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  • 半桥电磁灶原理

    2011-10-28 12:26:35
    半桥电磁灶原理: 采用瑞萨芯片R5F212L4, 输出两路互补PWM控制上下桥. 经过测试: 检锅和提锅, 自动调整功率正常. 功率做到3100W. 先上电路图源程序稍后上传。
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    全桥、半桥拓扑在逆变器中广泛应用,现对其拓扑作分析,得出各自的优缺点。

    通过时序电路分析两个开关管交替通断时的开关管耐压和变压器原边电压,可知开关管所需耐压为 Vdc ,变压器原边电压为 ± 1/2Vdc 。

    全桥逆变功率转换主电路与板桥电路的区别就是,用另外两个同样的开关管代替两只电容,即由 4 只开关管组成逆变开关电路,同样分析时序电路,可得开关管所需耐压为 Vdc ,变压器原边电压为 ± Vdc 。

    了解了两种电路的特性和工作原理,就可以比较其优缺点了。

    (假设半桥上臂电容为C1,下臂为C2,没有图片)

    首先,从电路图上可以很方便的看出一点明显的区别,就是开关管的数量不同。半桥式电路的开关管数量少,成本也就相应的低。全桥式电路有 4 只开关管,需要两组相位相反的驱动脉冲分别控制两对开关管,那就难免导致驱动电路的复杂。半桥式电路由于只有两只管子,没有同时通断地问题,且其抗不平衡能力强,也就是说对 duty 的要求不是很高,所以驱动电路相对于全桥就简单很多。

    就抗不平衡能力,我们可以再看一下原理图,当半桥式电路工作在 120VAC 时,电容中间的开关闭合,此时主要靠隔直电容 C2 来解决不平衡的问题。产生磁通不平衡时,线路中会出现一个直流偏流,当这个直流偏流大到一定程度时就会出现磁通饱和,加了这个隔直电容,就可以使直流电不能通过,以达到抗不平衡的目的。从另一个方面来说,当没有隔直电容时,会产生磁通不平衡,也就是铁心中会有剩磁出现,磁通不能恢复到零,剩磁积累到一定程度导致铁心饱和。而加了这个电容,当变压器线圈续流能量过多时,就会给 C2 充电&

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    以英飞凌的IGBT为例
    原理图如下:
    在这里插入图片描述
    引脚分布:
    在这里插入图片描述

    内部结构照片
    在这里插入图片描述
    大方块是IIGBT,小方块是二极管
    方块上面是发射机,小方块上面是二极管正极

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    电磁炉的核芯电路是一个变频电路,即将 5060Hz 的低频市电转换成 20kHz 的高频电供给感应线圈 来产生高频磁场,使金属锅具在磁场作用下产生涡流而发热。目前电磁炉变频电路的主要形式有三种: 单管电路、半桥电路和全桥电路 。

     虽然欧洲电磁炉的普及程度低于亚洲,但电磁炉的发明却是源于德国。欧洲出产的家用电磁炉基本上都是采用半桥电路的。全桥电路一般为商用大功率电磁炉或者工业大功率电磁加热设备中采用。中国家用电磁炉来源于日本和台湾,基本上都采用单管电路。虽然三者最终都能加热、烹饪,但其工作特性、可靠性、成本等方面还是有较大差别,以下就单管电路、半桥电路和全桥电路分别做一些简要的介绍。

    一、单管电路: 单管电路就是指一个IGBT负责开通与关断工作,当IGBT开通时电流经线圈迅速充电,当IGBT关断时,线圈电流向谐振电容充电产生一个很高的反电压,当它超过IGBT的耐压时IGBT就会瞬间击穿(俗称炸机)。一般正常工作时,这个电压约为1000-1100V之间,当电路受到干扰或其它意外因素影响时,这个电压就会升高,必须要及时保护。单管电路还有一个很大的致命的先天性缺陷,当功率较低时会影响IGBT的工作状态造成IGBT严重发热、缩短IGBT寿命甚至造成IGBT击穿(炸机),或者说当线圈离加热物体比较近时,就会出现这种情况。所以单管电磁炉能连续加热的功率一般都大于最大功率的50%,即一台最大2000W的电磁炉,1000W以下都是断续加热,如200W的功率是用1000W加热2秒停止8秒来实现的,这在很多烹饪场合是不合适的。目前国内电磁炉基本都是单管电路,电路构成也基本一致,产品质量、档次不同主要取决于零部件选材和工艺、质量的控制。这种单管电路结构造价比较便宜,只能适用于要求不高的家用电磁炉中。很多电磁加热器的生产厂家也打着节能旗号,向用户供电磁加热控制板,价格很低,其实就是家用电磁炉单管电路电路,有些厂家也用两个IGBT,其实也就是这个电路,只不过是并联使用。请大家认真对待,不要被骗。

              
    浅谈电磁炉的三种工作形式_单管电路_半桥电路和全桥电路







    二、半桥电路: 半桥电磁炉使用两个IGBT轮流开工作,一个关闭后另一个开通不存在高反电压的问题,没过电压损坏IGBT的隐患,产品的可靠性大大提高,所以国外高档的电磁炉(特别是厨房用的多头炉)都采用半桥方案。半桥电路另外一个优点就是连续功率可以做得很低。不存在低功率影响IGBT工作状态的问题,理论上可以做到所有功率都连续加热,但受器件工作频率限制,一般可做到最大功率的20%,特别设计可做到最大功率的10%,即2000W的电磁炉,200W也能连续加热,实现所有火力档都是连续加热的,大大提高了电磁炉的实用性。我们江信电子的中小电磁加热器(2-15KW)就是采用半桥电路来设计的。一般地,半桥电路最大设计功率约为20-30KW,这是单管电路远远不能达到的。半桥电路设计则不同于单管不同,不同厂家有不同的电路设计,从PWM的产生、功率控制、相位控制、电流检测到IGBT驱动,都有多种不同的方式,五花八门,各显神通。所以产品的性能和可靠性也就千差万别。而合理的设计便成为最关键的环节。我们江信电子采用基于AVR的全数字控制,与以往传统的半桥电路对比,具有性能稳定,便于安装,容易安装,调试简单,故障率低的特点。可广泛应用于塑料机械(如注塑机、拉丝机、造粒机、挤出机的节能改造工程中)食品机械、原油输送等类似加热行业。

         
    浅谈电磁炉的三种工作形式_单管电路_半桥电路和全桥电路



     



    三、全桥电路:把半桥电路的两个桥臂谐振电容改成两个IGBT,线圈串联一个揩振电容就构成全桥电路,IGBT1和IGBT4以及IGBT2和IGBT3交替工作,从而获得比较大的功率。全桥电路成本远高于单管和半桥电路,一般控制方法有调频和移相。控制电路和半样电路基本相似。我们江信电子采用基于AVR的全数字控制。主要应用于20KW以上的大功率电磁加热控制器上。下图即为大功率通用控制板。详情请点击该图有说明。


                                                  浅谈电磁炉的三种工作形式_单管电路_半桥电路和全桥电路

    浅谈电磁炉的三种工作形式_单管电路_半桥电路和全桥电路

    浅谈电磁炉的三种工作形式_单管电路_半桥电路和全桥电路


                           

                         
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