Indukční varná deska – oprava

Po čtyřech letech používání ukončila induční deska svůj život tím, že vyhodila jistič. Rozebral jsem ji a z desky plošných spojů obkreslil část schématu. Pak následovalo přemýšlení o principu funkce a o tom, co by mohlo být příčinou závady. Řídící elektronika indukční desky je osazena mikroprocesorem. Ten má k dispozici ovládací panel s displejem a tlačítky, teploměry zabudované do plotýnek a teploměr chladiče tranzistorů. Pomocí proudových transformátorů procesor měří aktuální proud, který prochází cívkami plotýnek. Výstpní piny mikroprocesoru zapínají relé silového obvodu desky, relé na druhé destičce pro sklokeramické plotny, ventilátor a přes optočleny jsou spínány IGBT moduly.

Na obrázku je obvod jenom pro jednu plotýnku. Druhý je stejný, jenom vazební kondenzátory mají menší kapacitu. Na vstupní svorky je připojeno síťové napětí, ještě jsem zapoměl nakreslit varistor, který desku chrání před vysokým napětím ze sítě. A pak ještě není nakreslen spínaný zdroj pro elektroniku, ten je připojen někde mezi filtrační, toroidní cívky.

Úkolem silového obvodu, který jsem nakreslil, je napájet cívku plotýnky střídavým proudem. Tento proud v okolí cívky vytváří magnetické pole. Když je v blízkosti cívky dno hrnce, bude v něm střídavé magnetické pole z cívky tvořit vířivé proudy, kterými je hrnec ohříván. Mikroprocesor tedy v rytmu několika desítek kilohertz zapíná střídavě jeden a druhý tranzistor, kterými je cívka plotýnky připojována na kladný a záporný pól usměrněného síťového napětí. Ještě je potřeba zařídit, aby se druhý vývod cívky připojil na opačný pól zdroje. O to se starají vazební kondenzátory: když procesor sepne horní tranzistor, nabíjí se spodní kondenzátor, který byl předtím vybitý a teče přes něj proud cívkou. Za několik mikrosekund procesor horní tranzistor odpojí a připojí spodní tranzistor. Ten na cívku připojí záporný pól zdroje. O kladné napětí na druhém vývodu cívky se postará horní kondenzátor, který se začne nabíjet. Zároveň se spotřebuje energie ve spodním kondenzátoru a celý děj se může opakovat.

A jak se procesor dozví, kolik energie je schopeno pojmout dno hrnce a jestli na plotně vůbec nějaký hrnec je? Mezi vazebními kondenzátory na fotografii je kousek silného měděného drátu, ten přivádí proud z IGBT do plotýnky. Drát tvoří primární vinutí měřícího transformátoru. Sekundární vinutí je v černém plastu a je připojeno k AD převodníkům procesoru. Procesor tak má možnost měřit proud, který teče cívkou plotny a podle toho upravovat kmitočet a střídu signálů pro IGBT tranzistory. Pokud na plotně není hrnec, procesor dává tranzistorům jenom krátké pulsy s odstupem několika sekund. Z měřícího trafa se dozví, že energie nebyla hrncem spotřebována – stálý střídavý proud do cívky nebude puštěn. Když je v blízkosti cívky ocelové dno hrnce, bude energie krátkého, zkušebního impulsu spotřebována hrncem. Procesor to zjistí prostřednictvím měřícího transformátoru a střídavým zapínáním IGBT modulů vytvoří proud, který ohřeje dno hrnce.

Tranzistory dodávají do cívky výkon několika set wattů, kterým jsou zahřívány. No a když je teplem poškozen jeden z nich, odejde i druhý a dvojice tranzistorů zkratuje napájecí napětí. Usměrňovací můstek je dostatečně předimenzován, takže nebyl poškozen – došlo k vybavení jističe.

Rozhodl jsem se, že vyměním tranzistory – jde o typ G80N60. IGBT modul je kombinace bipolárního a unipolárního tranzistoru, takže při pájení je nutno nechat vývody zkratované, ideálně pomocí alobalu, ve kterém je dodáván. Ještě jsem zkontroloval usměrňovač, který to celé napájí – je v pořádku. Vyměnil jsem IGBT moduly a deska se rozběhla. Jenomže po několika měsících tranzistory znovu shořely. Zkusil jsem měřit ještě další součástky, hlavně kondenzátory. V blízkosti IGBT modulů jsou kondenzátory 3,3μF na 400V, ale jejich kapacita je blízká 0. Ty budou zřejmě zdrojem závady. Jejich úkolem je blokovat špičky napětí, které vznikají při spínání velkého proudu pro cívku plotýnky. No a když nemají kapacitu, tak toho asi moc nevyfiltrují a IGBT modulům špičky indukovaného napětí vadí. 3,3μF dostupné v blízké prodejně se do desky nevešly, tak jsem použil 2,2μF. No a deska funguje.

Teď nevím, jestli tranzistory poprvé odešly kvůli teplu, nebo kvůli nedostatečně blokovanému napájecímu napětí. Nejspíš už poprvé jsem měl zkontrolovat kapacitu blokovacích kondenzátorů. Já vlastně nevím, kolik tepla má takový kondenzátor vydržet a jak brzo se od svitku elektrod odpojí přívodní drátky a kondenzátor přestane plnit svoji funkci.

Složitý filtrační obvod složený z toroidních cívek a šedých kondenzátorů má za úkol odfiltrovat rušivé impulsy, které vznikají při spínání IGBT tranzistorů. Spínaný zdroj v pravé části desky napájí řídící elektroniku – ta je napájena stále. Až když obsluha zapne plotnu, procesor prostřednictvím relé připojí silovou část desky. Indukční deska na fotografii má dvojici ploten sklokeramických – ty jsou zapínány relátky na malé desce plošných spojů.

Závady související se změnou kapacity filtračních kondezátorů

Závada související s chybou F5  je popsána v následujícím článku.

Závadu, kdy deska nedetekuje hrnec popsal čtenář Leo ve svém komentáři.

Jde o to, že přítomnost hrnce pozná elektronika podle velikosti proudu, který teče cívkou plotýnky. Proud měří AD převodník procesoru prostřednictvím proudového transformátoru. No a AD převodník integrovaný v mikroprocesoru potřebuje ke své činnosti filtrační kondenzátory. Když jejich kapacita poklesne, nebo úplně zmizí, tak měření nefunguje.

Výměna elektrolytických kondenzátorů na řídící desce

Deska je např. tady FAGOR C42P015A12 a stojí 5490Kč. Tři kondenzátory stojí 10Kč a můžeme koupit původní SMD do 85°C, nebo klasické radiální.

U radiálních kondenzátorů je obvykle větší výběr a můžeme se zaměřit na součástky, které jsou stavěny pro větší teploty, např. 105°C a mají menší vnitřní odpor ESR.

105°C uvnitř indukční desky nikdy nebude, ale tento kondenzátor bude působením tepla stárnout mnohem pomaleji, než původně použitý SMD.

Leo provedl tuto opravu: