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1.5 家电产品的电路结构

1.5.1 微波炉的电路结构

1. 定时器控制式微波炉

图 1-86 所示为定时器控制方式微波炉的工作原理图。高压变压器、高压整流二极管、高压电容器和磁控管是微波炉的主要部件。

由图可见,这种电路的主要特点是定时器控制高压变压器的供电。定时器定时旋钮旋到一定时间后,交流 220 V电压便通过定时器为高压变压器供电。当到达预定时间后,定时器回零,便切断交流 220 V供电,微波炉停机。

微波炉的磁控管是微波炉中的核心部件。它是产生大功率微波信号的器件,它在高电压的驱动下能产生 2450 MHz的超高频信号,由于它的波长比较短,因此这个信号被称为微波信号。利用这种微波信号可以对食物进行加热,所以磁控管是微波炉里的核心部件。

给磁控管供电的重要器件是高压变压器。高压变压器的初级接 220 V交流电,高压变压器的次级有两个绕组,一个是低压绕组,一个是高压绕组,低压绕组给磁控管的阴极供电,磁控管的阴极相当于电视机显像管的阴极,给磁控管的阴极供电就能使磁控管有一个基本的工作条件。高压绕组线圈的匝数约为初级线圈的 10 倍,所以高压绕组的输出电压也大约是输入电压的 10 倍。如果输入电压为 220 V,高压绕组输出的电压约为 2 000 V,经过高压二极管的整流,就将 2 000 V的电压变成 4 000 V的高压。当220 V是正半周时,高压二极管导通接地,高压绕组产生的电压就对高压电容器进行充电,使其达到 2 000 V左右的电压。当 220 V是负半周时,高压二极管是反向截止的,此时高压电容器上面已经有 2 000 V的电压,高压线圈上又产生了 2 000 V左右的电压,加上电容器上的 2000 V电压大约就是 4 000 V的电压加到磁控管上。磁控管在高压下产生了强功率的电磁波,这种强功率的电磁波就是微波信号。微波信号通过磁控管的发射端发射到微波炉的炉腔里,在炉腔里面的食物由于受到微波信号的作用就可以实现加热。

图 1-86 定时器控制方式微波炉的工作原理图

2. 微电脑控制式微波炉的工作过程

图 1-87 所示为电脑控制式微波炉的电路结构图。电脑控制方式微波炉的高压线圈部分和定时器控制方式的微波炉基本相同,所不同的是控制电路部分。

微电脑控制式微波炉的主要器件和定时器控制式微波炉是一样的,即产生微波信号的都是磁控管。其供电电路由高压变压器、高压电容器和高压二极管构成。高压电容器和高压变压器的线圈产生 2450 MHz的谐振。

从图中可以看出,该微波炉的频率可以调整。即微波炉上有两个挡,当微波炉拨至高频率挡时,继电器的开关就会断开,电容器C2 就不起作用。当微波炉拨至低频率挡时,继电器的开关便会接通。继电器的开关一接通,就相当于给高压电容器又增加了一个并联电容器C2,谐振电容量增加,频率便有所降低。

图 1-87 采用微电脑控制式微波炉的电路结构图

该微波炉不仅具有微波功能,而且还具有烧烤功能。微波炉的烧烤功能主要是通过石英管实现的。在烧烤状态时,石英管产生的热辐射可以对食物进行烧烤加热,这种加热方式与微波不同。它完全是依靠石英管的热辐射效应对食物进行加热。在使用烧烤功能时,微波/烧烤切换开关切换至烧烤状态,将微波功能断开。微波炉即可通过石英管加食物进行烧烤。为了控制烧烤的程度。微波炉中安装有两根石英管。当采用小火力烧烤加热时,石英管切换开关闭合,将下加热管(石英管)短路,即只有上加热管(石英管)工作。当选择大火力烧烤时,石英管切换开关断开,上加热管(石英管)和下加热管(石英管)一起对食物加热。

在微电脑控制式微波炉中,微波炉的控制都是通过微处理器控制的。微处理器具有自动控制功能。它可以接收人工指令,也可以接收遥控信号。微波炉里的开关、电动机等都是由微处理器发出控制指令进行控制的。

在工作时,微处理器向继电器发送控制指令即可控制继电器的工作。继电器的控制电路有 5 根线,其中一根控制断续继电器,它是用来控制微波火力的。即如果使用强火力,继电器就一直接通,磁控管便一直发射微波对食物进行加热。如果使用弱火力,继电器便会在微处理器的控制下间断工作,例如可以使磁控管发射 30 秒微波后停止 20 秒,然后再发射 30 秒,这样往复间歇工作,就可以达到火力控制的效果。

第二条线是控制微波/烧烤切换开关,当微波炉使用微波功能时,微处理器发送控制指令将微波/烧烤切换开关接至微波状态,磁控管工作对食物进行微波加热。当微波炉使用烧烤功能时,微处理器便控制切换开关将石英管加热电路接通,从而使微波电路断开,即可实现对食物的烧烤加热。

第三条线是控制频率切换继电器从而实现对微波炉功率的调整控制。第四根和第五根线分别控制风扇/转盘继电器和门联动继电器。通过继电器对开关进行控制可以实现小功率、小电流、小信号对大功率、大电流、大信号的控制。同时,便于将工作电压高的器件与工作电压低的器件分开放置,对电路的安全也是一个保证。

在微波炉中,微处理器专门制作在控制电路板上,除微处理器外,相关的外围电路或辅助电路也都安装在控制电路板上。其中,时钟振荡电路是给微处理器提供时钟振荡的部分。微处理器必须由一个同步时钟,微处理器内部的数字电路才能够正常工作。同步信号产生器为微处理器提供同步信号。微处理器的工作一般都是在集成电路内部进行,用户是看不见摸不着的,所以微处理器为了和用户实现人工对话,通常会设置有显示驱动电路。显示驱动电路将微波炉各部分的工作状态通过显示面板上的数码管、发光二极管、液晶显示屏等器件显示出来。这些电路在一起构成微波炉的控制电路部分。他们的工作一般都需要低压信号,因此需要设置一个低压供电电路,将交流 220 V电压变成 5 V、12 V直流低压,为微处理器和相关电路供电。

3. 典型微波炉的基本结构

典型微波炉的整机电路结构图如图 1-88 所示。通过控制给磁控管的断续供电的时间比率,就可进行火力控制。将门联锁开关和过热保护器设置在交流 220 V的供电电路中,只要切断供电微波炉就会停机,从而可进行保护。

由图可知,当控制电路为继电器驱动电路提供驱动信号,微波控制继电器RY2 接通。微波继电器接通后,高压变压器的初级绕组端便有交流 220 V的工作电压输入,高压变压器次级有两个绕组,其中高压绕组输出的交流高压经熔断器(FUSE)后加到由高压电容器、二极管和磁控管组成的谐振电路上,为磁控管提供能源。灯丝绕组为磁控管提供灯丝电压。

烧烤控制继电器的触点接通,交流 220 V电压加到烧烤石英管上,石英管开始辐射热量。

微波炉的炉门一旦被打开,门联锁开关S 1 、S 2 便会在炉门的作用下,将微波炉的电路断开,而监控开关S 3 则将高压变压器的输入端短路,以防止门联锁开关失灵时,磁控管误启动。

图 1-88 典型微波炉的整机电路结构图

启动电石气、并设定微波火力后,微波炉的供电受门联锁开关的控制。当炉门关闭时,S 1 、S 2 接通,监控开关S 3 断开,交流 220 V为高压变压器的输入端供电。磁控管开始工作,对微波炉炉腔内的食物进行加热。

微波炉的电源供电电路,是将交流 220 V市电为微波炉各部分供电的电路。一部分是给微波组件供电,另一部分是给石英管供电,其次是给托盘电动机和风扇电动机供电。

1.5.2 电磁灶的电路结构

1. 电磁灶的功能特点

电磁灶是利用电磁圈辐射的电磁能加热灶具从而进行炊饭。电磁线圈和驱动门控管是它的能量转换电路。进行工作状态和能量控制的电路是电磁灶控制电路。它也是一种智能化程度很高的家电产品。

2. 电磁灶的基本结构

图 1-89 所示是电磁灶的电路结构方框图。由图可见,它主要是由交流输入电路、功率输入电路、检测与控制电路和直接供电电路等部分构成的。

微处理器(MCU)控制电路,将接收到的操作显示电路送来的人工指令,经内部逻辑处理后,分别送给同步振荡电路和PWM调制电路,为IGBT驱动电路提供PWM信号,由IGBT驱动电路,为功率输出电路中的IGBT管提供驱动信号,使功率输出电路产生交变磁场,对铁质软磁性炊具进行磁化,在炊具的底部形成涡流,将电能转化为热能,从而实现电磁灶的加热功能。

图 1-89 典型电磁灶的整机电路结构方框图

3. 典型电磁灶的基本结构

图 1-90 所示是美的MC—EY182 型电磁灶的整机电路结构图。

由图可知,该电路主要分为电源供电电路、功率输出电路、检测与控制电路。操作显示电路通过插件CON8 与检测控制电路相连接。

交流 220 V输入电压接入电磁灶的电源供电电路后,分成两路:一路经熔断器FUSE1、过压保护器NR1、电容器C3、电阻器R6、桥式整流堆、扼流圈L1、滤波电容器C6 后输出+300 V直流电压(即交流输入及整流滤波电路);另一路经插件CN5 后,再经降压变压器T2 降压,输出四路:分别为交流20 V、交流 18.5 V和交流 10.5 V,再经整流滤波电路后输出直流+18 V、直流+5 V等电压(即直流电源供电电路)。

功率输出电路主要由灶盘线圈、高频振荡电容C11、IGBT管等部分构成,有些电路还可能安装有阻尼二极管。+300 V直流电压为灶盘线圈供电,IGBT管的基极接收IGBT管驱动电路输出的驱动信号,经其处理后由集电极输出送到高频振荡电容器和灶盘线圈,使其正常工作。

检测与控制电路是电磁灶中的主控电路板,其内部包含很多单元电路,如电压检测电路(过压检测电路)、温度检测电路、电流检测电路(过流检测电路)、IGBT管过压保护电路、IGBT管驱动电路、同步振荡电路、微处理器(MCU)控制电路等电路,这些电路相互协调,实现电磁灶的检测与控制功能。

操作显示电路通过插件CON8 和检测控制电路相连,实现对电磁灶的启动、停止等控制功能。

1.5.3 洗衣机的控制电路结构

1. 洗衣机控制电路的功能特点

洗衣机是一种机电一体化的家电设备,也是人们生活中不可缺少的洗衣器具。洗衣机的控制电路是按照程序控制洗衣机的供水阀、洗涤电动机、排水阀等器件,自动完成洗涤工作的电路。

图 1-90 美的MC—EY182 型电磁灶的整机电路结构图

2. 洗衣机控制电路的基本结构

图 1-91 所示是洗衣机的控制电路结构方框图,由图可见,它的控制核心是微处理器。工作时,用户通过操作和显示板为洗衣机输入操作指令。微处理器首先通过传感器和检测电路接收水位传感器,温度检测器和盖开关的信息。然后根据内部程序输出控制信号,送到继电器/LED驱动电路。通过继电器去控制供水电磁阀、软水剂电磁阀及洗涤电动机的双向晶闸管,从而实现自动洗涤。在工作中发光二极管现实工作状态,蜂鸣器发出提示音配合洗衣机的工作。

图 1-91 洗衣机的控制电路结构方框图

交流 220 V电源除为电动机和电磁阀供电外,还经过降压变压器和整流滤波和稳压电路形成直流电压为微处理器和控制电路供电。

1.5.4 变频洗衣机的控制电路结构

1. 变频洗衣机的电路结构特点

变频洗衣机的洗涤电动机采用变频电动机,具有效率高、节约能源的特点,因而在控制电路中设有变频控制电路,在电源供电电路中采用功率周数校正电路,其他部分与普通洗衣机基本相同。

2. 变频洗衣机的控制电路基本结构

图 1-92 所示是变频洗衣机的控制电路结构方框图。从图可见,数字信号控制器(IEC60730)是整个洗衣机的控制核心,它除具有普通洗衣机控制电路的功能之外,还为洗涤电动机驱动电路提供PWM信号。洗涤电动机的驱动电路是由栅极驱动电路和三相逆变器等组成的。控制器输出的信号经栅极驱动电路去驱动逆变器中的 6 个门控管,逆变器输出三相驱动信号加给洗涤电动机,交流 220 V电源经桥式整流和功率周数校正电路,形成 300~450 V的直流电压为逆变器供电。直流电源将 300 V的直流电压稳压成低压直流电压为微处理器和控制电路供电。

图 1-92 变频洗衣机的控制电路结构方框图

1.5.5 电冰箱的控制电路结构

1. 电冰箱的控制电路功能特点

电冰箱制冷主要靠压缩机运转,使制冷剂在管路中循环进行热交换,将冷冻室和冷藏室的热量散到箱外,从而对箱内降温。为实现自动控温,需要对各部位的温度进行检测,设有多个温度传感器。微处理器通过对温度的检测和内部程序进行自动控制。人工指令键设在操作显示电路上。

2. 电冰箱的控制电路基本结构

如图 1-93 所示是典型电冰箱的控制电路结构方框图,由图可见,它主要是由控制电路板(微处理器及外围电路)、操作显示电路板(操作显示微处理器)、被控制器件(风扇、压缩机、照明灯、电磁阀等)和传感器等部分构成的。

图 1-93 典型电冰箱的控制电路结构方框图

操作显示微处理器收到人工指令后会通过通信接口电路传送给主控微处理器。主控微处理器根据传感信号和程序对压缩机等器件进行控制。

1.5.6 变频电冰箱的控制电路结构

1. 变频电冰箱的控制电路功能特点

变频电冰箱是采用变频压缩机的电冰箱。因而需要一套变频电动机驱动控制电路。由于变频技术的应用可以提高电冰箱的工作效率,因而有了广泛应用。

2. 变频电冰箱控制电路的基本结构

如图 1-94 所示是变频电冰箱的电路结构方框图。由图可见,它的控制核心是一个数字信号控制器(IEC60730),实际上是一个具有变频电动机控制功能的微处理器。操作显示电路和触摸屏为微处理器出入人工指令,设在不同部位的温度检测传感器为微处理器提供冷藏室、冷冻室和箱外环境的温度信息。微处理器根据内部程序和温度状态输出控制压缩机电动机的信号,该信号为PWM信号。微处理器的输出的信号经控制电路去驱动三相逆变器。由逆变器为变频电动机(压缩机电动机)提供驱动电流。

图 1-94 变频电冰箱的电路结构方框图

交流 220 V电源经滤波器和桥式整流电路输出+300 V直流电压为逆变器提供直流电源。电流检测电路实时检测逆变器的工作电流(变频电动机的电流)并将过流信息送给数字控制器,一旦出现过载的情况立即实施断电保护。

1.5.7 变频空调器的控制电路结构

1. 变频空调器控制电路的功能特点

空调器时消耗能源较大的家用电器。采用变频技术的空调器最大的特点是效率高、节能好,而且智能化程度高。

2. 变频空调器控制电路的基本结构

图 1-95 所示是变频空调器控制电路的结构方框图,由图可见,它是由室内机控制电路和室外机控制电路两部分构成的,每个部分都有一个控制微处理器(MCU),两个微处理器通过信息互通来实现协调一致。

变频压缩机是空调器制冷剂循环的动力源,也是室外机控制的主要对象。室外机微处理器根据室内机微处理器的指令对变频压缩机进行控制。变频驱动电路主要是由栅极驱动电路和三相逆变器构成的,微处理器输出的变频控制信号(PWM),经栅极驱动电路和逆变器去驱动三相变频电动机。通过改变驱动电源的频率实现压缩机的变速控制。

此外空调器还可以通过电源线通信电路实现远程通信和控制。

图 1-95 变频空调器控制电路的结构方框图

1.5.8 太阳能逆变器的电路结构

1. 太阳能逆变器的电路功能特点

太阳能是清洁度绿色能源,是未来的发展方向,太阳能逆变器是将太阳能电池产生的直流电流转换成交流 50 Hz或 60 Hz电源,除直接为各种电气设备供电外,还可以发送到交流电网上。

2. 太阳能逆变器的基本结构

图 1-96 所示是太阳能逆变器的电路结构方框图。由图可见,它主要是由太阳能电池板、充电电路、蓄电池、DC/DC电源电路、DC/AC电源电路和控制电路等部分构成的。

图 1-96 太阳能的逆变器电路结构方框图

太阳能板工作时产生的直流电流先经充电电路为蓄电池充电,使蓄电池的电压达到稳定值。该电压送到DC/DC电路进行升压变换,将直流电压提升。提升后的直流电压再送到DC/AC转换电路,将直流电压变成交流 220 V电压(50 Hz或 60 Hz),充给电网,还可进行交流升压或远距离传输。

微控制器是一种数字信号控制器,具有强大的软件控制功能,从而实施精确的控制。它输出两种PWM信号去控制DC/DC转换电路和DC/AC转换电路中的开关场效应晶体管,并通过电流检测使之稳定可靠的工作。

微控制器具有多种通信接口可实现远距离控制。 4hhXiTttJ7K/EwHoKh9erZtSfD846Rt2zkcW3dorHR8t+Tx+a0ca7ELW0oamAuiF

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