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一个茶具炉的维修及电路分析 供小白学习

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发表于 2018-12-5 18:45 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 ER2039 于 2018-12-5 18:52 编辑

客户送修打印机,顺便搬了一个茶艺炉,说是不通电了,让修一下。
茶艺炉:茶居道SS-009 杂牌,不通电。
铭牌.jpg
微信图片_20181205104918.jpg

拆开检测了一下,故障很简单。
贴片整流桥烧,后级电源芯片烧(Viper12A),当然少不了保险丝炸。
更换上面3个元件,已经修复。
修.jpg

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
重点来了,闲着没事,研究了一下这个电路。
发现这小小的茶艺炉,电路竟然十分经典。
里面涉及到了开关电源,尖峰脉冲吸收回路,
继电器原理及灭弧回路,TL431。
达林顿复合晶体管,通过读电路图,学习到了很多新知识。
所以,分享给大家。供学习参考。

茶艺炉的电路图,网上搜索不到几张。我只搜到一张,比较全面的。
就以这张图来分析。读图发现,跟我修的这款,大同小异。
只有个别地方,用集成块代替了不少电路。后面我会专门讲一下。

先上电路图。感觉像是旧社会铅印的。
出处:华强电子网 网页地址http://tech.hqew.com/news_1045007
茶之友C107型电热水壶电路工作原理

茶之友C107.jpg
文字说明,我原封不动摘录出来,加下划线的就是原来的说明。
我会加上自己的分析和理解。我们逐段分析。
第一段:
此电热水壶的开关电源芯片U2(VIPer22A)及变压器TI组成12Y开关电源,
为微电脑程序控制芯片U4(标签已擦掉)、电热丝、加水电机等电路供电。

上面说明了这茶之友C107 大致组成部件。观察我修的这款,
开关电源芯片 型号VIPer12A,大同小异,8脚直插。图片如下
VP22A.jpg
如果拆过监控12V电源盒的朋友,相信对这个芯片应该不会陌生。
很多低成本监控里面就是用的这玩意。
跟UC3842不一样,这芯片很奇怪,它内置了启动电阻。
内置了PWM方波产生电路。内置了一个MOS开关管。
所以,用它制作的电源,周围光秃秃的,啥也没有。
省老钱了。
U2各脚功能为:
①、②脚:内部场效应管源极端(通常接地);
③脚:FB取样电压输入端;④脚:供电电压端;
⑤~⑧脚;内部场效应管漏极端。
引脚图.jpg

12脚是内部MOS管 S极。5678接D极,同时也是临时启动脚。
刚开始工作时,300V电压直接加到芯片5-8脚,3脚为反馈脚,接光耦。
4脚为主供电,芯片起振后,会产生稳定的12V,供给4脚,代替临时启动脚。
以前第一次见到这芯片时,我也吓呆了。300V直流电,也不分压,直接就进去了。
芯片还不炸啊。后来查了一下,这芯片其实内部有一颗阻值很大的电阻,用它来分压的。
实物电路拍照如下↓
集成块反面.jpg
5-8直连,12直连。

U2(VIPer22A)具有过热、过压保护功能。
当U2的④脚电压大于42V或小于14.5V或芯片温度过热时,内部电路起控,开关管不工作;
当④脚电压在正常范围时,③脚FB所得的取样电压与内部基准电压0.23V相比较.
从而控制开关管的状态转换.调整输出电压高低,达到稳压的功能。
该U2芯片内含60kHz振荡电路.原理框图及工作过程网上有介绍,此处不再赘述。
看上述介绍,④脚还有个功能,电压保护和过热保护。这里的小于14.5V,我估计也有错。
查芯片资料,它是宽适应,9-38V电压均可正常工作。保护电压,应该比9V还要低。
这芯片很便宜,淘宝1毛钱一个。*********************************************************************
      下面分析12V电压产生过程:
1_看图王.jpg


通电后,270V直流电压从U2的漏极进入集成电路内部,

通过内部启动电路使开关电源工作,


分析:

上述270V有误,正常过了整流桥和大电容滤波后,应该是310V。

这里科普一个知识:咱们说的市电,220V,是个平均值。实际的交流电,是个正玄波

市电1.jpg

它的峰值是220乘以2的根号=220x1.414=311V,这个用万用表测不到。

我们用万用表测得的是在一个周期内的平均值220V。用示波器可以测到。

经过整流桥之后,变成脉动直流电。如下:

市电2.JPG

这个电,还是无法使用的,因为波动太大。上蹿下跳。

加一个450V大滤波电容,就平滑多了。

市电3.JPG

根据电容滤波能力,大概300V附近波动、这个电就可以凑合用了。

其实也是稍微脉动的,但是幅度很小了。


我们用万用表,依然测到的是平均值,肯定达不到最大值310V。

————————————————————————————————————————————

下面分析一个重点电路☆☆☆☆☆☆☆

尖峰脉冲吸收回路,希望我能把它讲的清清楚楚的。

尖峰.jpg


尖峰.JPG

红框部分就是。它有一个2极管,一颗电容,一颗电阻组成。

这个电路很重要。没有它,下面的场管或者芯片,工作不了几个周期就直接烧掉了。

很多修开关电源的,屡换场管,还是炸。很多原因就在这个电路没检查。

我们先分析一下它的作用原理。

正常300V,顺着变压器,加到芯片5-8脚,就是MOS管D极,然后从12脚S极到地。变压器中开始储能。

此时电感两端电压 上+下-

这变压器,就是一个电感线圈。电感,不能当一个纯电阻来理解,因为它的离线阻值总是趋近0.他是个非线性元件。

当开关管截止时,电感上面突然没了供电,它两端的电压会突变,直接换向。变成上-下+

JIANFENGMAICHONG.JPG

为什么要如此变化?这是由电感的天生特性决定的。它的电流不能突变。包括方向和大小。

为了维持原来的电流方向,从上到下。它只能突变电压,就是换向。此时的电感,说白了就是一个电池。

电池内部的电流方向,是由负极流向正极,与电池外面的负载完成一个回路。

此时问题来了,我们看芯片5-8脚的电压,此时的电压由300V和电感电压(假设也有300V)叠加而成。

而且方向一致,那么5-8脚的电压,就是600V,是正常导通时的2倍。

这个电压瞬间产生的,在示波器上测就是一个尖峰脉冲。

如此高的电压,会超过mos的耐压值,导致它瞬间击穿烧毁。

那么就用一个电路,把这个电压和能量给它卸掉。这就是尖峰脉冲吸收回路。

JIANFENGMAICHONG.JPG

上图蓝色线,就是回路。从线圈正极,经过一个二极管,然后经51K电阻,回到电感负极。

看边上的那颗无极性电容,就晓得电压有多高,它是630V 102J涤纶电容。

加电容是为了缓冲电压突变和吸收一部分电感的电量。

注:这个2极管方向,很重要。更换时别弄反了。此处的二极管,又叫续流二极管。就是为了让线圈电流继续流动的意思吧。


费了老劲了。总算打完了。

发现凡是涉及变压器,电感工作的,用文字表达特别费劲。它不停地动态变化。可以在自己脑子里想象一下。

————————————————————————————————————————————————

下面我把修的这个茶具的尖峰脉冲回路,拍个照。

用1.jpg

用2.jpg


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下面分析,12V电压产生之后的稳压过程。

原文:通电后,270V直流电压从U2的漏极进入集成电路内部,

通过内部启动电路使开关电源工作,之后,U2供电改由④脚外围电路提供,

开关电源12V输出电压高低则由U2③脚控制,通过光耦817B及精密稳压器TL431等实现稳压控制。


好,我们先看芯片④脚VCC供电12v是咋产生的。

很简单,既然变压器已经工作了,随便抽出一组线圈,抓个9-38V电压过来就行了。

777.JPG

线圈,经过一个肖特基二极管和50V滤波电容后,直接给④脚提供工作电压,代替临时启动电压。

实物图如下↓

微信图片_20181205104400.jpg


还有一路 12v主供电,给主控芯片 抽水电机 继电器提供工作电压的。

12V主供电.JPG

原理类似,不再赘述。实物如下图

微信图片_20181205104400.jpg

+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

下面来个更蛋疼的12V稳压过程。对文字表达能力还真是一种挑战。

我尽我最大能力,把它说清楚。

要想搞清楚这个过程,先捋清楚一个玩意,叫TL431。

百度百科。

TL431是可控精密稳压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Vref(2.5V)到36V范围内的任何值。

该器件的典型动态阻抗为0.2Ω,在很多应用中用它代替稳压二极管,例如,数字电压表,运放电路,可调压电源,开关电源等。

TL431是可控精密稳压源。这句话就足够了。

稳压源,意思就是,他可以自动稳压。不管你外界电压如何变化,它能够提供一个稳定的电压值。

可控-----就是这个电压值,可以调。只要改变外接电阻,它可以提供从2.5V-36v范围内的固定电压。

简单粗暴的说,TL431就是一个可以可以调节的稳压二极管。外接电阻不同,它稳压的值也可以改变。

看这句:在很多应用中用它代替稳压二极管,那反过来理解,也可以用稳压二极管来代替TL431。

(这句话,有啥意义?它可以省钱。如果你拆过淘宝里买的4-5元的监控电源,12V2A的,你就明白了。

稳压电路,你发现,根本找不到TL431的影子,往往用一个红虫子外观的稳压二极管。因为它更便宜。

这种电源,把成本控制做到了出神入化的境界。有些你连保险丝都找不到。删掉了。但如果你拆一个海康或者大华的

原装电源,或者售价在10-12元左右的监控电源,你会发现,里面大部分有TL431)

0824ab1TL431.jpg

这是TL431内部框图,内部一个运放,一个三极管,一个基准源组成。负相端,接的是一个基准源,2.5V!


引脚.jpg 三个脚,KAR,R为同相输入端,A一般接地。

配合光耦工作时,简单说一下工作过程

TL431和光耦.JPG

变压器次级12v供电,通过30K,7.5K分压,加到TL431的控制极R,通过分压计算,我们发现,R极电压,约为2.5V。

光耦 817,就是一个拆分的三极管,34脚是ce。12脚是b。12V通过1K电阻,发光二极管,TL431到地。

当电压升高时大于12v时,R端电压↑,光耦K端电压假设不变,就是2脚电压不动,1脚电压升高,流经发光二极管电流变大↑

则ce间电压降↓,芯片③脚电压↑,芯片得知12v上升,控制mos管占空比,导通时间↓截止时间↑,12V↓。完成反馈。

低于12V与此相反。不再打字。太累。

(这也是简单的笼统大致描述,实际光耦和431的工作状态,更加复杂,已经超出我的认知范围,也不再去研究了。)

——————————————————————————————————————————————————————————

加热丝电路

电热丝工作状态由继电器RL2、三极管S8050及主控制芯片U4(19)脚控制。

此脚为4.8V时,s8050导通,RL2动作,常开触点闭合,电热丝通电加热。

反之,电热丝不加热.

分析:

看图纸

加热丝.jpg

我用红线和蓝色线花了出来。红线为主电路,发热丝发热电路。蓝色线为控制电路。

中间通过一个继电器,实现了控制和隔离。:lol

又出来一个新玩意。继电器。它的作用是:用小电流小电压去控制一个大电压大电流。

内部结构原理,非常简单

1.jpg

控制侧,是一个线圈,被控制侧是一个类似于单刀单掷或双掷开关的衔铁。

线圈中通电后,产生磁能,吸引衔铁动作,开关会切换位置。

看上图就知。一般是5个脚。上图1C型。也有4个脚的,ab型。

继电器1.jpg

后缀F-A型,4个脚。

背面图如下

继电器2.jpg

一共2个,一个用于控制烧茶加热丝,一个用于控制消毒加热丝。控制侧,由一个三极管控制。主控芯片某个脚发一个高电平,三极管S8050导通,线圈产生电流。
继电器动作,220V市电直接加到发热丝上,开始加热。
这里讲一个灭弧回路

灭弧回路.JPG
继电器旁边,并联了个二极管。:lol
原电路说明,并未提这个玩意。但是看到这东西,不免起疑惑。
并联这个东西干啥用。我们也要搞得清清楚楚的。
型号IN4007。如果你前面认真的看完了尖峰脉冲吸收回路原理。
相信你一眼就看明白了。还是熟悉的电感线圈。
当S8050截止时,线圈突然没了电,电压方向突变,上-下+,电压很高,
会烧掉S8050三极管。如果底下不是三极管,啥也没接的话,能量会以电火花的方式释放掉。
会产生电弧。这玩意不安全。加上个二极管。注意方向。刚好和线圈电压形成回路。
续流二极管。这个电量 应该不大。没有加电阻和电容。
这个叫继电器的灭弧回路。继电器旁边,一般都并联有这么个东西。
在这个茶具电路板上,一开始我并没有找到这么个玩意。还以为是偷工减料了。
后来连S8050三极管也没找到。最后顺着继电器线圈跑,找到了这玩意。
达林顿晶体管.jpg
这个芯片 型号ULN2003,
百度:ULN2003是高耐压、大电流复合晶体管阵列,由七个硅NPN 复合晶体管组成。
里面有7组独立的达林顿管。ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管。
看到这句话,找到了答案。原来这个续流二极管,已经集成在芯片内部。:lol


+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
                                             
抽水电机电路

有了前面的知识,这电路,更简单了。

原文:加水电机工作状态由三极管03(D882)、U4(18)脚控制,

此脚为4.8V时,03导通,加水电机得电工作,桶装水被抽到水壶内。

反之,电机则停止加水。

按一次“加水开关”键,加水电机自动加水45秒后停止工作,

若想中途停止加水.则需再按一次“加水开关”键即可。


抽水电机.jpg
电机接口两边,依然并联一个二极管。什么作用,就不用再说了吧。
在我的实物板子上,依然由主控芯片,控制达林顿芯片里面的三极管,然后再控制抽水电机。大同小异。
——————————————————————————————————————————


最后是壶内温度采样,温度设定和防干烧电路。就不再分析了。十分简单。
我把原文复制下来。

壶内水温采样电压由5V电压经壶内温度探头及电阻R12(l0kΩ)分压所得,并送入U4(17)脚,与⑩脚温度设定端一起,通过内部电路比较,从而实现温度控制。常温下温度探头非在路电阻约为l00kΩ(温度越高,其电阻越小)。实际电路中,温度越高,U4(17)脚采样电压则越高。此机的温度控制范围为30℃~100℃。

壶内温度过高保护由壶内温度探头及温控器共同完成。当温度超过l00℃时,U4(19)脚输出低电平,RL2动作,切断电热丝供电:

若温度探头失效,电热丝继续加热时,温控器内部触点断开,同样切断电热丝供电,避免水壶烧干引起意外。


最后说下主控芯片,相当于我们台式机主板的IO芯片。

这主控芯片,还真查不到型号。上面的字符也被打磨掉。估计是怕别的厂家抄板吧。

也可能是抄的别的厂家的,怕别人告。

666888999.jpg

我用打印机打出来的图纸和笔记分析。


笔记1.jpg 笔记2.jpg


写贴不易。耗老精力了。赏点分啊


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  • · a|主题: 6, 订阅: 0
发表于 2018-12-5 19:09 | 显示全部楼层
厉害,看完这个贴,收获很大,晚上再看几遍,加分明天吧,今天的已经没了,都加完了

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发表于 2018-12-5 19:10 | 显示全部楼层
看到一半我就知道又是一个精华!!!!                                      

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发表于 2018-12-5 19:45 | 显示全部楼层
分析的很透彻,写的很详细,我来给你加分。

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发表于 2018-12-5 20:52 | 显示全部楼层
感谢楼主,学到很多,尖峰吸收很精彩

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发表于 2018-12-6 14:58 | 显示全部楼层
给你点个大拇指

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发表于 2018-12-9 15:32 | 显示全部楼层
分析的很透彻,又是一个精华贴

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发表于 2018-12-9 20:04 | 显示全部楼层
老师傅,有耐心,分析得好,值得收藏学习

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发表于 2018-12-10 19:19 | 显示全部楼层
千言万语汇成两个字   流批    。    小白已收藏,日后研究。

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发表于 2018-12-13 11:06 | 显示全部楼层
分析的很透彻,      楼主高人!!

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