高低压检测保护电路

浪涌保护电路主要是针对市电电网电压中出现的异常浪涌冲击，及时关断IGBT的工作，防止爆管而进行的保护。
浪涌保护电路的取样形式有两种，一种是在市电输入端，另一种是在+300V处。
浪涌保护电路的工作原理如图2.21所示。

电流检测电路

电流检测电路的主要作用是为单片机提供整机的精确电流参数，让单片机根据此参数判断锅具加热面积的大小、是否有锅；同时，检测整机的工作电流，并以此参数进行输出功率的闭环控制。
电流检测电路主要由电流互感器CT1、全波整流桥D10~D13、微调电阻VR1等组成，其工作原理如图2.22所示。
电流检测电路原理：电流互感器CT1二次侧的AC电压，经过D10~D13组成的桥式整流桥整流、EC5平滑后的直流电压送到CPU的I-AD口，CPU根据检测此电压信号的变化来计算电磁炉的输入电流，从而自动做出各种动作。

①检测到有锅后，将会用2s的时间来检测电流的变化，通过电流变化的差值确定锅具的材质、大小和尺寸。

②工作时，单片机时刻检测电流的变化，根据检测到的电压及电流信号，自动调整PWM,进行功率恒定处理。

③工作时，单片机时刻检测电流的变化，当电流变化过大时，做无锅具的判断。

该电流信号可以用于检测锅具和调整输出功率。标准板采用的电流互感器CT1的电流比为1：3000，电流比较大，因而其在大电流的工作时感应出来的电流特性线性度较好。VR1是10k2的可调电阻，主要通过调节此电阻值来调整因结构误差引起的功率偏差，改变电流检测的基准，达到调节电磁炉输出功率大小的目的。当VR1增大时，相应的电流检测的电压会提高。在CT1一次电流一定的情况下，CT1二次侧感应出来的电压相应提高，那么电流检测的AD值会提高，根据软件设定的恒定功率的要求，功率会相对下降。

D23为钳位保护二极管，防止当电压异常升高超过+5V时，烧毁单片机。

两种采样电路

电流采样单元是在电磁炉工作时提供给单片机电流采样信号的采样电路。单片机时刻检测输入电流的变化，根据检测到的电流采样信号，自动调整PWM信号，使电磁炉做输出功率的恒定处理，单片机也会根据检测电流采样信号的变化来检测电磁炉的输入电流，从而自动做出各种动作。当单片机在同步电路检测到合适的有锅具的脉冲数后，将会用0.5～2s的时间来检测电流的变化，通过电流变化的差值确定加热锅具的材质、加热面积的大小尺寸是否符合加热要求，当电流采样信号变化过大时，单片机做无锅具的判断。现在市场上主流的电磁炉电路中有两种常用的电流采样单元电路，分别是采用电流互感器采样的电流采样单元和采用电阻压降采样的电流采样单元。

下面将分别介绍这两种采样电路的工作原理。
电流采样单元是在电磁炉工作时提供给单片机电流采样信号的采样电路。单片机时刻检测输入电流的变化，根据检测到的电流采样信号，自动调整PWM信号，使电磁炉做输出功率的恒定处理，单片机也会根据检测电流采样信号的变化来检测电磁炉的输入电流，从而自动做出各种动作。当单片机在同步电路检测到合适的有锅具的脉冲数后，将会用0.5～2s的时间来检测电流的变化，通过电流变化的差值确定加热锅具的材质、加热面积的大小尺寸是否符合加热要求，当电流采样信号变化过大时，单片机做无锅具的判断。现在市场上主流的电磁炉电路中有两种常用的电流采样单元电路，分别是采用电流互感器采样的电流采样单元和采用电阻压降采样的电流采样单元。下面将分别介绍这两种采样电路的工作原理。

(1)采用电流互感器采样的电流采样单元如下图(a)所示。电流互感器CT1二次测得的交流电压，经过D10～D13组成的桥式整流器整流。经EC5平滑后的直流电压送到CPU的I-A/D口，CPU根据此电压信号的变化来检测电磁炉的输入电流。电流互感器CT1的匝数比为1：3000，匝数比大，则其在大电流的工作时感应出来的电流线性好。VR1是0～10kΩ的可调电阻，主要用来调整因为结构误差引起的功率偏差，也可通过调节此电阻来改变电流检测的基准，达到调节电磁炉输出功率大小的目的。当VR1阻值增大时，相应的电流检测的电压会提高。在CT1初级电流一定的情况下，CT1次级感应出来的电压相应提高，程序根据A/D口模拟量信号的变化进行相应的控制，根据软件恒功的要求，功率会相对下降。

(2)采用电阻采样的电流采样单元如下图(b)所示。电阻R320是串接在IGBT管e极与电源负极之间的采样电阻，一般选取0.01Ω，使其在通过10A电流时压降达到0.1V的技术要求。比较器IC4A和外围电路组成放大系数为100倍的正向直流放大器，在VR端即可获得放大100倍后的电流采样电压，此电压送到CPU的I-A/D口，使单片机做出相应动作。可变电阻VR作用与电流互感器采样的电流采样单元中的VR1作用相同，在此不在复述。

电流互感器

电流检测的电路有很多，一般都是通过电流信号转化为电压信号，然后通过单片机AD口检测电压，对于大电压大电流场合一般都要降压处理后再进行检测，电流互感器就是这个原理，它利用的是电磁感应原理，将初级的大电流转换到次级的小电流的一种器件。

电流互感器是的初级绕组匝数一般很少，串在所测量的电流的线路中，如下图是电流互感器

电流互感器在电磁炉应用过流检测方面很广泛，如下图是某电流互感器检测电流线路一部分，它的最终目的是测试电路的工作电流，从而不断调整电磁炉功率输出，使其工作保持稳定，该电路主要由电流互感器、电阻、电容等组成。工作原理：市电经过电力互感器后再次级得到交流电压，经过整流二极管D1-D4整流后，并由电解电容MC1滤波得到较为平滑的直流电，并经R3和R4分压后得到的信号送至IC，IC检测送过来的电压大小来判断电流的大小，电压越大电流也就越大，这样IC会控制IGBT开关管的导通时间来保证功率输出的稳定。有些电流检测电路用LM339组成，比较两者电压从而输出一个信号，有些由三极管组成，通过判断高低电平来判断是否过流。

炉温、管温检测电路

炉温（锅具温度）检测电路的主要作用是检测锅具的实际温度，以及防止电磁炉对锅具干烧。炉温检测电路的原理如图2.23所示，主要由热敏电阻RT2(负温度系数)、R4、电容C11及插排CN1等组成。随着热敏电阻通过陶瓷板对锅具底部温度采样，送到单片机6脚的电压也会随着温度变化而变化。单片机通过主控程序的设定值与该电压进行比较，从而做出相应的动作来控制电磁炉的温度。

管温(IGBT管温度)检测电路的主要作用是对IGBT管、高压整流全桥等的工作温度进行实际检测，防止它们因过热而烧毁。管温检测电路原理如图2.23所示，主要由热敏电阻RT1(负温度系数)、电阻R5、电容C18及插排CN3等组成。管温检测电路的工作原理和锅具检测电路的工作原理相似，只不过是检测信号输入至单片机的5脚。

电磁炉的同步电路分析

在电磁炉的电路都存在有一个重要的单元电路，那就是同步电路，它由炉盘线圈两端的取样电阻和比较器构成。设计这个电路的目的是为了避免在线圈电流突变引起IGBT功率管集电极高压时打开，以防IGBT功率管由于高压冲击而损坏。

下面来看一个实际电磁炉的同步电路的典型应用。

在电磁炉炉盘线圈的左侧电压取样电路包括R11、R12、R17、R52，通过电阻串联分压后的A点电压，再经C17、C9高频滤波，给到LM339的第6引脚(反相输入端)。

在电磁炉炉盘线圈的右侧电压取样电路包括R13、R14、R15、R16，R18、R19、R51，通过R16与R18串联、R19与R51串联，然后并联，再于R13、R14、R15串联分压后，再R16，R18串联分压，得到的B点电压，再经C8、C9高频滤波，给到LM339的第7引脚(正相输入端)。

当电磁炉的开关按钮被按压，触发信号给到微处理器，微处理器发出开机信号，经震荡单元电路处理，震荡脉冲使IGBT功率管导通，炉盘线圈的感生电动势为左正右负，A点电压>B点电压，即:反相输入端电压＞正相输入端电压，LM339的第1引脚输出端低电平。
当IGBT功率管被关断，炉盘线圈的感生电动势为右正左负，A点电压＜B点电压，即:反相输入端电压＜正相输入端电压，LM339的第1引脚输出端高电平。
在炉盘线圈的感生电动势右正左负给谐振电容充电，到谐振电容充电完成，再到谐振电容放电给炉盘线圈的初期，B点电压＞A点电压，LM339的第1引脚输出端始终输出高电平。
当谐振电容放电给炉盘线圈的电流减小，炉盘线圈的感生电动势突变为左正右负，A点电压>B点电压，即:反相输入端电压＞正相输入端电压，LM339的第1引脚输出端低电平，这时作用于震荡单元电路，使震荡单元电路输出高电平脉冲IGBT再次导通，进入下一个周期。

总结一下:

炉盘线圈的感生电动势为左正右负，A点电压>B点电压，LM339的第1引脚输出端低电平，震荡单元电路输出高电平，IGBT导通；
在炉盘线圈的感生电动势右正左负，B点电压＞A点电压，LM339的第1引脚输出端输出高电平，震荡单元电路输出低电平，IGBT处于关断状态。
防止在高压期间打开，由于高压冲击造成IGBT损坏。

电磁炉IGBT驱动电路解析

在同步单元电路协同下，震荡单元电路输出相对应的占空比方波脉冲驱动由图腾柱组成的推挽电路，再由其来驱动IGBT的导通与截止。

当震荡单元电路输出高电平，由于S8050是NPN三极管导通，S8550PNP三极管截止，首先经S8050的基极、发射极、R35、R48、R49、接地构成电流回路。

18V经S8050的集电极、发射极、R35、R48加到IGBT功率管的栅极，给栅极与发射极极间电容充电，使栅极与发射极形成高电平。

整流后L1、C4滤波后，在C4形成310V平滑直流，经炉盘线圈、IGBT的集电极、发射极、接地、回到C4负，构成电流回路，给炉盘线圈储能。

当震荡单元电路输出低电平(接地0V)，S8050是NPN三极管截止，S8550PNP三极管导通，首先IGBT的栅极与发射极的极间电容所存电荷，经R48、S8550的发射极、基极、震荡单元电路输出端，构成电流回路。图示箭头→

栅极与发射极的极间电容所存电荷，经R48、S8550的发射极、集电极、接地，构成极间电容放电电流回路。将IGBT的栅极拉低为低电平，IGBT集电极到发射极变为截止。

反压保护电路

准确的说是IGBT功率管ce极高压保护，当IGBT功率管ce极电压超过设定值，该电路输出给震荡单元电路，震荡单元电路输出的调制脉冲占空比降低，IGBT功率管导通时间缩短，截止时间变长，使IGBT功率管8ce极高压值回到额定范围内，防止因IGBT功率管ce极电压过高而造成IGBT功率管损坏。

该电路包括R13、R14、R15、R16、R18、R51、R19、LM339的U2C比较器、R20、R21、R22组成。

首先LM339的U2C比较器的第9脚引正相输入端的电压是一个固定值，由R20、R21电阻串联分压得到，为:20/(20+3.9)*5=4.18V。

LM339的U2C比较器的第8脚引反相输入端的电压是IGBT功率管集电极(C)电压R13、R14、R15、R16、R18、R51、R19按图中的串并联关系在C点得到电压，

当C点电压低于4.18V，LM339的第14引脚U2C比较器的输出端输出为高阻态；

当C点电压高于4.18V，LM339的第14引脚U2C比较器的输出端输出为低电平(0V)。

接下来反推一下当C点为4.18时的IGBT功率管集电极、发射极间电压。

R13、R14、R15三个电阻串联后的阻值为240+240+240=720；
R16、R18串联后的电阻值为240+27=267；
R51、R19串联后的电阻值为240+5.6=245.6；
R16、R18串联，R51、R19串联再并联后的电阻值为1/((1/267)+(1/245.6))=127.9266485；

R13、R14、R15、R16、R18、R51、R19串并联后的阻值为720+127.9266485=847.9266485；

R51、R19串联分压，C点的电压为4.18V，B点的电压为4.18*245.6/5.6=183.3228571；

A点的电压为183.3228571*847.9266485/127.9266485=1215.1052；

得出结论:
当IGBT功率管ce极电压高于1215.1052V，LM339的第14引脚U2C比较器的输出端输出为低电平(0V)，经R22并联到震荡单元电路的正相输入端，
使震荡单元电路(U2D)正相输入端的电压下降，输出驱动脉冲的占空比降低，IGBT功率管导通时间缩短，截止时间变长，
使IGBT功率管8ce极高压值回到额定范围内，防止因IGBT功率管ce极电压过高而造成IGBT功率管损坏。

震荡驱动单元电路

该电路是在同步单元电路、脉宽调制协同下，由比较器输出对应占空比方波脉冲，使IGBT功率管有序开关。

PWM是根据使用者所选择的档位，对应的功率，微处理器所发出的对应占空比方波信号，首先经R23、EC5、C11进行低通滤波，形成平滑的直流，再叠加在由R25、R24串联分压组成的静态工作点上(2.5V)给到LM339的第11引脚(U2D的正相输入端)，该电压在某一档位下是一个相对固定值的电压(最小值＞2.5V)，在平面坐标系中，为平行横轴的直线。

下面是一个锯齿波发生电路，它的构成下图所示。当C点获得一个短暂低电平(0V)触发脉冲(开机信号)，A点会是低电平，由于C6的两端电压不能突变，B点的电压也是低电平。B点的电压是给到LM339的第10引脚(U2D的反相输入端)，由于U2D的正相输入端电压＞反相输入端电压，U2D输出端为高电平(严谨的说为高阻态通过上拉电阻R33上接18V输出高电平)驱动由8050和8550组成的图腾电路，图腾电路再驱动IGBT功率管导通，LM339的U2B输出端会变成持续低电平(缘由可以参看前期的《电磁炉并联谐振的震荡过程》及《电磁炉的同步单元电路解析》)，18V通过R28给C6定时电容充电，随着C6定时电容充电，C6右端的电压会逐渐升高，即:B点电压升高，LM339的第10引脚(U2D的反相输入端)的电压会升高。

当LM339的第10引脚(U2D的反相输入端)的电压大于＞第11引脚(U2D的正相输入端)的电压，LM339的第13引脚(U2D的输出端输出低电平，由8050和8550组成的图腾电路，下管导通接地，IGBT功率管栅极变为低电平，IGBT功率管截止，炉盘线圈的感生电动势变为右正左负，同步单元电路的U2B输出端变为高阻态。(详细技术细节请前期的《电磁炉并联谐振的震荡过程》及《电磁炉的同步单元电路解析》)；C6计时电容由于D17钳位作用而放电或者说5V经R26、R27给C6电容反向充电，使C6计时电容两端差变小，最高为0.7V(左端为5v,右端为5.7v)。当炉盘线圈和谐振电容间的谐振使炉盘线圈的感生电动势变为左正右负时，同步单元电路的U2B输出端变为低电平(0V)，由于C6两端电压不能突变，即C6两端电压差为0.7V，使C6左端电压变为0V，逐使C6右端电压为0.7V，与其相连的B点的电压，LM339的第10引脚(U2D的反相输入端)电压也为0.7V，由于U2D的正相输入端电压＞反相输入端电压，U2D输出端为高电平(严谨的说为高阻态通过上拉电阻R33上接18V输出高电平)驱动由8050和8550组成的图腾电路，图腾电路再驱动IGBT功率管导通，进入下一个周期。

5V电源电路

电磁炉5V电源输出电压，测量结果显示312V？

如果没有测错地方，那一定是电磁炉5V电源的地方发生了故障。

电磁炉的型号很多，其内部原理设计也是多种多样，针对电磁炉的5V电源系统而言，常的有以下几种设计方式：220V交流电经过变压器转换为低压交流电然后整流、滤波，再经过7805进行稳压；有的经过变压器降压、整流、滤波，先经过7812得到12V，然后再经过7805得到5V；有的经过变压器降压、整流，然后经过限流电阻+稳压管的方式得到5V电源；有的是将220V交流电直接整流然后通过开关管脉宽调制的方式得到（采用开关电源的原理）；有的直接采用容阻降压的方式+整流+限流电阻+5V稳压管的方式得到5V电源。

电磁炉5V电源系统主要给比较器及驱动芯片等供电，负载电流一般不大，有些电磁炉为了节约成本，直接采用限流电阻+稳压管的方式降压稳压。

如上图容阻降压方式原理，无论是图1或图2当5V稳压管开路时，测量5V电源都是约311V左右。因为当稳压管开路时，桥式整流和半波整流输出端相当于开路（空载），无论是桥式整流还是半波整流，滤波后空载输出电压约交流电的1.414倍，即220V×1.414≈311V。虽然有容阻降压模块，但是因为没有负载电流，所以容阻降压部分几乎没有压降，整流前端的电压依然为220V，所以整流滤波后空载电压约为311V，符合提问者所测试得的312V电压，估计该电磁炉5V电源采用的原理和该原理类似，稳压管已开路。

18V电源电路

电磁炉的基本原理

电磁炉主要由线圈盘、主控电路板、风扇、按键显示面板、陶瓷面板、上下壳等组成，其中主控电路板主要主要元器件有滤波电容、谐振电容、抗干扰电容、大功率IGBT开关管、整流桥、互感线圈、蜂鸣器、变压器、驱动芯片、LM339、8050/8550三极管等。

电磁炉的基本工作原理是：炉盘线圈工作电压约300V左右，300V的直流高压是220V交流电经过整流桥整流得到的，220V交流整流后最高电压为220V*1.414≈311V。其高压主回路是220VAC经过保险丝、电流互感器、电感、炉盘线圈、IGBT，通过控制IGBT开关管导通/断开来控制炉盘线圈是否工作。IGBT控制方式一般采用PWM调制，通过调节PWM的占空比来调节电磁炉的功率，其它功能还包括功率控制、温度控制、无锅检测、电压报警、电流过大报警、IGBT温度过高报警、锅底温度过高报警、风扇故障报警等，其基本原理框图如下图所示。

下图为某款电磁炉详细原理图，关注公众号“电路一点通” 回复进群 .其主要的电源电压有输入端220V，内部电压有300V，电磁炉功率主回路，给炉盘线圈供电；5V，控制芯片、蜂鸣器等供电；18V或15V或12V；不同型号电磁炉其电压不同，主要用于驱动IGBT开关管以及为风扇提供电源。

18V电源是怎么来的呢？

了解了电磁炉的基本原理之后，下面重点说一下18V电源的原理，以其中一款电磁炉原理进行详细说明，其原理如下图所示，18V电源是由220V交流电经过变压器进行降压，再通过一个整流二极管进行半波整流，然后经过220μF/35V的电容进行滤波，最后通过串联510Ω的限流电阻再并联18V的稳压管，将最后输出电压稳定在18V，有的电磁炉直接使用三端稳压器7818进行稳压。

同理，5V电源的原理也类似，如上图，经过变压器次级线圈降压后的低压交流电经过4个二极管组成的桥式整流电路整流，然后经过470μF/25V的电容滤波，最后通过三端稳压器7805进行降压稳压得到5V电源。

那么没有具体电路板原理图的情况下怎么快速找到18V电源部分呢？如下图，紧贴散热器的那两个元器件，三个引脚的为IGBT开关管，四个引脚的为整流桥，找到小功率变压器，这就是提供5V、18V电源的变压器，因此附近这部分电路就是5V、18V电源电路，如下图红圈标识的地方。

注意：18V电源并不是直接连接IGBT驱动端，而是经过由NPN和PNP三极管8050、8550组成的对管来驱动IGBT，因为这样才可以通过控制8050、8550导通/截止实现PWM调制，调节电磁炉的功率。

18V电源故障怎么检修？

18V电源的负载：风扇和IGBT驱动，若是因为测量IGBT无驱动电压，并不代表18V电源故障，极有可能是用于驱动IGBT的8050/8550三极管故障，由8050、8550组成的三极管对管是易坏器件。最好测量IGBT附近的NPN三极管8050的集电极对地的电压，若无18V输出，确实极有可能是18V电源部分故障。

若18V电源输出输出不正常，先将后端负载去除再测量，有可能是负载短路引起。先把风扇插头拔掉，再测量，若输出正常，是由于风扇故障引起，可检查一下风扇扇叶是否被其它异物卡住？若没有，可能是马达故障，购买一个新的换上。若去掉负载输出仍不正常，可详细检查一下电源转换部分电路，先量一下变压器二侧线圈是否有大于18V的交流电输出，然后再检查整流二极管是否故障？限流电阻是否烧断？18V稳压二极管是否正常等。

总结：电磁炉内部一般有三种电压：300V、5V、18V（或12V、15V）。若想学习电磁炉维修，最好多研究一下电磁炉的详细原理，熟悉电路板每个元器件的功能，了解电磁炉常见的故障模式，哪些属于易损坏器件等。

电磁炉保护及检测单元电路