典型的電磁爐拓撲結(jié)構(gòu)及應(yīng)用分析

如今，隨著對節(jié)能設(shè)備的不斷追求，電磁爐已經(jīng)在歐洲成為一種趨勢，在世界其他地方越來越受歡迎。這些廚房設(shè)備因其減少烹飪時間并提高用戶安全性而廣受歡迎，尤其是因為他們不使用火焰或火來烹飪，因此對兒童尤其如此。根據(jù)美國能源部的數(shù)據(jù)，電磁爐的典型效率為84％，而燃氣灶的典型效率為40％。本文討論了兩種典型的電磁爐設(shè)計電路，即半橋串聯(lián)諧振和準(zhǔn)諧振拓撲。審查了這兩種高頻逆變器拓撲的優(yōu)缺點，以及用于高頻工作的三個柵極驅(qū)動器電路，分立晶體管，光耦合器集成電路和變壓器。

電磁爐如何工作？

半橋系列-電磁爐的諧振拓撲

電磁爐的準(zhǔn)諧振拓撲

什么是電磁爐？

我們首先比較傳統(tǒng)燃氣烹飪和感應(yīng)烹飪之間的區(qū)別。在感應(yīng)烹飪中，能量直接傳遞到鍋或鍋中。在常規(guī)烹飪中，必須首先產(chǎn)生火，然后將熱能傳遞到烹飪鍋。一步式能量轉(zhuǎn)移的感應(yīng)烹飪比常規(guī)烹飪及其兩步能量轉(zhuǎn)移過程更有效。

圖1和2顯示了電磁爐的兩種電路拓撲，即半橋串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器（圖1）和準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器（圖2）。在兩種拓撲中，都存在諧振元件Lr和Cr。為了簡化電路，假設(shè)負載罐R為純電阻元件。在這兩種拓撲中，全橋式整流器將220 V 50 Hz的交流輸入電源轉(zhuǎn)換為不受控制的直流電壓。然后，在半橋電路的情況下，通過逆變器IGBT（絕緣柵雙極晶體管）開關(guān)S1和S2將該DC電壓轉(zhuǎn)換為高頻AC電壓，可以使用微控制器對其進行控制。由于高頻開關(guān)交流電，因此元件線圈將產(chǎn)生高頻電磁場，該電磁場會穿透鐵質(zhì)材料烹飪鍋。

從法拉第定律和皮膚效應(yīng)來看，這會在烹飪鍋內(nèi)產(chǎn)生渦流，然后產(chǎn)生熱量來烹飪鍋內(nèi)的食物。通過應(yīng)用變壓器等效電路，設(shè)計人員能夠?qū)⒇撦d罐（變壓器的次級）映射到諧振電感Lr和電容器Cr所在的電路的初級側(cè)。由此，我們可以得到半橋和準(zhǔn)諧振電路的等效電路，如圖3和圖4所示。從這些等效電路中，電磁爐的操作，諧振電感器，電容器的尺寸和控制算法都可以實現(xiàn)。受孕。

為了減小組件尺寸，最小化開關(guān)損耗并降低工作期間（高于20 kHz諧振頻率）的可聽噪聲，電磁爐電路通常采用諧振或軟開關(guān)技術(shù)。

等效半橋串聯(lián)諧振電路

等效準(zhǔn)諧振電路

這種軟開關(guān)技術(shù)可以分為兩種方法：零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)。當(dāng)晶體管在零電壓下導(dǎo)通時，便會發(fā)生零電壓切換。零電流開關(guān)是指消除零電流時的關(guān)斷開關(guān)損耗。通過使用由LC諧振電路產(chǎn)生的諧振，可以使施加到開關(guān)電路的電壓或電流為零。該拓撲稱為“諧振轉(zhuǎn)換器”。

與傳統(tǒng)的硬開關(guān)技術(shù)相比，這允許應(yīng)用利用諧振頻率并獲得上述好處。

半橋串聯(lián)諧振的優(yōu)點是穩(wěn)定，并且由于簡化的設(shè)計而降低了成本。電路中的電壓被限制在輸入電壓的水平，這會降低IGBT電源開關(guān)兩端的電壓應(yīng)力。這樣，設(shè)計人員可以通過選擇較低額定值的IGBT來降低成本。這種方法的缺點是半橋電路的控制相對復(fù)雜，并且由于上IGBT（圖1中的S1）所需的高側(cè)柵極驅(qū)動器電路，散熱器和PCB面積的所需尺寸也更大。 。

準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢在于，它僅需要1個IGBT電源開關(guān)，從而減小了PCB和散熱器的設(shè)計尺寸。缺點是準(zhǔn)諧振開關(guān)會產(chǎn)生一個諧振電壓，該電壓可能會高于直流輸入電壓，從而增加了IGBT電源開關(guān)上的應(yīng)力。這需要具有更高阻斷電壓能力的成本更高的組件。

編輯：hfy