- 家電維修職業技能速成課堂·電磁爐
- 陳鐵山主編
- 10166字
- 2020-04-29 17:33:29
課堂二 元器件預備知識
一、常用電子元器件識別
(一)二極管
二極管(diode)全稱為晶體二極管,或稱半導體二極管,由半導體組成的器件,具有單向導電功能(就是在正向電壓的作用下,導通電阻較小,但在反向電壓作用下,導通電阻極大或無窮大)。
二極管是最常用的電子元件之一,它最大的特性就是單向導電,也就是電流只可以從二極管的一個方向流過,二極管常用于整流電路、檢波電路、穩壓電路、各種調制電路。在電磁爐中常使用開關二極管、穩壓二極管、整流二極管、發光二極管、貼片二極管等,如圖1-3所示。新型超薄電磁爐大量采用貼片元器件,如圖1-4所示。

圖1-3 電磁爐用二極管外形

圖1-4 新型超薄電磁爐大量采用貼片元器件
(1)開關二極管 開關二極管是專門用來做開關用的二極管,二極管導通時相當于開關閉合,截止時相當于開關打開。其具有開關速度快、體積小、壽命長、可靠性高等特點,由導通變為截止或由截止變為導通所需的時間比一般二極管短,且在反向偏壓下,則呈截止狀態,其電阻很大,將在電路中起到控制電流接通或關斷的作用。
(2)穩壓二極管 穩壓二極管(又稱齊納二極管)是反向擊穿特性曲線急驟變化的二極管,其工作時的端電壓(又稱齊納電壓)通常為3~150V,且按每隔10%,能劃分成許多等級??捎脕矸€定直流工作電壓及對信號進行限幅,通常用在穩壓電源中作為基準電壓或用在過電壓保護電路中作為保護二極管。
(3)整流二極管 整流二極管是將交流電能轉變為直流電能的二極管。通常包含一個PN結,有陽極和陰極兩個端子,且具有明顯的單向導電性。
(4)發光二極管 發光二極管簡稱為LED,是將電能轉化成光能的二極管。由鎵(Ga)與砷(AS)、磷(P)的化合物制成,由一個PN結組成,具有單向導電性,且工作電壓較低、工作電流很小、抗沖擊和抗震性能好,可靠性高,壽命長。在電磁爐中作為指示燈、組成文字或數字顯示。磷砷化鎵二極管發紅光,磷化鎵二極管發綠光,碳化硅二極管發黃光。
(5)高速二極管 高速二極管就是反向恢復時間trr比較小的二極管,其電流通過零點由正向轉換到規定的值的時間間隔比較小,此類二極管在電磁爐中常用的有SF系列。
(6)貼片二極管 貼片二極管常應用在新型電磁爐中,它具有單向導電特性,在電路中實現整流、鉗位、電位隔離與限幅等作用。貼片二極管的封裝形式有多種,常見封裝形式有:矩形貼片二極管(外形同貼片電阻),黑色;圓柱無引線型,外形為透明紅色玻璃管,帶負極指示圓環等。電磁爐中所用的是矩形貼片二極管。
(二)電阻器
電阻器通常簡稱為電阻,是一個限流元件,將電阻接在電路中后,電阻器的阻值是固定的。電阻一般是兩個引腳,它可限制通過它所連支路的電流大小。阻值不能改變的稱為固定電阻器。阻值可變的稱為電位器或可變電阻器。電磁爐所用的電阻器有固定電阻器、壓敏電阻器和電位器,其外形如圖1-5所示。

圖1-5 電磁爐用電阻器
(1)固定電阻器 固定電阻器是阻值不變或者變化忽略不計的電阻器,是電子制作中使用最多的元件,固定電阻器一經制成,其阻值便固定不變。
片式固定電阻器從“chip fixed resistor”直接翻譯過來的,俗稱貼片電阻(SMDresistor),是金屬玻璃鈾電阻器中的一種,是將金屬粉和玻璃鈾粉混合,采用絲網印刷法印在基板上制成的電阻器。貼片電阻器常用于新型超薄電磁爐。
(2)壓敏電阻器 壓敏電阻器(VSR)全稱為電壓靈敏電阻器,是以氧化鋅為主要材料而制成的金屬-氧化物-半導體陶瓷元件。其電阻值隨端電壓而變化,且工作電壓范圍寬、對過壓脈沖響應快、耐沖擊電流的能力強、漏電流小、電阻溫度系數小,性優價廉,體積小,是一種理想的保護元件,主要用于開關電源、集成電路及電子線路的抑制浪涌電流、過電壓保護等。壓敏電阻在電磁爐的交流進線電源中常被使用,在電路中文字符號為“RZ”或“R”。
(3)電位器 電位器是一種可調的電子元件,由一個電阻體與一個轉動或滑動系統組成,其作用是調節電壓(含直流電壓與信號電壓)和電流。根據其材質,可分為線繞電位器、炭膜電位器、實芯式電位器;根據其輸出與輸入電壓比與旋轉角度的關系,可分為直線式電位器(呈線性關系)、函數電位器(呈曲線關系)。電阻體有兩個固定端,通過手動調節轉軸或滑柄,改變動觸點在電阻體上的位置,改變動觸點與任意一個固定端之間的電阻值,從而改變電壓與電流的大小。電位器在電路中文字符號為“VR”或“R”。
(三)電容器
電容器(electric capacity)簡稱電容(圖1-6),是一種容納電荷的器件,其最基本的功能就是充電和放電,由兩個金屬極,中間夾有絕緣材料構成。因其絕緣材料不同,所構成的電容器的種類有所不同,但基本結構均相同。電容用符號“C”表示。在電磁爐電路中常使用固定電容器、高頻諧振電容器(振蕩電容)、電解電容器、濾波電容器、抗干擾電容器等,新型電磁爐中還采用了貼片電容。

圖1-6 電容器
(1)固定電容器 固定電容器是一種非化學電容器,其兩極板間用絕緣電介材料制成,電容量不可改變,主要用在不需要改變電容量的電路中。
(2)諧振電容器 諧振電容是指電磁爐電控板上與線盤相并聯的高壓電容,電容范圍為0.15~0.4μF/1200V,此電容在工作中需承受超過DC1000V的電壓,且會發熱,如果耐溫耐壓不過關,則在工作過程中極易損壞。
(3)電解電容器 電解電容器的兩極板材料是電解質電介材料,其電解液涂層有極性,分正負,不可接錯。電解電容器的特點是單位體積的電容量非常大,比其他種類的電容大幾十到數百倍,額定的容量較大,且能夠大規模生產(由于電解電容的組成材料均是普通的工業材料,制造電解電容器的設備為普通的工業設備,成本相對較低),被廣泛用于直流或脈動電路中。
(4)濾波電容器 濾波電容器用在電源整流電路中,用來濾除交流成分,使輸出的直流更平滑。平波、濾波電容安裝在電磁爐電控板上,交流進線處一般放置一個2μF/275V的CBB電容,起濾波作用,在整流橋、扼流圈后面放置4~10μF/275V的CBB電容,起直流平波作用,類似水桶原理,使后級的線盤、IGBT工作電流盡量平滑。濾波電容器的容量與電磁爐的功率有關,一般不小于4μF。電磁爐工作時電流大,且波動幅度高,故濾波電容器一般不采用普通電容,而選用無感、高頻特性好、自愈能力強和穩定性電容器。
(5)抗干擾電容器 抗干擾電容器具有較高的耐電壓和抗外電干擾能力,該電容器跨接在市電輸入線ACN\ACL之間,既防止電磁爐產生的高頻干擾脈沖竄入市電網,干擾其他電器,又防止市電網中的干擾脈沖竄入電磁爐電路,影響電磁爐工作。
(6)貼片電容 全稱為多層(積層、疊層)片式陶瓷電容器,也稱為片容,常用于新型電磁爐。貼片電容有兩種尺寸表示方法,一種是以in(1in=25.4mm)為單位來表示,一種是以mm為單位來表示,如0402系列的貼片電容,04表示長度是0.04in,02表示寬度0.02in。
(四)三極管
三極管全稱為半導體三極管,也稱雙極型晶體管、晶體三極管,是一種控制電流的半導體器件,其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號,也用作無觸點開關,在電路中用符號“Q”、“V”或“VT”表示。其內部含有兩個PN結,發射區和基區之間的PN結稱為發射結,集電區和基區之間的PN結稱為集電結。兩個PN結把半導體分成三部分,中間部分是基區,兩側部分是發射區和集電區,內部結構如圖1-7所示。排列方式有PNP型三極管和NPN型三極管,其中,PNP型三極管發射區“發射”的是空穴,其移動方向與電流方向一致,箭頭朝內;NPN型三極管發射區“發射”的是自由電子,其移動方向與電流方向相反,箭頭朝外。

圖1-7 晶體管的內部結構
晶體管是電路中應用最廣泛的器件之一,在電磁爐中常使用開關晶體管、功率晶體管,還有應用在新型電磁爐上的貼片三極管等,如圖1-8所示。

圖1-8 晶體管
(1)開關晶體管 開關晶體管又稱開關雙極晶體管,在電路中對電流起開關作用。其電流放大系數較大,特征頻率較高,主要用于開關和數字電路中。
(2)功率晶體管 通常將集電極耗散功率超過1W的晶體管稱為功率晶體管。功率晶體管必須能夠承受高電壓和流過大電流,因此在內部結構上,功率晶體管與普通晶體管有所區別。功率晶體管常采用復合管結構,并制成模塊。這種復合式功率模塊稱為達林頓管。在電磁爐中常采用一些專用的晶體管(如G25N120AND、S8050等)。
(3)貼片三極管 貼片三極管基本作用是放大,它可以把微弱的電信號放大到一定強度,當然這種轉換仍然遵循能量守恒,它只是把電源的能量轉換成信號的能量。電磁爐采用貼片元件(如MMBT2222、L8050HPLTI、KTC9014S等),主要是為降低成本,提高可靠性。由于貼片三極管體積小,型號不便在上面打印,所以一般用標號(也稱代碼)標示,標號通常由2~4個符號(字母和數字)組成。
(五)集成電路
集成電路的種類很多,電磁爐所用的集成電路主要有三端穩壓器、單片機(微控制器)、顯示芯片、電壓比較器及電源IC、IGBT驅動塊等。
1.單片機
單片機又稱單片微控制器(MCU),為電磁爐電路控制核心元器件,即中央控制器,對整個電磁爐的運行狀態進行控制。單片機芯片放置在主板上,其中單片機已嵌入了相關比較器及部分電磁爐專用程序函數;由于單片機芯片端口有限,一般通過串口驅動顯示模塊。常用的單片機主要有HT46R22、HT46C22、SPMC65P2404、SH69P42、GMS87C1202(圖1-9)、S3F9454BZZ-DK94、S3F9488XZZ-QZ88等。

圖1-9 單片機
單片機是電磁爐中最大的一塊集成電路,是電磁爐的微處理器,用來控制電磁爐“加熱系統”輸出功率的大小,以及何時開始加熱、何時停止加熱等“動作”。同時,單片機還具備檢測整個“加熱系統”的工作狀態的功能,有針對性地對電磁爐進行保護。電磁爐是利用單片機根據炊具表面溫度的大小來控制“加熱系統”,改變輸出功率的大小和控制加熱時間,來達到自動烹飪的目的。單片機如損壞,主要表現在無功率輸出,或鍋拿走依然有功率,或顯示錯誤、炸機等。
2.顯示芯片
主要用于數碼管類的電磁爐顯示,是一移位送數寄存控制器。如若損壞,表現為顯示錯誤、暗亮、按鍵操作失靈等,如圖1-10所示。

圖1-10 顯示芯片
3.電壓比較器
電壓比較器用來比較兩個電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平,表示兩個輸入電壓的大小關系),當“+”輸入端電壓高于“-”輸入端時,電壓比較器輸出為高電平;當“+”輸入端電壓低于“-”輸入端時,電壓比較器輸出為低電平。電壓比較器用于電壓、電流、溫度信號的檢測與判斷。在電磁爐中常使用的電壓比較器有LM339N(圖1-11)、LM393等,它們的切換速度快,延遲時間小。

圖1-11 電壓比較器
4.電源IC
電源IC是指開關電源的脈寬控制集成,電源靠它來調整輸出電壓電流的穩定,如圖1-12所示。電磁爐電源IC有SM7028、VI-Per22A、FSD200、THX201、THX202H等,電磁爐開關電源故障率較高,一般是模塊炸裂損壞。

圖1-12 電源IC
5.三端穩壓器
穩壓IC又稱集成穩壓電源及集成穩壓器,它是將不穩定的直流電壓變為穩定的直流電壓的集成電路。三端穩壓器共有三個引出端,其外形與大功率晶體管相同,如圖1-13所示。

圖1-13 三端穩壓器
三端穩壓器在電磁爐中具有穩定電壓的作用。由于在電磁爐的電源供電系統中,必須將交流電轉換為比較平滑的直流電,但因電網供電電壓的波動,經過整流和濾波電路處理后的直流電仍產生一定的波動,從而影響電磁爐的工作。故需要通過穩壓電路將整流、濾波電路輸出的電壓進一步穩定在一定范圍內。在電磁爐中常用的三端穩壓器有7805、7809、7812等。
6.驅動塊
電磁爐所用的驅動塊,主要用于驅動大功率IGBT管,電磁爐最常用型號有TA8316(D8316)、TA8316AS TA8316S等,如圖1-14所示。

圖1-14 驅動塊
(六)蜂鳴器
蜂鳴器是一種一體化結構的電聲器件,它具有壓電效應,在電磁爐中用作訊響器,符號為“H”或“HA”。它主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種,如圖1-15所示。

圖1-15 蜂鳴器
其中,壓電式蜂鳴器由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。少部分壓電式蜂鳴器外殼上裝有發光二極管。當接通適合的直流工作電源后,壓電式蜂鳴器即可振蕩發聲。
電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后,振蕩器產生的音頻信號電流通過電磁線圈,使電磁線圈產生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下,周期性地振動發聲。
(七)電流互感器(電流檢測器)
電流互感器也稱電流檢測線圈、檢鍋線圈。電磁爐所用的電流互感器(圖1-16)串聯在220V輸入端電源上,起變流和電氣隔離作用,它是將高電流按比例轉換成低電流。電流互感器就是升壓(降流)變壓器,它有四個腳,其中粗一點的兩個腳是初級,直通的,電阻為0;細一點的是次級,電阻一般為80Ω左右。電流互感器主要是次級繞線容易斷線,易引起整機功率波動(即間歇加熱)、檢不到鍋、功率異常等故障。

圖1-16 電流互感器
電流互感器的接線方式有完全星形接線式、兩相兩繼電器不完全星形接線式、兩相一繼電器電流差接線式、三角形接線式等幾種。
(八)扼流圈
扼流圈是電感器的一種,它又稱電感線圈、阻流圈或扼流圈,是用絕緣導線繞制的各種線圈,能產生電感作用,是一種非線性元件。在電磁爐電路中常使用振蕩電感器、扼流圈[如常用的ф27mm或ф12mm磁環和14.5H電感線圈,ф33mm或ф15mm(內)磁環和11.5H電感線圈,ф1.4mm、11T、22.4μH共模電感濾波器和ф2mm、22T、62μH的共模電感濾波器等]。
扼流圈(圖1-17)在整流橋后級,主要起兩個作用,一是將外界來的干擾擋在門外,二是將IGBT、線盤工作時自產生的干擾關在門內,不讓其跑到市電上,從而影響其他電器工作。振蕩電感器在使用過程中,長時間高溫下連續工作,品質會因溫度升高而降低;而扼流圈的作用是產生感應電動勢,阻止電流突變,減少IGBT的損耗。

圖1-17 扼流圈
實踐表明電磁爐工作時,扼流圈溫度不應超過80℃(反之,會因溫度升高,使振蕩圈內磁環老化加速),當溫度高于120℃時將導致電感器品質永久降低或即時失效,此時IGBT會因扼流圈無扼流作用而迅速燒壞。
二、專用電子元器件識別
(一)IGBT管
IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)簡稱功率開關管,是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式電力電子器件。IGBT均可被看作是一個MOSFET(場效應晶體管)輸入跟隨一個雙極型晶體管放大的復合結構,如圖1-18所示。IGBT為電磁爐電路的核心元器件,是電磁爐的“心臟”。其在電路中相當于一個高頻開關管,承受著高電壓、大電流和高頻開關損耗所產生的熱量。

圖1-18 IGBT
IGBT有三個極,分別稱為柵極G(門極)、集電極C(漏極)、發射極E(源極),如圖1-19所示。一般來說,IGBT引腳排列順序與常見的大功率三極管的引腳排列順序一致,即型號標注的一面朝外,引腳向下,從左至右依次為柵極(G)、集電極(C)、發射極(E)。電磁爐中使用的IGBT多為N型。

圖1-19 IGBT種類及符號
在實際維修過程中,功率開關管的故障率是最高的。由于功率開關管承擔著電磁爐整機的功率輸出,其性能的優劣及參數選擇是否合適直接關系到電磁爐是否能夠長期穩定工作。電磁爐正常工作時,功率開關管處于高頻率的導通和截止狀態;當功率開關管導通時,220V交流市電經橋式整流器整流后獲得約310V電壓,經鍋底勵磁線圈盤、功率開關管的集電極、功率開關管的發射極、電源的負極(地)構成回路,電源以大電流給鍋底勵磁線圈盤充電,將電能轉化為鍋底勵磁線圈盤中的電磁能。
(二)橋式整流器
橋式整流器為電磁爐電路的核心元器件,其作用是將交流電源轉換為直流電壓,產生直流高壓。整流橋是將幾只整流二極管封裝在一個殼內,能夠將交流電變換為直流電的器件,如圖1-20所示。

圖1-20 橋式整流器
根據電磁爐額定功率的不同,橋式整流器的額定輸出電流大小也不同。一般而言,額定功率在2000W以下的電磁爐通常選用額定輸出電流為15A的橋式整流器,如電磁爐中最常見的橋式整流器D15XB60,其額定耐壓為600V;額定功率在2000W以上的電磁爐可以選用輸出電流為25A左右的橋式整流器,如在大功率電磁爐中最常用到的D25XB80橋式整流器,其額定耐壓為800V。
(三)鍋底勵磁線圈
鍋底勵磁線圈(又稱振蕩線圈、感應加熱器、勵磁器等)實質上就是電感,為電磁爐電路中完成電磁振蕩的重要元器件。其作用是對電能進行儲存及釋放,完成將電場能轉換為磁場能,用于對電磁爐的鍋具進行加熱。電磁爐鍋底勵磁線圈可分大鍋底勵磁線圈和小鍋底勵磁線圈兩種,有多種電感量,例如140μH、157μH等,主要由勵磁線圈、塑料托盤及數根高磁通磁條等組成。它在電磁爐中的安裝位置如圖1-21所示。

圖1-21 鍋底勵磁線圈的安裝位置
勵磁線圈由多股耐高溫漆包線絞合繞制而成。當勵磁線圈上通過高頻直流電流時,則將會在其周圍產生磁力線。勵磁線圈通常有平面形、凹面形(又叫鍋底形)、線圈中間留空形三種,如圖1-22所示。

圖1-22 勵磁線圈
塑料托盤由耐熱、絕緣、硬度較高的工程塑料注塑而成,用于支托勵磁線圈和嵌入扁形磁條,如圖1-23所示。

圖1-23 塑料托盤
高磁通磁條由按磁力線方向排列的鐵氧體組成,以構成線圈的磁路,如圖1-24所示。

圖1-24 高磁通磁條
(四)變壓器
變壓器是一種將交流電壓升高或降低而頻率不變的電感器件,它是輸配電系統和電子電路不可缺少的電氣設備。
變壓器是一種用于電能轉換的電氣設備,能夠把一種電壓、電流的交流電能轉換成相同頻率的另一種電壓、電流的交流電能。它主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵芯(磁芯)。用絕緣導線(例如漆包線、紗包線等)繞制而成,其使用范圍廣,原理簡單,但根據不同的使用場合(不同的用途)變壓器的繞制工藝會有所不同的要求。變壓器具有電壓變換、阻抗變換、隔離、穩壓(磁飽和變壓器)等功能,常用的鐵芯形狀通常有E型和C型,分低頻變壓器與高頻變壓器兩種。早期的電磁爐用的是低頻變壓器(降壓電源變壓器)供電,現在電磁爐多數都用高頻變壓器(開關電源變壓器)供電了。電磁爐所用變壓器如圖1-25所示。

圖1-25 變壓器
(五)熱敏電阻器
熱敏電阻器又稱半導體熱敏電阻器、溫度傳感器,是電阻值對溫度極為敏感的一種電阻器,在電磁爐中作為電路核心測溫元器件。熱敏電阻器種類繁多,一般按阻值溫度系數可分為負溫度系數和正溫度系數熱敏電阻,電磁爐所用的為負溫度熱敏電阻。
電磁爐所用熱敏電阻的作用:感知爐面溫度,將溫度信號轉化為電壓信號送給單片機作為間接判斷鍋體溫度及防干燒保護的檢測信號。電磁爐用熱敏電阻外形似二極管,表面呈紅色,安裝在鍋底勵磁線圈中間,緊靠陶瓷板,并在兩者接觸處涂有導熱硅脂,以提高其控制靈敏度,如圖1-26所示,在電路中用符號“RT”或“R”表示。

圖1-26 電磁爐所用熱敏電阻器
※知識鏈接※ 【提示】為了防止開關管過熱損壞,IGBT溫度升高時,過流能力會下降,故大多數電磁爐在IGBT下方或旁邊也裝有熱敏電阻(圖1-27),其目的在于當IGBT溫度超過85℃時單片機做出相應的處理,以使IGBT降溫。

圖1-27 IGBT下方與旁邊裝熱敏電阻
(六)散熱風扇
散熱風扇是電磁爐中重要的組成部分,是給電磁爐內散熱的部件。在電磁爐工作過程時,其腔殼內的元器件(如IGBT模塊、電源的整流部分、扼流線圈、鍋底勵磁線圈等)會產生大量的熱量,使這些元件器件的溫度降下來處于正常工作狀態至關重要,散熱風扇就是給電磁爐內散熱的部件。
目前應用在新型電磁爐上的風扇有有刷風扇和無刷風扇兩種,其中無刷風扇又可分為12V和18V電源兩種風扇類型。兩種風扇相比較而言,無刷風扇更耐用,風量更大噪聲更小,有刷風扇的噪聲較大。散熱風扇主要由電動機、葉片及其他零件組成,其結構形式多為肩擔式,如圖1-28所示。

圖1-28 散熱風扇外形
(七)微晶玻璃陶瓷板
微晶玻璃陶瓷板又稱微晶板,其作用是耐高溫和防水隔離。微晶玻璃陶瓷板是在與天然花崗巖形成條件類似的高溫下,將加有晶核劑的特定組合的玻璃,在有控條件(一定溫度)下進行晶化熱處理,成為具有微晶體和玻璃相均勻分布的復合材料。微晶板的耐酸性和耐堿性都比花崗巖、大理石優良,是一種化學穩定性優良的無機材料。即使長期暴露于風雨及污染油煙空氣中,也不會產生變質、褪色和強度降低等現象。微晶板通常有平面形和凹面形兩種,如圖1-29所示。

圖1-29 微晶玻璃陶瓷板
微晶玻璃陶瓷板作為電磁爐帶有裝飾性的面板,其與鍋具直接接觸,是承載鍋具的載體,起絕緣和支撐作用,以防止鍋底與勵磁線圈之間產生漏電現象。且微晶玻璃陶瓷板屬于非金屬材料,對變化的磁場無反應,不會被加熱,同時,可在勵磁線圈與鍋底之間起到氣隙的作用。
目前應用在家用電磁爐上的面板有國產和進口的兩種。進口電磁爐面板大多呈純白色或黑色,白色的非常光滑并且沒有沙孔;黑色的為塞蘭微晶玻璃。國產A級、B級面板大多是白色面板,A級面板為一次高溫燒制而成,邊緣光滑手感好;B級面板為燒制后切割而成,一般會有粗糙的邊緣;C級面板一般印有花鳥魚蟲等圖案,因為C級面板容易變色發黃,所以廠家用花紋來掩飾其容易變色的缺點。
(八)薄膜開關
薄膜開關又稱觸摸開關,如圖1-30所示,它是由柔性絕緣材料層和導電材料層組合而成的一種密封多層結構非自鎖按鍵開關,是觸點開關的一種。薄膜開關按其結構可分為平面型、多層組合、密封式等。它是一種集面板與開關功能標記、顯示窗、指燈透明窗、開關內連線、開關電路引出線為一體的新型微電流電子開關構成操縱系統總成,具有使用壽命長、密封性能好、耐彎折、耐摔、體積小、重量輕等特點。薄膜開關通常由五部分組成,具體如下。

圖1-30 電磁爐薄膜開關
第一部分:面板層,一般是在低于0.25mm的PET、PC等無色透光片材絲印上精美圖案和文字制作而成,由于面板層主要起標識和按鍵作用,因此選用的材料必須具有高透明度、高油墨附著力、高彈性、防折性等特點。在厚度選擇上應視面板及按鍵的大小而定,材料厚,觸動力加大,反應遲鈍;材料過薄,觸動時手感差,回彈不明顯。厚度在0.25mm以上稱為板材,不適合立體鍵成型,可用作無按鍵操作區域的指示性的標牌面板,或用作薄膜開關的襯板。
第二部分:墊膠層,主要用來將面板層與電路層緊密相連,以達到密封和連接的效果,此層一般要求厚度在0.02~0.05mm之間,具有高強的黏性和防老化性。在生產中,一般選用專用的薄膜開關雙面膠,部分薄膜開關要求防水防高溫,因此墊膠層必須根據需要而使用不同性質的材料。
第三部分:控制電路上層和下層,此層均采用性能良好的聚酯薄膜(PET)作為開關電路圖形的載體,并在其上用特殊的工藝絲印上銀漿、炭漿或金漿使其具有導電性能,其厚度一般在0.05~0.175mm以內。
第四部分:夾膠層,處于上電路與下電路層之間,起密封和連接的作用,通常采用PET雙面膠,其厚度在0.05~0.2mm之間。在選擇此層材質時,需從產品的整體厚度、絕緣性、電路按鍵包手感及密封性等幾方面考慮。
第五部分:背面膠層,此層所采用的材料與薄膜開關與何種材質相粘貼緊密相關,通常采用的有普通雙面膠、3M膠、防水膠等。
在電磁爐中常使用柔性薄膜開關、硬性薄膜開關、平鍵薄膜開關、凸起薄膜開關,如圖1-31所示。

圖1-31 電磁爐中常使用的薄膜開關
1.柔性薄膜開關
柔性薄膜開關是薄膜開關的典型形式,其結構如圖1-32所示。該薄膜開關的面膜層、隔離層、線路層全部由各種不同性質的軟件薄膜所組成,因此被稱為柔性薄膜開關。

圖1-32 柔性薄膜開關基本結構
柔性薄膜開關的電路層,均采用電器性能良好的聚酯薄膜(PET)作為開關電路圖形的載體。由于聚酯薄膜所具有的特性,使得該薄膜開關具有良好的絕緣性、耐熱性、抗折性和較高的回彈性。開關電路的圖形(包括開關的連線及其引出線)均采用低電阻,低溫條件下固化的導電性涂料印刷而成。因此,整個薄膜開關的組成,具有一定的柔軟性,不僅適合于平面體上使用,還能與曲面體配合。
柔性薄膜開關引出線與開關體的本身是一體的,在制作群體開關的連線時,將其匯集于薄膜的某一處,并按設計指定的位置和標準的線距向外延伸,作為柔軟的、可任意彎曲的、密封的引出導線與整機的后置電路相連。
2.硬性薄膜開關
硬性薄膜開關的開關圖形和線路是制作在普通的印刷線路覆銅板上,其結構如圖1-33所示。該薄膜開關一般采用金屬導片作為導通觸點,其信息反饋除蜂鳴信號、LED指示外,一般可采用金屬手感彈片。

圖1-33 硬性薄膜開關的結構示意圖
3.平鍵薄膜開關
平鍵式薄膜開關以感覺反應而非觸覺接觸為基礎,觸感按鍵式薄膜開關是在薄膜開關結構中的線路層軋出凸起的按鍵,此結構非常耐用,行程比金屬彈片要小一些。在實際應用中,聚酯按鍵可以被軋到面膜層,從而減少薄膜開關的總層數。
4.凸起薄膜開關
一種使開關鍵體微微凸起,略高于面板,構成立體形狀的薄膜開關,稱為立體鍵開關。凸起薄膜開關能準確地給定鍵體的范圍,提高辨認速度,且增進了產品外觀的裝飾效果,同時,凸起薄膜開關的凸起可有多種變化。需指出的是,其立體凸起的高度通常不宜超過基材厚度的兩倍。
(九)真空熒光顯示屏
真空熒光顯示屏(VFD)是從真空電子管發展而來的顯示器件,如圖1-34所示。其利用電子撞擊熒光粉,使熒光粉發光,是一種自身發光顯示器件。由發射電子的陰極(直熱式,統稱燈絲)、加速控制電子流的柵極、玻璃基板上印上電極和熒光粉的陽極及柵網和玻蓋構成。

圖1-34 電磁爐真空熒光顯示屏
VFD種類較多,根據結構可分為二極管和晶體管兩種。電磁爐的VFD大多使用晶體管,以玻蓋和基板形成一真空容器,在真空容器內以陰極CATHODE(燈絲FILAMENT)、柵極GRID及陽極ANODE為基本電極,還有一些其他的零件(如消氣劑)。
其中,燈絲是在極細鎢絲芯線上涂覆上鋇(Ba)、鍶(Sr)、鈣(Ca)的氧化物(三元碳酸鹽),再以適當的張力安裝在燈絲支架與彈簧支架之間,在兩端加上規定的燈絲電壓,使陰極溫度達到6000℃左右而放射熱電子。
柵極是將不銹鋼等的薄板予以光刻蝕后成型的金屬網格,在其上加上正電壓后,能加速并擴散自燈絲所放射出來的電子,將之導向陽極;反之,若加上負電壓,則可攔阻游向陽極的電子。
陽極是指在形成大致顯示圖案的石墨等導體上,依顯示圖案的形狀印刷熒光粉,在其上加上正電壓后,因前述柵極的作用而加速,擴散的電子將會互相沖擊而激發熒光粉,使之發光。
消氣劑是維持真空的重要零件。在排氣工程的最后階段,可利用高頻產生的渦流損耗對消氣劑加熱,在玻璃蓋的內表面形成鋇的蒸發膜,可用來進一步吸收管內的殘留氣體。