东芝电磁炉维修手册

东芝电磁炉维修手册

内容介绍

本<<手册>>是针对东芝电子设计开发电磁炉售后服务用途而编写，共分三大部分,第一部分主要介绍电磁加热的原理及088系列电磁炉简介,第二部分为088系列电磁炉原理分析，第三部分介绍电路的检测方法及标准,并针对检测时出现的不良情况给出对策,而且介绍一些故障案例供维修时作参考。

目录

一、简介

1.1 电磁加热原理

1.2 088系列简介

二、原理分析

2.1 特殊零件简介

2.1.1 LM339集成电路

2.1.2 IGBT

2.2 电路方框图

2.3 主回路原理分析

2.4 振荡电路

2.5 IGBT激励电路

2.6 PWM脉宽调控电路

2.7 同步电路

2.8 加热开关控制

2.9 VAC检测电路

2.10 电流检测电路

2.11 VCE检测电路

2.12 浪涌电压监测电路

2.13 过零检测

2.14 锅底温度监测电路

2.15 IGBT温度监测电路

2.16 散热系统

2.17 主电源

2.18辅助电源

2.19 报警电路

三、故障维修

3.1 故障代码表

3.2 主板检测标准

3.2.1主板检测表

3.2.2主板测试不合格对策

3.3 故障案例

3.3.1 故障现象1

一、简介

1.1 电磁加热原理

电磁灶是一种利用电磁感应原理将电能-磁能-热能的厨房电器。在电磁灶内部，由整流电路将50/60Hz的交流电压变成直流电压，再经过控制电路将直流电压转换成频率为20-40KHz的高频电压，高速变化的电流流过线圈会产生高速变化的磁场，当磁场内的磁力线通过金属器皿(导磁又导电材料)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。

1.2 088系列简介

088系列是由东芝电子技术开发制造厂设计开发的新一代电磁炉,介面有LED发光二极管显示模式、LED数码显示模式、LCD液晶显示模式、VFD荧光显示模式机种。操作功能有加热火力调节、自动恒温设定、定时关机、预约开/关机、预置操作模式、自动泡茶、自动煮饭、自动煲粥、自动煲汤及煎、炸、烤、火锅等料理功能机种。额定加热功率有700~3000W的不同机种,功率调节范围为额定功率的85%,并且在全电压范围内功率自动恒定。220V机种电压使用范围为160~260V, 110V机种电压使用范围为90~135V。全系列机种均适用于50、60Hz的电压频率。使用环境温度为-23℃~45℃。电控功能有锅具超温保护、锅具干烧保护、锅具传感器开/短路保护、2小时不按键(忘记关机) 保护、IGBT温度限制、IGBT温度过高保护、低温环境工作模式、IGBT测温传感器开/短路保护、高低电压保护、浪涌电压保护、VCE抑制、VCE过高保护、过零检测、小物检测、锅具材质检测。

088系列虽然机种较多,且功能复杂,但不同的机种其主控电路原理一样,区别只是零件参数的差异及CPU程序不同而己。电路的各项测控主要由一块8位4K内存的单片机组成,外围线路简单且零件极少,并设有故障报警功能,故电路可靠性高,维修容易,维修时根据故障报警指示,对应检修相关单元电路,大部分均可轻易解决。

二、原理分析

2.1 特殊零件简介

2.1.1 LM339集成电路

LM339

内置四

个翻转

电压为

6mV的

电压比

较器,当

电压比较器输入端电压正向时(+输入端电压高于-入输端电压), 置于LM339内部控制输出端的三极管截止, 此时输出端相当于开路; 当电压比较器输入端电压反向时(-输入端电压高于+输入端电压), 置于LM339内部控制输出端的三极管导通, 将比较器外部接入输出端的电压拉低,此时输出端为0V。

2.1.2 IGBT

绝缘栅双极型晶体管(Iusulated Gate Bipolar Transistor)简称IGBT,是一种集BJT

的大电流密度和MOSFET等电压激励场控型器件优点于一体的高压、高速大功率器件。

目前有用不同材料及工艺制作的IGBT, 但它们均可被看作是一个MOSFET输入跟随一个双极型晶体管放大的复合结构。

IGBT有三个电极(见上图), 分别称为栅极G(也叫控制极或门极) 、集电极C(亦称漏极) 及发射极E(也称源极) 。

从IGBT的下述特点中可看出, 它克服了功率MOSFET的一个致命缺陷, 就是于高压大电流工作时, 导通电阻大, 器件发热严重, 输出效率下降。

IGBT的特点:

1.电流密度大, 是MOSFET的数十倍。

2.输入阻抗高, 栅驱动功率极小, 驱动电路简单。

3.低导通电阻。在给定芯片尺寸和BVceo下, 其导通电阻Rce(on) 不大于MOSFET的Rds(on) 的10%。

4.击穿电压高, 安全工作区大, 在瞬态功率较高时不会受损坏。

5.开关速度快, 关断时间短,耐压1kV~1.8kV的约1.2us、600V级的约0.2us, 约为GTR的10%,接近于功率MOSFET, 开关频率直达100KHz, 开关损耗仅为GTR的30%。

IGBT将场控型器件的优点与GTR的大电流低导通电阻特性集于一体, 是极佳的高速高压半导体功率器件。

目前088系列因应不同机种采了不同规格的IGBT,它们的参数如下:

(1)H20T120----西门子公司出品,耐压1200V,电流容量25℃时40A,100℃时20A,内部带

阻尼二极管。

(2)FGA25N120----仙童公司出品,耐压1200V,电流容量25℃时40A,100℃时25A, 内

部带阻尼二极管, 该IGBT可代用SGW25N120、SKW25N120, 代用SGW25N120

时请将原配套该IGBT的D11快速恢复二极管拆除不装。

(3)GT40T101----东芝公司出品,耐压1500V,电流容量25℃时80A,100℃时40A,内部不

带阻尼二极管,所以应用时须配套15A/1500V以上的快速恢复二极管(D11)使用,

该IGBT配套6A/1200V以上的快速恢复二极管(D11)后可代用SGW25N120、

SKW25N120、GT40Q321, 配套15A/1500V以上的快速恢复二极管(D11)后可代用

GT40T301。

(4)GT40T301----东芝公司出品,耐压1500V,电流容量25℃时80A,100℃时40A, 内部

带阻尼二极管, 该IGBT可代用SGW25N120、SKW25N120、GT40Q321、

GT40T101, 代用SGW25N120和GT40T101时请将原配套该IGBT的D11快速恢

复二极管拆除不装。

(5)GT60M303 ----东芝公司出品,耐压900V,电流容量25℃时120A,100℃时60A, 内部

带阻尼二极管。

2.2 电路方框图

2.3 主回路原理分析

时

间t1~t2

时当开

关脉冲

加至Q1

的G极

时,Q1饱

和导通,

电流i1

从电源流过L1,由于线圈感抗不允许电流突变.所以在t1~t2时间i1随线性上升,在t2时脉冲结束,Q1截止,同样由于感抗作用,i1不能立即变0,于是向C3充电,产生充电电流i2,在t3时间,C3电荷充满,电流变0,这时L1的磁场能量全部转为C3的电场能量,在电容两端出现左负右正,幅度达到峰值电压,在Q1的CE极间出现的电压实际为逆程脉冲峰压+电源电压,在t3~t4时间,C3通过L1放电完毕,i3达到最大值,电容两端电压消失,这时电容中的电能又全部转为L1中的磁能,因感抗作用,i3不能立即变0,于是L1两端电动势反向,即L1两端电位左正右负,由于阻尼管D11的存在,C3不能继续反向充电,而是经过C2、D11回流,形成电流i4,在t4时间,第二个脉冲开始到来,但这时Q1的UE为正,UC为负,处于反偏状态,所以Q1不能导通,待i4减小到0,L1中的磁能放完,即到t5时Q1才开始第二次导通,产生i5以后又重复i1~i4过程,因此在L1上就产生了和开关脉冲f(20KHz~30KHz)相同的交流电流。t4~t5的i4是阻尼管D11的导通电流,

在高频电流一个电流周期里,t2~t3的i2是线盘磁能对电容C3的充电电流,t3~t4的i3是逆程脉冲峰压通过L1放电的电流,t4~t5的i4是L1两端电动势反向时, 因D11的存在令C3不能继续反向充电, 而经过C2、D11回流所形成的阻尼电流,Q1的导通电流实际上是i1。

Q1的VCE电压变化:在静态时,UC为输入电源经过整流后的直流电源,t1~t2,Q1饱和导通,UC接近地电位,t4~t5,阻尼管D11导通,UC为负压(电压为阻尼二极管的顺向压降),t2~t4,也就是LC自由振荡的半个周期,UC上出现峰值电压,在t3时UC达到最大值。

以上分析证实两个问题:一是在高频电流的一个周期里,只有i1是电源供给L的能量,所以i1的大小就决定加热功率的大小,同时脉冲宽度越大,t1~t2的时间就越长,i1就越大,反之亦然,所以要调节加热功率,只需要调节脉冲的宽度;二是LC自由振荡的半周期时间是出现峰值电压的时间,亦是Q1的截止时间,也是开关脉冲没有到达的时间,这个时间关系是不能错位的,如峰值脉冲还没有消失,而开关脉冲己提前到来,就会出现很大的导通电流使Q1烧坏,因此必须使开关脉冲的前沿与峰值脉冲后沿相同步。

2.4 振荡、检锅及IGBT 驱动电路

A 点接同步信号（方波）输出端，当A 点有方波输

入时、经C10微分后变成三角波（B 点），与C 点电压进行比较，当V8>V9时，V14为OFF ，Q1导通，E 点输出低电平。当V8

“C 点输入的电压越高, V14处于ON 的时间越长,

电磁炉的加热功率越大,反之越小”。

CPU 通过电流检测炉面无锅时，并自动发出约16uS 负检锅脉冲至B 点，使IGBT 瞬间打开，再判断PAN-Q 端的脉冲个数。

如：7＞脉冲个数＞0 则判断有锅， PWM 有输出

0=脉冲个数＞7 则判断无锅， 连续1分钟后自动关机

2.6 PWM 脉宽调控电路

待机时，Q2处在 导通状态，使得EC9正极电压极低，确保IGBT 在待机时可靠截止，防止在待机烧机。而在开机正常加热工作时，Q2则处在截止状态，，使功率上升与下降灵敏度提高.当CUR 处电压增加时,第13脚ON 时刻相对短,使IGBT ON 时间也短.从而使CUR 降低.功率保持不变.达到自动恒功率控制的目的.

2.7 同步电路

A

B

C

E

R8、R21分压产生V6,R1+R3+R4+R9、R20分压产生V4, 在高频电流的一个周期里,在t2~t4时间(图1),由于C5两端电压为左负右正,所以V7V9,V14 OFF(V14=0V),振荡没有输出,也就没有开关脉冲加至IGBT的G极,保证了IGBT在t2~t4时间不会导通,在t4~t6时间,C3电容两端电压消失, V7>V6, V1下降,振荡有输出,有开关脉冲加至IGBT的G极。以上动作过程,保证了加到IGBT G极上的开关脉冲前沿与IGBT上产生的VCE 脉冲后沿相同步。

2.9 V AC检测电路

AC220V由D3、D4整流的脉动直流电压通过R13、R12 Array分压、EC10平滑后的直流电压送入CPU,根据监测该电压

的变化,CPU会自动作出各种动作指令:

(1)判别输入的电源电压是否在充许范围内,否则停

止加热,并报知信息(详见故障代码表)。

(2)配合电流检测电路、VCE电路反馈的信息,判别

是否己放入适合的锅具,作出相应的动作指令(详见加热开关控制及试探过程一节)。

(3)配合电流检测电路反馈的信息及方波电路监测的电源频率信息,调控PWM的脉宽,令输

出功率保持稳定。

“电源输入标准220V±1V电压,不接线盘(L1)测试CPU V A/D输入脚电压,标准为2.4V±0.1V”。

2.10 电流检测及浪涌电压监测电路

电流互感器T2二次测得的AC电压,经D13~D16组成的桥式整流电路整流、EC11平滑,所获得的直流电压送至CPU,该电压越高,表示电源输入的电流越大, CPU根据监测该电压的变化,自动作出各种动作指令:

(1)配合V AC检测电路,判别是否己放入适合的锅具,作出相应的动作指令(详见加热开

关控制及试探过程一节)。

(2)配合V AC检测电路反馈的信息及方波电路监测的电源频率信息,调控PWM的脉宽,

令输出功率保持稳定。

浪涌电压监测电路:电源电压正常时,V5>V4,V2 ON(V2约4.7V),振荡电路可以输出振荡脉冲信号,当电源突然有浪涌电压输入时,此电压将会引起V5端电压急剧下降，结果V4>V5，U3A比较器翻转,V2OFF(V2=0V),D9瞬间导通,将振荡电路输出的振荡脉冲电压拉低,电磁炉暂停加热,同时,CPU INT监测到V2 OFF信息,立即发出暂止加热指令,待浪涌电压过后、V2由OFF转为

2.11 VCE 检测电路

将IGBT 集电极上的脉冲电压通过R19+R28+R41+R42、R43分压送至Q6基极,在发射极上获得其取样电压, D17瞬间导通,将振荡电路输出的振荡脉冲电压拉低 ,根据VCE 取样电压值,抑制VCE 脉冲幅度不高于1100V(此值适用于耐压1200V 的IGBT,耐压1500V 的IGBT 抑制值为1300V)。

2.14 锅底温度监测电路

加热锅具底部的温度透过微晶玻璃板传至紧贴玻璃板底的负温度系数热敏电阻,该电阻阻值的变化间接反应了加热锅具的温度变化(温度/阻值详见热敏电阻温度分度表),热敏电阻与R28分

压点的电压变化其实反应了热敏电阻阻值的变化,即加热锅具的

温度变化, CPU 通过监测该电压的变化,作出相应的动作指令:

(1) 定温功能时,控制加热指令,另被加热物体温度恒定

在指定范围内。

(2) 当锅具温度高于220℃时,加热立即停止, 并报知信息(详见故障代码表)。 (3) 当锅具空烧时, 加热立即停止, 并报知信息(详见故障代码表)。

(4) 当热敏电阻开路（连续2分钟）或短路时, 发出不启动指令,并报知相关的信息(详

见故障代码表)。

2.15 IGBT 温度监测电路

IGBT 产生的温度透过散热片传至紧贴其上的负温度系数热敏电阻TH,该电阻阻值的变化间接反应了IGBT 的温度变化(温度/阻值详见热敏电阻温度分度表),热敏电阻与R11分压

点的电压变化其实反影了热敏电阻阻值的变化,即IGBT 的温度变化, CPU 通过监测该电压的变化,作出相应的动作指令:

(1) 当IGBT 结温由于某原因(例如散热系统故障)而高于100℃时, 加热立即停止, 并报

知信息(详见故障代码表)。 (2) 当热敏电阻TH 开路（连续2分钟）或短路时, 发出不启动指令,并报知相关的信息(详

见故障代码表)。

2.16 散热系统

将IGBT 及整流器DB 贴于散热片上,利用风扇运转通过电磁炉进、出风口形成的气流将散热片上的热及线盘L1等零件工作时产

生的热、加热锅具辐射进电磁炉内的热排出电磁炉外。 CPU 发出风扇运转指令时,电压通过R38送至Q4基极,Q4饱和导通,VCC 电流流过风扇、Q4至地,风扇运转; CPU 发出风扇停转

指令时,FAN 脚输出低电平,Q4截止,风扇因没有电流流过而停转。

为了能将电磁炉内部的余热降低，每次按开关键关机，风扇均会延迟1分钟后再停止运转。

2.17 主电源

CON4FAN

FUSE1

AC220V 50/60Hz电源经保险丝FUSE,再通过电流互感器至桥式整流器DB,产生的脉动直流电压通过扼流线圈提供给主回路使用;AC1、AC2两端电压除送至辅助电源使用外,另外还送至D3、D4整流得到脉动直流电压作检测用途。

器和一个击

R7——EC6与C4

注：由于是采用开关电源，工作频率非常高，故二极管均为快速恢复型，绝非普通整流二极管。2.19 蜂鸣器发声电路

电磁炉发出报知响声时,CPU14脚输出幅度为5V、频率4KHz的脉冲信号电压至蜂鸣器BZ,令BZ发出报知响声。

三、故障维修

088系列虽然机种较多,且功能复杂,但不同的机种其主控电路原理一样,区别只是零件参数的差异及CPU程序不同而己。电路的各项测控主要由一块8位4K内存的单片机组成,外围线路简单且零件极少,并设有故障报警功能,故电路可靠性高,维修容易,维修时根据故障报警指示,对应检修相关单元电路,大部分均可轻易解决。

3.1 故障代码表

3.2 主板检测标准

由于电磁炉工作时,主回路工作在高压、大电流状态中,所以对电路检查时必须将线盘(L1)断开不接,否则极容易在测试时因仪器接入而改变了电路参数造成烧机。接上线盘试机前,应根据3.2.1<<主板检测表>>对主板各点作测试后,一切符合才进行。

3.2.1主板检测表

3.3 故障案例

3.3.1 故障现象1 : 放入锅具电磁炉检测不到锅具而不启动,每隔3秒发出“嘟”一声短音, 连续

1分钟后转入待机。

分析: 根椐报警信息,此为CPU判定为加热锅具过小(直经小于8cm)或无锅放入或锅具材质不符而不加热,并作出相应报知。根据电路原理,电磁炉启动时, CPU先从第12脚输出试探检锅信号电压,该信号经过PWM脉宽调控电路转换为控制振荡脉宽输出的电压加至IGBT推动电路,通过该电路将试探信号电压转换为足己令IGBT工作的试探信号电压,关键条件有三个: 一是加入Q1 G极的试探信号必须足够,通过测试IGBT- G极的试探电压可判断试探信号是否足够(正常为间隔出现5V),而影响该信号电压的电路有PWM脉宽调控电路、振荡电路、IGBT推动电路。二是反馈脉冲数7＞脉冲个数＞0 则判断有锅，PWM有输出。三是互感器须流够足够的电流。

3.3.2 故障现象2 : 按启动指示灯指示正常,但不加热。

分析: 一般情况下,CPU检测到0=脉冲个数＞7 则判断无锅，1分钟后自动关机但当反馈信号电流I/D处于足够与不足够之间的临界状态时,CPU发出的指

令将会在试探→正常加热→试探循环动作,产生启动后指示灯指示正常, 但

不加热的故障。原因为电流反馈信号电压不足(处于可启动的临界状态)。

3.3.3 故障现象3 : 插入电源电磁炉数显型机种显示E0,“B“一声响后电磁炉转入待机。

分析: 此现象为CPU检测到电压过低信息,如果此时输入电压正常,则为V AC检测电路故障。

3.3.4 故障现象4 : 插入电源电磁炉数显型机种显示E1，“B“一声响后电磁炉转入待机。

分析: 此现象为CPU检测到电压过高信息,如果此时输入电压正常,则为V AC检测电路故障。

3.3.5 故障现象6 : 插入电源电磁炉,加热2分钟后数显型机种显示E2。

分析: 此现象为CPU检测到安装在微晶玻璃板底的锅传感器(负温系数热敏电阻)开路信息,其实CPU是根椐第15脚电压情况判断锅温度及热敏电阻开、短

路的,而该点电压是由R28、热敏电阻分压而成,另外还有一只EC7电容作滤

波。

3.3.7 故障现象7 : 插入电源电磁炉数显型机种显示E3。

分析: 此现象为CPU检测到安装在微晶玻璃板底的锅传感器(负温系数热敏电阻)短路信息,其实CPU是根椐第15脚电压情况判断锅温度及热敏电阻开/短路

的,而该点电压是由R28、热敏电阻分压而成及一只C18电容作滤波。

3.3.8 故障现象8 : 插入电源电磁炉，加热2分钟后数显型机种显示E4。

分析: 此现象为CPU检测到安装在散热器的TH传感器(负温系数热敏电阻)开路信息,其实CPU是根椐第14脚电压情况判断散热器温度及TH开/短路的,而该

点电压是由R11、热敏电阻分压而成及一只EC8电容作滤波。

3.3.9 故障现象9 : 插入电源电磁炉数显型机种显示E5。

分析: 此现象为CPU检测到按装在散热器的TH传感器(负温系数热敏电阻) 短路信息,其实CPU是根椐第14脚电压情况判断散热器温度及TH开/短路的,

3.3.10 故障现象10 : 电磁炉工作一段时间后停止加热,数显型机种显示E5。

分析: 此现象为CPU检测到IGBT超温的信息,而造成IGBT超温通常有两种,一种是散热系统,主要是风扇不转或转速低,另一种是送至IGBT G极的脉冲关断

速度慢(脉冲的下降沿时间过长),造成IGBT功耗过大而产生高温。

3.3.11 故障现象11 : 电磁炉低电压以最高火力档工作时,频繁出现间歇暂停现象。

分析: 在低电压使用时,由于电流较高电压使用时大,而且工作频率也较低,如果供电线路容量不足,会产生浪涌电压,假如输入电源电路滤波不良,则吸收不了

所产生的浪涌电压,会另浪涌电压监测电路动作,产生上述故障。

处理方法: 检查C15容量是否不足,如果1600W以上机种C1装的是1~2uF,将该电容换上3.3uF/250V AC规格的电容器。

3.3.12 故障现象12 : 烧保险管。

分析: 电流容量为15A的保险管一般自然烧断的概率极低,通常是通过了较大的电流才烧,所以发现烧保险管故障必须在换入新的保险管后对电源负载作检查。通常大电流的零件损坏会另保险管作保护性溶断，而大电流零件损坏除了零件老化原因外,大部分是因为控制电路不良所引至,特别是IGBT,所以换入新的大电流零件后，还需对其它可能损坏该零件的保护电路作彻底检查,IGBT损坏主要有过流击穿和过压击穿,而同步电路、振荡电路、IGBT激励电路、浪涌电压监测电路、VCE检测电路、主回路不良和单片机(CPU)。

15A /250V /U L

0.33u F /1200V D C

G T 40T 301 40A 1500V