本文主要對(duì)開(kāi)關(guān)電源——家用電磁爐中的保護(hù)電路進(jìn)行系統(tǒng)分析，具體電路如下所示，保護(hù)功能包括：輸入保護(hù)、浪涌保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、溫度保護(hù)，另外對(duì)該電源中的取電、驅(qū)動(dòng)、直流風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)與控制、過(guò)零檢測(cè)、輔助供電、市電取電等電路進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。由于內(nèi)容較多，將會(huì)按照目錄的內(nèi)容逐一和大家分享，如有疑問(wèn)歡迎大家評(píng)論區(qū)留言！
目錄如下：
- 開(kāi)關(guān)電源工作原理分析
- 電流保護(hù)電路測(cè)試
- 市電輸入過(guò)壓保護(hù)電路測(cè)試
- 輸入供電過(guò)壓和欠壓保護(hù)測(cè)試電路
- IGBT保護(hù)電路測(cè)試
- PWM輸入基準(zhǔn)電路
- 風(fēng)扇控制電路分析
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1.開(kāi)關(guān)電源工作原理分析
主電路工作于ZVS諧振方式，具體電路如下圖所示：利用電容Cr和變壓器漏感進(jìn)行諧振，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)ZVS功能；該電源采用IGBT作為開(kāi)關(guān)，由于該電路只用于分析工作原理，所以利用脈沖源對(duì)IGBT進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖源占空比測(cè)試零電壓是否達(dá)到，并且開(kāi)關(guān)頻率根據(jù)負(fù)載特性進(jìn)行具體設(shè)置。
圖4.57 ZVS諧振測(cè)試主電路
仿真設(shè)置和測(cè)試波形分別如下圖所示：Z1和DZ的耐壓非常重要，過(guò)壓擊穿之后工作狀態(tài)將發(fā)生很大變化；空心變壓器電感L1、L2和耦合系數(shù)K1非常重要；驅(qū)動(dòng)信號(hào)V(Vdrive:+)開(kāi)通和關(guān)斷瞬間IGBT集電極電壓V(ZC)均接近0V——零電壓開(kāi)通和關(guān)斷，此時(shí)輸出平均功率約為1.5kW、IGBT平均功耗約為26W。
圖4.58 瞬態(tài)仿真設(shè)置
圖4.59 各點(diǎn)測(cè)試波形
同步和自激電路工作原理分析：
作用：跟蹤諧振波形，提供合理的IGBT導(dǎo)通起點(diǎn)，提供脈沖檢鍋信號(hào)；
工作原理：采用電阻分壓及電容延時(shí)方式跟蹤諧振電路兩端電壓變化，自激振蕩回路、啟動(dòng)工作OPEN口、檢測(cè)合適鍋具PAN口；RJ1、RJ2 和RJ3、RJ5、RJ52 分別接到諧振電容與線盤(pán)兩端，靜態(tài)時(shí)A（－端）比B（＋端）電壓要低（通常兩端電壓壓差在0.2-0.4V比較理想），C點(diǎn)輸出高電平；C16電容兩端均為高電平，所以不起作用，D點(diǎn)由于連接RJ17上接電阻也被拉高，靜態(tài)時(shí)OPEN端口通常被MCU設(shè)置為低電平，由于E點(diǎn)與OPEN端口連接二極管D15，當(dāng)OPEN端口被置低時(shí)E點(diǎn)電壓鉗位在0.7V，此時(shí)D（－端）電壓比E（＋端）電壓高，導(dǎo)致I點(diǎn)（2 腳）輸出低電平，控制IGBT關(guān)閉，電源不能加熱；C18、C20電容用于調(diào)節(jié)諧振電路同步，減少燥音及溫升過(guò)高；C21為反饋電容，當(dāng)14腳輸出低電壓時(shí)反饋信號(hào)連接到9腳，使9腳電壓拉低，加速14腳更快達(dá)到低電平。
圖4.60 同步和自激電路
無(wú)鍋開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)波形如下圖所示，具體測(cè)試說(shuō)明如下：
圖4.61 無(wú)鍋檢測(cè)波形
1、首先在G點(diǎn)發(fā)出脈寬十幾微秒的高電平(檢鍋脈沖)信號(hào)，通常每秒一次，E點(diǎn)由于二極管D15作用反偏截止，由PWM端口輸出脈寬由電容平波后送到E點(diǎn)，E點(diǎn)電壓也有十幾微秒高電平，由于OPEN端口瞬間高電平輸出，由于電容C22耦合作用，A點(diǎn)（－端）瞬間升到5V，A點(diǎn)電壓比B點(diǎn)（＋端）高，C點(diǎn)輸出低電平；電容C16同樣發(fā)揮耦合作用，將D點(diǎn)電壓拉低，所以E點(diǎn)電壓比D點(diǎn)電壓高，I點(diǎn)輸出高電平，IGBT導(dǎo)通，LC組合開(kāi)始產(chǎn)生振蕩。
2、啟動(dòng)后在C點(diǎn)產(chǎn)生一連串脈沖波形，放上鍋具時(shí)LC組合產(chǎn)生的振蕩好似與負(fù)載串聯(lián)，很快將其儲(chǔ)能消耗殆盡，在C點(diǎn)產(chǎn)生的脈沖數(shù)量也減小，CPU通過(guò)檢測(cè)端口檢測(cè)C點(diǎn)脈沖數(shù)量以判斷是否有鍋或放入合適鍋具；無(wú)鍋或鍋具不適合時(shí)諧振后波形衰減很慢，檢測(cè)脈沖數(shù)量具大；另外，如果一直檢測(cè)到高電平，說(shuō)明線盤(pán)未接好或同步電路出現(xiàn)問(wèn)題。
3、當(dāng)檢測(cè)到合適鍋具時(shí)，因?yàn)橹C振后波形衰減很快，所以檢出脈沖數(shù)量會(huì)很少；CPU設(shè)置G點(diǎn)（OPEN）一直輸出高電平進(jìn)行工作，E點(diǎn)電壓由PWM輸出脈寬控制，最終實(shí)現(xiàn)功率輸出控制；各點(diǎn)工作波形如下圖所示。
圖4.62 正常工作測(cè)試波形
CPU通過(guò)PAN、OPEN檢測(cè)控制腳輸出控制信號(hào)：
1、OPEN端口工作過(guò)程中保持高電平，干擾中斷信號(hào)出現(xiàn)時(shí)輸出低電平，2s后回復(fù)高電平繼續(xù)工作，關(guān)機(jī)時(shí)為低電平，檢鍋時(shí)發(fā)出十幾微秒高電平后關(guān)斷。
2、PAN口開(kāi)機(jī)時(shí)檢測(cè)是否有合適鍋具，通過(guò)檢測(cè)脈沖數(shù)量判斷是否加熱；此處該端口一直作為輸入口（也可用于啟動(dòng)工作和檢測(cè)脈沖數(shù)量雙重作用）。
3、此電路異常時(shí)出現(xiàn)不檢鍋、IGBT溫升過(guò)高、燥音大等故障。
同步和自激仿真測(cè)試電路如下圖所示：同步信號(hào)—C20與RJ23的固有頻率應(yīng)為L(zhǎng)T1與Cr諧振頻率的2倍。
（a）測(cè)試主電路
（b）輔助電源與控制信號(hào)
圖4.63 同步和自激仿真測(cè)試電路
正常工作時(shí)的瞬態(tài)分析仿真設(shè)置與測(cè)試波形如下圖所示：IGBT實(shí)現(xiàn)ZVS零電壓開(kāi)關(guān)。
圖4.64 瞬態(tài)仿真設(shè)置
圖4.65 輸入整流電壓、IGBT集電極電壓、驅(qū)動(dòng)電壓、負(fù)載平均功率波形
圖4.66 IGBT集電極電壓和驅(qū)動(dòng)電壓放大波形——IGBT實(shí)現(xiàn)ZVS零電壓開(kāi)關(guān)
功率調(diào)節(jié)仿真測(cè)試波形與數(shù)據(jù)如下圖所示：電壓源Vpwm電壓值對(duì)應(yīng)輸出功率，當(dāng)其電壓分別為2、3、4時(shí)的負(fù)載平均功率分別近似為500W、980W、1.6kW，所以通過(guò)CPU控制Vpwm電壓進(jìn)行負(fù)載功率調(diào)節(jié)；需要低功率輸出時(shí)由CPU控制OPEN使得主電路間歇工作。
（a）Vpwm=2時(shí)負(fù)載平均功率波形和數(shù)據(jù)——500W
（b）4.68 Vpwm=3時(shí)負(fù)載平均功率波形和數(shù)據(jù)——980W
（c）Vpwm=4時(shí)負(fù)載平均功率波形和數(shù)據(jù)——1.6kW
圖4.67 負(fù)載功率波形與數(shù)據(jù)