低功率IGBT在电磁炉中应用实例

低功率IGBT在电磁炉中应用实例

作者：微叶科技 时间：2015-07-03 17:42

       磁炉的主电路如图1a所示，220V交流电经桥式整流器变换为直流电，再经电压谐振变换器变换成频率为20 - 30kHz的交流 电。电压谐振变换器是低开关损耗的零电压开关(ZVS)变换器，由微处理器控制功率开关管的驱动信号，完成功率开关管开关的开关过程。
       电磁炉的加热线圈盘与负载（锅具）可以看做是一个空心变压器，次级负载具有等效的电感和电阻，将次级的负载电阻和电感折合到初级，可以得到图1b所示的等效电路。其中RA是一次侧电阻反射到二次侧的等效负载电阻；LA是二次侧电感反射到一次侧并与一次侧电感相叠加后的等效电感。

 

图1  电磁炉的主电路图
a)主电路  b）主电路等效电路  c）各阶段的工作等效电路
电磁炉主电路的工作过程可以分成3个阶段，各阶段的等效电路如图1c所示。在一个开关管的工作周期中，定义主开关开通的时刻为t0。

        ①[t0，t1]主开关导通阶段。按主开关零电压开通的特点，t0时刻，主开关上的电压Vce。=0，则C上的电压Ve=Vce-Vdc= - Vdc。如图1c中①所示，主开关开通后，电源电压Vdc加在R及L支路和C两端。由于C上的电压已经是- Vdc，故C中的电流为0。电流仅从R及L支路流过。流过IGBT的电流Is与流过L的电流IL相等。电流IL按照指数规律单调增加。流过R形成了功率输出，流过L而储存了能量。到达t1时刻，IGBT 关断，IL达到最大值Im。这时，仍有Ve= - Vdc，Vce=0。IL 换向开始流人C，但 c两端的电压不能突变，因此，IGBT为零电压关断。
        ②[t1，t2]谐振阶段。IGBT关断之后，工和C相互交换能量而发生谐振，同时在R上消耗能量，形成功率输出。等效电路如图1c中②和1c中③所示。
        ③[ t2，t3]电感放电阶段。L中的剩余能量，一部分消耗在R上，一部分返回电源，IL的绝对值按指数规律衰减，在t3时刻，IL =0，L中的能量释放完毕，二极管自然阻断。在Ve= - Vdc即Vce=0时，主开关已经开通，在电源Vdc的激励下，IL又从0开始正向流动，重复[ t0，ti]阶段的过程。
当电磁炉负载（锅具）的大小和材质发生变化时，负载的等效电感会发生变化，这将电磁炉主电路谐振频率变化，这样电磁炉的输出功率会不稳定，常会使功率管IGBT过压损坏。为了避免这种情况发生，采用双闭环控制结构和模糊控制方法，使负载变化时保持电磁炉的输出功率稳定。


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