电磁炉电子元器件介绍
电磁炉电子元器件介绍
    电磁炉是目前新兴的功率较大的厨房电器，早期生产的电磁炉的功率一般在１５００Ｗ左右，现在生产的电磁炉，其单炉灶的功率达到２１００～２２００Ｗ，其耗电量甚至超过一般家用空调器的耗电量，例如一台海尔ＫＦＲｄ－３５Ｗ／Ｃ家用空调器的最大输入功率（带电辅加热）为１５５０Ｗ。因此，电磁炉的工作电流较大，其工作的频率也比一般家用厨房电器的工作频率要高，从而决定了电磁炉与其他家用电器相比，对部分元器件的性能要求也较高，有的元器件也比较特殊。本章主要介绍电磁炉中使用的功能特殊、性能要求高的部分元器件，如ＩＧＢＴ、电源滤波电容及高频谐振电容等。通过本章对有关元器件的介绍，可以让读者对电磁炉的工作原理和电路结构有更进一步的了解。
２．１  功率开关管——ＩＧＢＴ
    ２．１．１  ＩＧＢＴ介绍
    在电磁炉电路中，功率开关管是一个非常重要的功率器件。就像电冰箱中的压缩机是电冰箱的“心脏”一样，可以毫不夸张地说，电磁炉中的功率开关管就是电磁炉的“心脏”。在实际维修过程中，功率开关管的故障率是最高的。由于功率开关管承担着电磁炉整机的功率输出，其性能的优劣及参数选择是否合适直接关系到电磁炉是否能够长期稳定工作。电磁炉正常工作时，功率开关管处于高频率的导通和截止状态。当功率开关管导通时，２２０Ｖ交流市电经桥式整流器整流后获得约＋３１０Ｖ电压，经加热
线圈盘、功率开关管的集电极、功率开关管的发射极、电源的负极（地）构成回路，电源以大电流给加热线圈盘充电，将电能转化为加热线圈盘中的电磁能。经过理论计算及实际测试，此时加在功率开关管上的直流电压约为２５０Ｖ，而当功率开关管截止时，加在其集电极与发射极之间的电压超过１１００Ｖ，流过功率开关管的平均电流大约为１０Ａ（根据输出功率不同而不同）。由于电磁炉在正常工作时，功率开关管处于高频率的导通与截止状态，实际流过功率开关管的瞬时电流为２０～４０Ａ。如此大的工作电流和反峰电压，什么样的开关管才可以稳定、可靠地工作呢？普通的ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，金属氧化物半导体）场效应晶体管，虽然其所需要的驱动电压比较低，但当其处于高反峰电压、大电流工作状态长期工作时，由于其内部导通电阻比较大，自身发热比较严重，难以长期稳定地工作；而大功率的达林顿管，虽然可以长时间在高电压、大电流状态下工作，但其所需要的驱动电流又比较大。经过研究，人们将场效应晶体管与大功率达林顿晶体管进行有机结合，并将其应用到电磁炉中，作为功率开关管使用。这种功率开关管的内部结构是：将场效应晶体管作为推动管，大功率达林顿管作为输出管，如图２－１－１所示。这样的组合体集两者的优点于一身，既具有场效应晶体管驱动电流小的优点，又有大功率达林顿晶体管饱和电压降小、电流密度大的优
点，从而使其能够在高电压、大电流状态下长期安全、可靠地工作，并且还具有极好的开关特性。
    从图２－１－１可以看出，电磁炉中的功率开关管实际就是由绝缘栅场效应晶体管和大功率达林顿
晶体管复合而成，因此简称为绝缘栅双极晶体管，其英文为Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　ＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ，通常缩写为ＩＧＢＴ。图２－１－２所示为该晶体管的实物图。
图２－１－１  内部结构图２－１－２实物图
    目前，ＩＧＢＴ尚无统一的电路符号标准，图２－１－３所示为较为常用的电路符号。图中，Ｇ极为栅极，也称为门极，Ｃ为集电极，Ｅ为发射极。对于内部附带快恢复阻尼二极管的ＩＧＢＴ，与内部附带阻尼二极管的大功率三极管的符号相近，二极管的接法也相近，即Ｎ型的ＩＧＢＴ，内部附带的快恢复阻尼二极管的负端（阴极）接Ｃ极，正端（阳极）接Ｅ极；Ｐ型的ＩＧＢＴ，内部附带的快恢复阻尼二极管的负端接Ｅ极，正端接Ｃ极，如图２－１－４所示。  一般，ＩＧＢＴ引脚排列顺序与常见的大功率三极管的引脚排列顺序一致，即型号标注的一面朝外，引脚向下，从左至右依次为栅极（Ｇ）、集电极（Ｃ）、发射极（Ｅ）。电磁炉中使用的ＩＧＢＴ多为Ｎ型。除特别说明外，本书中所讲ＩＧＢＴ均指Ｎ型ＩＧＢＴ。
２．１．２　ＩＧＢＴ好坏的检测
    大功率ＩＧＢＴ好坏的判断方法与场效应晶体管好坏的判断方法相同，可以用指针式万用表的１０ＫΩ挡检测，也可以用数字万用表的二极管挡位测量ＰＮ结的正向压降判断其好坏。在检测ＩＧＢＴ之前，应先将其３只引脚进行短路放电，以免影响检测的准确度。具体测量方法如下。
    采用指针式万用表测量时，用指针式万用表的两支表笔分别检测Ｇ、Ｃ两极和Ｇ、Ｅ两极间的电阻，对于正常的ＩＧＢＴ，上述所测电阻值均应为无穷大。接着用指针式万用表的红表笔接ＩＧＢＴ的Ｃ极，黑表笔接Ｅ极，对于内部附带快恢复阻尼二极管的ＩＧＢＴ，所测得的电阻值为３～５ＫΩ（因万用表的型号不同，所显示的数值也会不同），若所测得的电阻值为无
穷大，则说明该ＩＧＢＴ的内部未附带快恢复阻尼二极管。此时可将万用表的红、黑表笔对调进行测量，即红表笔接ＩＧＢＴ的Ｅ极，黑表笔接ＩＧＢＴ的Ｃ极，所测得的电阻值也应该为无穷大。如果符合上述条件，说明所测的ＩＧＢＴ是好的。
    采用数字万用表测量ＩＧＢＴ时，与采用指针式万用表测量的方法相同，即将黑表笔接ＩＧＢＴ的Ｃ极，红表笔接其Ｅ极，若内部附带快恢复阻尼二极管，其正向压降约为０．４Ｖ，其他各引脚之间所测得的电阻值均应为无穷大。符合上述测量结果的ＩＧＢＴ一般可以认为是好的。
    综上所述，对于内部附带快恢复阻尼二极管的ＩＧＢＴ，除Ｃ、Ｅ极之间为单向导通外，其余各引脚之间的电阻值均应为无穷大。如果所测得的ＩＧＢＴ的３只引脚之间的电阻值均很小，说明该ＩＧ
ＢＴ已击穿损坏。实际维修中发现，电磁炉中的ＩＧＢＴ多数是因为有关保护电路失效，导致其因为过流或者过压而击穿性损坏。
  ２．１．３　ＩＧＢＴ放大能力的大致判断
  和场效应晶体管一样，由于ＩＧＢＴ的Ｇ极内部电极间存在电容，能够储存一定量的电荷，因此，在检测ＩＧＢＴ的放大能力之前，应先将ＩＧＢＴ的３个引脚进行短路放电，以免引起误判。由于数字万用表的内部工作电流较小、工作电压较低，达不到ＩＧＢＴ所需要的触发电流和电压，因此，判断ＩＧＢＴ的放大能力时要采用指针式万用表进行测量。具体测量方法如下。
    将指针式万用表拨在电阻挡，红表笔接ＩＧＢＴ的发射极（Ｅ极），黑表笔接集电极（Ｃ极），此时万用表的指针应不偏转，即所显示的电阻值为无穷大。然后，用万用表的黑表笔触碰一下栅极（Ｇ极）后，再将黑表笔接ＩＧＢＴ的Ｃ极，此时万用表的指针应发生一定角度的偏转，即ＩＧＢＴ的Ｃ、Ｅ极之间的电阻值由无穷大减小到某一固定数值。上述现象说明，ＩＧＢＴ具有一定的放大能力，并且万用表的指针所指示的数值越小，说明ＩＧＢＴ的导通电压降越低，其放大能力也就越强。
    另外，采用指针式万用表测量ＩＧＢＴ的放大能力时，将指针式万用表的红表笔接ＩＧＢＴ的发射极（Ｅ极），黑表笔接集电极（Ｃ极），用手指同时碰触一下Ｇ、Ｃ极，所出现的现象与上述现象相近，即集电极与发射极之间的电阻值由开始的无穷大变为一定数值。
电磁炉维修  ２．１．４　ｌＧＢＴ的常见型号及其含义
  由于ＩＧＢＴ能够工作在高电压、大电流状态，因此在很多领域均有应用，例如，在ＵＰＳ、变频空调器、直流亚弧电焊机等大功率电器中，通常采用ＩＧＢＴ作为该类电器的开关电源中的开关管或者功率输出管。目前用在电磁炉中的ＩＧＢＴ主要由以下几家国外公司生产：ＦＡＩＲＣＨＩＬＤ（美国仙童公司）、ＩＮＦＩＮＥＯＮ（德国英飞凌公司）及ＴＯＳＨＩＢＡ（日本东芝公司）。各公司对所生产的ＩＧＢＴ的命名方式各不相同，但大致都有以下规律：字母表示该晶体管的生产公司名称；前面的数字表示ＩＧＢＴ的最大额定工作电流，后面的数字表示ＩＧＢＴ的最高额定工作耐压；晶体管类型后面带字母Ｄ表示内附快恢复阻尼二极管（但有的ＩＧＢＴ型号后面未带字母Ｄ，实际内部也附带阻尼二极管，因此要注意区分，最好用万用表检测，以防误判）。例如，ＳＧＷ２５Ｎ１２０表示该ＩＧＢＴ由西门子公司生产，其最大额定工作电流为２５Ａ，最高工作额定耐压为１２００Ｖ。电磁炉中经常用到的ＩＧＢＴ的参数见表２—１—１。
表２－１－１    电磁炉中经常用到的ＩＧＢＴ的参数
    晶体管型号    最高耐压（Ｖ）  　最大工作电流（Ａ）  是否内附阻尼二极管
    ２０Ｎ１２０ＣＮＤ    １２００    ２０    是
    Ｋ２５Ｔ１２０    １２００    ２５    是
    Ｇ４０Ｎ１５０Ｄ    １５００    ４０    是
    ５ＧＬ４０Ｎ１５０Ｄ    １５００    ４０    是
    Ｇ４ＰＨ５０ＵＤ    １５００    ４０    是
    ＧＴ４０ｑ３２１    １３００    ４０    是
    ＧＴ４０Ｔ１０１    １０００    ４０    否
    Ｇ４０Ｔ１０１    １０００    ４０    否
    ＧＴ４０Ｔ３０１    １３００    ４０    否
    ＳＱＢ３５ＪＡ    １５００    ３５    是
    Ｇ３０Ｐ１２０Ｎ    １２００    ３０    否
    ＧＰＱ２５１０１    １０００    ２５    是
    ＧＴ１５３１０１    １０００    １５    否
    ＧＴ８Ｑ１９１    １９００    ８    是
    ＧＴ５０Ｊ１０１    １０００    ５０    否
    ＧＴ５０ｊ１０２    １０００    ５０    否
    ＧＴ５０Ｊ３０１    １３００    ５０    否
    ＧＴ６０Ｍ１０４    １０００    ６０    否
    ＧＴ６０Ｍ３０１    １３００    ６０    否
    ＧＴ７５ＡＮ－１２    １２００    ７５    否
    １５Ｑ１０１    １０００    １５    是
    ２５Ｑ１０１    １０００    ２５    是
    ８０Ｊ１０１    １０００    ８０    否
    目前，电磁炉中最常见到的ＩＧＢＴ有ＦＧＡ２５Ｎ１２０、ＳＧＷ２０Ｎ１２０、Ｈ２０Ｒ１２０等型号。
    ＩＧＢＴ的技术参数比较多，它包括集电极－发射极击穿电压（ＶｃＥｓ）、最大耗散功率（Ｐｄｍａｘ）、最大集电极直流电流（Ｉｃｍａｘ）、发射极接地时的最大输入电导（Ｇｆｍａｘ）、栅极－发射极阈值电压（Ｖｇｅｔｈ）及栅极－发射极最大泄漏电流（Ｉｇｅｓ）等。但在实际维修中，只需要知道ＩＧＢＴ的集电极－发射极击穿电压、最大集电极直流电流及内部是否附带有快恢复阻尼二极管。
  ２．１．５　ＩＧＢＴ的代换原则
  由于ＩＧＢＴ工作在大电流、高电压状态，且其工作频率也较高，工作时自身发热量很大，因此ＩＧＢＴ的损坏概率较高，约占电磁炉故障的８０％。另外，由于目前国内电磁炉生产厂家众多，各厂家电磁炉中使用的ＩＧＢＴ型号、质量也不尽相同。很多电磁炉生产厂家从生产成本以及其他原因考虑，不仅所使用的ＩＧＢＴ质量较差，甚至有意将ＩＧＢＴ的型号磨掉，给维修代换带来一定麻烦。加之ＩＧＢＴ的价格相对较高，在实际维修中必须考虑ＩＧＢＴ的代换问题。根据维修经验，代换ＩＧＢＴ时，应当遵循以下几点原则。
    ①有条件的，尽量用原型号的来代换，这样比较省心，不用考虑参数问题，同时又便于固定、安装。
    ②对于没有相同型号ＩＧＢＴ的代换，可以用主要参数相近的ＩＧＢＴ来代替，但一般是用额定工
作电流较大的ＩＧＢＴ代换额定工作电流较小的ＩＧＢＴ，用高耐压的ＩＧＢＴ代换低耐压的
ＩＧＢＴ，即ＩＧＢＴ的主要参数宜大不宜小，这样，电磁炉的安全系数便会相应高一些，故障率也就会相应低一些。
    ③对于被磨掉型号的ＩＧＢＴ的代换，可以根据电磁炉额定功率原则来代换。例如，电磁炉功率在２０００Ｗ以下的，即其平均额定工作电流小于１０Ａ，可以选用最大工作电流为２０Ａ或者２５Ａ的ＩＧＢＴ代换，如Ｈ２０Ｒ１２０、ＦＧＡ２５Ｎ１２０等；对于功率大于或者等于２０００Ｗ的电磁炉，即其平均额定工作电流大于１０Ａ时，应选用最大电流为４０Ａ的ＩＧＢＴ代换，例如ＧＴ４０Ｎ４３１等，另外还可以用两只ＩＧＢＴ并联使用。
    另外，代换ＩＧＢＴ时，一定要分清其内部是否附带快恢复阻尼二极管。对于内部附带有快恢复阻尼二极管的ＩＧＢＴ，最好也要用内部附带快恢复阻尼二极管的ＩＧＢＴ来代换，以便于安装。如果一时不到内部附带快恢复阻尼二极管的ＩＧＢＴ，可以在其Ｃ、Ｅ极间并联一只快恢复二极管，常用的快恢复二极管的型号有ＢＹ４５９、Ｓ５Ｊ５３等。另外，在并联快恢复二极管时，一定要注意二极管的阴极接ＩＧＢＴ的Ｃ极，二极管的阳极接ＩＧＢＴ的Ｅ极；同时，安装时要考虑管子的散热问题。
    说明：在实际维修工作中，判断ＩＧＢＴ好坏的方法很简单。对于在集电极和发射极之间并联有快
恢复阻尼二极管的ＩＧＢＴ，除了其发射极和集电极之间单向导通外，其他各引脚之间都应互不相通，否则ＩＧＢＴ必坏无疑。对于内部不附带快恢复阻尼二极管的ＩＧＢＴ，只要有任意两个引脚之间相通，则该ＩＧＢＴ肯定是坏的；而３个引脚之间都互不相通，一般可以认为是好的，因为根据实际维修经验，ＩＧＢＴ的３个引脚之间都出现开路的情况是很少见的。
２．２整流器件——桥式整流器
    为了满足煎、煮、炸、煲等不同的烹饪要求，电磁炉生产厂家普遍将电磁炉的功率调节范围设定得比较宽，一般分为大、中、小三个挡位，有的品牌电磁炉还设有文火等功能。电磁炉的工作电流可以在小功率挡位的２Ａ至大功率挡位的１０Ａ。因此，电磁炉中的桥式整流器应满足其输出电流大、抗大电流冲击能力强、能够承受较高的反向峰值电压的特殊要求。    根据电磁炉额定功率的不同，桥式整流器的额定输出电流大小也不同。一般而言，额定功率在２０００Ｗ以下的电磁炉通常选用额定输出电流为１５Ａ的桥式整流器，如电磁炉中最常见的桥式整流器Ｄ１５ＸＢ６０，该桥式整流器的额定输出电流是１５Ａ，额定耐压为６００Ｖ；额定功率在２０００Ｗ以上的电磁炉可以选用输出电流为２５Ａ左右的桥式整流器，如在大功率电磁炉中最常用到的Ｄ２５ＸＢ８０桥式整流器，其额定输出电流为２５Ａ，额定耐压为８００Ｖ。
    图２－２－１为电磁炉常用桥式整流器的实物图，图２－２－２为桥式整流器的内部结构图。
图２－２－１  电磁炉常用桥式整流器的实物图    图２－２－２桥式整流器的内部结构图

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