感应加热原理与IGBT应用拓扑分析（上）

在理解电磁感应加热的原理之前，先问自己一个问题，假如这个世界上没有电磁炉，你要烧开一锅水，会怎么做？

最常见的方式，就是点燃炉灶，把锅架在火上。

图1.传统燃气加热

然而这种方法是间接的加热方式，先由热源加热锅具，再通过锅具将热量传导到锅内的食物，在这一系列的过程中，必然会产生能量的损失。找元器件现货上唯样商城

所以，有没有一个办法，把锅具本身变成一个热源，让锅来直接煮水？

这，就要用到感应加热了。

感应加热的原理，如图2所示：

1.

控制板通过谐振转换电路产生高频交流电流流经铜线圈；

2.

在工作线圈上产生感应的磁场，感应磁场在金属锅具底部产生涡流；

3.

涡流通过金属的趋肤效应让其电阻产生焦耳热，同时与材料的渗透性有关的磁滞损失也产生热量。

图2.涡流效应

等效电路如下图所示：

图3.等效电路
 

 

感应加热速度有以下特点：

1.

烹饪容器底部的涡流与流经感应线圈的电流大小成正比，意味着增加感应线圈的电流会导致涡流的增加; 烹饪容器的加热时间会更快。

2.

更高的频率将使涡流密度集中在更接近表面的地方，这反过来又会大大减少活性电流流的横截面积，从而间接增加电阻，增加加热效率，所以增加工作频率也会加快加热容器的速度。

所以感应加热需要谐振控制器在线圈上产生交变电流，并且为了达到一定功率，谐振控制器的电流及开关频率都要求比较高，那么开关器件势必要选用即能导通大电流又能快速开关的IGBT。

图4.频率对材料的标准穿透深度的影响
 

感应加热目前主流的拓扑有单端谐振和半桥谐振两种不同的拓扑，下图对两种拓扑特点做了详细的比较：

图5.感应加热应用范围和谐振拓扑的特点

1.

单端谐振相对来讲控制简单，整体成本有优势；

2.

如下图所示单端谐振不足之处就是功率范围明显受到制约，小功率（<600W）会有硬开通产生大电流增加温升，大功率(>2.3KW)单颗管子的温升很难控制；

图6.两种拓扑功率输出和温升的对应关系

审核编辑 黄宇