電磁爐諧振異常保護案例

2020-12-06 電子人生

電磁爐採用的是電磁加熱,即市電經過整流和濾波後變成直流電,然後通過電感線圈逆變產生25Khz左右的高壓交流電,最後在鐵質鍋具上產生渦流而發熱。

加熱過程簡單,但由於電感線圈與電容諧振,其高壓大電流的信號控制稍有差池將會損壞IGBT,所以電磁加熱裡面的一切控制均是圍繞保護IGBT來開展的,如過流保護、過壓保護、過熱保護、浪湧保護等常規的保護性措施。

然而還有一些非常規的保護,如斷電異常保護、最大脈衝寬度保護等,只要是能想到的都會存在,一般都要先發生故障,再找出原因才能去解決。之前就發生過一個事件,電磁爐的熔斷器插座在生產時員工未插緊,導致接觸不良,使內部IGBT擊穿。從原理上講,熔斷器只是控制了開關電源供電,當熔斷器斷開時,開關電源不工作,其IGBT的驅動將失效,並不會造成IGBT損壞,那為什麼還會被擊穿呢?

從上圖開關電源分析,倘若熔斷器只是斷開,並不會造成IGBT擊穿,若是熔斷器處接觸不良,那將是另一種情況了,因為18V接的是風扇,在工作中熔斷器斷開的瞬間,18V的電壓會急劇拉低,而5V的負載比較輕,所以5V的掉電速度是比18V要慢,18V掉電後,IGBT的驅動關閉,諧振停止,IGBT上的C極電壓會迅速恢復到整流濾波後的310V直流電壓,而在此時5V繼續保持的話,IGBT的驅動脈衝也就未停止,繼續輸出,只是IGBT不驅動而已,但此時熔斷器又接上的時候,18V會讓驅動立刻恢復,IGBT的C極電壓停振,電壓很高時開通IGBT,導致IGBT擊穿。因為正常諧振時,IGBT會在一個比較低的電壓下開通,而停振後系統並不知道,所以出現高壓觸發IGBT。

電磁加熱在啟動時,通常都會用一些寬度很小的脈衝去檢鍋,然後脈衝寬度慢慢增加將IGBT的C極電壓降低後,再繼續工作。根據以上IGBT擊穿的原理分析,可以看到諧振停止時,C極電壓已經恢復,若是不重新啟動的話,勢必會損壞IGBT。但是重新啟動,則系統需要檢測出這種狀況,讓系統觸發重新啟動,不能再接著停振前的狀態工作。我們知道諧振一旦停止,其同步信號就會消失,那麼在規定的時間內,若是無同步信號,則讓系統重新啟動,系統重新啟動就會進入檢鍋,若是無18V時,檢鍋就會不成功,也就不會再次工作。

這就是同步信號異常保護機制,具體做法是將同步信號中斷打開,然後開定時器計時,同步信號中斷後清零計時,根據實際情況模擬接觸不良,設定一個時間,比如通常按3~5ms,系統只要檢測到超時,則重新啟動檢鍋。其實電磁加熱系統加上這一重保護之後,還有其它方面的效果,比較工作中諧振電容突然失效,同步電路突然失效等,都可以起到保護作用。

電磁加熱雖然發展很多年,應用也越來越廣泛,只有遇到各種各樣的問題,再逐一解決,才能讓系統變得完美、可靠性高。就像是windows系統一樣,也是通過收集用戶使用中遇到的問題,然後逐步更新才變得現在這麼強大。所以大家在設計和測試中遇到什麼問題,歡迎提出和交流,畢竟解決問題比找問題容易,就怕找不到問題,那才是可怕的。

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