以单片机为核心的电磁炉设计优化

下面以美的TS-S1-D机芯电磁炉电路为例介绍用万用表检修单片机为核心构成的电磁炉故障的方法与技巧。该机采用超级芯片LC87F2L08为核心构成，如图2-14所示。

图2-14 美的TS-Sl-D机芯电磁炉电路

1.市电输入电路

该机的市电电压输入及300V供电电路与美的TS-S1-A/B机芯相同，这里不再介绍。

2.电源电路

该机的电源电路采用了由电源模块VIper-12（U92）、开关变压器T90等元器件构成的并联型开关电源。Vlper-12的内部构成见图2-11，它的引脚功能见表2-7。

（1）市电变换

市电电压通过D1和D2进行全波整流，再通过D90隔离、R90限流、EC90滤波产生300V的直流电压。该电压通过开关变压器T90的一次绕组（1-2绕组）加到厚膜电路U92的⑤脚～⑧脚，不仅为其内部的开关管供电，而且通过高压电流源对④脚外接的EC95充电。当EC95两端建立的电压达到14.5V后，U92起动，它内部的60kHz调制控制器等电路开始工作，由该电路产生的激励脉冲使开关管工作在开关状态。开关电源工作后，便通过T90的二次绕组输出的脉冲电压通过整流、滤波后获得直流电压。其中，5-7绕组输出的脉冲电压通过D93整流、C92滤波产生的电压第一路通过D94加到U92的④脚，取代起动电路为U92供电；第二路为风扇电动机供电；第三路通过R93限流产生18V的电压，为功率管的驱动电路供电。6-7绕组输出的脉冲电压通过D92整流、EC92滤波产生的电压通过R92为三端5V稳压器U90供电，由U90稳压输出5V电压，为CPU、操作显示、指示灯等电路供电。

开关变压器T90的一次绕组两端接的R91、D91和C93组成了尖峰脉冲吸收回路，通过该电路对尖峰脉冲进行吸收，以免开关管在截止瞬间被过高的尖峰脉冲击穿。

（2）稳压控制电路

当市电电压下降或负载变重引起开关电源输出电压下降时，滤波电容C92两端下降的电压通过稳压管Z90为U92的③脚提供的误差电压减小，被U92内部电路处理后，使开关管导通时间延长，开关变压器T90存储的能量增大，开关电源输出电压升高到正常值，实现稳压控制。反之，稳压控制过程相反。

（3）保护电路

当EC95击穿使U92的④脚在开机瞬间不能建立14.5V以上的电压时，U92内部的电路不能起动；若D93、D94开路或T90异常为U92提供起动后的工作电压低于8V时，U92内的欠电压保护电路动作，避免了开关管因激励不足而损坏。另外，U92还具有过电压和过电流保护电路。

3.芯片LC87F2L08简介

LC87F2L08是电磁炉专用芯片，它是由微处理器、同步控制电路、振荡器、保护电路等构成的大规模集成电路，它不仅能输出功率管激励脉冲，还具有完善的控制、保护功能。它的引脚功能见表2-10。

表2-10 芯片LC87F2L08的引脚功能

4.微处理器电路

（1）基本条件电路

该机的微处理器基本工作条件电路由供电电路、复位电路和时钟振荡电路构成。

1）电源电路。当电源电路工作后，由其输出的5V电压经电容EC94、C91、C34滤波后，加到芯片U1（LC87F2L08）的供电端⑾、⑿脚为它供电。

2）复位电路。复位电路由U1、C33和R50构成。开机瞬间，5V电压通过R50对C33充电，从而为U1的复位信号端③脚提供一个由0V逐渐升高到5V的复位信号，在复位信号为低电平期间，U1内的存储器、寄存器等电路开始复位；当复位信号变为高电平后，U1内部电路复位结束，开始正常工作。

3）时钟振荡。时钟振荡电路由U1内的振荡器和外接晶振构成。U1得到供电后，它⑥、⑦脚内部的振荡器与外接的晶振X1通过振荡产生12MHz的时钟信号。该信号经分频后协调各部位的工作，并作为U1输出各种控制信号的基准脉冲源。

（2）芯片的起动

芯片U1工作后，输出自检脉冲，确认电路正常后进入待机状态，同时输出蜂鸣器驱动信号使蜂鸣器鸣叫一声，表明该机起动并进入待机状态。

待机期间，U1的②脚输出的信号为高电平，通过R15加到倒相放大器Q2的b极，经其倒相放大后，使推挽放大器的Q1截止、Q3导通，功率管IGBT截止。

（3）蜂鸣器电路

当该机起动瞬间、用户进行操作或进入保护状态后，芯片U1内的CPU通过①脚输出蜂鸣器信号，该信号经C6耦合后，就可以驱动蜂鸣器BZ1发出声音。根据需要的不同，BZ1鸣叫声也不同。

5.锅具检测电路

电磁炉在待机期间，按下面板上的“开/关”键后，产生的开机信号通过CN1的②脚加到U1的（24）脚，被U1内的CPU识别后，CPU从存储器内调出软件设置的默认工作状态数据，首先输出蜂鸣器驱动信号使蜂鸣器鸣叫一声，其次是控制显示屏显示该机的工作状态，最后由②脚输出的起动脉冲通过R15限流，Q2倒相放大，Q1、Q3推挽放大产生驱动信号，该信号利用R7限流驱动功率管IGBT导通。IGBT导通后，加热线圈（谐振线圈）和谐振电容C5产生电压谐振。谐振回路工作后，有电流流过电流取样电阻RK1，在它两端产生左负、右正的压降。该压降通过R2限流，利用C41滤波后加到U1的⑧脚。当炉面上放置了合适的锅具时，因有负载使流过功率管的电流增大，电流检测电路产生的取样电压较高，使U1的⑧脚输入的电压升高，被U1检测后，判断炉面已放置了合适的锅具，于是控制②脚输出受控的激励信号，该机进入加热状态。反之，若U1判断炉面未放置锅具或放置的锅具不合适，则控制电磁炉停止加热，U1通过⑥脚输出报警信号，使蜂鸣器BZ1鸣叫报警，提醒用户未放置锅具或放置的锅具不合适。

6.同步控制电路

加热线圈两端产生的脉冲电压经R3～R5、R17、R24分压产生的取样电压，通过C8、C34和C9滤波后加到芯片U1的⑨、⑩脚，U1内的同步控制电路通过对⑨、⑩脚输入的脉冲进行判断，确保无论是在加热线圈对谐振电容C5充电期间，还是在C5对加热线圈放电期间，②脚均输出低电平脉冲，使功率管截止，只有加热线圈通过C4、功率管内的阻尼管放电结束后，U1的②脚才能输出高电平信号，通过驱动电路放大后使功率管再次导通，因此，通过同步控制就实现了功率管的零电压开关控制，避免了功率管因导通损耗大和关断损耗大而损坏。

二极管D5是保护二极管，若取样电路异常使U1的⑩脚升高后，当电压达到5.4V时它们导通，将⑩脚电位钳位到5.4V，从而避免了U1过电压损坏。

7.功率调整电路

（1）手动调整

该机的功率手动调整电路以芯片U1内的CPU为核心构成，如图2-14所示。

需要增大输出功率时，U1内的CPU对其内部的驱动电路进行控制后，使U1的②脚输出的激励脉冲信号的占空比减小，经Q3倒相放大后，再通过Q1、Q3推挽放大后，使功率管导通时间延长，为加热线圈提供的能量增大，输出功率增大，加热温度升高。反之，若U1的②脚输出的激励信号的占空比增大，功率管导通时间缩短，电磁炉的输出功率减少，加热温度减少。

（2）自动调整

该机的功率自动调整电路由取样电阻RK1、芯片U1为核心构成，如图2-14所示。

功率管导通后产生的电流在取样电阻RK1两端产生左负、右正的压降。该电压通过R2加到U1的⑧脚。当市电增大引起加热功率增大时，RK1两端电压增大，使U1的⑧脚输入的电流检测信号较大，被U1内的CPU检测后，控制②脚输出的激励信号的占空比增大，如上所述，使加热功率减小。当加热功率过小时，功率管的导通电流相应减小，使RK1两端产生的压降减小，被U1的⒄脚内部的CPU检测并处理后，使U1的②脚输出的激励脉冲占空比减小，如上所述，使功率管导通时间延长，使加热功率减小。

8.风扇电路

该机的风扇电动机电路由芯片U1、风扇电动机等构成。

开机后，芯片U1的（26）脚输出风扇运转高电平指令时，通过R20限流，再通过Q5倒相放大，为风扇电动机供电，使其开始旋转，为散热片进行强制散热，以免该机进入过热保护状态而影响使用。

9.保护电路

该机为了防止功率管因过电压、过电流、过热等原因损坏，设置了功率管C极过电压保护、市电异常保护、浪涌电压保护、过电流保护、炉面过热保护、功率管过热保护等保护电路。

（1）功率管C极过电压保护电路(www.xing528.com)

该机的功率管C极过电压保护电路由电压取样电路和芯片U1内的CPU等构成。

功率管C极电压通过R4、R49、R16、R66分压产生的取样电压，再通过R61加到U1的⒀脚。当功率管C极产生的反峰电压在正常范围内时，U1的⒀脚输入的电压也在正常范围内，U1的②脚输出正常的激励脉冲，该机可正常工作。一旦功率管C极产生的反峰电压过高时，使U1的⒀脚输入的电压达到保护电路动作的阈值后，U1内的保护电路动作，使它的②脚不再输出激励脉冲，功率管截止，避免了过电压损坏，实现过电压保护。

（2）市电电压异常保护电路

该机的市电电压异常保护电路以整流电路、电压取样电路和U1内的CPU为核心构成。

220V市电电压通过D1、D2全波整流产生脉动电压，由R29、R26、R10、R12取样，利用C14滤波后产生与市电电压成正比的取样电压VIN。该电压通过U1的⑬脚送给它内部的CPU进行识别。当市电电压欠电压或过电压时，降低的VIN信号或过高的VIN信号被CPU检测后，CPU输出控制信号使该机停止工作，避免了功率管等元器件因市电欠电压或过电压而损坏，同时驱动蜂鸣器报警，并控制显示屏显示故障代码，表明该机进入市电欠电压或过电压保护状态。

（3）浪涌电压、电流大保护电路

该机的浪涌电压、电流大保护电路由整流、滤波电路、电压取样电路和芯片U1内的CPU等构成。

市电电压通过整流二极管D1、D2全波整流产生的取样电压经R29、R1、R11取样后，通过R40加到U1的①脚。

当市电电压没有浪涌脉冲时，U1的（25）脚输入的电压在正常范围内，被U1内的CPU识别后控制该机正常工作。当市电出现浪涌电流或浪涌电压时，U1的（25）脚输入的电压升高，被CPU识别后，判断市电内有浪涌电流或浪涌电压，切断②脚输出的激励信号，使功率管截止，避免了功率管过电压损坏，实现浪涌电压或浪涌电流大保护。

（4）功率管过电流保护电路

该机为了避免功率管因过电流损坏，还设置了由芯片U1、电流取样电阻RK1等元器件构成的功率管过电流保护电路。

该机工作后，RK1两端产生左负、右正的压降。该电压通过R2限流、C41滤波后，加到U1的⑧脚。当功率管没有过电流时，RK1两端电压较小，使U1的⑧脚输入的电流检测电压较低，被U1内部的CPU识别后，控制该机正常工作。当功率管因市电升高等原因过电流时，RK1两端产生的压降增大，通过R2为U1的⑧脚提供的电压达到过电流保护电路动作的阈值后，被U1内部的CPU检测，它输出控制信号使U1的②脚不再输出激励脉冲，使功率管截止，避免了功率管过电流损坏。

（5）功率管过热保护电路

该机的功率管过热保护电路以温度传感器RT1、芯片U1内的CPU为核心构成。

RT1是负温度系数热敏电阻，用于检测功率管的温度。当功率管的温度正常时，RT1的阻值较大，5V电压经RT1、R27取样后的电压较小，该电压经C36滤波后，通过R60加到U1的⒁脚，被U1内的CPU识别后，判断功率管温度正常，输出控制信号使电磁炉正常工作。当功率管过热（温度达到100℃）时，RT1的阻值急剧减小，5V电压通过它与R27分压，使U1的⒁脚输入的取样电压升高，被它内部的CPU识别后使②脚不再输出激励脉冲，功率管停止工作，并驱动蜂鸣器报警，控制显示屏显示故障代码，表明该机进入功率管过热保护状态。

提示

由于温度传感器RT1损坏后就不能实现功率管温度检测，这样容易扩大故障范围，为此该机还设置了RT1异常保护功能。若RT1、R60开路或C36击穿，使U1输入的取样电压TIG-BT过小，被U1内的CPU识别后，执行功率管温度传感器开路保护程序，使该机停止工作，并控制显示屏显示故障代码，表明该机进入功率管温度传感器开路保护状态。若RT1击穿或R27开路，使取样电压TIGBT过大，被U1内的CPU识别后，执行功率管温度传感器短路保护程序，输出控制信号使显示屏显示故障代码，表明该机进入功率管温度传感器短路保护状态。

（6）炉面过热保护电路

该机的炉面过热保护电路以连接器CN9外接的温度传感器RT2（符号由编者加注）、U1内的CPU为核心构成。

RT2是负温度系数热敏电阻，它安装在加热线圈的中间、炉面的底部。当炉面温度正常时，RT2的阻值较大，5V电压经R28、RT2取样后的电压较大，该电压经R29限流，利用C37滤波后加到U1的⑮脚，经U1内的CPU识别，判断炉面温度正常，输出控制信号使该机正常工作。当炉面因干烧等原因过热时，RT2的阻值急剧减小，5V电压通过R28与它分压，使U1的⒂脚输入的取样电压减小，被它内部的CPU识别后使②脚不再输出激励脉冲，功率管停止工作，并驱动蜂鸣器报警，控制显示屏显示故障代码，表明该机进入炉面过热保护状态。

提示

由于温度传感器RT2损坏后就不能实现炉面温度检测，这样容易扩大故障范围，为此该机还设置了RT2异常保护功能。若RT2、C37漏电或R28、CN3开路，使取样电压TMAIN过小，被U1内的CPU识别后，执行炉面温度传感器短路保护程序，延迟1min切断②脚输出的激励信号，使该机停止工作，并控制显示屏显示故障代码，表明该机进入炉面温度传感器短路保护状态。若RT2开路，使取样电压TMAIN过大，被U1内的CPU识别后，执行炉面温度传感器开路保护程序，输出控制信号使显示屏显示故障代码，表明该机进入炉面温度传感器开路保护状态。

10.常见故障检修

（1）整机不工作，且熔断器熔断

整机不工作且熔断器FUSE1熔断，说明有过电流的现象。此时，用万用表的二极管/通断测量档或R×1档在路检测功率管是否击穿，若击穿，则继续在路检查整流堆DB1是否正常，若异常，则需要更换；若正常，则用电容档在路检查电容C4、C5是否正常，若异常，则非在路测量确认后更换即可；若它们正常，则检查R3、R4和R19是否正常，若异常，则更换即可；若正常，则检查Q1～Q3、R15和R7是否正常，若不正常，则更换即可，若正常，则要检查U1（LC87F2L08）。若功率管正常，则用通断测量档或R×1档在路测压敏电阻RZ1两端阻值是否正常，若不正常，则检查RZ1和电容C1；若正常，则在路测C4、C5是否击穿，若击穿，则更换即可；若正常，则检查BD1。

（2）整机不工作，但熔断器正常

整机不工作，但熔断器正常，检查5V供电是否正常，若正常，则说明微处理器电路异常；若不正常，则说明电源电路异常。

确认5V供电正常后，检查操作键是否正常，若不正常，则更换即可；若正常，则检查R50、C33是否正常，若不正常，则更换即可，若正常，则检查晶振X1和U1。

若5V供电异常，则测开关电源输出电压是否正常，若正常，则脱开负载后看是否正常，若正常，则检查负载；若不正常，则检查EC94、C91和U90。若开关电源输出电压低，则主要检查D92、EC95、Z90、U90。若开关电源输出电压为0，则说明开关电源未工作，测电源厚膜块U92的⑧脚电压是否正常，若为0，则检查R90、U92；若正常，则检查EC95、Z90、D92是否正常，若不正常，则更换即可；若正常，则检查EC90、U92和T90。

（3）不加热、报警无锅具

该故障主要是由于300V供电、谐振回路、低压电源、电流控制电路、保护电路等异常，不能形成锅具检测信号所致。

首先，用万用表电压档测18V供电是否正常，若不正常，则检查R93、EC93；若18V供电正常，则测C4两端300V电压是否正常，若不正常，则检查BD1、C4和L1；若C4两端电压正常，则检查U1有无输入正常的CUR电压，若不能，则检查RK1、R2和C41；若CUR信号正常，则检查Q1～Q3、R7、DW1是否正常，若不正常，则更换即可；若正常，则检查D5、R3～R5、R17、R19是否正常，若不正常，则更换即可；若正常，则检查C8、C9、C32是否正常，若不正常，则更换即可；若正常，则检查功率管和芯片U1。

提示加热温度低和不加热故障也可参考该流程进行检修。

（4）不加热，报警功率管过热

该故障说明300V供电、风扇散热系统、低压电源、同步控制电路、电流控制电路、驱动电路等异常使功率管过热，引起功率管过热保护电路动作或该保护电路误动作。

首先，检查风扇运转是否正常，若不正常，则检查Q5、R20和风扇电动机；若正常，则检查18V、300V供电电路，若不正常，则维修即可；若正常，则检查温度传感器RT1和R27是否正常，若不正常，则更换即可；若正常，则检查D5、R3～R5、R17、R19是否正常，若不正常，则更换即可；若正常，则检查功率管和芯片U1。

（5）不加热、报警市电过电压

该故障说明市电过高、市电检测电路或CPU异常。

首先，用万用表交流电压档测量市电电压是否过高，若是，则待市电电压恢复后使用；若电压正常，则检查R12是否阻值增大，若增大，则更换即可；若正常，则检查U1。

（6）不加热、报警炉面过热

该故障说明锅具干烧、炉面过热保护电路异常或U1内的CPU损坏。

首先，检查炉面是否过热，若是，则按功率管过热故障维修方法维修；若不是，则检查温度传感器RT2是否正常，若不正常，则更换即可；若正常，则检查CN3和U1。

（7）不加热、报警市电欠电压

该故障说明市电电压过低或供电系统、市电检测电路、CPU异常。

首先，用万用表交流电压档测量其他插座的市电电压是否过低，若是，则待市电电压恢复后使用；若电压正常，则使用该插座为该机供电，若可以工作，则检修或更换插座、连线；若还不正常，则说明机内的市电检测电路异常。检查D1、D2是否正常，若不正常，则更换即可；若正常，则检查R26、R29、R10是否正常，若不正常，则更换即可；若正常，则检查芯片U1。