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文檔簡介

1、,標題,電磁爐工作波形測試與分析,開發(fā)二部,2008年12月1日,21TD主控板,1、同步諧振電路測試 2、PWM控制電路測試 3、采樣電路測試 4、 IGBT驅動電路 5、反壓保護電路 6、智能風扇測試 7、上電保護電路測試 8、電流浪涌保護電路測試 9、開關電源測試,測試內容:,一、同步諧振電路,同步電路是讓IGBT的開通在零電壓狀態(tài),這樣IGBT的損耗最小,發(fā)熱量也最小,有利于保護IGBT。隨著C極電壓的升高,L中的電流在減小,當L中的電流降為零時,C極的電壓最高,然后電容C將會對L放電,這樣C極的電壓降低,當電壓降為零時,如圖中的U2C:3單元反轉,至使IGBT再次導通,使IGBT的導

2、通在諧振點,圖中R412、C403、D400、R418組成諧振電路,D400作用是將諧振電壓限制在18V。 此處幾個大功率同步電阻、IGBT為容易損壞器件(重要器件),圖中: 通道1為LM339_8pin腳波形; 通道2為LM339_9pin腳波形; 通道3為LM339_14pin腳波形; 此部分電路作用為:檢測IGBT的C極電壓,當接近零點時,通過反饋使IGBT導通,此時由于IGBT在接近零電壓下導通,故其損耗很小,溫升低,尤其是高電壓、低功率下,其對IGBT溫升影響尤為重大。當高電壓、低功率下IGBT溫升高時,可適當調節(jié)此部分電路,使IGBT在LC振蕩的最低點導通,從而降低損耗,使IGBT

3、溫升降下來。,同步諧振電路測試上電,圖中: 通道1為LM339_8pin腳波形; 通道2為LM339_9pin腳波形; 通道3為LM339_14pin腳波形; 如圖所示,靜態(tài)時, LM339_8pin腳電平為3.84V, LM339_9pin腳電平為4.08V,其壓差u為240mv,故此時LM339_14pin腳輸出高電平。 如果u過大,IGBT會在LC振蕩最低點之后導通,俗稱滯后導通;如果u過小,IGBT會在LC振蕩最低點之前導通,俗稱超前導通。超前導通和滯后導通都會使IGBT損耗增大,從而導致溫升很高。故需調節(jié)同步諧振電路使IGBT在LC振蕩最低點導通,而IGBT導通點可通過觀察反壓波形看

4、出。,同步諧振電路測試靜態(tài),圖中: 通道1為LM339_8pin腳波形; 通道2為LM339_9pin腳波形; 通道3為LM339_14pin腳波形; 當檢鍋時,IGBT只導通一次,之后便是LC衰減振蕩。如圖為有鍋情況下的LC衰減振蕩檢測波形,通過觀察LM339_8pin腳和 LM339_9pin腳波形,可看出當有鍋存在時,LC振蕩數(shù)次便因能量耗盡而停止振蕩,反映到LM339_14pin腳為三個低電平(第一個低電平為單片機“pan”腳發(fā)出的,不算)。 這就是單片機識別是否有鍋存在的基本原理。,同步諧振電路測試檢鍋,圖中: 通道1為LM339_8pin腳波形; 通道2為LM339_9pin腳波形

5、; 通道3為LM339_14pin腳波形; 通道Math為 CH2-CH1 波形; 當通道Math波形在零點以上時, LM339_14pin腳輸出高電平,通過反饋電路,使IGBT關閉;當通道Math波形在零點以下時, LM339_14pin腳輸出低電平,通過反饋電路,使IGBT導通。 這就是同步諧振電路的基本功能:控制IGBT導通和關斷。而IGBT導通和關斷的時間的控制,是在PWM參與下完成的,后面將有敘述。,同步諧振電路測試動態(tài),二、PWM控制電路,上圖是一個簡單的RC充電電路,所謂PWM即脈寬調制方波,CPU直接輸出PWM信號,通過改變PWM的占空比,來改變電容C404上的直流電位,此直流

6、電位的高低決定著IGBT導通時間的長短,即決定著機器的輸出功率。邏輯關系是:此電位越高,IGBT導通的時間越長,機器的功率越大,低則相反。,圖中: 通道1為LM339_10pin腳波形; 通道2為LM339_11pin腳波形; 通道3為LM339_13pin腳波形; 通道4為PWM腳波形; 上電瞬間, LM339_10pin腳為高電平, LM339_11pin為低電平, LM339_13pin輸出低電平,PWM無輸出。 LM339_13pin輸出低電平是確保上電瞬間IGBT不導通的必要條件,故軟件上應確保上電時PWM無輸出。,PWM控制電路測試上電,圖中: 通道1為LM339_10pin腳波形

7、; 通道2為LM339_11pin腳波形; 通道3為LM339_13pin腳波形; 通道4為PWM腳波形; 靜態(tài),無PWM輸出,故LM339_11pin腳電平為零。,PWM控制電路測試靜態(tài),PWM控制電路測試檢鍋,圖中: 通道1為LM339_10pin腳波形; 通道2為LM339_11pin腳波形; 通道3為LM339_13pin腳波形; 通道4為PWM腳波形; 檢鍋過程: 1、先輸出數(shù)百毫秒的PWM波,使 LM339_11pin腳電平為穩(wěn)定的1.7v左右。 2、單片機”pan”腳輸出低電平,反映到 圖中為LM339_10pin腳的第一個低電平。 3、當LM339_10pin腳電平低于 LM3

8、39_11pin腳電平時, LM339_13pin腳輸出高電平,驅動IGBT導通。 4、關機,僅讓IGBT導通1次。同時檢測LC振蕩脈沖數(shù),以判斷是否有鍋存在。詳見同步諧振電路部分。,圖中: 通道1為LM339_10pin腳波形; 通道2為LM339_11pin腳波形; 通道3為LM339_13pin腳波形; 通道4為PWM腳波形; 檢鍋時的IGBT導通時間: 由圖可以看出IGBT導通時間為9us。其 時間由LM339_11pin腳電平U大小決定: U越大,IGBT導通時間越長;U越小, IGBT導通時間越短。 而U值的大小是由PWM的占空比決定的。 一般要求檢鍋時IGBT導通8us左右,因

9、為:IGBT導通時間過小,則可能因LC振 蕩次數(shù)過少而檢不到鍋;IGBT導通時間 過大,則在電網(wǎng)惡劣的情況下,可能使 IGBT擊穿,因為此時IGBT在高電壓下導 通。,PWM控制電路測試檢鍋,圖中: 通道1為LM339_10pin腳波形; 通道2為LM339_11pin腳波形; 通道3為LM339_13pin腳波形; 通道4為PWM腳波形; 在正常加熱時,IGBT導通時間越長,其輸出功率越大。而IGBT的導通時間是由PWM占空比控制的,故可通過調節(jié)PWM占空比大小來調節(jié)輸出功率大小。,PWM控制電路測試動態(tài),圖中: 通道1為PAN腳波形; 通道2為LM339_11pin腳波形; 通道3為LM3

10、39_13pin腳波形; 通道4為GJ_INT腳波形; 剛上電時,PAN腳由低變高; LM339_11pin 腳和LM339_13pin腳為低電平;GJ_INT腳在上電瞬間為高電平,維持約16ms后轉為低電平,其原因為:上電時由于上拉電阻R212作用使GJ_INT為高電平,而后單片機工作,將GJ_INT腳拉低。,PWM控制與檢鍋電路測試上電,圖中: 通道1為PAN腳波形; 通道2為LM339_11pin腳波形; 通道3為LM339_13pin腳波形; 通道4為GJ_INT腳波形; 靜態(tài)時,GJ_INT腳必須為低電平,目的是防止IGBT因誤觸發(fā)而導通。,PWM控制與檢鍋電路測試靜態(tài),PWM控制與

11、檢鍋電路測試檢鍋,圖中: 通道1為PAN腳波形; 通道2為LM339_11pin腳波形; 通道3為LM339_13pin腳波形; 通道4為GJ_INT腳波形; 在“PWM控制電路測試”中已經敘述了檢鍋過程,這里再敘述一點,而且是至關重要的一點,即:當IGBT導通約8us后應立即將GJ_INT腳拉低。其目的是防止IGBT導通時間過長和IGBT導通多次,從而造成檢鍋脈沖數(shù)不準確。,圖中: 通道1為PAN腳波形; 通道2為LM339_11pin腳波形; 通道3為LM339_13pin腳波形; 通道4為GJ_INT腳波形; 工作時, 1、GJ_INT腳置高,使IGBT能正常導通、關閉。 2、單片機將P

12、AN腳設置為輸入狀態(tài),使其不影響同步諧振電路工作。 3、 LM339_13pin腳為驅動IGBT導通、關斷腳。當其為高電平時,IGBT導通;當其為低電平時,IGBT關斷。,PWM控制與檢鍋電路測試工作,1、電壓信號采樣電路,電壓檢測電路采用橋式整流,電阻分壓,再經C200濾波后送入CPU的A/D轉換口上。采樣后的電壓AD值用于功率調節(jié)、過壓和欠壓保護。,三 、采樣電路,2、電流信號采樣電路,此電路通過一個電流互感器然后在經過整流、濾波、再經可調電阻VR1后送到CPU的A/D轉換口上。采樣的電流AD值用于功率調節(jié),過流保護等。,圖中: 通道1為CUR腳波形(電流采樣) ; 通道2為VIN腳波形(

13、電壓采樣) ; 當電磁爐不工作時,主回路無電流,故CUR腳電位為零電位;而此時電源電壓為220V,故VIN腳有約4V的電位。,電壓、電流采樣電路測試靜態(tài),圖中: 通道1為CUR腳波形(電流采樣) ; 通道2為VIN腳波形(電壓采樣) ; 當輸出2000W功率時,CUR腳電位在3.9V左右,VIN腳電位依然為4V左右。 此時,采樣的電壓、電流波形有輕微波動,應作軟件濾波處理采樣的AD值。,電壓、電流采樣電路測試工作,3、溫度采樣電路,有三個溫度傳感器,分別測量線盤、陶瓷板和IGBT。它們都為負溫度系數(shù)的傳感器,即溫度升高,阻值減小。由此特性,可測量與其組成的分壓電路的電壓變化,得到被測元件的溫度

14、值,從而進行過溫等各種保護。,圖中: 通道1為XP_BUZ腳波形(線盤采樣) ; 通道2為T_IGBT腳波形(IGBT采樣) ; 通道3為TMB腳波形(面板采樣) ; 靜態(tài)時,三個腳都有一定的初始電位。當溫度升高時,XP_BUZ腳電位會降低;T_IGBT腳電位會降低;TMB腳電位會升高;,溫度采樣電路測試常溫,四、IGBT驅動電路,IGBT驅動電路作用是根據(jù)LM339_13pin腳送出的高、低電平,驅動IGBT導通、關斷。IGBT屬電壓驅動型器件,故其驅動電路要能輸出高電壓;同時,由于IGBT內部的G、E結有結電容存在,故在IGBT導通時要有大電流對其迅速充電,降低IGBT的開通延時時間。,圖

15、中: 通道1為LM339_13pin腳波形; 通道2為IGBT_G腳波形; 通道3為整流橋DB1正極腳波形; 通道4為 IGBT_C腳波形;,IGBT驅動電路測試上電,圖中: 通道1為LM339_13pin腳波形; 通道2為IGBT_G腳波形; 通道3為整流橋DB1正極腳波形; 通道4為 IGBT_C腳波形; 當檢鍋時,LM339_13pin腳輸出一個高脈沖,驅動IGBT導通一次。IGBT_C腳電位由320V被拉低到接近零伏,然后IGBT關閉,其C腳會出現(xiàn)很高的反壓。,IGBT驅動電路測試檢鍋,圖中: 通道1為LM339_13pin腳波形; 通道2為IGBT_G腳波形; 通道3為整流橋DB1正

16、極腳波形; 通道4為 IGBT_C腳波形; 在LM339_13pin腳輸出高、低驅動脈沖作用下,通過IGBT驅動電路驅動,使IGBT導通、關斷,從而輸出功率。,IGBT驅動電路測試動態(tài),圖中: 通道1為LM339_13pin腳波形; 通道2為IGBT_G腳波形; 通道3為整流橋DB1正極腳波形; 通道4為 IGBT_C腳波形; 此為IGBT驅動電路工作時的包絡波形,周期為10ms。,IGBT驅動電路測試包絡,圖中: 通道1為LM339_13pin腳波形; 通道2為IGBT_B腳波形; 通道3為整流橋DB1正極腳波形; 通道4為 IGBT_C腳波形; 關機時,LM339_13pin輸出低電平,I

17、GBT關斷,整流橋DB1正極和IGBT_C腳電位恢復到靜態(tài)。,IGBT驅動電路測試關機,五、反壓保護電路,當IGBT關斷時,其C極會出現(xiàn)很高的反壓,如不加以限制,將會因超過IGBT的C、E結耐壓而擊穿IGBT。反壓保護電路的作用便是限制反壓到一個安全額度以下。,圖中: 通道1為LM339_4pin 腳波形; 通道2為LM339_5pin腳波形; 通道3為LM339_2pin腳波形; 通道4為 LM339_11pin 腳波形; 上電瞬間,LM339_4pin腳由零伏變?yōu)?.5V左右,經過約476ms,5V電源建立,LM339_5pin腳電平由零伏變?yōu)?V。,IGBT反壓保護電路測試上電,圖中:

18、通道1為LM339_4pin 腳波形; 通道2為LM339_5pin腳波形; 通道3為LM339_2pin腳波形; 通道4為 LM339_11pin 腳波形;,IGBT反壓保護電路測試靜態(tài),圖中: 通道1為LM339_4pin 腳波形; 通道2為LM339_5pin腳波形; 通道3為LM339_2pin腳波形; 通道4為 LM339_11pin 腳波形; 反壓保護的實質是: LM339_4pin腳電位與LM339_5pin腳的5V基準電位相比較,如大于,則LM339_2pin輸出低電平,C405通過電阻R411放電,使 LM339_11pin腳電位適當降低,從而降低IGBT導通時間,進而降低了

19、反壓。 如圖中所示,通道3有一個很窄的低脈沖,即為反壓保護動作了。而后,LM339_11pin腳電位有所降低,使IGBT下一個周期的導通時間縮短。,IGBT反壓保護電路測試保護,IGBT反壓保護電路測試包絡圖,圖中: 通道1為LM339_4pin 腳波形; 通道2為LM339_5pin腳波形; 通道3為LM339_2pin腳波形; 通道4為 LM339_11pin 腳波形; 如圖,反壓保護電路只是偶爾動作,屬正常。如反壓保護電路經常動作,就會出現(xiàn)VR最大功率上不去、工作時有吱吱的刺耳聲等問題。此時,一般要調節(jié)反壓保護電路中R407、R408兩個電阻,使其分壓電平降低。,六、智能風扇電路,風扇驅

20、動電路由R506、R509和三極管Q501組成。其作用是驅動風扇工作。通過單片機的控制,可使風扇全速或半速旋轉。,圖中: 通道1為“FAN”腳波形; 通道2為風扇兩端電壓波形; 風扇半速旋轉時,單片機的“FAN”腳輸出一定占空比的方波。當“FAN”腳為高電平時,風扇導通,其端壓約為18V;當“FAN”腳為低電平時,停止驅動風扇,風扇靠慣性旋轉。平均下來,風扇以近半速旋轉。 風扇半速時的端壓平均值為12V左右,可用萬用表測量其兩端電壓值來判定風扇是半速還是全速。,智能風扇測試(半速),截止時間5.8ms,智能風扇測試(半速),導通時間10ms,圖中: 通道1為“FAN”腳波形; 通道2為風扇兩端

21、電壓波形;,智能風扇的導通、關斷時間比可由軟件調節(jié),最終要滿足 測試大綱要求。,圖中: 通道1為“FAN”腳波形; 通道2為風扇兩端電壓波形; 全速時,單片機“FAN”腳輸出高電平,風扇端壓為18V左右。,智能風扇測試(全速),七、上電保護電路,此電路由R209、R210和D205組成,作用是在上電瞬間取樣整流橋DB1正極電平,通過D205陰極作用到Q201基極,使Q201導通,拉低LM339_13pin腳電位(IGBT驅動線),確保IGBT在上電瞬間處于關閉狀態(tài),從而降低上電時IGBT爆管率。,圖中: 通道1為D205陰極波形; 通道2為+5V腳波形; 通道3為GJ_INT腳波形; 通道4為

22、整流橋DB1正極腳波形; 上電瞬間,整流橋DB1正極由零電位變?yōu)?10V左右的直流電,此時D205陰極會有一定的高電平,作用到Q201的基極,使Q201飽和導通,D205陰極被鉗位到0.7V左右。 經過大約520ms,5V電源建立,單片機正常工作。,上電保護電路測試上電,圖中: 通道1為Q201_B腳波形; 通道2為+5V腳波形; 通道3為GJ_INT腳波形; 通道4為整流橋DB1正極腳波形; 當上電結束后,Q201基極電位由5V電源(通過上拉電阻R219連接)和GJ_INT腳電位決定,上電保護電路不起作用。,上電保護電路測試靜態(tài),八、電流浪涌保護電路,電流浪涌保護電路采用比較器的形式,即:比

23、較器負極為一電阻分壓的參考電平;正極為一電阻分壓電路,且與電流采樣電路相連,當采樣的電流變化時,正極電位也隨之變化。當有大電流時,比較器正極電位會低于其負參考端電位,導致比較器翻轉輸出低電平,通過D206硬件關斷IGBT,以保護IGBT。電流浪涌保護的靈敏度可通過調整負參考端電位調整,負參考端電位越低,保護靈敏度越低。,圖中: 通道1為互感器CT1兩端波形; 通道2為LM339_6pin腳波形; 通道3為LM339_7pin腳波形; 通道4為CUR腳波形; 上電瞬間,LM339_6pin腳和LM339_7pin腳由零電平上升到一定電平,且LM339_7pin腳大于LM339_6pin腳電平,確

24、保比較器輸出高電平,以不影響GJ_INT口電平。,電流浪涌保護電路測試上電,圖中: 通道1為互感器CT1兩端波形; 通道2為LM339_6pin腳波形; 通道3為LM339_7pin腳波形; 通道4為CUR腳波形; LM339_6pin腳和LM339_7pin腳的壓差大小決定了電流浪涌保護的靈敏度高低,即:壓差大,靈敏度低;壓差小,靈敏度高。一般通過調節(jié)R218和R205兩個電阻的分壓比,來調節(jié)電流浪涌靈敏度。,電流浪涌保護電路測試靜態(tài),圖中: 通道1為互感器CT1兩端波形; 通道2為LM339_6pin腳波形; 通道3為LM339_7pin腳波形; 通道4為CUR腳波形; 點火瞬間,互感器C

25、T1感應出主回路電流變化,如通道1波形所示,經整流橋整流、濾波,轉變成直流電平,如CUR腳波形所示。單片機通過采樣CUR腳電位來估測實際的電流,進而作出調節(jié)功率,限流等動作。,電流浪涌保護電路測試點火,圖中: 通道1為互感器CT1兩端波形; 通道2為LM339_6pin腳波形; 通道3為LM339_7pin腳波形; 通道4為CUR腳波形;,電流浪涌保護電路測試動態(tài),圖中: 通道1為互感器CT1兩端波形; 通道2為LM339_6pin腳波形; 通道3為LM339_7pin腳波形; 通道4為CUR腳波形;,電流浪涌保護電路測試保護,圖中: 通道1為互感器CT1兩端波形; 通道2為LM339_6pi

26、n腳波形; 通道3為LM339_7pin腳波形; 通道4為CUR腳波形;,電流浪涌保護電路測試保護,當出現(xiàn)電流浪涌時,LM339_7pin腳會出現(xiàn)如下 圖所示的低于負參考電位的的脈沖,比較器輸 低電平,硬件關閉IGBT的同時,也會觸發(fā)軟件 中斷,作軟件關機3秒動作,如清PWM、 GJ_INT腳置低操作。,九、開關電源,此開關電源采用ACT30B方案,基本原理為:ACT30B控制開關管Q502導通和關斷,使開關變壓器T500初級產生變化的電壓,并耦合到次級,次級接入二極管整流、濾波,產生需要的直流電壓。其中,D506、ZD502和ZD500為反饋回路,作用是為ACT30B的1腳提供參考電壓和為Q

27、502的基極提供驅動電壓。,1、ACT30B方案,ACT30B方案開關管Q502工作,Q502的B極初始為13V的電平(由穩(wěn)壓管ZD516鉗位),而其E極(與ACT30B的3腳相連)電位也為13V左右,B、E極壓差不足以使Q502導通。 當需要導通時,ACT30B的3腳會輸出低電平,導致Q502的B、E極壓差增大,使Q502導通,如圖中1、2通道的低脈沖及低脈沖的壓差。 同樣,需要關斷時,ACT30B的3腳會恢復到初始的13V左右,使Q502關閉。 當Q502導通時,其C極電平由320V拉低到0V,隨后關閉,使開關變壓器初級電壓產生振蕩。 D505、R500和C501是浪涌吸收電路,目的是吸收

28、Q502關閉瞬間其C極產生的很高的反壓,保護Q502避免擊穿。,圖中: 通道1為Q502的B極波形; 通道2為Q502的E極波形; 通道3為Q502的C極波形; 通道4為D505陰極波形;,ACT30B方案18V電源的實現(xiàn),圖中: 通道1為D503的陰極波形; 通道3為T500的初極1、3腳波形; 通道4為T500的次級4、6腳波形;,由于T500的初次極同名端反向,故圖中 通道3、4的波形正好相反。通道3的波形 的幅值由初級電壓和初、次極的匝比決定。 D503對通道3所示波形進行整流,并通過 電容濾波,便產生了需要的18V電源,如 圖中的通道1波形所示。,ACT30B方案5V電源的實現(xiàn),圖中

29、: 通道1為D504的陰極波形; 通道2為78L05輸出的5V; 通道3為T500的初極1、3腳波形; 通道4為T500的次級4、5腳波形;,由于T500的初次極同名端反向,故圖中 通道3、4的波形正好相反。通道3的波形 的幅值由初級電壓和初、次極的匝比決定。 D504對通道3所示波形進行整流,并通過 電容濾波,產生8.2V的直流電,如通道1 所示波形。通過78L05降壓、穩(wěn)壓,輸出 符合要求的5V電源。如圖中的通道1波形 所示。,此開關電源采用THX203方案,基本原理和ACT30B方案類似,不過其內部集成了類似ACT30B方案中的開關管Q502。THX203各管腳說明:1)OB腳:啟動電流輸入腳,外接啟動電阻R501,作用是在電源啟動時提供電流。2)CT腳:振蕩電容腳,外接振蕩電容。此電路接580p的電容。3)FB腳:反饋腳,為電源工作提供反饋通路。4)IS腳:開關電流取樣與限制設定,外接電流取樣電阻。5)OC腳:內部開關管的輸出腳,接開關變壓器。,2、THX203方案,輸入極

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