电流工作而损坏。
如图10所示，AC220V市电先经D9、D10全波整流后，由R6、R8、分压，EC1滤波，得到电压检测信号，送往单片机的VIN端，与内部设定的基准电压相比较，若过高或过低，单片机均发出停机指令，并显示相应的故障代码或发出提示音。待市电电压正常后，即可自行恢复正常。通常，电磁炉的市电允许范围为AC160V~AC250V。
图10

10．温度检测电路
电磁炉中的温度检测电路分为炉面及IGBT管温度检测两种。本机炉面温度检测电路由负温度系数热敏电阻及R1、R2、C2组成；IGBT管温度检测电路由负温度系数热敏电阻及R3、C1组成，如图11所示。
图11

szgeosun

温度升高时，热敏电阻阻值减小，则R2或R3两端电压上升，即送给单片机TMAIN端或TIGBT端的电压升高，反之电压下降。单片机此与芯片内部预设值比较，从机时发出相应动作指令，以保证整机正常安全工作。
11．风扇驱动电路
由于电磁炉工作时，IGBT管及整流全桥会发出大量的热量，为保证电磁炉安全可靠地工作，特增设风扇强制散热。如图12所示，开机后单片机FAN端输出高电平，Q1饱和导通，负扇动转。D15为钳位二极管，防止风扇电机线圈产生的感应电压过高损坏Q1。
图12

12．加热开/关控制电路
在电磁炉的单片机端中均设有一个开/关功能输出端，以控

szgeosun

制电磁炉是否进入加热状态。
本机加热开/关控制电路如图13所示，其单片机控制端口标注为I-EN（IGBT-EN的缩写，常称为IGBT管使能端）。开机时，单片机I-EN端输出高电平，Q5导通，其c极为低电平，则Q5截止、Q6导通，IGBT管驱动信号被Q6旁路到地，IGBT管不工作。
提示：开机后，电磁炉要进入加热状态，不仅要求单片机I-EN端输出高电平开机信号，还要求各保护电路未进入保护状态。
图13。

13．电源电路
该机电源电路采用开关电源单芯片VIPer12A（U92），如图14所示。接通电源后，+300V电压经开关变压器的初级绕组加到U92的5~8脚（内部开关管漏极），在内部高压电流电路的作用下给4脚（供电端）外接电容EC95充电，当EC95两端电压达到14.5V，芯片内部电路工作，开关变压器次级输出相应电压。
该电源稳压电路由U92 3脚（反馈输入端）内部控制电路及外接的稳压管Z90的稳压作用，U92  3脚电压随之升高，在芯片内部的脉宽调整电路的作用下，开关脉冲占空比减小，即开关管在一个周期的导通时间缩短，输出电压下降。若+18V电压降低，其控制过程与上述相反。