美的SK2101型电磁炉波形的测试与分析

张占生

                美的SK2101型电磁炉波形的测试与分析

1．功率为1000W时同步取样波形的测试与分析（分别在Ul的(20)脚、(19)脚测试）　　　波形l：V+同步取样波形。在该波形中有3个寄生波，前面为IGBT导通，中间为IGBT截止，导通时间为17μs(数两个寄生波之间的格数便可知)。中间和后面二者之间为LC振荡，时间为27μs，规律是：IGBT的导通时间永远要小于LC振荡的时间。　　波形2：V-同步取样波形。在该波形中有两个寄生波，前面为IGBT导通，后面为IGBT截止，导通时间为17μs，与波形1一致。但波形幅度却发生了巨大变化，是因IGBT开关作用形成的，IGBT截止时可使波形幅度最高，导通时可使波形幅度最低。　　波形3：V+和V-同步取样对应波形。由该波形可以看出两个波形的两个重要的对应关系，一是IGBT导通时同步点的对应关系，二是IGBT截止时寄生波的对应关系。同步点既然是由V+和V-两个波形的比较产生的，那么同步点必然要在两个波形的交点上，换言之，IGBT的同步点对应两个波形的“交点”，并就在交点上；IGBT导通时，由于电流随时间呈线性增长，c极电压逐渐下降，使V-波形越来越向负的方向发展。而当IGBT截止后LC又要开始振荡，同时V-波形又要开始由负的方向向正的方向发展，于是在V-波形上形成一个“转折点”，这个“转折点”就是V-波形的最低点。所以两个波形中的IGBT截止时的寄生波，始终都要与V-波形的“最低点”相对应。　　2．功率为18000W时同步取样波形的测试与分析（分别在Ul的(20)脚、(19)脚测试）　　　波形4：V+同步取样波形。该波形IGBT导通时间20μs，LC振荡时间为28μs。对比波形l和波形4，为什么前者直流电压高为+2.12V、后者低为+1.67V，而交流电压0.07V为什么二者都一样（或者有时相差很微小）?这些波形的细节问题，见随后说明。　　波形5:v-同步取样波形。该波形IGBT导通时间为20μs，与波形4一致，对比波形2和波形5，为什么直流电压前者高为+2.32V，后者低为+2.09V?而交流电压为什么前者低为1.40V，后者高为1.45V?回答：因IGBT导通时波形幅度最低，截止时波形幅度最高，又因波形2导通时间短，波形5导通时间长，所以平均直流电压前者高，后者低。然而，IGBT导通时间越长，其反蜂电压也就越高，所以波形5交流电压要比波形2高。　　再看波形l和波形4的对比。为什么前者直流电压高，后者直流电压低，答案与波形2和波形5的对比一样。为什么二者交流电压都一样，这是因为V+同步取样端波形的幅度几乎不受IGBT开关作用的影响，所以两个波形的交流电压都一样。　　波形6：V+和V-同步取样对应波形。波形6和波形3两个重要的对应关系是一致的，不同的是在波形6中，是利用示波器的光标功能来测出IGBT的导通时间。在第一个对应关系点（即V+和V-波形的“交点”）上竖立一支光标（蓝色直线），再在第二个对应关系点（即V-波形的“最低点”）上竖立一支光标，示波屏上立刻显示IGBT的导通时间，读数为20μs，与波形4、波形5中用眼数格的读数一致。但用光标测可以精确到小数点后两位数（注意显示“20.00μs”中的小数点），而用眼数格是达不到这样的精度。　　3．功率调控驱动脉冲波形的测试与分析（均在U1的③脚测试）　　　　波形7：1000W功率调控驱动脉冲波形。该波形属于脉冲波形，波形为正脉冲时IGBT截止，为负脉冲时IGBT导通，导通时间为17μs，与波形l、波形2一致。但波形中显示的IGBT激励频率(66.6kHz)和占空比(44.6%)都是错误的，这是因为示波器受到波形中太强烈的寄生波干扰所致。为什么会使寄生波太强烈？分析认为常规电磁炉中的有关电路，在单片机中被一定程度简化了，使驱动电路容易受IGBT开关作用的强烈影响。　　要问正确的IGBT激励频率应为多少？直观该波形：正脉宽28μs、负脉宽17μs、一个周期共45μs，求其倒数得正确的IGBT激励频率为22.2kHz；负脉宽17μs、一个周期共45μs，计算17/45得该波形正确的负脉宽占空比为37.8%。关于正，负脉宽占空比的选择，注意示波屏上图标中脉冲符号的极性，极性向上代表正脉宽占空比，极性向下代表负脉宽占空比，由于该波形为负脉冲时IGBT导通，所以要选择负脉宽占空比。　　波形8：1800W功率调控驱动脉冲波形。该波形IGBT导通时间为20μs，与波形4、波形5一致。但波形中显示的IGBT激励频率(151.7kHz)和占空比(50.3%)同样都是错误的。直观该波形：正脉宽26μs、负脉宽20μs、一个周期共46μg，求其倒数得正确的IGBT激励频率为21.7kHz。　　计算20/46得正确的负脉宽占空比为43.5%。　　重要提示：在电磁炉中，不可避免有个别电路受ICBT开关作用影响大，因而形成的寄生波也大，波形7、波形8就是一个很好的例证。另一方面，示波器本身也是一个很敏感的电路，当受到强烈的干扰（例如很大的寄生波）时，就会出现显示的错误。所以每当遇到这种情况，一定要对示波器的数据显示进行人为的核查，以免被其错误的显示所误导。　　波形9：1000W的V-同步取样和IOOOW功率调控对应波形。通过该波形可以看出两种波形的对应关系，功率调控负脉冲前沿的寄生波（蓝色），与IGBT导通时的同步点相对应，同时恰好说明，功率调控负脉冲前沿强烈的寄生波，就是受ICBT导通时强烈的影响形成的；功率调控负脉冲后沿强烈的寄生波，与V-同步取样最低点相对应，同时恰好说明，功率调控负脉冲后沿强烈的寄生波，就是受IGBT截止时强烈的影响形成的。　　提示：注意对该波形测试方式的选择，如果选择V-波形（红色）作为触发信号，调控波形（蓝色）跟随，测得波形就会将两个对应关系及两个强烈的寄生波，显示在波形的中心部位，正如波形9所示。如果选择调控波形触发，V-波形跟随，以上两个关键的“看点”就会偏离波形的中心，将使波形直观性变差，所以在进行波形测试时要讲究一些技巧。　　　　　　4．浪涌保护电路IOOHZ纹波波形的测试与分析（在Ul的①脚测试）　　　波形10：浪涌保护电路100Hz纹波波形。为什么在浪涌保护电路中，电容C7只滤除孤独的尖波（见电压测试说明）而要保留100Hz纹波？　　这是因为浪涌均为瞬间发生，利用100Hz的纹波与浪涌的幅值进行叠加，可以增强浪涌保护电路对浪涌的敏感度。相反在电网电压检测电路中，100Hz纹波却被电容EC14滤除，这是因为电网保护范围大，只有电网低于160V或高于260V才进行保护，这个变化相对浪涌缓慢的多，如果保留100Hz纹波反而会使电路产生误动作，所以它的波形近似一条水平线（波形略）。　　说明：在波形10中，示波器显示直流电压为1.17V，而在进行电压测试时，用万用表测试为1.14V。用不同仪表测试产生微小误差很正常，客观上这两个数据也是非常吻合。　　5．电流检测包络波形的测试与分析（在整流桥DB1的接地点测试）　　波形11：1800W电流检测包络波形。在该波形中存在很多强烈的寄生波，严重影响示波器的显示，此时示波器显示两个“OL”，表明该电路是受IGBT开关作用强烈影响的“重灾区”。直观该波形，波形的包络为负极性，因而正确的直流电压应为负值；包络的周期为10ms(2ms×5)，频率应为100Hz，但连这两个最基本的特征示波器都无法显示。因此，该项波形只作参考。　　波形12：借用在尚朋堂电磁炉中测试的“100Hz脉动地电流波形”，来分析和推测单片机中的问题。在尚朋堂电磁炉中所测试的地电流检测波形也有些乱，只是寄生波没有那么强烈，但其最基本的特征（“相貌”）与波形11都一样。在尚朋堂电磁炉中，先将这样的电流检测波形进行一次RC滤波并加入第一个比较器的输入端，经放大和倒相后，立刻在其输出端获得一个“相貌堂堂”的波形，如波形12所示，它是一个波形幅度由功率决定的100Hz脉动地电流波形。然后再将这个波形经过三级RC积分并加入第二个比较器和一个三极管倒相器，即可获得一个标准的电流检测信号交给CPU。由此可以推测，只要在单片机的内部内置与尚朋堂类似的电路，照样能胜任电流检测的使命。同时也证明，采用单片机可以大大简化外围电路。　　6．报警波形的测试与分析（在U1的⑥脚测试）　　　波形13：锅具检测时报警矩形包络波形。该波形是利用在进行锅具检测时单片机发出的报警信号进行测试的(矩形包络宽度为200ms，包络的周期为2000ms)，即在锅具检测时，单片机每隔2s钟发出一个锅检信号，同时也发出一个锅检报警信号。　　波形14：展开报警矩形包络出现的报警音频脉冲波形。显示脉冲频率为4.07kHz，计算：200×4.07=814，得出在进行锅具检测时，蜂鸣器每发出一个“嘀”声，其中就包含814个音频脉冲。其他的报警“嘀”声有长有短，但是报警音频脉冲的频率不变，均为4.07kHz，所以只要测出矩形包络的宽度，即可计算出其他“嘀”声中所包含音频脉冲的个数。　　7．锅具检测波形的测试与分析（在U1的(19)脚测试）　　　波形15：为振铃波形。但该波形不是所要测试的锅具检测脉冲波形，而是在进行锅具检测时所产生的振铃波。本想在Ul③脚进行测试，要看单片机的锅检脉冲究竟是个什么样儿，可是反反复复硬是测试不到，只好静下来重新思考。联想在锅具检测期间，IGBT必然要进行试探性的导通，于是决定在V-同步取样端进行测试，看看能否测试到像波形2那样的波形。结果像波形2那样的波形没有测试到，测试到的却是一个振铃波形，如波形15所示。而且这个振铃波形的测试也不容易，经过多次反复，偶尔才测试到。　　通过对该振铃波形的分析，认为该单片机在锅具检测期间，IGBT进行试探性导通次数特别少。通常需要80～100次，而该单片机最多只有5次左右，说明该单片机锅具检测脉冲的脉宽特别窄，不足200μs，而它的周期特别长为2000000μs(锅具检测每两秒一次)，二者相差1万倍，因而这样的锅具检测脉冲示波器很难测试到。好在所有电磁炉在进行试探性导通结束后都要产生振铃现象（“余震”），只不过常规电磁炉试探性导通次数多，振铃波形只占总波形的一小部分，常被视觉忽略。而单片机因试探性导通次数特别少，让振铃波形占了总波形的绝大部分，所以只能测试到振铃波形。尽管如此，但其锅具检测功能却很正常。说明单片机性能超强。
            

王天库

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李平文

张老师厉害！！！

sslla

1．功率为1000W时同步取样波形的测试与分析（分别在Ul的(20)脚、(19)脚测试）　　　波形l：V+同步取样波形。在该波形中有3个寄生波，前面为IGBT导通，中间为IGBT截止，导通时间为17μs(数两个寄生波之间的格数便可知)。中间和后面二者之间为LC振荡，时间为27μs，规律是：IGBT的导通时间永远要小于LC振荡的时间。　　波形2：V-同步取样波形。在该波形中有两个寄生波，前面为IGBT导通，后面为IGBT截止，导通时间为17μs，与波形1一致。但波形幅度却发生了巨大变化，是因IGBT开关作用形成的，IGBT截止时可使波形幅度最高，导通时可使波形幅度最低。　　波形3：V+和V-同步取样对应波形。由该波形可以看出两个波形的两个重要的对应关系，一是IGBT导通时同步点的对应关系，二是IGBT截止时寄生波的对应关系。同步点既然是由V+和V-两个波形的比较产生的，那么同步点必然要在两个波形的交点上，换言之，IGBT的同步点对应两个波形的“交点”，并就在交点上；IGBT导通时，由于电流随时间呈线性增长，c极电压逐渐下降，使V-波形越来越向负的方向发展。而当IGBT截止后LC又要开始振荡，同时V-波形又要开始由负的方向向正的方向发展，于是在V-波形上形成一个“转折点”，这个“转折点”就是V-波形的最低点。所以两个波形中的IGBT截止时的寄生波，始终都要与V-波形的“最低点”相对应。　　2．功率为18000W时同步取样波形的测试与分析（分别在Ul的(20)脚、(19)脚测试）　　　波形4：V+同步取样波形。该波形IGBT导通时间20μs，LC振荡时间为28μs。对比波形l和波形4，为什么前者直流电压高为+2.12V、后者低为+1.67V，而交流电压0.07V为什么二者都一样（或者有时相差很微小）?这些波形的细节问题，见随后说明。　　波形5:v-同步取样波形。该波形IGBT导通时间为20μs，与波形4一致，对比波形2和波形5，为什么直流电压前者高为+2.32V，后者低为+2.09V?而交流电压为什么前者低为1.40V，后者高为1.45V?回答：因IGBT导通时波形幅度最低，截止时波形幅度最高，又因波形2导通时间短，波形5导通时间长，所以平均直流电压前者高，后者低。然而，IGBT导通时间越长，其反蜂电压也就越高，所以波形5交流电压要比波形2高。　　再看波形l和波形4的对比。为什么前者直流电压高，后者直流电压低，答案与波形2和波形5的对比一样。为什么二者交流电压都一样，这是因为V+同步取样端波形的幅度几乎不受IGBT开关作用的影响，所以两个波形的交流电压都一样。　　波形6：V+和V-同步取样对应波形。波形6和波形3两个重要的对应关系是一致的，不同的是在波形6中，是利用示波器的光标功能来测出IGBT的导通时间。在第一个对应关系点（即V+和V-波形的“交点”）上竖立一支光标（蓝色直线），再在第二个对应关系点（即V-波形的“最低点”）上竖立一支光标，示波屏上立刻显示IGBT的导通时间，读数为20μs，与波形4、波形5中用眼数格的读数一致。但用光标测可以精确到小数点后两位数（注意显示“20.00μs”中的小数点），而用眼数格是达不到这样的精度。　　3．功率调控驱动脉冲波形的测试与分析（均在U1的③脚测试）　　　　波形7：1000W功率调控驱动脉冲波形。该波形属于脉冲波形，波形为正脉冲时IGBT截止，为负脉冲时IGBT导通，导通时间为17μs，与波形l、波形2一致。但波形中显示的IGBT激励频率(66.6kHz)和占空比(44.6%)都是错误的，这是因为示波器受到波形中太强烈的寄生波干扰所致。为什么会使寄生波太强烈？分析认为常规电磁炉中的有关电路，在单片机中被一定程度简化了，使驱动电路容易受IGBT开关作用的强烈影响。　　要问正确的IGBT激励频率应为多少？直观该波形：正脉宽28μs、负脉宽17μs、一个周期共45μs，求其倒数得正确的IGBT激励频率为22.2kHz；负脉宽17μs、一个周期共45μs，计算17/45得该波形正确的负脉宽占空比为37.8%。关于正，负脉宽占空比的选择，注意示波屏上图标中脉冲符号的极性，极性向上代表正脉宽占空比，极性向下代表负脉宽占空比，由于该波形为负脉冲时IGBT导通，所以要选择负脉宽占空比。　　波形8：1800W功率调控驱动脉冲波形。该波形IGBT导通时间为20μs，与波形4、波形5一致。但波形中显示的IGBT激励频率(151.7kHz)和占空比(50.3%)同样都是错误的。直观该波形：正脉宽26μs、负脉宽20μs、一个周期共46μg，求其倒数得正确的IGBT激励频率为21.7kHz。　　计算20/46得正确的负脉宽占空比为43.5%。　　重要提示：在电磁炉中，不可避免有个别电路受ICBT开关作用影响大，因而形成的寄生波也大，波形7、波形8就是一个很好的例证。另一方面，示波器本身也是一个很敏感的电路，当受到强烈的干扰（例如很大的寄生波）时，就会出现显示的错误。所以每当遇到这种情况，一定要对示波器的数据显示进行人为的核查，以免被其错误的显示所误导。　　波形9：1000W的V-同步取样和IOOOW功率调控对应波形。通过该波形可以看出两种波形的对应关系，功率调控负脉冲前沿的寄生波（蓝色），与IGBT导通时的同步点相对应，同时恰好说明，功率调控负脉冲前沿强烈的寄生波，就是受ICBT导通时强烈的影响形成的；功率调控负脉冲后沿强烈的寄生波，与V-同步取样最低点相对应，同时恰好说明，功率调控负脉冲后沿强烈的寄生波，就是受IGBT截止时强烈的影响形成的。　　提示：注意对该波形测试方式的选择，如果选择V-波形（红色）作为触发信号，调控波形（蓝色）跟随，测得波形就会将两个对应关系及两个强烈的寄生波，显示在波形的中心部位，正如波形9所示。如果选择调控波形触发，V-波形跟随，以上两个关键的“看点”就会偏离波形的中心，将使波形直观性变差，所以在进行波形测试时要讲究一些技巧。　　　　　　4．浪涌保护电路IOOHZ纹波波形的测试与分析（在Ul的①脚测试）　　　波形10：浪涌保护电路100Hz纹波波形。为什么在浪涌保护电路中，电容C7只滤除孤独的尖波（见电压测试说明）而要保留100Hz纹波？　　这是因为浪涌均为瞬间发生，利用100Hz的纹波与浪涌的幅值进行叠加，可以增强浪涌保护电路对浪涌的敏感度。相反在电网电压检测电路中，100Hz纹波却被电容EC14滤除，这是因为电网保护范围大，只有电网低于160V或高于260V才进行保护，这个变化相对浪涌缓慢的多，如果保留100Hz纹波反而会使电路产生误动作，所以它的波形近似一条水平线（波形略）。　　说明：在波形10中，示波器显示直流电压为1.17V，而在进行电压测试时，用万用表测试为1.14V。用不同仪表测试产生微小误差很正常，客观上这两个数据也是非常吻合。　　5．电流检测包络波形的测试与分析（在整流桥DB1的接地点测试）　　波形11：1800W电流检测包络波形。在该波形中存在很多强烈的寄生波，严重影响示波器的显示，此时示波器显示两个“OL”，表明该电路是受IGBT开关作用强烈影响的“重灾区”。直观该波形，波形的包络为负极性，因而正确的直流电压应为负值；包络的周期为10ms(2ms×5)，频率应为100Hz，但连这两个最基本的特征示波器都无法显示。因此，该项波形只作参考。　　波形12：借用在尚朋堂电磁炉中测试的“100Hz脉动地电流波形”，来分析和推测单片机中的问题。在尚朋堂电磁炉中所测试的地电流检测波形也有些乱，只是寄生波没有那么强烈，但其最基本的特征（“相貌”）与波形11都一样。在尚朋堂电磁炉中，先将这样的电流检测波形进行一次RC滤波并加入第一个比较器的输入端，经放大和倒相后，立刻在其输出端获得一个“相貌堂堂”的波形，如波形12所示，它是一个波形幅度由功率决定的100Hz脉动地电流波形。然后再将这个波形经过三级RC积分并加入第二个比较器和一个三极管倒相器，即可获得一个标准的电流检测信号交给CPU。由此可以推测，只要在单片机的内部内置与尚朋堂类似的电路，照样能胜任电流检测的使命。同时也证明，采用单片机可以大大简化外围电路。　　6．报警波形的测试与分析（在U1的⑥脚测试）　　　波形13：锅具检测时报警矩形包络波形。该波形是利用在进行锅具检测时单片机发出的报警信号进行测试的(矩形包络宽度为200ms，包络的周期为2000ms)，即在锅具检测时，单片机每隔2s钟发出一个锅检信号，同时也发出一个锅检报警信号。　　波形14：展开报警矩形包络出现的报警音频脉冲波形。显示脉冲频率为4.07kHz，计算：200×4.07=814，得出在进行锅具检测时，蜂鸣器每发出一个“嘀”声，其中就包含814个音频脉冲。其他的报警“嘀”声有长有短，但是报警音频脉冲的频率不变，均为4.07kHz，所以只要测出矩形包络的宽度，即可计算出其他“嘀”声中所包含音频脉冲的个数。　　7．锅具检测波形的测试与分析（在U1的(19)脚测试）　　　波形15：为振铃波形。但该波形不是所要测试的锅具检测脉冲波形，而是在进行锅具检测时所产生的振铃波。本想在Ul③脚进行测试，要看单片机的锅检脉冲究竟是个什么样儿，可是反反复复硬是测试不到，只好静下来重新思考。联想在锅具检测期间，IGBT必然要进行试探性的导通，于是决定在V-同步取样端进行测试，看看能否测试到像波形2那样的波形。结果像波形2那样的波形没有测试到，测试到的却是一个振铃波形，如波形15所示。而且这个振铃波形的测试也不容易，经过多次反复，偶尔才测试到。　　通过对该振铃波形的分析，认为该单片机在锅具检测期间，IGBT进行试探性导通次数特别少。通常需要80～100次，而该单片机最多只有5次左右，说明该单片机锅具检测脉冲的脉宽特别窄，不足200μs，而它的周期特别长为2000000μs(锅具检测每两秒一次)，二者相差1万倍，因而这样的锅具检测脉冲示波器很难测试到。好在所有电磁炉在进行试探性导通结束后都要产生振铃现象（“余震”），只不过常规电磁炉试探性导通次数多，振铃波形只占总波形的一小部分，常被视觉忽略。而单片机因试探性导通次数特别少，让振铃波形占了总波形的绝大部分，所以只能测试到振铃波形。尽管如此，但其锅具检测功能却很正常。说明单片机性能超强。
         

宏大在线

好文章。谢谢张师傅无私奉献

杨瑞华

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