第二节 电磁炉工作原理概述

一、电磁炉的基本工作原理

电磁炉就是利用磁化的电流通过线圈产生变化的磁场，当磁场内的磁力线通过金属器具的底部时即会产生无数小涡流，涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能，使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。图3-3所示为电磁炉工作原理示意图。其具体工作原理如下。

图3-3 电磁炉的工作原理示意图

1）从电路中可以看出，系统检测是电磁炉用来检测锅底温度和元器件温度的，当温度达到设定值或极限值时，系统将做出相应的反应。功率控制是用来控制电磁炉功率管（IB-GT）的栅极脉冲的幅度和宽度，以此来控制IBGT是导通还是截止，以及导通和截止时间的长短，以达到控制电磁炉功率大小的目的。低压电源是通过整流后的脉动直流电转化而来的，一般为+5V、+12V或+24V，供电磁炉各功能模块使用。显示电路是用来显示电磁炉的各项技术指标的，以方便消费者操作。控制电路是消费者操作面板及其相应功能电路的对外单元，是人机对话的窗口。

2）当交流电源经桥堆DB1整流、L1和C1滤波后，形成+310V左右的直流电压，经锅底励磁线圈L2加到IGBT的集电极上。

3）当开关脉冲高电平到达IGBT的栅极时，IGBT导通，内阻很小，电流由DB1的“+”极→L1→L2→IGBT集电极→发射极→地→DB1的“-”极，把电能转化成磁能存储在锅底励磁线圈中。

4）当开关脉冲低电平到达IGBT的栅极时，IGBT截止，由于L2中的电流不能突变，只能通过C2放电，即给C2充电，把磁场能转化成电场能。

5）随后电容C2又向L2放电，如此周而复始，形成谐振，直到下一个开关脉冲高电平到达IGBT的栅极时，又重复上述过程。

6）在锅底L2上便产生了高频磁场（电动生磁），该高频磁场产生的磁力线通过铁质锅底时便产生了强大的涡流（磁变生电），涡流在锅底中呈同心形流动，由于铁质锅具有一定的电阻，相当于一圈一圈的电阻丝通电发热，整个锅底相当于无数个小电炉，锅底迅速发热，从而达到加热食物的目的。

二、低频电磁炉的工作原理

低频电磁炉是电磁炉的一种，所不同的是低频电磁炉是利用工频感应加热的，即低频加热。图3-4所示为其加热部分示意图。主要由锅底励磁线圈、安全保护装置、烹饪锅、开关和指示灯等部件组成。锅底励磁线圈由锅底励磁线圈和励磁铁心组成，安全保护装置包括灶台面板、壳体等。低频电磁炉的工作原理如下：

1）低频电磁炉工作时，工频电流通过锅底励磁线圈产生磁场，其磁力线从励磁铁心的一极穿出。

图3-4 低频电磁炉加热部分示意图

2）经过锅底进入另一极，形成磁路，在锅底产生涡流使铁锅发热。由于工频感应加热的热效率较低，而且振动大，噪声也较大，目前已基本被淘汰。

三、高频电磁炉的工作原理

高频电磁炉也是利用高频交变磁场使导磁金属炊具的锅底产生涡流的原理来加热的。在电磁炉的灶台面板下面装有高频锅底励磁线圈，灶面上放置烹饪锅。图3-5所示为其工作原理简图。其具体工作原理如下。

图3-5 高频电磁炉工作原理简图

1）工作时，工频（50Hz或60Hz）电源电流通过桥式整流装置转换成直流电。

2）再通过高频电力转换装置（逆变器）转换成15kHz以上的高频电流。

3）此高频电流流过扁平的螺旋形锅底励磁线圈（螺旋中心有圆柱形磁心），产生高频交变磁场。

4）其磁力线穿过非金属灶台面板，作用于金属烹饪锅底产生涡流，从而发出大量的焦耳热，这些焦耳热就是烹饪的热源。

从原理上讲，电磁炉中所发生的电磁现象与带有空气隙的变压器中的电磁现象非常相似。平面锅底励磁线圈相当于变压器的一次绕组，烹饪锅体相当于变压器的铁心，灶台板相当于变压器的空气隙。

四、电磁炉开机保护模块的工作原理

电磁炉开机保护模块的作用是保证电磁炉在待机状态下IGBT不工作，防止电磁炉一开机（未按加热键）就加热的现象出现。该电路主要由主控IC（局部）、晶体管等构成。其具体工作原理如下。

1）电磁炉开机瞬间，主控IC自动送出一个高电平控制信号到晶体管Q1的基极，晶体管Q1导通，拉低IGBT栅极电位，IGBT不能工作，从而保证了电磁炉在待机状态下不能加热的工作状态。

2）按下加热键后，主控IC又输出一个低电平信号给晶体管Q1的基极，使晶体管截止，IGBT栅极电位受控于功率控制模块，并按照同步信号及PWM信号进行工作。

其工作原理简图如图3-6所示。

五、电磁炉整流滤波模块的工作原理

电磁炉整流滤波模块是进行AC-DC变换的集成电路，其核心器件是整流桥堆。其具体工作原理如下。

1）它将输入的220V交流电变换成脉动直流电。

2）再经过L形滤波电路（由电感线圈L和电容C2）进行滤波，输出平滑的直流电。

图3-6 电磁炉开机保护模块

3）由于电感对脉动电流产生反电动势的作用，它对交流阻值很大，而对直流阻值很小，在整流电路中串入L形滤波电路，可以使电路中的交流成分大部分降落在电感上，而直流成分则从电感线圈流到负载上，从而起到了进一步滤波的作用。

其工作原理简图如图3-7所示。

图3-7 电磁炉整流滤波模块及EMC防护电路

六、电磁炉浪涌保护模块的工作原理

电磁炉浪涌保护模块的作用是对浪涌冲击进行感知和保护，该模块主要由电阻、电容、稳压二极管和电压比较器构成。其具体工作原理如下。

1）整流模块的电压经分压电阻R1、R2降压、电容C1滤波后送到电压比较器IC1。

2）通过电压比较器IC1与稳压管ZD1提供的稳定参考电压进行比较，当浪涌电压大于参考电压时，比较器就输出一个低电平信号，该低电平信号使钳位二极管导通D1、D2，从而使IGBT停止工作，保护IGBT不被烧坏。

其工作原理简图如图3-8所示。

图3-8 电磁炉浪涌保护模块

七、电磁炉复位模块的工作原理

电磁炉复位模块的作用是使电磁炉在开始工作时进行程序复位，大多数电磁炉采用低电平复位。该电路主要由晶体管、电阻、电容、稳压管等构成。其复位工作原理如下。

1）开机瞬间，由于晶体管Q1还没有导通，集电极送到主控IC的RESET脚的电平为低电平。

2）主控IC检测到Q1集电极为低电平时就进行程序复位，随后，晶体管Q1导通后，其集电极送到主控IC的RESET电平由低电平变为高电平，复位完成。

其工作原理简图如图3-9所示。

图3-9 电磁炉复位模块

八、电磁炉电流测试模块的工作原理

电磁炉的电流测试模块是用来取样电磁炉的工作电流，并将电流信号送到电磁炉的检锅电路和功率调整电路，作为电流调整的依据。该电路主要由电流互感器、二极管、电阻、电容、可调电阻等构成。其工作原理如下。

1）从电流互感器CT300的二次绕组感应的电压经过可调电阻VR1分压。

2）经二极管D4～D7整流、电阻R30、R31分压之后得到一个电流信号。

3）将该信号送到主控芯片可以作为电磁炉检测锅具和调整输出功率等电流取样信号。

其工作原理简图如图3-10所示。

图3-10 电磁炉的电流测试模块

九、电磁炉过电流保护模块的工作原理

电磁炉的过电流保护模块是用来保护电磁炉的电流不过载的一种电路。该电路主要由两个稳压二极管和钳位二极管、电阻、晶体管、电容构成。其具体工作原理如下。

1）当电磁炉电流正常时，晶体管Q1因没有偏置电压而截止。

2）当电磁炉电流过大时，稳压二极管Z1被击穿，晶体管Q1得到偏置电压而导通，同时晶体管Q1集电极上的稳压二极管Z2也被击穿，并将信号送到主控IC。

3）主控IC得到控制信号后，控制IGBT的通断间隙，降低电磁炉的输出功率，相应地减少了整机电流，达到了过电流保护的目的。

其工作原理简图如图3-11所示。

十、电磁炉LC振荡模块的工作原理

电磁炉的LC振荡模块是电磁炉的核心电路，其工作原理就是LC并联谐振的原理，通过电感线圈与振荡电容不停地进行充电和放电，产生振荡波形。其中L为电感线圈，C为振荡电容。其工作原理如下。

1）当IGBT的C极电压为0V时，IGBT导通（监控电路检测到C极电压为0V时，即开启IGBT），此时的电感线圈开始储存能量。

图3-11 电磁炉过电流保护模块

2）当IGBT由导通转向截止时，此时由于电感线圈的作用，电流还会沿着先前的方向流动，由于IGBT关断，电感只能对电容C充电，从而引起C极上的电压不断升高，直到充电电流变小降至0时，C极电压达到了最高。

3）此时，电容C开始通过线圈放电，C极电压降低，当C极电压降到0V时，监控电路动作，IGBT再次开启，如此反复循环。

其工作原理简图如图3-12所示。

图3-12 电磁炉LC振荡模块

十一、电磁炉高压保护模块的工作原理

电磁炉高压保护模块的作用是保护IGBT的C极电压不超过它的耐压值，防止IGBT过电压损坏。该电路主要由电压比较器、外围电阻、外围电容构成。其工作原理如下。

1）来自IGBT的C极电压经电阻R1限流，C2滤波，R4、R5分压后输入到电压比较器的正向输入端子（②脚）。电压比较器①脚外接的R2、R3、C1为参考电压形成电路。

2）电路首先检测IGBT的C极电压，将该电压与其外接的一个参考电压进行比较。

3）当检测电压超过比较电压时，电压比较器就输出一个低电平信号到主控芯片，使主控芯片输出的功率调节信号（PWM）的幅度（电平）减少，从而降低IGBT的功率，降低IGBT的C极电压，以保护IGBT。

其工作原理简图如图3-13所示。

图3-13 电磁炉高压保护模块

十二、电磁炉电压检测模块的工作原理

电磁炉电压检测模块的作用是检测输入的交流电压是否正常。该模块主要由整流二极管、电阻、电容和晶体管构成。其具体工作原理如下。

1）交流市电经过整流二极管D1、D2全波整流、电阻R3降压之后送到晶体管Q1的基极。

2）由于晶体管Q1是采用共射极输出的，所以当输入电压出现高低变化时，发射极电压也会相应地跟着发生变化。

3）电压检测模块将晶体管的发射极电压输入到主控芯片进行比较，当电压偏高或偏低时，主控芯片则会发出相应的控制信号，控制电磁炉的工作状态，同时，通过显示电路显示相应的故障代码。

其工作原理简图如图3-14所示。

图3-14 电磁炉电压检测模块

十三、电磁炉功率控制模块的工作原理

电磁炉功率控制模块的作用是控制IGBT的通断，以控制电磁炉的发热功率。功率模块的内部电路主要由电压比较器、外围电阻、外围电容、钳位二极管、稳压二极管和外围驱动晶体管等组成。其工作原理如下。

1）当电压比较器接收到控制信号时，控制信号分别送到电压比较器的反相输入2、4端子的参考电压端子。

2）由于参考电压是不变的，所以当送来的波形处于高电平的时候，由于反相器的反相作用，电压比较器输出低电平，驱动晶体管Q3导通，Q2截止，VCC（18V或12V）电压经过导通的晶体管和限流电阻流向IGBT的G极，使IGBT导通。

3）反之，当送来的波形处于低电平的时候，由于反相器的反相作用，电压比较器输出高电平，驱动晶体管Q3截止，Q2导通，VCC电压没有通过限流电阻流向IGBT的G极极，此时IGBT工作于截止状态。

4）如此反复，通过控制IGBT的G极电压来达到功率控制的目的。

其工作原理简图如图3-15所示。

图3-15 电磁炉功率控制模块

十四、电磁炉检锅模块的工作原理

电磁炉检锅模块的作用是用来检测电磁炉上是否有锅具，它是通过检测振荡电路输出的脉冲个数和电流的大小来判断是否有锅的。该模块主要由电压比较器IC1、外围电阻R1等组成。其工作原理如下。

1）电压比较器将振荡电路（C1和L1）的振荡波形通过分压电阻R1进行取样，从③脚输出脉冲信号。

2）再将脉冲信号送到主控芯片，主控芯片计算脉冲数，当脉冲数大于9个（不同的电磁炉参数不完全一样）时认为未放锅，当脉冲数小于5个时则认为放上了锅具，以此来判断电磁炉上是否放置了锅具。

3）有的电磁炉除检测脉冲个数外，还检测电流的大小，两者结合后综合进行判断，当检测到电流大于2A（不同的电磁炉参数不完全一样）时认为有锅，小于2A则认为无锅。综合判断，当脉冲个数大于9或电流小于2A时，则认为无锅。其工作原理简图如图3-16所示。

图3-16 电磁炉检锅模块

十五、电磁炉温度检测模块的工作原理

电磁炉温度检测模块分为锅具温度检测和IGBT温度检测两种。锅具检测和IGBT温度检测电路都是由热敏电阻、电阻、电容和主控IC组成。其具体工作原理如下。

1）热敏电阻RT通过陶瓷板对锅具底部的温度进行采样，并将采样信号电压送到主控IC。

2）主控IC通过主控程序对该温度信号电压的设定值与检测到的电压进行比较，当电压异常时，则自动控制IGBT停止工作或延长停止工作的间隙，IGBT温度检测电路的工作原理与检锅电路的工作原理基本相同。

其工作原理简图如图3-17所示。

图3-17 电磁炉温度检测模块

十六、电磁炉风扇驱动模块的工作原理

电磁炉风扇驱动模块是用来驱动风扇运转的，以降低电磁炉因元器件发热而产生的温度。风扇驱动主要是由两个晶体管、电阻、钳位二极管等组成。其工作原理如下。

1）主控IC通过检测IGBT的温度后，若温度偏高，则会输出一个风扇驱动信号。

2）驱动信号被加到Q1、Q2的基极，使两个晶体管全部导通时，驱动电流通过晶体管加到散热风扇上，散热风扇运转工作。其工作原理简图如图3-18所示。

图3-18 电磁炉风扇驱动模块