电磁炉电路原理详解

电磁炉电路原理详解

电磁炉作为现代厨房中常见的烹饪设备，其内部电路的工作原理一直备受电子爱好者和工程师的关注。本文将从市电滤波保护电路到IGBT功率管C极过压保护电路等多个方面，详细解析电磁炉电路的工作原理。

这是我们现实生活中最常用的电磁炉

这是电磁炉内部的电路板

市电滤波保护电路简介

原理分析：
FUSE保险丝作为过流保护，CNR1为压敏电阻，主要是作为防止市电过高，损坏电磁炉的器件，C1为高频滤波电容。DB1为整流桥，主要是将交流电转化为直流电做准备，DB1出来的直流电还不是平滑的直流电，还需要后面的L1和C2组成的LC滤波电路才能得到平滑的直流电。LC滤波后的电压为300V左右，为功率管供电。

低压电源电路

原理分析：
R1为限流电阻，C1为滤波电容。IC1为开关电源芯片（VIPer12A）,目前市面上有很多的开关电源芯片，不仅限于这款。18V输出主要为功率管，风扇电机，振荡器的电路供电，5V输出为CPU，操作显示，指示灯电路供电。

主功率回路

前提：
如图a所示，电磁炉典型的主回路主要有：线圈L2,谐振电容C2，阻尼管D1构成（有些IGBT工艺形成内部的阻尼管），其中L2和C2是并联一起组成了典型的振谐电路。

原理分析：
首先是t1-t2时间段的分析（VG是加载在IGBT G极的脉冲，Ic是线圈的电流，VC是振谐电容C2的电压），开始是高电平加载到Q1的G极使管子导通，之后300V的电压通过L2和Q1的CE结构组成回路，但由于电感中的电流不能突变，所以导通的电流I1在t1-t2时刻是缓慢的线性上升，则L2的转态是左正右负。直到t2时刻电流达到最大。

接着是t2-t3时间段，加载在Q1的G极电平变成低电平，使Q1截止，同理，由于电感的电流不能突变，所以电动势会缓慢下降，从而对C2进行首次充电，VC在t2时刻首次上升，（实现功率管的零电压关断，即功率管Q1关断瞬间Q1的C极电压最低）而L2的转态为右正左负，直到t3时刻，I2变成0，C2右端电压达到最大，此时，C1两端的电压和C2两端的电压叠加一起加到Q1的CE极上，如果此时导通Q1，将损坏IGBT管，这也是设计同步控制电路的初衷。

t3-t4时间段，由于Q1已经截止，所以C2中存储的电能会先L2放电，从而产生电流I3，当I3达到最大负值时，C2两端的电压为0，存储的电能直接转换成线圈L2的磁能。

t4-t5时间段，由于I3不能突变为零，所以线圈L2又产生左正，右负的电动势，该电动势直接由阻尼管D1和电容C1组成的回路进行放电，产生电流I4。

t5时间段，Q1功率管在高电平下导通，从而真正实现零电压导通。

注：t4-t5时刻之间VC(电容两端的电压)为负值，因为Q1管第一次截止的时候，反向电动势是左负右正，电容的电压是0负以上（也就是正极），当电容C2自身的能量全部给与L2线圈时，也就是电流I3，但由于不能突变，所以直接产生反向电动势为左正右负，则和原来的方向正好相反。

同步控制电路与振荡电路

前提：
图a为电磁炉经典的同步控制振荡电路图。同步振荡电路设计初衷：如果主回路的振荡过程没有结束时,Q1功率管导通的话很容易因为功耗过大而损坏。所以，必须通过同步控制电路对振荡电路进行控制，以保证功率管Q1的C极电压降为0时，才能让电路输出高电平脉冲，使功率管导通。

原理分析：
线圈L2上端产生的电压通过R1,R2取样产生取样电压U4,加到IC1的反相输入端4脚，同时L2下端产生的电压通过R3,R4,R5取样后同样会产生取样U5,加到IC1的同时输入5脚，开机后，CPU输出的启动脉冲（锅具检测脉冲）通过驱动电路放大后使功率管Q1导通，L2产生上正，下负的电动势，使U4大于U5，经比较器A比较放大后使2脚电位为低电平，通过C3将IC1的6脚电位钳位到低电平，低于IC1 7脚输入的参考电压，比较器B的输出端1脚输出高电平，再经过驱动电路放大，使Q1继续导通。同时5V电压通过R8,R6,C3和IC1 2脚内部电路构成的充电回路为C3充电。当C3右端所充电电压高于IC1的7脚电位后，IC1的1脚电位变为低电平，通过驱动电路放大使Q1截止，流过L2的导通电流消失，于是L2通过自感产生下正，上负的电动势，使U5大于U4,致使IC1的2脚输出高电平，通

过C3使IC1的6脚电位高于7脚电位，确保Q1截止。随后，无论是L2对谐振电容C2充电期间，还是C2对L1放电期间（即t2-t4期间），L2下端电位都会高于上端电位，使取样电压U5大于U4,致使IC1的2脚电位为高电平，Q1都不会导通。t4时刻，L2通过C1,D1放电期间，使取样电压U4高于U5，使IC1 2脚电位为低电平，由于电容两端电压不能突变，所以C3两端电压通过D2,R7构成的回路放电。当L2通过D1放电结束，并且C3通过R7放电使IC1的6脚电位低于7脚电位后，IC1的1脚再次输出高电平，通过驱动电路放大后使功率管Q1再次导通，从而实现同步控制。

激励脉冲形成和功率调节电路

原理分析：
R1,C1为低通滤波电路，CPU发出的PWM经过R1后加载在比较器LM339的同相输入端，而LM339的反相输入端为锯齿波，当同相输入端电压高于反相输入端时,VO为高电平，反之为低电平。当PWM的占空比加大时，VO为高电平的时间延长，致使功率管的导通时间加长，线圈能量加大，功率上升，反之降低。

IGBT功率管驱动电路

原理分析：
（典型的推挽放大电路）当PWM的脉冲为高电平的时候，Q1导通，Q2截止，当PWM为低电平时，Q1截止，Q2导通。放大后的信号从Q1的E极输出，使Q3导通。其中稳压管ZD1主要是防止Q3过激损坏而加保护器件。

电流自动控制电路

（注：简单的或者对成本有要求的电磁炉一般不会加入这个电路）

原理分析：
当Q1功率管导通之后，电流在取样电阻R1两端产生电压，电压通过R2后加载在IC1的同相输入端，反相输入端端由R3,R4分压后加载，Q1未导通时，加载在同相输入端的电压比较低，所以IC1输出端输出低电平，当Q1导通后电流在R1上产生的电压值大于反相端的比较电压值，则IC1的输出端输出高电平，通知CPU调节占空比，以减低流过线圈的电流。

IGBT功率管C极过压保护电路

原理分析：
R1,R2分压之后C1滤波加载在同相端，Q1的C极电压通过R3,R4,R5分压后，加到LM339反相输入端。当Q1的C极产生的反峰电压在正常范围内时，LM339的6脚低于7脚电平，于是LM339的1脚内部电路为开路状态，不影响CPU输出的功率调整电压，电磁炉正常工作。当谐振电容C0容量减少等原因引起Q1的C极产生的反峰电压过高时，会直接导致LM339的6脚电平高于7脚电平，导致LM339的1脚内部导通，通过R6将LM339的5脚输出的功率调整电压直接拉低，于是LM339的2脚输出低电平，Q1截止。从而保护功率管。

电磁炉电路的工作原理涉及多个复杂的电路模块，每个模块都有其独特的功能和作用。通过本文的详细解析，相信读者对电磁炉的工作原理有了更深入的了解。电磁炉作为现代厨房中不可或缺的烹饪设备，其内部电路的设计和工作原理值得我们深入研究和探讨。