2.5 保护及检测单元电路工作原理
保护与检测电路组成方框图如图2-29所示。各方框图的主要作用如下。
图2-29 保护与检测电路组成方框图
电流检测电路的主要作用是：为中央处理器（CPU）提供整机的精确电流参数，让CPU根据此参数判断锅具加热面积的大小、锅具是否离去等锅具状态（电流判锅）；同时，监测整机的工作电流，以此参数进行输出功率的闭环控制。
电压检测电路的主要作用是：对输入的交流市电进行取样检测，取样电压范围为AC160～260V，给CPU提供一个电压采样信号，若输入电压波动在上述范围外，使电磁炉做出相应的操作动作，即停机。
高压检测保护电路的主要作用是：取样检测门控管IGBT的集电极高压峰值，防止该电压过高，超出IGBT管的极限参数，而造成烧毁IGBT管。
温度检测电路一般采用两个独立的单元电路来完成，一路监测锅具温度-炉面温度检测，主要防止电磁炉对锅具的干烧；另一路监测IGBT、整流全桥等的工作温度，防止IGBT、全桥等过热损坏。
浪涌保护电路的主要作用是，防止电磁炉在工作过程中，市电电网电压出现异常的电压浪涌现象时，及时关断IGBT管，防止爆管。
2.5.1 过压、欠压保护电路详解
（1）电源电压保护电路
电源电压过压、欠压保护电路简称VAC，V是指电压，AC是指交流电，VAC就是交流电压。
电源电压保护电路常有如下几种电路形式。
①电阻分压保护电路。以富士宝05款电磁炉为例，电阻分压保护电路如图2-30所示。
图2-30 市电处电阻分压保护电路
电阻R17、R26分别取样220V市电电压与电阻R29串联而分压，分压电压经电容C2滤波后直接送至MCU的5脚，与内部基准电压进行比较，以控制电磁炉正常工作。
另一种取样方式是在高压处，在整流桥堆的正极取样，送入比较器或MCU，电路图如图2-31所示。
图2-31 高压处电阻分压保护电路
在整流桥堆的+300V处取样，经R46、R34分压，输入到U1A的V-端，而U1A的V+端为参考电压（R19、R48固定分压），从比较器的②脚输出信号，送入控制电路或MCU。
②二极管整流、电阻分压保护电路。市电经二极管整流、电阻分压取样后直接送入MCU，电路图如图2-32所示。
图2-32 二极管整流、电阻分压保护电路
直接从市电取样，经D1、D2整流，R14、R15分压，然后送入单片机IC1的VOL端子MCU监测该电压的变化，自动做出各种动作指令。EC3为滤波电容，D12为钳位（保护）二极管，防止输入电压过高而烧毁CPU。
③三极管放大的保护电路。取样后经三极管放大送入MCU，电路图如图2-33所示。
图2-33 三极管放大的保护电路
220V交流市电经D3、D4全波整流，R3降压、C29滤波之后送到三极管Q7的基极。Q7为共集电路（射极跟随器），从发射极输出相应的变化电压，该变化的电压送入中央处理器（CPU）与内部基准电压进行比较，CPU根据比较结果发出相应指令，控制电磁炉的工作状态，并显示出相应的故障代码。
④低压取样+稳压二极管保护电路。以尚朋堂SR-1605A电磁炉为例，低压取样+稳压二极管保护电路如图2-34所示。
图2-34 低压取样+稳压二极管保护电路
220V经开关电源转换成+17V直流电压，当市电电压过高或过低或开关电源本身有问题时，使+17V等输出电压升高或降低很多时，当+17V等输出电压升高很多时，会使稳压管ZD8、ZD7相继导通，通过R13对MCU的⑧脚提供一定值的电压，被MCU分析后，判定为市电电压过高而停止加热并报警。
（2）高压保护电路
IGBT的VCE检测电路，简称VCE电路，又称为反压保护电路或高压保护电路。这里的VCE指IGBT的CE极之间的电压，因加热时这个电压可达到1000V以上，该检测电路主要用于检测IGBT的C极电压值及脉冲数量。多数电磁炉只用于IGBT过压保护，少数电磁炉还作为判断有无锅具的依据之一。
高压检测保护电路主要是保护IGBT的集电极电压不超过它的极限参量（耐压），电路如图2-35所示。
图2-35 高压检测保护电路
该电路的工作原理如下。
比较器IC2B（LM339）的V+（⑦脚）外接参考电压（R22、R21分压）；高压经R19、R20、R23和R24分压，接入V-（⑥脚）端，当⑥脚的电压超过⑦脚电压时，①脚就会输出低电平，使驱动电路输出功率调节信号（PWM）的幅度（电平）减小，从而降低IGBT的输出功率，使IGBT的集电极电压降低，从而达到保护IGBT的目的。可见，高压保护电路的保护性质是限制性保护，保护动作时整机不停止工作，使用者不易察觉。
2.5.2 浪涌保护电路详解
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。浪涌保护电路工作原理图如图2-36所示。
图2-36 浪涌保护电路工作原理图
浪涌保护电路的工作原理如下。
+300V高压经分压电阻R39、R2、R27降压后，送到比较器（IC1）的V-（④脚），V+（⑤脚）由稳压管Z14提供稳定的+18V参考电压，因此当④脚的电压大于⑤脚电压时，②脚输出低电平，钳位二极管D4导通，从而使IGBT停止工作。
IGBT管截止后，同步电路也会随即停止工作，PAN端口就没有脉冲输出，CPU迅速判断为有异常，IGBTEN端口翻转为低电平，使IGBT管关闭，电磁炉暂停加热，蜂鸣器启动间断性报警，CPU延时一下后自行复位，便再次由PAN端启动电磁炉。只有当电网上的浪涌消失后，保护电路复位，整机再次进入加热状态，解除保护。
2.5.3 电流检测电路详解
CUR是CURRENT的缩写，译为电流，电磁炉中标注有CUR的是电流检测电路，又称为电流反馈电路。
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，监测整机的工作电流，以此参数进行输出功率的闭环控制。电流检测电路按电流的取样方式可分为两种：电流互感器式、康铜丝式。
（1）电流互感器式检测电路
美的MC-SY1811型电磁炉的电流互感器取样式电路图如图2-37所示。
图2-37 电流互感器检测电路图
电流互感器CT1的初级串在交流市电的输入端，次级线圈感应的电压经过可调电阻VER、R2分压，二极管D20～D23整流，EC5滤波，R59及R21分压后送到CPU的
脚（BUZ-CUR），作为检测锅具和调整输出功率信号。其中D15为保护二极管，防止分压后的电压过高，烧坏MCU。D24～D25为钳位二极管，用于提高输出电压，提升量为1.4V左右。
MCU根据检测此电压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。
①检到有锅后，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做功率恒定处理。
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。
（2）康铜丝式电流检测电路
康铜丝式电流检测电路是指采用低阻值的康铜丝作为电阻，串联在IGBT的E极或整流桥的“-”极，对主回路的故障电流进行取样。
康铜丝的外形及符号如图2-38所示。电磁炉一般采用15mm的康铜丝，电路图中常常标注“ID”、“RK”、“CURIN”等字样，其阻值很小，一般为7mΩ（7毫欧姆）。
图2-38 康铜丝的外形及符号
如图2-39所示是九阳JYC-19BE5电磁炉的电流检测电路。
图2-39 九阳JYC-19BE5电磁炉的电流检测电路
康铜丝R100串联在IGBT的“E”极与整流桥的“-”极之间，可将微弱的电流信号转换为负压信号，该电压信号如实地反映了电磁炉市电220V输入电路的电流变化情况，通过R100～R106、C100～C103、LM339的⑥脚和⑦脚内电压比较器组成反向输入运算，将⑥脚信号放大后，再经R106、D100整流、C101滤波，送至微调电阻VR1与R107分压，分压值送至MCU的电流检测端，MCU通过检测此端电压来判断电磁炉的工作电流情况，在检锅时作为判断有无锅具的依据之一，加热时据此自动调节功率，以防止电磁炉过流保护。其中，R104、C102为反馈元件。
2.5.4 IGBT管温、炉温检测电路详解
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，防止它们出现过热而烧毁。管温检测电路原理图如图2-40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。电路的工作原理和锅具检测电路相似，只不过是检测信号输入至单片机的⑤脚。
图2-40 炉温、管温检测电路原理图
炉温（锅具温度）检测电路的主要作用，是对锅具的实际温度检测以及防止电磁炉对锅具的干烧。炉温检测电路的原理图如图2-40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，从而做出相应的动做来控制电磁炉的温度。
2.5.5 蜂鸣器、风扇驱动电路
（1）蜂鸣器驱动电路
蜂鸣器驱动电路有两种形式：一种为单片机直接驱动式；另一种为带一级放大电路的驱动式。
单片机蜂鸣器直接驱动式电路原理图如图2-41（a）所示，单片机IC2
脚输出的报警信号，经R1后直接加至蜂鸣器上；尚朋堂SR-2886R机型采用带一级放大电路的驱动式，电路原理图如图2-41（b）所示，单片机U1的
脚输出的报警信号，经Q21一级放大后加至蜂鸣器，实现报警。
图2-41 蜂鸣器驱动电路原理图
（2）风扇驱动电路
电磁炉中的IGBT管、高压整流桥由于功率较大，发热量同时也较大，若不采取强制性散热，极易达到或超过它们的极限参数，工作时间不长就会烧毁这些元件或电路，因此，每台电磁炉都必须设置风扇驱动电路。
风扇驱动电路原理图如图2-42所示。图2-42（a）为奔腾PC20N机型带一级放大电路驱动式，单片机IC2的
脚输出高电平时，放大管Q1基极为高电平，Q1导通，风机电机得电而工作，即：+18V→CN2的1脚→风扇电机→Q1集电极→Q1发射极→地。由于电机M为感性元件，关机后有自感电动势存在，二极管D7为关机后的电机提供一个放电通路。
图2-42 风扇驱动电路原理图
图2-42（b）为奔腾PC18E机型带二级放大电路驱动式，单片机IC201的②脚输出低电平时，放大管Q205、Q204导通，风机电机得电而工作。其中C234、D262为关机后的电机提供一个放电通路。当②脚输出高电平时，散热风扇就会停转。