一位朋友抱来了一台电磁泡茶炉说；“泡茶炉罢工了，看看是啥毛病。”我先前很少摆弄过电磁炉，心中 无数，抱着学习和试试的心态，答应了朋友的要求，于是踏上了学修电磁炉的旅程。 工作原理 这款泡茶炉的型号是金灶 KJ—10E，是广东海利公司近两年的新产品，双炉结构，左边是消毒锅，右边是 烧水壶（见题图）。由于没有现成的电路图，笔者只好按照实物绘制了电路原理图（见图 1）。该机的电 磁感应加热电路与其他品牌的电磁炉（灶）基本相同，是利用电磁感应原理将电能转换为热能的电器。开 关管 IGBT（VT3，型号：H20R1202）的饱和导通和截止时间（占空比）受控于 MCU 输出的 PWM 脉冲信号； C8（0.22μF/1200V）与加热线盘 L2（或 L3，电感量约为 0.183mH）组成频率约为 24kHz 的并联谐振电路。 当电磁炉工作时，加热线盘周围便产生高频交变电磁场，当炉面放置导磁又导电的金属锅（ 壶） 具时， 交 变的磁场使锅（壶）底感应出强大的涡流而产生高热。下面具体分析一下它的工作原理。 1. 电源电路 ＋300V 直流高压电源是直接由 220V 交流市电经高压整流桥堆（B1，型号：D15XB60H）整流、C7（4μF/400V） 滤波产生的，是加热线盘、IGBT 管工作的主电源。VIPer22A（IC2）是小功率智能开关电源集成电路，其 引脚功能如图 2 所示。该集成电路内置场效应开关管、60kHz 脉宽调制器、智能调整电路及过流、过压、 过热保护电路。它具有外围电路简洁、输入电压适应范围宽、输出电压稳定等优点。本机由 VIPer22A 和 Z1、C5、C4、VD1、VD2、L1、C3 等外围元件组成＋18V 开关稳压电源，主要是供给 VT1、VT2、IC1（LM339）、 切换继电器和排热电扇使用。＋5V 的电源也是由＋18V 电源经 78L05 稳压，C14 滤波产生的，主要是作为 基准电压源和供给控制显示电路使用。 2. 控制显示电路 控制显示电路是由 8 位 MCU 芯片 S3F9454BZZ-DK94（IC3）、8 位串入/并出移位寄存器 74HC164N（IC4）、 数码管、三极管、LED、按键和电阻、电容等元件组成的，并通过 8 位接插件与主电路板连接。它的引脚功 能图如图 3 所示（详细资料请登录 www.amstech.cn 网站查阅）。S3F9454B 是三星的一款可多次编程的微 控制器，内部设计的软件程序与硬件电路相配合，实现智能化控制。本电路 MCU 是采用内部时钟，并由 3 脚输出至 IC4（74HC164）的 CP 输入端（8 脚），MCU 的 2 脚输出的串行数据送至 IC4 的数据输入端（1、2 脚）。MCU 的 4 脚是上电复位端，同时也是“泡茶功能”输入端 S2。在待机状态时，每按一下“S2”，则 泡茶功能依次在“自动”—“手动”—“保温”—“关闭泡茶”4 个状态之间切换循环。5 脚是蜂鸣信号输 出端，用响声提示电磁炉的工作情况。6 脚～9 脚输出的高、低电平使 VT6～VT9 截止或导通，同时 2 脚输 出串行数据，3 脚输出的时钟脉冲配合 IC4 的 8 位（本电路只用 7 位）并行数据输出至数码管、VD7～VD11 的作用是显示电磁炉各种工作状态和故障代码。10 脚是消毒功能输入端 S1，每按一下该键，则消毒功能依 次在“大火”—“小火”—“关闭消毒”3 个状态之间循环。11 脚是排热电扇驱动信号输出端，电磁炉正 常工作时，11 脚输出高电平，使 VT5 导通，电扇得电工作，关机后 11 脚继续输出一段时间的高电平信号， 电扇继续工作，排出炉内余热，延长电磁炉的使用寿命。17 脚是＋18V 开关电源检测输入端，＋18V 电压 经电阻 R30、R31 降压分压后的取样电压输入到 17 脚，与设置值比对，当＋18V 电压不正常时（过高、过 低或纹波电压过大），电磁炉不工作，起到了保护作用。19 脚是切换继电器控制信号输出端，继电器吸合 时是“泡茶”，释放时是“消毒”。当双炉同时使用时，“泡茶”与“消毒”是分时轮流加热。16 脚、18 脚分别是泡茶炉盘和消毒炉盘的温度传感器（负温度系数的热敏电阻）的取样电压输入端，只要其中有一 只热敏电阻断路即显示故障代码“E3”，则停机保护；只要其中有一个炉盘超温，即显示故障代码“E4”， 也停机保护。15 脚是炉内功率器件过热检测输入端，Rt0 负温度系数热敏电阻是紧贴 IGBT 管散热片安装。 随着功率器件温度的升高，取样电压也逐渐升高，与设置值进行比对来判定是否过热。过热时显示故障代 码“E6”，则停机保护。14 脚是市电电压检测输入端。220V 交流市电经 B1 整流，C7 滤波产生＋300V 直流 电压，经 R4、R5 和 R7 降压分压后的取样电压由 14 脚输入，与设置值进行比对。当市电电压高于 250V 或 低于 160V 时，电磁炉不工作或停机保护，并显示过高“E1”或过低“E2”的故障代码。13 脚是 PWM 脉冲 信号输出端。MCU 根据设置指令或检测到的数据做出判断：该不该输出 PWM 脉冲信号，并能自动调节输出 脉冲信号的占空比，以达到调节电磁炉输出功率之目的。 3. 同步电路 为了避免 IGBT 管在导通时被大电流冲击而损坏，要保证加到 IGBT 管的 G 极上的 PWM 脉冲前沿与 C 极上的 峰值脉冲后沿相同步，由 IC1d、IC1c 和外围元件组成同步电路。在待机时，IC1d 的同相端（11 脚）的取 样电压低于反相端（10 脚）的取样电压，13 脚为低电平状态，而由 IC1c、R11、R12、R13 和 C10 等组成的 锯齿波振荡器按固有频率振荡。当电磁炉工作时，IC1d 的同相端（11 脚）上出现由 IGBT 管 C 极取样的脉 冲，经 IC1d 整形，13 脚输出的同步脉冲经 C11 送到由 IC1c 等组成的锯齿波振荡电路，对其频率与波形进 行修正后的同步锯齿脉冲再送到脉宽调制电路 IC1b 的反相端（6 脚）。 4. 脉宽调制电路 该电路由 IC1b 担当。同相端（7 脚）加有由 IC3 的 13 脚输出的 PWM 脉冲，经积分电路形成的控制电平与 反相端（6 脚）的同步锯齿脉冲进行比较。其原理是：当一个变化的直流控制电平（控制电平的高低与 PWM 脉冲的占空比成正比例关系）与一个按锯齿脉冲规律变化的基准电平进行比较时，输出端（1 脚）的跳变 时间将随着直流电平在锯齿脉冲斜坡上所对应位置发生变化而变化，从而实现脉宽调制。 5. 驱动电路 由 VT1、VT2 及外围元件组成 IGBT 管的驱动电路，控制其导通和截止。由 IC1b 的 1 脚输出的脉宽调制脉冲 加到驱动电路输入端，当 IC1b 的 1 脚的脉冲处于高电平时，VT1 导通、VT2 截止、IGBT 管饱和导通。当 IC1b 的 1 脚的脉冲处于低电平时，VT2 导通、VT1 截止、IGBT 管截止。 6. 高压峰值检测保护电路 当 IGBT 管工作时，C 极要承受+300V 左右的直流电压和谐振脉冲高压。为了防止 C 极上脉冲叠加后的高压 超过极限值而击穿，由 IC1a 和 R7、R6、R5、R17、C12 等组成的取样检测保护电路。当 IGBT 管正常工作时， IC1a 反相端 4 脚的取样电压低于同相端 5 脚的基准电压（＋5V），2 脚呈截止高阻状态，不影响积分电容 C13 上的控制电平，电磁炉按设定的功率进行加热。当由于某种原因（如电源插座跳火；LC 并联谐振电容 器 C8 不良、失效或变值；＋300V 高压滤波电容 C7 漏电；积分电容不良、失效或变值；或是在提、放锅壶 具瞬间等）在 C 极上激起超高的反峰脉冲，使 C 极的高压将要达到耐压极限值时，IC1a 的 4 脚的取样电压 高于 5 脚的基准电压，2 脚翻转为导通低阻状态，积分电容 C13 上的电压经 2 脚泄放，IC1b 的 7 脚电平降 低，1 脚输出的 PWM 的脉宽变窄，IGBT 管导通时间缩短，高频谐振幅度下降，从而达到 IGBT 管的过压保护。 当超高反峰脉冲一消失，电磁炉即恢复正常加热工作。维修过程 在绘制电路图的过程中， 笔者已对整机除集成电路外的电阻、电容、电感、三极管、二极管等元器件从外 观到在线或离线都进行了检测，均未发现异常。首先焊接引线，把主电路板移到机壳外，以便检修。通电， 随着“嘀”一声响，显示“E1”故障代码，这说明是“电源电压过高”。测得当时市电电压为 222V，正常。 按压“泡茶”功能键（或消毒功能键），数码管、指示灯会依次按照说明的 4 个状态循环显示，一放开手 又显示“E1”。接着测量有关接点的电压：测得 A 点电压为+302V，正常；测得 B 点电压为+18.4V，说明开 关电源正常；测得 C 点电压为+2.73V，失常。 断开+5V 电源输出的其中一条跨线，再次测量，还是+2.73V，从而可断定 78L05 已损坏。此时心中起疑， +5V 电压已大为失常，那么控制显示电路为何还貌似正常？回过头来细看，S3F9454B、74HC164 的工作电压 范围为 2～5.5V，而数码管和 LED 从几个 mA 到 20mA 电流却都能发光，只是亮度不同而已，没认真对比是 不易发现的。这样一来，控制显示电路能工作也不足为奇了。换上 78L05（实测电压为+5.18V），整机功 能恢复正常。 至此，检修的旅程已结束了，但笔者总觉得尚有几处电路原理还似懂非懂，上述的“纸上分析”是否正确 呢？又如上述故障是＋5V 电压不正常，为什么显示“E1”故障代码呢？锅检电路又是如何工作呢？于是对 已修好的整机进行一次测试，并模拟故障状况，看其如何进行保护，以此来验证上述分析是否正确。如果 能透彻理解了其工作原理，不仅对本电磁炉出现其他的故障会迎刃而解，而且对检修其他品牌的电磁炉（灶） 也有裨益。 模拟故障状况 验证保护过程 1. 模拟市电电压过高过低当市电电压为 220V 时，测量 IC3 的 14 脚取样电压为 1.75V，由计算得出 250V 时取样电压应为 1.99V，160V 时应为 1.27V。如果直接通过调压器调整电磁炉输入电压大于 250V 或小于 160V 来验证，容易造成电磁炉损坏。笔者用 30kΩ电阻并联在 R5 上，接通电磁炉电源，调节调压器，使电磁炉 显示“E1”的临界点，测量 IC3 的 14 脚电压为 2.02V，此时电磁炉输入的交流电压为 193V；接着拆下 R5 上的并联电阻，用 20kΩ电阻并联在 R29 上，同上述的操作，测得显示“E2”的临界取样电压为 1.26V，此 时电磁炉输入的交流电压为 217V。这样电磁炉在安全的交流市电电压范围内验证了在电网电压过高过低时 能有效地进行保护（临界取样电压测量值与计算值十分接近）。 2. 模拟功率器件过热待机时测得 IC3 的 15 脚的取样电压为 0.43V。挑出 8 位插头的 2 插脚，使其悬空， 用 1 只 4.7kΩ电位器与 2 节 1.5V 干电池组成可调直流电压源，电位器中心引脚接至挑出的 2 脚。开机， 调节电位器，使 2 脚电压逐渐升高，模拟 IGBT 管温度逐渐升高。当升高至显示“E6”的临界电压值为 2.63V 时，让电磁炉停机，从而验证了功率器件过热保护功能。 3. 模拟炉温过高待机时测得 IC3 的 16 脚取样电压为 4.70V，随着电磁炉开始正常工作，泡茶线盘温度升 高，Rt2 阻值下降，取样电压也随着逐渐降低。当降低至设置值时（温度过高），电磁炉显示“E4”故障 代码，进入停机保护状态。挑出 8 位插头的 3 插脚，使其悬空，用 2 节 1.5V 的干电池和 1 只 4.7kΩ电位 器组成可调直流电压，采用 2 中所述方法，当测得取样电压降__至 2.03V 时转入 600W 工作，再次降到 1.85V 时蜂鸣器响 3 声“嘀”，电磁炉停止工作。消毒炉盘超温保护也用同样方法检验。 4. 模拟+18V 电压失常当电磁炉正常工作时，测得 IC3 的 17 脚的电压为 0.98V。用 1 只 100k Ω 电位器中 心引脚串接 1 个 100kΩ电阻后并联在 R30 上，开机，正常工作时，调节电位器减小并联电阻值，使 17 脚 的取样电压逐渐升高，模拟＋18V 电压过高的状况，当取样电压升高到 1.22V 时，显示“E1”故障代码， 电磁炉进入保护状态，停止工作。 接着拆去上述 R30 上的并联电阻和电位器，由 1 只 4.7kΩ电位器中心引脚串接 1 个 3.3kΩ电阻，并联在 R31 上，在电磁炉正常工作时，调节电位器减小并联电阻值，使 17 脚的取样电压逐渐降低，模拟＋18V 电 压过低的状况，当 IC3 的 17 脚的取样电压降至 0.65V 时，显示“E2”故障代码，电磁炉进入保护状态，停 机。本电磁炉修复前显示的故障代码为“E1”，这是由于＋5V 电源失常引起的。由上述模拟故障过程得知， 不仅当电网电压过高时，出现故障代码为“E1”，而且当＋18V 电压过高时，也显示“E1”故障代码。对 于显示同一故障代码“E1”，却是可能由 3 个原因中的之一引起或是由它们组合作用引起的。在市电电压 或＋18V 电压过高时显示“E1”故障代码，还好理解，因为都由电压过高引起的故障，那么只当＋5V 电压 过低失常时，为什么也显示“E1”呢？究其原因，发现 MCU 所设置的基准电压值是在 IC3 的供电电压为+5V 时的值，当 IC3 供电电压过低时（如+2.73V），基准电压值再也不是原设置值了，也随着下降了许多，那 么在市电电压或＋18V 电压正常时的取样电压与芯片内已偏离原设置值下降了许多的电压相比对，MCU 将做 出错误的判断，显示“电压过高”的“E1”故障代码，所以在修理时，对显示的故障代码要具体分析，各 个排除。 破解锅检电路 锅检信号是由 IC3 的 13 脚每隔 2 秒钟输出频率约为 24kHz 的一串脉冲，同时蜂鸣器“嘀”一声短音，但 IC3 是哪个输入端检测锅检信号来判定有无符合要求的锅（壶）具呢？又是如何检测呢？由电路图分析 IC3 的 14 脚和 12 脚最有可能。 前文已述 14 脚是市电电压过高、过低检测输入端，有没有可能同时又担当检测锅检信号脉冲个数的输入端 呢？于是采用如下方法来确定，把 8 位插头的 1 插脚（是与 IC3 的 14 脚相连接）挑出，使其悬空，由 1 节 1.5V 干电池供电，即电池的正端接 1 插脚，负端接主电路板“地”端。此时 14 脚上电压为 1.5V（此举目的 在于保证 IC3 的 14 脚的检测市电的取样电压在正常值范围内）。 电磁炉接通电源，锅检功能正常，放上锅具，电磁炉即转入加热工作，由此排除 14 脚的可能性，恢复 1 插 脚为原来状态。现在 IC3 只剩下 12 脚是锅检信号的输入端可能性最大了。测量 8 位接插件 5 脚（与 IC3 的 12 脚相连接）的电压值：在待机和锅检时为 0.33V，正常加热时几乎为 0V。把 8 位插头的 5 插脚挑出悬空， 用 1 节 1.5V 干电池和 1 只 4.7kΩ电位器组成可调电压源，调节电位器使中心引脚的电压为 0.33V，并接至 挑出的 5 插脚上，电磁炉锅检功能失常，即有锅时锅检电路依然在进行检锅，不会转为正常加热工作。调 节电位器降低电压至 0.23V 以下时，这时不论炉面上有无锅具，电磁炉皆处于加热状态。 当电压上升至 0.24V 以上时，不论炉面上有无锅具，皆处于锅检状况。至此，可说明两个问题：一是 MCU 芯片（IC3）的 12 脚确是锅检信号的输入端；二是 MCU 芯片是根据 12 脚上检测的电压的高低，比对设置 的基准电压值，作出有无锅具（或是否符合要求）的判定。单凭电路图分析，电磁炉正常加热，8 位接插 件 5 脚上的电压不可能几乎为 0V（应为＋5V 电压经 R20 与 R21 的分压值 0.33V）。这个问题令笔者迷惑了， 百思不得其解。其间也用示波器测量了有关接点的波形，但都没有答案。是否绘制的电路图出错呢？于是 重新对照电路板检查了电路图，电路图没错呀。只是在查对中发现了一个现象，即是 R21 的接地处安排得 比较特殊，不是就近焊接在 8 位接插件的 5 脚附近“地”端，而是线路板上一条走线直达高压整流桥堆 B1 的“–”端附近，R21 的一脚就焊接在“–”端极近位置上（在绘制电路图时笔者也曾经发现了这一现象，当时 没在意。），同时也注意到作为供给控制显示电路的＋5V 电源的“地线”可谓是“漫漫乡间小路”从高压整流桥 堆“–”端延伸过来，加上供给 VT1、VT2、IC1（LM339）、排热电扇、切换继电器等的＋18V 的电源的“地 线”也从此小路通过，尤其是 VT3 的“地线”也通过此小路上特设的一座独木桥Φ 0.5mm×33mm 的一条跨线， 这样一来电磁炉在待机或锅检时，＋5V 电源“地”端与高压整流桥堆“–”端之间的电压差只有 0.021V。 但当电磁炉炉面上放有符合要求锅具的瞬间， 这条“ 小路” 上的压降达 0.328V，＋5V 电源“地”端为正， 整流桥堆“–”端为负，相当于＋5V 电源“地”端相对桥堆“–”端垫高了 0.328V，因此，8 位接插件 5 脚与＋5V 电源“地”(MCU 的“地”)几乎是等电位 0V（垫高的电压与 R20、R21 的分压值相抵消，MCU 的 12 脚的取样 电压几乎为 0V），电磁炉即转入正常加热工作。这实质上是利用“地线”来检测电流的变化，从而判定有无 符合要求的锅具。笔者在破解此迷时，心里暗暗佩服设计师利用此法的巧妙！它既简化了电路，又提高了 可靠性，同时也联想到在制作音响电路时一再强调的一点，接地和处理好地线具有何等的重要性了。 几点建议 1. 电路板用焊接引线的方法，移到机壳外进行检测修理，便于操作。 2. 接假负载法。拆去加热线盘接线，用 60～100W 灯泡接在加热线盘的接线端上，接着开机观察灯泡发亮 状况来判断故障的情况，如果不亮或一亮一灭，说明机内无短路故障；灯泡发亮，则说明机内存在短路。 在修理或检测的过程中接假负载来试机，可防止故障的进一步扩大。 3. 如果要调换相关的集成电路，脱卸下原集成电路后，最好能焊上相对应的集成电路插座，这样方便调换 对比，有利于测试分析。 4. 在带电检测的过程中要注意防止触电，因为此类电路大多是由 220V 市电直接整流、滤波和用开关电源 芯片来产生各种直流电压供电路使用，虽说是“地线”（电路板上人为的“地”端），但对于市电网来说，同样 存在触电的危险性，不要随意触摸。修理时最好用带双联开关，电流 10A 以上的专用排插。平时使用时， 也最好用带开关，电流 10A 以上的排插，不用时由开关切断电源，不要用插拔插头的方法，因插拔过程中， 往往容易因接触不良打火，引起高压或大电流冲击而损坏用电器，现实中也不乏此类现象，往往有人诉说： 昨天还用得好好的，怎么今天插上就不能用了。附待机时各 IC 引脚、接口的电压值和有关接点的波形图（见 图 4），供检修时参考。