電磁爐觸摸控制原理與檢修技術(shù)

 

　　雖然機(jī)械按鍵（輕觸鍵）控制技術(shù)很成熟，且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，已在很多電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用，但由于機(jī)械按鍵本身具有易磨損，并受溫度、濕度影響較大，所以故障率一直較高。另外，采 用機(jī)械式按鍵控制電路的電磁爐，需要在面板按鍵的相應(yīng)位置開孔，然后粘貼一張薄膜進(jìn)行覆蓋，如圖1所示。

 

 

　　圖1

　　機(jī)械式按鍵使用時(shí)間一長(zhǎng)，薄膜會(huì)破裂、變形或者脫膠，薄膜就容易與面板粘貼處開裂，如圖2所示。電磁爐在使用過程中，面板難免會(huì)沾上一些水分、油漬，這些水分、油漬就會(huì)從開裂處滲人到內(nèi)部 ，輕則引發(fā)多種故障，嚴(yán)重時(shí)將燒毀元器件。

 

 

 

　　圖2

 

　　新一代電容觸摸感應(yīng)式控制技術(shù)完全能夠彌補(bǔ)機(jī)械式按鍵的缺點(diǎn)，具有耐磨損、防水保護(hù)及不受溫度、濕度影響，且造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，成為新一代電器產(chǎn)品控制電路的新寵。電容觸摸感應(yīng)式控制技術(shù) 已廣泛地應(yīng)用于手機(jī)、影碟機(jī)、電磁爐、抽油煙機(jī)、洗衣機(jī)，微波爐、電子秤、MP3、MP4、數(shù)碼相框、多媒體音箱、液晶電視、液晶顯示器等產(chǎn)品中。由于該類控制沒有傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵，不需要在面板 上開孔，面板可以采用一塊整體的玻璃、陶瓷或塑料等材質(zhì)，既方便清潔，還美觀大方。另外，將觸摸技術(shù)應(yīng)用在電磁爐產(chǎn)品中，同時(shí)也消除了從面板上滲水的故障隱患。

 

　　一、電容觸摸感應(yīng)式控制技術(shù)的基本原理

 

　　所謂電容觸摸感應(yīng)式控制技術(shù)，其核心就是利用張弛振蕩器產(chǎn)生數(shù)百千赫茲的正弦波，然后將這個(gè)正弦波信號(hào)加在各個(gè)彈簧導(dǎo)電盤上，當(dāng)用戶的手指接觸到導(dǎo)電盤的時(shí)候（即使有面板隔開，但對(duì)于高 頻信號(hào)而言，玻璃、陶瓷、塑料等材質(zhì)面板仍相當(dāng)于導(dǎo)體），相當(dāng)于給彈簧導(dǎo)電盤對(duì)地接了一只電容，利用電容通交隔直的特性，高頻信號(hào)通過電容分壓，彈簧盤上的信號(hào)電平將降低。

　　這個(gè)降低的信號(hào)電壓施加在閾值檢測(cè)器上（或者被送到比較器內(nèi)部電路進(jìn)行處理，使相應(yīng)輸出端輸出電平翻轉(zhuǎn)），即可以產(chǎn)生觸摸/無觸摸的信號(hào)。

　　市場(chǎng)上常見的采用電容觸摸感應(yīng)式控制技術(shù)的電磁爐，按控制接口類型分類主要有二種：

　　第一種是將張弛振蕩器產(chǎn)生的數(shù)百千赫茲的正弦波加到各個(gè)功能鍵彈簧導(dǎo)電盤上。并將

　　各個(gè)功能鍵與比較器的輸人端分別相連，通過比較器內(nèi)部電路進(jìn)行比較，在輸出端實(shí)現(xiàn)高低電平的變化，并且一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)I/O口，每個(gè)I/O口分別用高或低兩種不同的電平來表示按鍵的開或關(guān)。這 種方式的優(yōu)點(diǎn)是：不需改動(dòng)以往主系統(tǒng)的軟硬件，只需單獨(dú)做一塊鍵盤小板就可以實(shí)現(xiàn)觸摸按鍵功能，很適用于老產(chǎn)品改造，因此這種方式在較早電磁爐上較常見，其工作原理示意如圖3所示。

 

　　

 

　　圖3 工作原理示意圖

 

　　第二種方式是鍵盤輸人接口與第一種一樣，不同的是輸出采用SPI、IIC、UART或是采取有限的幾根I/O口來輸出編碼數(shù)據(jù)，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是所需的I/O口少，輸出一般只需要2~3個(gè)I/O口即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 傳輸。這種控制方式的工作示意圖如圖4所示，但在電磁爐中比較少見。

 

　　

 

　　圖4 控制方式的工作示意圖

 

　　第三種方式是采用高度整合之后的觸摸感應(yīng)產(chǎn)品方案。該方案需采用專用的CPU芯片，直接將觸摸鍵產(chǎn)生的電壓變化送往CPU內(nèi)部電路，經(jīng)內(nèi)部電路處理后去控制電磁爐主板的工作狀態(tài)，其工作示意圖 如圖5所示。這種方案能極大地簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，降低產(chǎn)品成本。

 

　　

 

　　圖5 采用高度整合之后的觸摸感應(yīng)產(chǎn)品方案工作示意圖

 

　　二、幾種電磁爐觸摸控制電路介紹

 

　　由于電磁爐觸摸控制技術(shù)采用的接口方式不同，所以其電路有很大的區(qū)別，下面對(duì)三款常見的控制電路進(jìn)行介紹：

　　1.采用CD4069組成的觸摸控制電路

　　該控制電路簡(jiǎn)圖如圖6所示，其原理如下：四比較器CD4069與①腳外圍的R1、R2和C1組成一個(gè)500kHz左右的方波發(fā)生器，從CD4069⑧腳輸出，經(jīng)C2耦合到由R3、R4、C3、D2及D3組成的檢測(cè)電路中，然后 通過R5送往CD4051⑤腳的內(nèi)部電路。CD4051是一塊8選1的譯碼器，其①、②、④、⑤，（12）-（15）腳為電平輸人端，③腳為編碼信號(hào)輸出端，輸出的高低電平變化的電壓就是編碼信號(hào)，該信號(hào)被送到CPU內(nèi)部電路進(jìn)行進(jìn)一步處理。

 

　　

 

　　圖6 采用CD4069組成的觸摸控制電路圖

 

　　當(dāng)用手指觸摸到彈簧電極盤上面的面板時(shí)，由于彈簧盤上已經(jīng)疊加了500kHz的高頻信號(hào)，也就相當(dāng)于在R3、R4的兩端并接了一只電容，電容對(duì)于高頻信號(hào)而言屬于導(dǎo)體，這樣就使電極上的電壓降低，從而使CD4051的⑤腳電壓降低，CD4051③腳輸出電壓也就隨之改變，變化的電壓在LM393內(nèi)部和⑤腳電壓進(jìn)行比較，從雨使輸出端⑦腳電平翻轉(zhuǎn)，該電壓送入CPU電路，CPU就會(huì)通過不同的編碼信號(hào)做出相應(yīng)的控制。

　　2.由SH69P48M組成的觸摸控制電路

　　萬利達(dá)MC-2051電磁爐采用SH69P48M芯片，配合DCL6929構(gòu)成觸摸控制電路，其電路如圖7所示（說明：電路板上型號(hào)為KJT T3，由于暫時(shí)沒有找到該貼片元件的資料，為了保證圖紙的準(zhǔn)確性，所以繪成實(shí)物圖）。

 

　　

 

　　圖7 由SH69P48M組成的觸摸控制電路圖

 

　　其工作原理是：SH69P48M芯片的①、⑤腳內(nèi)部電路和外fFl RC元件構(gòu)成頻率為500kHz左右的方波發(fā)钅器，產(chǎn)生的方波從③腳輸出，通過各個(gè)瓷片電容加到每一個(gè)彈簧鍵上，再通過RC及貼片T3等元件組成的檢測(cè)電路后，加到SH69P48M的⑦~（14）、（19）、（20）腳。觸摸不同的彈簧鍵時(shí)，該彈簧鍵上疊加的500kHz高頻信號(hào)的電壓就會(huì)降低，則貼片T3的工作狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，變化的信號(hào)送到SH69P48M內(nèi)部，由SH69P48M內(nèi)部電路進(jìn)行處理，然后通過②、④、（16）、（17）腳與CPU芯片DCL6929的①~④腳進(jìn)行通信，DCL6929根據(jù)通信情況進(jìn)行控制電磁爐主板的工作狀態(tài)，達(dá)到控制電磁爐的目的。

　　3.由S3F9454B22二0K94構(gòu)成的觸摸控制電路

　　GECSM牌SM22-18A3型電磁爐采用電磁爐專用的控制芯片S3F9454B22-0K94，具有語音提示功能，并配有大屏幕顯示屏，使整機(jī)外觀豪華大氣，深受用戶的歡迎。該機(jī)控制板正、反面實(shí)物圖如圖8、9所示，其控制電路原理圖如圖10所示（該機(jī)的顯示、語音電路沒有在該圖中繪出）。

 

　　

 

　　圖8 該機(jī)控制板正面實(shí)物圖

 

　　

 

　　圖9 該機(jī)控制板反面實(shí)物圖

 

　　

 

　　圖10 控制電路原理圖

 

　　該機(jī)的觸摸控制原理是：來自電磁爐主板的16.8V電源電壓通過R40加到Q1（8050）的c極，與R39、R38等元件共同組成張弛振蕩器，在c極上得到529kHz的振蕩信號(hào)，該信號(hào)直接接到由R18、D13、D12、It17以及C4（這是“開/關(guān)”觸摸鍵的檢測(cè)電路，其他各功能鍵的檢測(cè)電路與此相同）等元件構(gòu)成的檢測(cè)電路上，再送到S3F9454B22 -0K94的（16）腳（其他幾個(gè)功能鍵的檢測(cè)電路，分別與S3F9454B22-0K94的（11）~（15）腳相連）。在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，S3F9454B22-0K94的（11）~（16）腳電壓穩(wěn)定在4.5V左右，⑩腳穩(wěn)定在3.68V.當(dāng)人體觸摸到觸摸鍵彈簧時(shí)，相當(dāng)于在檢測(cè)電路與地之間并聯(lián)了一只電容，由于電容具有“通高頻、阻低頻”的特性，電容成為導(dǎo)體，則被觸摸鍵的檢測(cè)電路⒈的電壓就會(huì)下降，這個(gè)下降的電壓被S3F9454B22-0K94內(nèi)部電路處理后，引起（19）腳輸出的電壓降低。實(shí)際降低多少電壓與觸摸不同的鍵有關(guān)，觸摸不同鍵時(shí)，芯片通過內(nèi)部電路與預(yù)定程序進(jìn)行比較，然后引起（19）腳電壓下降。（19）腳電壓送到電磁爐主板，控制主板的不同工作狀態(tài)。

　　從上述分析可知，觸摸控制電路其實(shí)并不神秘，可以簡(jiǎn)化成常見的鍵控電路進(jìn)行分析，如圖11所示，R1~R6幾個(gè)電阻串聯(lián)，當(dāng)按下不同的輕觸開關(guān)時(shí)，不同的電阻串聯(lián)后對(duì)5V電壓進(jìn)行分壓，分壓后的電壓被送到CPU內(nèi)部電路，CPU根據(jù)不同的電壓，做出不同的控制指令。只不過這里沒有使用輕觸鍵，而是利用在高頻信號(hào)狀態(tài)下，電容具有良好的導(dǎo)通性，當(dāng)人體觸摸時(shí)，也就相當(dāng)于是并接了一只電容，這樣疊加有高頻信號(hào)的檢測(cè)電路上的電壓必然降低，再通過比較器等電路控制輸出端電平翻轉(zhuǎn)。

 

　　

 

　　圖11

 

　　三、電磁爐觸摸控制電路的檢修

 

　　在實(shí)際檢修過程中，電磁爐觸摸控制電路最常見的故障就是觸摸時(shí)不起作用，或者觸摸靈敏度不夠。

　　1.檢修步驟

　　在檢修觸摸控制電路故障時(shí)，一般采用4步曲的方法進(jìn)行處理。

　　第一步：清洗

　　電磁爐的使用環(huán)境造成了它容易進(jìn)水或受到油煙的污染，從而使控制板、主板受潮而造成整機(jī)不工作，工作紊亂等故障。首先對(duì)臟污的電路板進(jìn)行清洗，這也是電磁爐維修中重要的一步。觀察面板是否臟污，如果臟污嚴(yán)重就要用稀釋后的洗滌劑進(jìn)行清洗，臟污的面板是引發(fā)觸摸靈敏度降低的常見原因之一。然后拆開電磁爐，取下觸摸電路板，觀察電路板是否臟污（是否有油漬、水分或蟑螂等雜物，元件引腳是否銹蝕），如果有這些現(xiàn)象，就要用天那水（香蕉水）或無水酒精對(duì)電路板進(jìn)行清洗并烘干。若銅箔或元件引腳有腐蝕開路的情況，要連接銅箔或更

　　換同規(guī)格元件。對(duì)于目測(cè)沒有發(fā)現(xiàn)問題的電路板，可以取下電路板直接用手觸摸彈簧盤進(jìn)行試驗(yàn)，看是否能正?？刂?，如果能控制，就說明電路板正常，故障應(yīng)為靈敏度不夠。

　　第二步：測(cè)量

　　任何電器要正常工作，都得要有正常的工作電源電壓，所以首先測(cè)量電源電壓是否正常至關(guān)重要。若測(cè)得電源電壓偏低或偏高，都要先將其維修正常后，才能進(jìn)行下一步工作。在電源電壓正常的情況下，再測(cè)量電路中關(guān)鍵點(diǎn)，比如在圖10中，Q1的c極上必須有12V工作電壓，S3F9454B22-0K94的（20）腳必須有5V的工作電壓，否則電路不可能正常工作。然后用數(shù)字萬用表的頻率擋測(cè)量Q1的c極上是否有500kHz的振蕩信號(hào)。若一時(shí)不能確定振蕩器的具體部位或元件，可以直接測(cè)量各個(gè)彈簧鍵上是否有500kHz的信號(hào)；如果各個(gè)彈簧鍵上都沒有這個(gè)信號(hào)，同樣可以說明振蕩器沒有工作或工作失常，導(dǎo)致觸摸電路將失效。在500kHz信號(hào)正常的情況下，直接觸摸彈簧盤，同時(shí)跟蹤測(cè)量該觸摸彈簧上的電壓，看是否隨觸摸而降低，然后測(cè)量S3F9454B22-0K94的（19）腳電壓是否隨之變化。正常情況下，這幾處電壓都會(huì)隨觸摸彈簧而降低。

　　第三步：代換

　　首先說明，這里的代換并不是平常維修時(shí)所說的用正常元件代換懷疑元件，而是在確定500kHz正常的情況下，將S3F9454B22-0K94的（11）~（16）腳外接的檢測(cè)電路整體進(jìn)行代換試驗(yàn)，比如用美工刀將（11）腳和（12）腳劃開，然后將（11）腳外接的檢測(cè)電路接在（12）腳上，將（12）腳外接的檢測(cè)電路接在（11）腳上進(jìn)行試驗(yàn)。這樣做的目的是：由于幾個(gè)檢測(cè)電路的元件參數(shù)都是一樣的，只是接在S3F9454B22-0K94上的輸人腳不同而已。值得注意的是，如果開機(jī)觸摸鍵的檢測(cè)電路失效，肯定無法進(jìn)入工作狀態(tài)，那么其他觸摸鍵也就必然失效，所以在檢修時(shí)，要首先檢修開機(jī)鍵。如果代 換后正常，就對(duì)檢測(cè)電路進(jìn)行詳查，特別是電路中的小瓷片電容，最好用同規(guī)格的元件進(jìn)行更換，不然容易引起觸摸靈敏度降低的故障。

　　【提示】利用其他觸摸鍵的檢測(cè)電路代換開機(jī)觸摸鍵，可以達(dá)到快速判斷故障部位的目的。

　　第四步：調(diào)整

　　若去掉面板觸摸彈簧能正常反應(yīng)，這并不能說明裝入面板后也能正常工作，這是因?yàn)檠b入面板后，觸摸靈敏度將下降很多。此時(shí)，首先可以將彈簧適當(dāng)拉長(zhǎng)一點(diǎn)，讓彈簧盤能可靠地貼在面板上，但要注意彈簧鍵在面板上的貼合位置是否準(zhǔn)確，最后再進(jìn)行試驗(yàn)。

　　【提示】各款電磁爐觸摸控制電路的檢修方式與此大同小異，其檢修的關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)就是各個(gè)IC的工作電源；電磁爐觸摸控制電路的核心是500kHz左右的高頻信號(hào)，只有在工作條件具各的前提下，觸摸控制電路才可能正常工作。

　　2.應(yīng)急處理

　　在實(shí)際檢修過程中，有時(shí)會(huì)遇到查出故障元件后，卻沒有配件更換的尷尬處境。這時(shí)在征求用戶同意的前提下，可在其他位置安裝輕觸鍵以達(dá)到應(yīng)急處理的目的，下面舉例說明。

　　例：一臺(tái)三星觸摸屏電磁爐，故障為指示燈亮，觸摸開機(jī)鍵不起作用，整機(jī)不能進(jìn)入工作狀態(tài)。

　　分析檢修：拆開機(jī)殼取出觸摸電路板，發(fā)現(xiàn)電路板很臟，用香蕉水仔細(xì)清洗并烘干后，直接觸摸開機(jī)彈簧鍵，電磁爐能進(jìn)人工作狀態(tài)。認(rèn)為已經(jīng)修復(fù)，于是將整機(jī)裝好，等到用戶來取機(jī)時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)又不能開機(jī)。再次取出觸摸板，直接觸摸開機(jī)觸摸彈簧仍不能開機(jī)。測(cè)量500kHz的振蕩信號(hào)正常，開機(jī)觸摸彈簧處的電壓也能隨觸摸而降低。查看電路后發(fā)現(xiàn)，開機(jī)鍵的檢測(cè)電路是接到LM393的⑥腳，然后從LM393的⑦腳輸出送給主板上的CPU.測(cè)量LM393的⑥腳電壓能變化，而⑦腳的電壓卻不能變化s直接用鑷子將LM393的⑦腳對(duì)地短路一下，電磁爐立刻能正常王作，試驗(yàn)各個(gè)功能鍵都能“一觸即發(fā)”，說明該LM393電路工作失常。

　　觀察發(fā)現(xiàn)LM393各腳間有些霉變痕跡，于是拆下LM393，清洗并烘干后，裝機(jī)又能正常工作，但冷機(jī)2小時(shí)后故障重現(xiàn)。仔細(xì)分析檢修過程，懷疑LM393相關(guān)電路性能不良。于是在冷機(jī)狀態(tài)下，用熱風(fēng)槍直接加熱LM393，然后開機(jī)又恢復(fù)正常，冷機(jī)后故障再次復(fù)發(fā)。

　　仔細(xì)檢查并代換LM393外圍的所有元件，沒有發(fā)現(xiàn)問題，只能懷疑是LM393性能變壞，或者LM393部位的電路板漏電。由于手頭暫無LM393，而用戶又等著使用，只能考慮應(yīng)急維修。

　　從上述檢修過程分析，既然直接對(duì)地短接LM393的⑦腳，電磁爐均能正?？刂?，能否外加一只輕觸鍵來代替開機(jī)觸摸鍵呢？在征求用戶同意的情況下，在電磁爐正前方的底部鉆一個(gè)小孔，將一只輕觸鍵 的手柄從該孔中伸出，并妥善固定好該輕觸鍵后，再用一只100Ω的電阻與輕觸鍵串聯(lián)，然后用導(dǎo)線接在LM393的⑦腳與地之間，開機(jī)時(shí)不用面板上的開/關(guān)機(jī)鍵，而用這個(gè)新加的輕觸鍵，多次試驗(yàn)使用 一切正常。

　　【提示】

　　1.一般不提倡改變電路結(jié)構(gòu)和外殼的辦法來進(jìn)行維修，但是沒有配件的情況下，若能通過簡(jiǎn)單的電路改動(dòng)使損壞的電器起死回生，這也是一種很好的權(quán)宜之計(jì)。

　　2.不同的觸摸控制電路，其改動(dòng)部位和方法是不同的，這需要先搞懂電路原理，然后對(duì)癥下藥。