美的電磁爐C21-ST2106主要功能電路剖析

隋傳國

（廣東培正學院 廣州 510830）

引言

自用的一臺電磁爐型號C21-ST2106，出現不加熱、不檢鍋、不報警的嚴重故障，查遍了互聯網和圖書館，都沒有找到它的電路圖，使得維修無從入手。為挽救眾多的用戶產品，幫助廠家開拓市場，我根據這臺實際使用的C21-ST2106 抄板，經過一個月的艱辛勞動，終于畫出了部分主要電路圖。希望能為專業技術人員和自用的維修人員提供行動指南。

1 美的電磁爐C21-ST2106 主控板的組成

美的電磁爐C21-ST2106 主要功能電路圖（根據PCB 板抄寫而成）見圖1，本電路以專用集成電路LC87F2L08A 為核心，包括全部控制電路：門控管VC 電壓檢測、浪涌電壓檢測電路、鍋底溫度檢測電路、門控管溫度檢測電路、過壓過流檢測電路、PWM 脈沖電路以及其它智能控制功能等。

圖1 美的電磁爐C21-ST2106 主板電路原理圖

1.1 電磁爐基本工作原理

220 V 交流電源經全波整流后變成直流310 V，再經過扼流圈L1 和平滑電容C4 加到加熱線圈（爐盤），加熱線圈的另一端接門控管IGBT，門控管導通與否由它的柵極電壓控制。導通時爐盤就有電流通過，加熱鍋具，不導通時爐盤線圈無電流，不加熱。

諧振電容C5 和爐盤線圈產生諧振，諧振頻率由電感值和電容值決定，當CPU 送出的PWM 頻率與諧振電路頻率相同時，形成高頻振蕩。諧振磁力線輻射到導磁鍋底產生渦流，加熱鍋具[1]。

1.2 核心元件LC87F2L08A 微控制器

LC87F2L08A 是一款8 位微控制器，片上以CPU 為中心，它的最小總線周期為83.3 ns，板載可編程Flash ROM 容量是8 KB，256 B RAM，還含有一個硬件在線調試器，兩個16 位定時器/計數器（都可以細分為8 位定時器），一個異步/同步串行輸入輸出SIO 接口，一個12/8位9通道AD轉換器，4個模擬比較器，2個AMP電路，一個IGBT 控制電路（PPG），一個看門狗定時器，一個內部復位系統時鐘分頻器和19 個中斷源（10 個向量地址）。Flash 閃存ROM 容量為8192 X8 位 能夠進行板載編程，電源電壓范圍為4.5 至5.5 V。以128 字節為單位可擦除，以2 字節為單位寫入，ROM 的大小是256 X 9位。無鉛型封裝30 引腳（400 mil）。最短總線周期時間：83.3 ns（12 MHz），最短指令周期為250 ns（12 MHz）[3]。

1.3 LC87F2L08A 微控制器的功能

1.3.1 LC87F2L08A 微控制器的外引腳介紹

LC87F2L08A 微控制器引腳如圖2所示，I/O 口的標號P0（8 位）、P1（兩位）、P2（兩位）、P3（1 位）和P7（四位），共17 位輸入輸出口。第9、10、11 和16 腳是比較器輸入端；第12、13、14 和15 腳的第二功能是模擬量輸入端[3]。其余第二功能、第三功能或第四功能詳見圖2，這里不一一敘述。

圖2 LC87F2L08A 微控制器引腳圖

LC87F2L08A 微控制器各引腳功能見表1。

表1 LC87F2L08A 引腳功能

1.3.2 LC87F2L08A 微控制器內部構成

LC87F2L08A 微控制器的內部組成詳見圖3，由中斷控制、待機控制、時鐘產生、看門狗、復位電路、定時器、異步串行通訊、串行輸入輸出、中斷源和其它單片機基本電路組成[3]。

圖3 LC87F2L08A 微控制器內部結構

2 電路功能介紹

2.1 檢鍋和加熱信號輸出

開機復位后LC87F2L08A 微控制器第2 腳產生檢鍋信號（方波），如果整機工作正常，會在10 腳收到正常的脈沖信號；如果檢不到鍋，則報警。這里的DW1 是IGBT 柵極保護二極管，以防止過沖電壓燒毀IGBT 管。

LC87F2L08A 微控制器第2 腳的第二功能是輸出加熱信號，通過改變占空比調節IGBT 輸出功率的大小，控制加熱量。

2.2 同步控制

LC87F2L08A 微控制器第9 腳用于同步控制，其功能是使振蕩電路產生的脈沖信號頻率與PWM 信號的頻率相同，即IGBT 的C 極和G 極同頻。在控制過程中只改變脈沖信號的寬度而不改變頻率，有利于電路的穩定[2]。不知道為什么設計者在9 腳上串聯接了兩個電阻——R19和R3。

2.3 檢鍋反饋

LC87F2L08A 微控制器第10 腳接收檢鍋信號（直流電壓值），其值的大小反應電源輸入電流的大小，這個電壓越高加熱的功率就越大。

2.4 高壓保護取樣

LC87F2L08A微控制器第11腳是比較器輸入信號端，12 腳是模擬量輸入端，兩個引腳并在一起，共同實現高壓保護的功能。

電源電壓正常時，LC87F2L08A 微控制器第2 腳可以輸出振蕩脈沖信號，當電源突然有浪涌電壓輸入時，此電壓（IGBT 的集電極電壓）經電阻R4、R49、R16 和R66 分壓取樣，在11 腳上，集成電路內部的比較器狀態翻轉，CPU 做出停止加熱的反應。待浪涌電壓過后，CPU 再重新發出加熱的指令[2]。

2.5 電網電壓檢測

LC87F2L08A 微控制器第13 腳是模擬信號1 輸入端，用于監測直流電壓200 V 供電電壓。交流電源經D1和D2兩只整流二極管變換后得到電壓200 V，經四個電阻R29、R26、R10、R12分壓后送入13 腳，用以監測電網電壓。

表2 通電電路板的測量

2.6 IGBT 溫度檢測

IGBT 上方安裝的熱敏電阻常溫下阻值是9 kΩ，5 V電源電壓經R17 分壓送入LC87F2L08A 微控制器第14 腳。

該IGBT 產生的溫度透過散熱片傳至緊貼其上的負溫度系數熱敏電阻，該電阻阻值的變化間接反映了IGBT的溫度變化。溫度高時，阻值小，14 腳上的電壓就低。溫度下降時，14 腳上的電壓就會升高[4]。

CPU 通過監測該電壓的變化，發出相應的動作指令：

1）IGBT 結溫>85 ℃時，調整PWM 的輸出，使IGBT 結溫下降。

2）當IGBT 結溫由于某種原因（如散熱片故障）而高于95 ℃時，立即停止加熱并報警。

3）當熱敏電阻（IGBT sensor）開路或短路時，發出不啟動指令并報警。

4）關機時如IGBT 溫度>50 ℃，CPU 發出風扇繼續運轉指令，直至溫度降至50 ℃，還要繼續運轉4 分鐘后再行判斷，直至溫度不再超過50 ℃。

2.7 鍋溫檢測

第15 腳是集成電路模擬量輸入端，起到檢測鍋底溫度的作用。鍋底溫度透過微晶玻璃板傳至緊貼玻璃板底的負溫度系數的熱敏電阻，該電阻阻值的變化間接反映了加熱鍋具的溫度變化，熱敏電阻與R60 分壓的電壓變化反映了熱敏電阻阻值的變化，即加熱鍋具的溫度變化，常溫下熱敏電阻阻值是80 kΩ。

2.8 浪涌保護功能

由于爐盤線圈L1與電容C4能構成并聯諧振電路，有可能產生過沖電壓，為了保護集成電路和其它弱電元件，就要在出現浪涌電壓時報警。

LC87F2L08A 第16 腳用于監測交流供電電源220 V的涌動情況，220 V 電源經D1 和D2 整流后變成200 V直流電，這個電壓經R29、R1 和R11 分壓送入16 腳，當電源突然有浪涌電壓輸入時，微控制器根據取樣值暫停加熱，待浪涌電壓過后，取樣值恢復正常，控制器再重新發出加熱指令。

3 關鍵點數據測量

正常情況下通電電路板測量的數據如圖2所示，使用萬用表直流電壓檔，當故障機某點電壓值偏離過多時，可以比照功能電路分析故障原因，縮小排查范圍。

4 檢修實例

修理一臺美的C21-ST2106 電磁爐通電無反應，反復檢查，通過觀察其中IGBT 的發射極連接的一根粗跳線[5]，發現開焊，可能是因為該爐子使用年頭太久。重新焊過后就正常了。