电磁炉触摸控制原理与检修技术

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虽然机械按键（轻触键）控制技术很成熟，且电路结构简单、成本低廉，已在很多电子产品中广泛应用，但由于机械按键本身具有易磨损，并受温度、湿度影响较大，所以故障率一直较高。另外，采 用机械式按键控制电路的电磁炉，需要在面板按键的相应位置开孔，然后粘贴一张薄膜进行覆盖，如图1所示。



　　图1
　　机械式按键使用时间一长，薄膜会破裂、变形或者脱胶，薄膜就容易与面板粘贴处开裂，如图2所示。电磁炉在使用过程中，面板难免会沾上一些水分、油渍，这些水分、油渍就会从开裂处渗人到内部 ，轻则引发多种故障，严重时将烧毁元器件。




　　图2

　　新一代电容触摸感应式控制技术完全能够弥补机械式按键的缺点，具有耐磨损、防水保护及不受温度、湿度影响，且造价低廉等优点，成为新一代电器产品控制电路的新宠。电容触摸感应式控制技术 已广泛地应用于手机、影碟机、电磁炉、抽油烟机、洗衣机，微波炉、电子秤、MP3、MP4、数码相框、多媒体音箱、液晶电视、液晶显示器等产品中。由于该类控制没有传统的机械按键，不需要在面板 上开孔，面板可以采用一块整体的玻璃、陶瓷或塑料等材质，既方便清洁，还美观大方。另外，将触摸技术应用在电磁炉产品中，同时也消除了从面板上渗水的故障隐患。
　　一、电容触摸感应式控制技术的基本原理
　　所谓电容触摸感应式控制技术，其核心就是利用张弛振荡器产生数百千赫兹的正弦波，然后将这个正弦波信号加在各个弹簧导电盘上，当用户的手指接触到导电盘的时候（即使有面板隔开，但对于高 频信号而言，玻璃、陶瓷、塑料等材质面板仍相当于导体），相当于给弹簧导电盘对地接了一只电容，利用电容通交隔直的特性，高频信号通过电容分压，弹簧盘上的信号电平将降低。
　　这个降低的信号电压施加在阈值检测器上（或者被送到比较器内部电路进行处理，使相应输出端输出电平翻转），即可以产生触摸/无触摸的信号。
　　市场上常见的采用电容触摸感应式控制技术的电磁炉，按控制接口类型分类主要有二种：
　　第一种是将张弛振荡器产生的数百千赫兹的正弦波加到各个功能键弹簧导电盘上。并将
　　各个功能键与比较器的输人端分别相连，通过比较器内部电路进行比较，在输出端实现高低电平的变化，并且一个按键对应一个I/O口，每个I/O口分别用高或低两种不同的电平来表示按键的开或关。这 种方式的优点是：不需改动以往主系统的软硬件，只需单独做一块键盘小板就可以实现触摸按键功能，很适用于老产品改造，因此这种方式在较早电磁炉上较常见，其工作原理示意如图3所示。

　　


　　图3 工作原理示意图

　　第二种方式是键盘输人接口与第一种一样，不同的是输出采用SPI、IIC、UART或是采取有限的几根I/O口来输出编码数据，这种方式的优点是所需的I/O口少，输出一般只需要2"3个I/O口即可实现数据 传输。这种控制方式的工作示意图如图4所示，但在电磁炉中比较少见。

　　


　　图4 控制方式的工作示意图

　　第三种方式是采用高度整合之后的触摸感应产品方案。该方案需采用专用的CPU芯片，直接将触摸键产生的电压变化送往CPU内部电路，经内部电路处理后去控制电磁炉主板的工作状态，其工作示意图 如图5所示。这种方案能极大地简化电路结构，降低产品成本。

　　


　　图5 采用高度整合之后的触摸感应产品方案工作示意图

　　二、几种电磁炉触摸控制电路介绍
　　由于电磁炉触摸控制技术采用的接口方式不同，所以其电路有很大的区别，下面对三款常见的控制电路进行介绍：
　　1.采用CD4069组成的触摸控制电路
　　该控制电路简图如图6所示，其原理如下：四比较器CD4069与①脚外围的R1、R2和C1组成一个500kHz左右的方波发生器，从CD4069⑧脚输出，经C2耦合到由R3、R4、C3、D2及D3组成的检测电路中，然后 通过R5送往CD4051⑤脚的内部电路。CD4051是一块8选1的译码器，其①、②、④、⑤，（12）-（15）脚为电平输人端，③脚为编码信号输出端，输出的高低电平变化的电压就是编码信号，该信号被送到CPU内部电路进行进一步处理。

　　


　　图6 采用CD4069组成的触摸控制电路图

　　当用手指触摸到弹簧电极盘上面的面板时，由于弹簧盘上已经叠加了500kHz的高频信号，也就相当于在R3、R4的两端并接了一只电容，电容对于高频信号而言属于导体，这样就使电极上的电压降低，从而使CD4051的⑤脚电压降低，CD4051③脚输出电压也就随之改变，变化的电压在LM393内部和⑤脚电压进行比较，从雨使输出端⑦脚电平翻转，该电压送入CPU电路，CPU就会通过不同的编码信号做出相应的控制。
　　2.由SH69P48M组成的触摸控制电路
　　万利达MC-2051电磁炉采用SH69P48M芯片，配合DCL6929构成触摸控制电路，其电路如图7所示（说明：电路板上型号为KJT T3，由于暂时没有找到该贴片元件的资料，为了保证图纸的准确性，所以绘成实物图）。

　　


　　图7 由SH69P48M组成的触摸控制电路图

　　其工作原理是：SH69P48M芯片的①、⑤脚内部电路和外fFl RC元件构成频率为500kHz左右的方波发钅器，产生的方波从③脚输出，通过各个瓷片电容加到每一个弹簧键上，再通过RC及贴片T3等元件组成的检测电路后，加到SH69P48M的⑦"（14）、（19）、（20）脚。触摸不同的弹簧键时，该弹簧键上叠加的500kHz高频信号的电压就会降低，则贴片T3的工作状态翻转，变化的信号送到SH69P48M内部，由SH69P48M内部电路进行处理，然后通过②、④、（16）、（17）脚与CPU芯片DCL6929的①"④脚进行通信，DCL6929根据通信情况进行控制电磁炉主板的工作状态，达到控制电磁炉的目的。
　　3.由S3F9454b22二0K94构成的触摸控制电路
　　GECSM牌SM22-18A3型电磁炉采用电磁炉专用的控制芯片S3F9454b22-0K94，具有语音提示功能，并配有大屏幕显示屏，使整机外观豪华大气，深受用户的欢迎。该机控制板正、反面实物图如图8、9所示，其控制电路原理图如图10所示（该机的显示、语音电路没有在该图中绘出）。

　　


　　图8 该机控制板正面实物图

　　


　　图9 该机控制板反面实物图

　　


　　图10 控制电路原理图

　　该机的触摸控制原理是：来自电磁炉主板的16.8V电源电压通过R40加到Q1（8050）的c极，与R39、R38等元件共同组成张弛振荡器，在c极上得到529kHz的振荡信号，该信号直接接到由R18、D13、D12、It17以及C4（这是“开/关”触摸键的检测电路，其他各功能键的检测电路与此相同）等元件构成的检测电路上，再送到S3F9454b22 -0K94的（16）脚（其他几个功能键的检测电路，分别与S3F9454b22-0K94的（11）"（15）脚相连）。在静止状态时，S3F9454b22-0K94的（11）"（16）脚电压稳定在4.5V左右，⑩脚稳定在3.68V.当人体触摸到触摸键弹簧时，相当于在检测电路与地之间并联了一只电容，由于电容具有“通高频、阻低频”的特性，电容成为导体，则被触摸键的检测电路⒈的电压就会下降，这个下降的电压被S3F9454b22-0K94内部电路处理后，引起（19）脚输出的电压降低。实际降低多少电压与触摸不同的键有关，触摸不同键时，芯片通过内部电路与预定程序进行比较，然后引起（19）脚电压下降。（19）脚电压送到电磁炉主板，控制主板的不同工作状态。
　　从上述分析可知，触摸控制电路其实并不神秘，可以简化成常见的键控电路进行分析，如图11所示，R1"R6几个电阻串联，当按下不同的轻触开关时，不同的电阻串联后对5V电压进行分压，分压后的电压被送到CPU内部电路，CPU根据不同的电压，做出不同的控制指令。只不过这里没有使用轻触键，而是利用在高频信号状态下，电容具有良好的导通性，当人体触摸时，也就相当于是并接了一只电容，这样叠加有高频信号的检测电路上的电压必然降低，再通过比较器等电路控制输出端电平翻转。
　　


　　图11
　　三、电磁炉触摸控制电路的检修
　　在实际检修过程中，电磁炉触摸控制电路最常见的故障就是触摸时不起作用，或者触摸灵敏度不够。
　　1.检修步骤
　　在检修触摸控制电路故障时，一般采用4步曲的方法进行处理。
　　第一步：清洗
　　电磁炉的使用环境造成了它容易进水或受到油烟的污染，从而使控制板、主板受潮而造成整机不工作，工作紊乱等故障。首先对脏污的电路板进行清洗，这也是电磁炉维修中重要的一步。观察面板是否脏污，如果脏污严重就要用稀释后的洗涤剂进行清洗，脏污的面板是引发触摸灵敏度降低的常见原因之一。然后拆开电磁炉，取下触摸电路板，观察电路板是否脏污（是否有油渍、水分或蟑螂等杂物，元件引脚是否锈蚀），如果有这些现象，就要用天那水（香蕉水）或无水酒精对电路板进行清洗并烘干。若铜箔或元件引脚有腐蚀开路的情况，要连接铜箔或更
　　换同规格元件。对于目测没有发现问题的电路板，可以取下电路板直接用手触摸弹簧盘进行试验，看是否能正常控制，如果能控制，就说明电路板正常，故障应为灵敏度不够。
　　第二步：测量
　　任何电器要正常工作，都得要有正常的工作电源电压，所以首先测量电源电压是否正常至关重要。若测得电源电压偏低或偏高，都要先将其维修正常后，才能进行下一步工作。在电源电压正常的情况下，再测量电路中关键点，比如在图10中，Q1的c极上必须有12V工作电压，S3F9454b22-0K94的（20）脚必须有5V的工作电压，否则电路不可能正常工作。然后用数字万用表的频率挡测量Q1的c极上是否有500kHz的振荡信号。若一时不能确定振荡器的具体部位或元件，可以直接测量各个弹簧键上是否有500kHz的信号；如果各个弹簧键上都没有这个信号，同样可以说明振荡器没有工作或工作失常，导致触摸电路将失效。在500kHz信号正常的情况下，直接触摸弹簧盘，同时跟踪测量该触摸弹簧上的电压，看是否随触摸而降低，然后测量S3F9454b22-0K94的（19）脚电压是否随之变化。正常情况下，这几处电压都会随触摸弹簧而降低。
　　第三步：代换
　　首先说明，这里的代换并不是平常维修时所说的用正常元件代换怀疑元件，而是在确定500kHz正常的情况下，将S3F9454b22-0K94的（11）"（16）脚外接的检测电路整体进行代换试验，比如用美工刀将（11）脚和（12）脚划开，然后将（11）脚外接的检测电路接在（12）脚上，将（12）脚外接的检测电路接在（11）脚上进行试验。这样做的目的是：由于几个检测电路的元件参数都是一样的，只是接在S3F9454b22-0K94上的输人脚不同而已。值得注意的是，如果开机触摸键的检测电路失效，肯定无法进入工作状态，那么其他触摸键也就必然失效，所以在检修时，要首先检修开机键。如果代 换后正常，就对检测电路进行详查，特别是电路中的小瓷片电容，最好用同规格的元件进行更换，不然容易引起触摸灵敏度降低的故障。
　　【提示】利用其他触摸键的检测电路代换开机触摸键，可以达到快速判断故障部位的目的。
　　第四步：调整
　　若去掉面板触摸弹簧能正常反应，这并不能说明装入面板后也能正常工作，这是因为装入面板后，触摸灵敏度将下降很多。此时，首先可以将弹簧适当拉长一点，让弹簧盘能可靠地贴在面板上，但要注意弹簧键在面板上的贴合位置是否准确，最后再进行试验。
　　【提示】各款电磁炉触摸控制电路的检修方式与此大同小异，其检修的关键测试点就是各个IC的工作电源；电磁炉触摸控制电路的核心是500kHz左右的高频信号，只有在工作条件具各的前提下，触摸控制电路才可能正常工作。
　　2.应急处理
　　在实际检修过程中，有时会遇到查出故障元件后，却没有配件更换的尴尬处境。这时在征求用户同意的前提下，可在其他位置安装轻触键以达到应急处理的目的，下面举例说明。
　　例：一台三星触摸屏电磁炉，故障为指示灯亮，触摸开机键不起作用，整机不能进入工作状态。
　　分析检修：拆开机壳取出触摸电路板，发现电路板很脏，用香蕉水仔细清洗并烘干后，直接触摸开机弹簧键，电磁炉能进人工作状态。认为已经修复，于是将整机装好，等到用户来取机时，却发现又不能开机。再次取出触摸板，直接触摸开机触摸弹簧仍不能开机。测量500kHz的振荡信号正常，开机触摸弹簧处的电压也能随触摸而降低。查看电路后发现，开机键的检测电路是接到LM393的⑥脚，然后从LM393的⑦脚输出送给主板上的CPU.测量LM393的⑥脚电压能变化，而⑦脚的电压却不能变化s直接用镊子将LM393的⑦脚对地短路一下，电磁炉立刻能正常王作，试验各个功能键都能“一触即发”，说明该LM393电路工作失常。
　　观察发现LM393各脚间有些霉变痕迹，于是拆下LM393，清洗并烘干后，装机又能正常工作，但冷机2小时后故障重现。仔细分析检修过程，怀疑LM393相关电路性能不良。于是在冷机状态下，用热风枪直接加热LM393，然后开机又恢复正常，冷机后故障再次复发。
　　仔细检查并代换LM393外围的所有元件，没有发现问题，只能怀疑是LM393性能变坏，或者LM393部位的电路板漏电。由于手头暂无LM393，而用户又等着使用，只能考虑应急维修。
　　从上述检修过程分析，既然直接对地短接LM393的⑦脚，电磁炉均能正常控制，能否外加一只轻触键来代替开机触摸键呢？在征求用户同意的情况下，在电磁炉正前方的底部钻一个小孔，将一只轻触键 的手柄从该孔中伸出，并妥善固定好该轻触键后，再用一只100Ω的电阻与轻触键串联，然后用导线接在LM393的⑦脚与地之间，开机时不用面板上的开/关机键，而用这个新加的轻触键，多次试验使用 一切正常。
　　【提示】
　　1.一般不提倡改变电路结构和外壳的办法来进行维修，但是没有配件的情况下，若能通过简单的电路改动使损坏的电器起死回生，这也是一种很好的权宜之计。
　　2.不同的触摸控制电路，其改动部位和方法是不同的，这需要先搞懂电路原理，然后对症下药。