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降低电磁炉应用中的IGBT功率损耗

上网日期: 2014年01月15日 ?? 作者: Alan Ball ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:IGBT? 零电压开关? ZVS技术?

近年来,人们使用的电器产品数量不断增多,致使每个家庭内的总能耗稳步上升,不仅大多数西方国家是这样,新兴国家亦是如此。与这些能耗相关的成本也已经增加,因为燃料资源变得更为紧缺,公用事业公司因此而涨价。为了将从电网获得的功率提升至最高,并因此使电费账单支出受控及减少碳排放,付出更多努力来为室内环境开发更高能效的电器就至关重要了。

电磁感应加热炉具(以下简称“电磁炉”)使用电磁产生的热能来烹调,其能效比我们熟悉的标准家用电热锅高得多。此外,由于是通过感应而非传导来产生热量 ,其安全性也被证实更高,因为任何人体部位置于炊具表面都不会被烧伤。

电磁感应加热的原理

图1描绘了电磁感应加热应用使用的典型准谐振反激拓扑结构。电磁能量产生并使用感应方式来传递至锅具。然后在锅具中转变为热能,因而给锅具加热。触发加热过程的感应涉及到使用二极管等未受控的开关器件来对相对低频的交流线路输入电压进行整流。在20 kHz至35 kH之间的频率对整流电压进行开关,提供高频磁通量。锅具充当耗散能量的磁心,将磁场转换为热能。产生及传递此热能的主要组件就是锅具、电感、谐振电容及绝缘门双极晶体管(IGBT)。

降低电磁炉应用中的IGBT功率损耗(电子工程专辑)
图1:电磁炉的单端拓扑结构框图

当要产生将热能传递给锅具所要求的磁场时,电感绕组的几何尺寸极为重要。电感绕组为螺旋形,并在水平面彼此缠绕。这种配置增加了磁通量的表面积,并使加热过程具有更高能效。通过使用以相等间距布设在电感绕组周围的矩形铁氧体磁棒,进一步增强了锅具上这些磁通线的稠密度。多个小型导体的使用将趋肤效应(skin effect)减至最小,并减小了线圈中的感抗(IR)损耗。如图1所示,LR是空心电感,并没有跟传统铁磁心电感相同类型的损耗。锅具必须采用磁性材料制造,使其能够充当磁心。在电磁炉的开关频率范围内,锅具的厚度极大地影响磁心的能效,而涡电流损耗很大。这些损耗将磁场转变为热能,在锅具中产生大量的热并烹调食物。


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