關(guān)于印度鍋具(J4)對(duì)家用電磁灶的影響分析

作者：     麥杰英

摘要:

近年來(lái)，感應(yīng)加熱技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在家庭里，用到感應(yīng)加熱技術(shù)的產(chǎn)品有家用電磁爐、IH電飯煲、電磁茶爐、即熱式熱水器等。在工業(yè)領(lǐng)域，感應(yīng)加熱技術(shù)廣泛應(yīng)用于熔煉鋼鐵，金屬工件表面淬火、退火等。不同的金屬負(fù)載擁有不同的特性，金屬材質(zhì)的差異對(duì)于感應(yīng)加熱設(shè)備是否能安全可靠的使用占了很大的因素。本文以家用電磁爐為例，分析不同的負(fù)載材質(zhì)對(duì)電磁灶所產(chǎn)生的不同影響。

 

關(guān)鍵詞：感應(yīng)加熱技術(shù)   金屬負(fù)載特性   電磁灶

 

前言：

近一兩年來(lái)，多個(gè)從事家用電磁爐生產(chǎn)/銷售的客戶提供反饋信息，銷往印度地區(qū)的家用電磁爐，使用幾個(gè)月后出現(xiàn)整機(jī)質(zhì)量異常的比例大大高于其他銷售地區(qū)。質(zhì)量異常的整機(jī)出現(xiàn)的問(wèn)題主要集中在高溫保護(hù)、(保險(xiǎn)管/整流橋/IGBT/濾波電容/諧振電容)燒毀等方面.綜合多個(gè)客戶提供的分析結(jié)果來(lái)看,主要問(wèn)題出在配套使用的鍋具上.印度地區(qū)主要使用J4鍋具,而其他地區(qū)主要使用430/304鍋具.

本司5μF濾波電容器和0.3μF諧振電容器，供給多家客戶使用，也收集到在印度地區(qū)銷售的整機(jī)上失效比例大大高于總體失效比例。鑒于此，本司也自行分析了電容的失效原因，配合客戶做一系列的改善措施。經(jīng)過(guò)對(duì)多家客戶的多次配合整改，基本可以落實(shí)關(guān)于薄膜電容器在印度地區(qū)使用方面需要注意的問(wèn)題，具體情況如下：

 

一：薄膜電容器發(fā)熱原因分析

理想的薄膜電容器，是一個(gè)純?nèi)菪缘碾娮釉灰o電容器充電后，電能可以一直儲(chǔ)存在電容器中，永久保存。但實(shí)際上，由于結(jié)構(gòu)、材質(zhì)及生產(chǎn)工藝等因數(shù)的影響，薄膜電容器會(huì)存在一定的雜散電感（ESL）、等效串聯(lián)電阻（ESR）、并聯(lián)電阻等,這些都會(huì)讓薄膜電容器自身內(nèi)部產(chǎn)生熱損耗。薄膜電容器的熱損耗計(jì)算公式是    P(發(fā)熱)=2*Pi*F*C*U*U*tgθ由此公式可以知道，薄膜電容器的發(fā)熱跟通過(guò)電容器的頻率F，電容器兩端的工作電壓U，電容器自身的電容量C，電容器的損耗角正切值成正比。這幾個(gè)參數(shù)越大，電容器自身發(fā)熱越厲害。

對(duì)于濾波電容器來(lái)說(shuō)，影響其發(fā)熱的最主要因數(shù)是紋波電壓和紋波電流。紋波電壓一般只有30-50Vpp，而高次紋波從100HZ以上到1MHZ范圍內(nèi)都存在，波形復(fù)雜，頻率豐富，目前來(lái)說(shuō)還沒(méi)有可靠的計(jì)算公式及測(cè)量方法來(lái)檢測(cè)紋波電流。

二：印度J4鍋具在家用電磁灶中使用時(shí)對(duì)整機(jī)的電性能參數(shù)影響：

某公司某款銷往印度地區(qū)的2000W機(jī)型，同一個(gè)電磁爐，換上不同的鍋具430、304、J4 ，測(cè)量到的0.33μF諧振電容器實(shí)際工作的電壓波形數(shù)據(jù)如下：

從以上數(shù)據(jù)可看到，同一臺(tái)機(jī)子，使用J4鍋具時(shí)，諧振電容器的Qn（無(wú)功功率）最大，比其他兩款鍋具增加了接近30%。Qn是諧振電容器工作時(shí)需要承載的無(wú)功功率。

 

三：印度J4鍋具對(duì)家用電磁爐的影響

由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)使用印度J4鍋具時(shí)，家用電磁爐的實(shí)際工作諧振頻率會(huì)升高，諧振頻率升高后，會(huì)對(duì)機(jī)子內(nèi)部相關(guān)電子元件產(chǎn)生一定的影響，例如PCB銅箔、整流橋、扼流圈、濾波電容器、諧振電容器、IGBT、線圈盤等的溫升增加，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)炸機(jī)的情況發(fā)生。

對(duì)于諧振電容器來(lái)說(shuō)，諧振頻率增加，那么電容器需要承受的無(wú)功功率會(huì)增加，造成諧振電容器自身發(fā)熱增加，體現(xiàn)在諧振電容器溫升升高。對(duì)于濾波電容器來(lái)說(shuō)，諧振頻率增加，那么IGBT由于高速開關(guān)而產(chǎn)生的紋波電壓會(huì)增加，高次紋波的次數(shù)增加，流過(guò)濾波電容器的紋波電流增加，最終體現(xiàn)在濾波電容器溫升升高。

 

四：對(duì)于銷往印度地區(qū)的家用電磁爐建議

A 對(duì)整流橋、濾波電容、諧振電容、線圈盤、IGBT、散熱器、風(fēng)扇、PCB銅箔等關(guān)鍵元件及材質(zhì)進(jìn)行電性能余量的提升。例如提高電流值，改善散熱條件等。

B 整機(jī)的芯片控制方案調(diào)整，通過(guò)限制功率來(lái)壓制關(guān)鍵元件溫升的異常。例如當(dāng)檢測(cè)到鍋具是J4等材質(zhì)時(shí)，軟件上設(shè)置功率及溫升保護(hù)。

五：濾波電容器、諧振電容器改善方向

銷往印度地區(qū)的家用電磁灶，配合J4鍋具使用，如果在軟件控制方面不作改變，那么只能降低濾波電容器和諧振電容器自身發(fā)熱量，以此降低電容器的溫升。

對(duì)于濾波電容器，有以下幾種可改善的方向：

A 增加濾波電容器的容量。（由5μF增加到6μF、 7μF、 8μF等）

B 由于第四代小體積電容器的體積比較小，在惡劣的電參數(shù)及環(huán)境下使用，電容器的噴金端面承載能力顯得略為不足，因此建議改為第三代大體積電容器。

C 最理想的效果就是采用第三代大體積結(jié)構(gòu)，保持濾波電容器的容量不變，縮短電容器的腳距(由P=30.5MM改為P=26.5MM)這樣可以縮短薄膜的寬度，增加卷繞的圈數(shù)，增加噴金端面的面積，以此來(lái)降低濾波電容器的自身發(fā)熱量。

對(duì)于諧振電容器，有以下幾種可改善的方向：

A由于第四代小體積電容器的體積比較小，在惡劣的電參數(shù)及環(huán)境下使用，電容器的噴金端面承載能力顯得略為不足，因此建議改為第三代大體積電容器。

B最理想的效果就是采用第三代大體積結(jié)構(gòu)，保持濾波電容器的容量不變，縮短電容器的腳距(由P=30.5MM改為P=26.5MM)這樣可以縮短薄膜的寬度，增加卷繞的圈數(shù)，增加噴金端面的面積，以此來(lái)降低諧振電容器的自身發(fā)熱量。 

C 可考慮適當(dāng)增加諧振電容器的電容量及適當(dāng)?shù)恼{(diào)整一下線盤參數(shù)，降低LC諧振頻率，讓相關(guān)的電子元件溫升都整體下降，最終保證可靠的使用。

通過(guò)和多家客戶一起進(jìn)行薄膜電容器方案的改善和測(cè)試評(píng)估，以上方案都可以解決濾波電容器和諧振電容器在印度地區(qū)的家用電磁爐整機(jī)中使用時(shí)出現(xiàn)溫升過(guò)高而燒毀的問(wèn)題。由于每個(gè)公司的家用電磁爐方案及結(jié)構(gòu)配合等都有所差異，所以最終需要實(shí)際裝機(jī)測(cè)評(píng)才能最終落實(shí)。