BG2571U1 - A radiofrequency heating apparatus with direct digital operation of the radiofrequency power and control of the power’s fine tuning - Google Patents

A radiofrequency heating apparatus with direct digital operation of the radiofrequency power and control of the power’s fine tuning Download PDF

Info

Publication number
BG2571U1
BG2571U1 BG3588U BG358816U BG2571U1 BG 2571 U1 BG2571 U1 BG 2571U1 BG 3588 U BG3588 U BG 3588U BG 358816 U BG358816 U BG 358816U BG 2571 U1 BG2571 U1 BG 2571U1
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
radio frequency
radiofrequency
power
devices
heating apparatus
Prior art date
Application number
BG3588U
Other languages
Bulgarian (bg)
Inventor
Philip Schmitt
Charles Schmitt Philip
Mario Metodiev
Metodiev New York Mario (US)
Станимир Бонев
Бонев Бонев Димитровград Станимир (BG)
Original Assignee
"Ултрафлекс Корпорейшън" Оод
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by "Ултрафлекс Корпорейшън" Оод filed Critical "Ултрафлекс Корпорейшън" Оод
Priority to BG3588U priority Critical patent/BG2571U1/en
Publication of BG2571U1 publication Critical patent/BG2571U1/en

Links

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)

Abstract

The current utility model relates to a radiofrequency heating apparatus with direct digital operation of the radiofrequency power and control of the power’s fine tuning, which can be used in radiofrequency industrial energy systems, specifically in radiofrequency heating energy systems, which are used for radiofrequency induction heating and melting, as well as for generating plasma, corona discharge and radiofrequency heating of hydrocarbons. The created radiofrequency heating apparatus, according to the utility model, includes an alternating current source (12), connected to a central direct current rectifier (14), the outlet of which is connected to a multitude of radiofrequency devices (16.1… 16.N and 34). Each of the multitude of devices (16.1… 16.N and 34) is in turn connected to a transformer (18.1… 18.N and 40) whose secondary coils are successively connected to generate exit voltage V3. The exit voltage Vs is fed to resonance circle (22), which includes working component of the type bobbin for induction heating (24) or condenser of a corona discharge (26). The resonance circle (22) through backwards connection (28) is connected to the operations block (30) which is in turn connected to also each radiofrequency device (16.1… 16.N and 34), for securing and feeding operation radiofrequency signals as to activate the devices (16.1… 16.N and 34). To the operation block (30) is connected to adjustable charge (36), which ensure adjustable controlled direct current voltage for the last radiofrequency device (34.)

Description

Област на техникатаField of technology

Настоящият полезен модел се отнася до радиочестотен нагревателен апарат с пряко цифрово управление на радио честотната мощност и контрол на фината настройка на мощността, който ще намери приложение в радиочестотните индустриални енергийни системи и по-специално в радиочестотните нагревателни енергийни системи, които се използват за радиочестотно индукционно нагряване и топене, както и за генериране на плазма, коронен разряд и радиочестотно нагряване на въглеводороди.This utility model relates to a radio frequency heating apparatus with direct digital control of the radio frequency power and fine tuning of power, which will find application in the radio frequency industrial energy systems and in particular in the radio frequency heating energy systems used for radio frequency induction heating and melting, as well as for generating plasma, corona discharge and radiofrequency heating of hydrocarbons.

Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Индукционното нагряване е метод за безконтактно нагряване на материали за реализация на производствените операции заваряване, закаляване, отвръщане, топене на метали и други, който използва електромагнитната индукция, създадена от протичането на високочестотен електрически ток. Този метод се прилага при производствени операции свързани с обработка на електропроводими материали.Induction heating is a method for non-contact heating of materials for the implementation of production operations welding, hardening, annealing, melting of metals and others, which uses electromagnetic induction created by the flow of high-frequency electric current. This method is applied in production operations related to the processing of electrically conductive materials.

Индукционното загряване се извършва от технологични устройства с индуктивен елемент, който е източник на променливо магнитно поле. Изгражда се като бобина с една или повече навивки, по която от мощен генератор протича силен електрически ток с висока честота. В такова изпълнение индуктивният елемент се явява първична намотка на трансформатор без желязна сърцевина.Induction heating is performed by technological devices with an inductive element, which is a source of alternating magnetic field. It is built as a coil with one or more windings, through which a strong high-frequency electric current flows from a powerful generator. In such an embodiment, the inductive element is a primary winding of a transformer without an iron core.

Основните блокове, които съставляват устройствата за индукционно нагряване, са в пряка зависимост от моментното състояние на технологиите в производството на силовите полупроводникови прибори. Класическата блокова схема включва трифазен тиристорен токоизправител; нискочестотен, мрежов L-C филтър и мостов тиристорен инвертор. Съгласуването на параметрите на индуктора с тези на инвертора в повечето случаи става с помощта на трансформатор. Основно предимство на класическата схема е нейната простота, но за сметка на това нискочестотният L-C филтър е твърде обемист и скъп. Регулирането на изходната мощност, чрез тиристорен токоизправител, води до влошаване на енергийните показатели на устройството спрямо захранващата мрежа (нисък коефициент на полезно действие). Реакцията натиристорния токоизправител, при бързи промени в параметрите на индукционния товар, е твърде бавна (минималното време на реакция е 3.3 милисекунди). Тиристорният инвертор не е в състояние да работи на високи честоти (десетки или стотици килохерци).The main units that make up the induction heating devices are directly dependent on the current state of technology in the production of power semiconductor devices. The classic block diagram includes a three-phase thyristor rectifier; low frequency, mains L-C filter and bridge thyristor inverter. The coordination of the parameters of the inductor with those of the inverter in most cases is done with the help of a transformer. The main advantage of the classic circuit is its simplicity, but on the other hand the low-frequency L-C filter is too bulky and expensive. The regulation of the output power by means of a thyristor rectifier leads to a deterioration of the energy indicators of the device in relation to the power supply network (low efficiency). The reaction of the thyristor rectifier, with rapid changes in the parameters of the induction load, is too slow (the minimum reaction time is 3.3 milliseconds). The thyristor inverter is not able to operate at high frequencies (tens or hundreds of kilohertz).

Появата на мощните MOSFET и IGBT транзистори води до промяна в подхода при изграждане на индукционните устройства. Първоначално, тиристорният инверторен блок е заменен с транзисторен, с което се повишава работната му честота до стотици килохерци, но се запазва тиристорният токоизправител, а с това и принадлежащите му недостатъци.The advent of powerful MOSFET and IGBT transistors leads to a change in the approach to the construction of induction devices. Initially, the thyristor inverter unit was replaced with a transistor, which increases its operating frequency to hundreds of kilohertz, but retains the thyristor rectifier, and thus its associated shortcomings.

Блоковата схема, въз основа на която се изграждат индукционните устройства в последно време включва трифазен диоден токоизправител; нискочестотен, мрежов L-C филтър; понижаващ постояннотоков транзисторен регулатор; високочестотен L-C филтър и мостов транзисторен инвертор.The block diagram on the basis of which the induction devices have recently been built includes a three-phase diode rectifier; low frequency, mains L-C filter; step-down DC transistor regulator; high frequency L-C filter and bridge transistor inverter.

Като основен недостатък на така реализираното индукционно устройство трябва да се отбележи тройното преобразуване на електрическата енергия: изправител, постояннотоков регулатор, инвертор. Това води до понижаване на общия коефициент на полезно действие.The main disadvantage of the induction device realized in this way is the triple conversion of the electric energy: rectifier, DC regulator, inverter. This leads to a decrease in the overall efficiency.

Техническа същност на полезния моделTechnical essence of the utility model

Задача на настоящия полезен модел е да се създаде радиочестотен нагревателен апарат с пряко цифрово управление на радиочестотната мощност на индукционното нагряване, комбинирано с една или повече техники за фина настройка на управлението на мощността, позволяващ управление на изходната мощност в промишлена радиочестотна енергийна система, което да доведе до повишаване на общия коефициент на полезно действие.The object of the present utility model is to create a radio frequency heating apparatus with direct digital control of the radio frequency power of the induction heating, combined with one or more techniques for fine-tuning the power control, allowing control of the output power in an industrial radio frequency energy system. led to an increase in the overall efficiency.

Задачата е решена като е създаден радиочестотен нагревателен апарат с пряко цифрово управление на радио честотната мощност и контрол на фината настройка на мощността, включващ източник на променлив ток, свързан към централен токоизправител на постояненThe problem was solved by creating a radio frequency heating device with direct digital control of the radio frequency power and control of the fine tuning of the power, including an alternating current source connected to a central rectifier of direct current.

2571 UI ток, изходът на който е свързан с множество радиочестотни устройства. Всяко едно от множеството устройства от своя страна е свързано с трансформатор, чиито вторични намотки са последователно свързани за генериране на изходно напрежение. Полученото изходно напрежение е подадено на резонансен кръг, включващ работен компонент от вида бобина за индукционно нагряване или кондензатор на коронен разряд. Резонансния кръг чрез обратна връзка е свързан към блок за управление, който от своя страна е свързан и с всяко от радиочестотните устройства за осигуряване и подаване на управляващи и радиочестотни сигнали за задействане на устройствата. Към блока за управление е свързано и регулируемо захранване, осигуряващо променливо контролирано напрежение на постоянен ток за последното радиочестотно устройство.2571 UI current, the output of which is connected to a plurality of radio frequency devices. Each of the plurality of devices in turn is connected to a transformer whose secondary windings are connected in series to generate an output voltage. The resulting output voltage is applied to a resonant circuit comprising an operating component of the induction heating coil or corona discharge capacitor. The resonant circuit is connected via feedback to a control unit, which in turn is connected to each of the radio frequency devices for providing and transmitting control and radio frequency signals for actuation of the devices. An adjustable power supply is also connected to the control unit, providing alternating controlled DC voltage for the last radio frequency device.

Радиочестотните устройства са изградени като силициеви управляеми изправители (SCR), или биполярни транзистори с изолиран гейт (IGBT) или полеви метал-оксидни транзистори (MOSFET), конфигурирани като схема на пълен мостов усилвател, полу-мостов усилвател, усилвател клас А, усилвател клас АВ, усилвател клас С и/или усилвател клас D.Radio frequency devices are built as silicon steerable rectifiers (SCR), or bipolar transistors with isolated gate (IGBT) or field metal oxide transistors (MOSFET), configured as a circuit of a full bridge amplifier, half-bridge amplifier, class A amplifier AB, Class C amplifier and / or Class D amplifier.

В едно предпочитано вариантно изпълнение на апарата, радиочестотните устройства са изградени като пълен мостов усилвател клас D.In a preferred embodiment of the apparatus, the radio frequency devices are constructed as a full class D bridge amplifier.

В предпочитано вариантно изпълнение последното радиочестотно устройство може да включва множество специални радиочестотни устройства с ниска мощност, всяко от които може да има трансформатор със собствен коефициент на трансформация.In a preferred embodiment, the latter RF device may include a plurality of special low power RF devices, each of which may have a transformer with its own conversion factor.

В друго предпочитано вариантно изпълнение последното радиочестотно устройство представлява пълен мостов инвертор, включващ два транзистора с полеви ефект, свързани последователно между положително напрежение V + и земя, и други два полеви транзистора, свързани също последователно между положително напрежение V + и земя. Първичната намотка на последния трансформатор, свързан с това последно радиочестотно устройство, е свързана последователно в точката между първите транзистори с полеви ефект и точката между другите транзистори с полеви ефект.In another preferred embodiment, the latter radio frequency device is a full bridge inverter comprising two field-effect transistors connected in series between a positive voltage V + and ground, and two other field-effect transistors also connected in series between a positive voltage V + and ground. The primary winding of the last transformer connected to this last radio frequency device is connected in series at the point between the first field effect transistors and the point between the other field effect transistors.

В едно друго предпочитано вариантно изпълнение на апарата, последният трансформатор, свързан с последното радиочестотно устройство, е с различен коефициент на трансформация от този на останалите трансформатори.In another preferred embodiment of the apparatus, the last transformer connected to the last radio frequency device has a different transformation coefficient than that of the other transformers.

Радиочестотният нагревателен апарат, съгласно полезния модел, включва и алтернативен токоизправител, свързан съответно към споменатите радиочестотни устройства.The radio frequency heating apparatus, according to the utility model, also includes an alternative rectifier connected respectively to said radio frequency devices.

Предимствата на така създадения радиочестотен нагревателен апарат се дължат основно на това, че е изграден на модулен принцип. Отдаваната към изхода мощност от всеки един модул е равна на изходната мощност разделена на броя на модулите. Отделните модули са еднотипни и са от по-нисък клас. Това води до понижаване цената на индукционното устройство в сравнение с тези устройства, при които цялата изходна мощност се отдава от един модул.The advantages of the radio frequency heating device thus created are mainly due to the fact that it is built on a modular principle. The power output to the output from each module is equal to the output power divided by the number of modules. The individual modules are of the same type and are of a lower class. This leads to a lower cost of the induction device compared to those devices in which all the output power is given by one module.

Освен опростената конфигурация на отделните модули, е постигнат и много добър коефициент на полезно действие. Това се дължи и на отпадането на постояннотоковия регулатор и високочестотния L-C филтър с принадлежащите им загуби, с което са подобрени и габаритните показатели на индукционното устройство, като цяло.In addition to the simplified configuration of the individual modules, a very good efficiency has been achieved. This is also due to the failure of the DC regulator and the high-frequency L-C filter with their associated losses, which has improved the overall performance of the induction device as a whole.

Създаденият радиочестотен нагревателен апарат се отличава и със своята надеждност. Всеки повреден модул се шунтира лесно и технологичният процес може да бъде довършен от останалите модули. Освен това, цената на един модул е една η-та от цената на цялото индукционно устройство. Това позволява поддържането на един модул, като резервен, на склад. Модулната структура позволява бърза подмяна на всеки повреден модул.The created radio frequency heating device is also distinguished by its reliability. Each damaged module is easily bypassed and the technological process can be completed by the other modules. In addition, the price of one module is one ηth of the price of the whole induction device. This allows the maintenance of one module, as a backup, in stock. The modular structure allows quick replacement of any damaged module.

Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures

Настоящият полезен модел е илюстриран на приложените фигури, където:This utility model is illustrated in the accompanying figures, where:

фигура 1 представлява блок-схема на радиочестотен нагревателен апарат с използване на пряко цифрово радиочестотно управление и контрол на фината настройка на мощността;Figure 1 is a block diagram of a radio frequency heating apparatus using direct digital radio frequency control and fine tuning of the power;

фигура 2 - графика на изходното напрежение като функция на броя активирани радиочестотни устройства;Figure 2 is a graph of the output voltage as a function of the number of activated RF devices;

фигура 3 - графика на изходната мощност като функция на броя активирани радиочестотни устройства;Figure 3 - graph of the output power as a function of the number of activated radio frequency devices;

фигура 4а - схема на верига на фазово отместFigure 4a is a diagram of a phase shift circuit

2571 UI ване, осигуряваща контрол на фината настройка на мощността;2571 UI, providing control of fine-tuning the power;

фигура 46 - сигналите за фазово регулиране и сигнал на изходната мощност, свързани с веригата за фазово отместване, показана на фигура 4а;Figure 46 shows the phase control signals and the output power signal associated with the phase shift circuit shown in Figure 4a;

фигура 5а показва последното радиочестотно устройство 34 и трансформатора 40;Figure 5a shows the last radio frequency device 34 and the transformer 40;

фигура 56 показва вариантно изпълнение на показаните на фигура 5а радиочестотно устройство 34 и трансформатор 40;Figure 56 shows an embodiment of the radio frequency device 34 and transformer 40 shown in Figure 5a;

фигура 5в - показва второ вариантно изпълнение на показаните на фигура 5а радиочестотно устройство 34 и трансформатор 40 - чрез устройства с двоично претегляне.Figure 5b shows a second embodiment of the radio frequency device 34 and transformer 40 shown in Figure 5a by means of binary weighing devices.

Примери за изпълнение на полезния моделExamples of implementation of the utility model

На фигура 1 е показана принципна схема на радиочестотен индукционен нагревателен апарат 10, който използва пряко цифрово управление на радиочестотната мощност. Радиочестотният индукционен нагревателен апарат 10 включва източник на променлив ток (АС) 12, свързан към централен токоизправител на постоянен ток (DC) 14, което води до получаване на постоянно напрежение V +, приложено към множество радиочестотни устройства 16.1 ... 16.N и 34. Като алтернатива на централния токоизправител 14 за всички радиочестотни устройства 16.1... 16.N и 34, може да бъде използван специален токоизправител 20, съответно свързан към всяко от радиочестотните устройствата 16.1... 16.Nh34, както е показано с пунктирана линия на фигура 1.Figure 1 shows a schematic diagram of a radio frequency induction heating apparatus 10 that uses direct digital control of the radio frequency power. The radio frequency induction heating apparatus 10 includes an alternating current (AC) source 12 connected to a central direct current (DC) rectifier 14, which results in a constant voltage V + applied to a plurality of radio frequency devices 16.1 ... 16.N and 34. As an alternative to the central rectifier 14 for all radio frequency devices 16.1 ... 16.N and 34, a special rectifier 20 can be used, respectively connected to each of the radio frequency devices 16.1 ... 16.Nh34, as shown by the dotted line of figure 1.

От своя страна всяко от множеството радиочестотни устройства 16.1... 16.N и 34 е свързано с трансформатор 18.1 ... 18.N и 40. Вторичните намотки на всеки от трансформаторите 18.1 ... 18.N и 40 са свързани последователно за генериране на изходно напрежение Vs. Изходното напрежение Vs се използва за захранване на резонансен кръг 22, който включва работен компонент от вида бобина за индукционно нагряване 24 или кондензатор на коронен разряд 26. Обратна връзка 28 се използва за следене на изходното напрежение Vs, тока и/или честотата на входа на резонансния кръг 22 чрез сигнал към блок за управление 30. Блокът за управление 30 подава управляващи сигнали за включване / изключване към всяко радиочестотно устройство 16.1... 16.N и 34, както и радиочестотни сигнали за задвижване на тези устройства. Радиочестотните сигнали за задвижване на устройствата 16.1 ... 16.N и 34 включват две фази, които са изместени една спрямо друга. Честотата на радиочестотните сигнали се определя от резонансната честота на резонансния кръг 22. Блокът за управление 30 осигурява контрол на мощността при затворен контур, базиран на входния сигнал 32 за мощността и сигнала за обратна връзка 28. Входният сигнал 32 може да бъде аналогов или цифров сигнал, който се подава на блока за управление 30 от потребителски интерфейс. Регулируемо електрозахранване 36 осигурява променливо контролирано напрежение на постоянен ток за последното радиочестотно устройство 34. При някои варианти на изпълнения регулируемото електрозахранване 36 не се използва, при което напрежението се осигурява от изходното напрежение Vs до всяко от радиочестотните устройства 16.1 ... 16.N и 34, както е показано чрез байпасно съединение 38.In turn, each of the many radio frequency devices 16.1 ... 16.N and 34 is connected to a transformer 18.1 ... 18.N and 40. The secondary windings of each of the transformers 18.1 ... 18.N and 40 are connected in series for output voltage generation Vs. The output voltage Vs is used to power a resonant circuit 22, which includes an induction heating coil 24 or a corona capacitor 26. A feedback 28 is used to monitor the output voltage Vs, current and / or frequency of the input voltage. the resonant circuit 22 by a signal to the control unit 30. The control unit 30 transmits control signals for on / off to each radio frequency device 16.1 ... 16.N and 34, as well as radio frequency signals for driving these devices. The radio frequency signals for driving the devices 16.1 ... 16.N and 34 include two phases that are offset from each other. The frequency of the radio frequency signals is determined by the resonant frequency of the resonant circuit 22. The control unit 30 provides closed loop power control based on the power input signal 32 and the feedback signal 28. The input signal 32 may be an analog or digital signal. which is fed to the control unit 30 by a user interface. Adjustable power supply 36 provides alternating controlled DC voltage for the last radio frequency device 34. In some embodiments, the adjustable power supply 36 is not used, wherein the voltage is provided by the output voltage Vs to each of the radio frequency devices 16.1 ... 16.N and 34, as shown by bypass compound 38.

Блокът за управление 30 контролира изходната мощност като използва комбинация от пряко цифрово радиочестотно управление на мощността за всяко от радиочестотните устройства 16.1 ... 16.N и 34 и контрол на финната настройка на мощността, включително, управление и контрол на отместване на фазите, както и регулируемо електрозахранване към последното устройство 34.The control unit 30 controls the output power using a combination of direct digital radio frequency power control for each of the radio frequency devices 16.1 ... 16.N and 34 and control of the fine power adjustment, including phase shift control and control, as well as and adjustable power supply to the last device 34.

Изложените тук варианти на изпълнения пряко контролират едно или повече радиочестотни устройства за прилагане на управление на мощността при затворен контур вместо усилване или модулация на външен сигнал. Освен това, изложените варианти на изпълнения използват контрола на фината настройка на мощността с пряко цифрово управление на мощността при индукционните нагреватели. Тези характеристики значително намаляват общия брой на радиочестотните устройства, използвани за постигане на желаната мощност, което намалява разходите и подобрява цялостната ефективност на апарата 10.The embodiments set forth herein directly control one or more radio frequency devices for applying closed loop power control instead of amplifying or modulating an external signal. In addition, the above embodiments use fine-tuning power control with direct digital power control in induction heaters. These features significantly reduce the total number of RF devices used to achieve the desired power, which reduces costs and improves the overall efficiency of the device 10.

Изложените варианти на изпълнения прилагат схема за пряко цифрово управление на радиочестотната мощност, комбинирано с една или повече техники за контрол на фината настройка на мощността без необходимост от допълнителни каскади заусилване. Изложените варианти на изпълнения позволяват работа с променлива раThe presented embodiments apply a scheme for direct digital control of the radio frequency power, combined with one or more techniques for control of the fine tuning of the power without the need for additional amplification stages. The presented embodiments allow working with a variable

2571 UI диочестота, която следи резонансната честота на резонансния кръг 22, например чрез използване на фазова автоматична донастройка на честотата.2571 UI a frequency that monitors the resonant frequency of the resonant circuit 22, for example by using a phase-locked automatic frequency tuning.

За получаване на сигнал за обратната връзка 28 може да се използва токов трансформаторен сензор (не е показан на фигурата). Токовите трансформаторни сензори се използват за измерване на променлив електрически ток. Тези сензори са известни като измервателни трансформатори. Ако токът в дадена верига е твърде висок, за да се приложи направо към измервателните прибори, токовият трансформаторен сензор осигурява намален ток, пропорционален на тока във веригата, който може лесно да се подаде към измервателните и записващи инструменти, като например към блока за управление 30.A current transformer sensor (not shown in the figure) can be used to receive a feedback signal 28. Current transformer sensors are used to measure alternating electric current. These sensors are known as measuring transformers. If the current in a circuit is too high to be applied directly to the measuring instruments, the current transformer sensor provides a reduced current proportional to the current in the circuit, which can be easily applied to the measuring and recording instruments, such as the control unit 30. .

Както всеки друг трансформатор, токовият трансформаторен сензор има първична намотка, магнитна сърцевина и вторична намотка. Променливият ток в първичната намотка генерира променливо магнитно поле в сърцевината, което след това предизвиква променлив ток във вторичната намотка. Основна цел на конструкцията на токовия трансформатор е да гарантира, че първичните и вторичните вериги са ефективно свързани така, че вторичният ток е правопропорционален на първичния ток. Токовият трансформаторен сензор включва проводник, навит около пръстен от силициева стомана, поставен на измерваната верига. Първичната намотка включва например една навивка, а вторичната намотка - множество навивки.Like any other transformer, the current transformer sensor has a primary winding, a magnetic core and a secondary winding. The alternating current in the primary winding generates an alternating magnetic field in the core, which then causes an alternating current in the secondary winding. The main purpose of the current transformer design is to ensure that the primary and secondary circuits are effectively connected so that the secondary current is directly proportional to the primary current. The current transformer sensor includes a wire wound around a silicon steel ring placed on the measured circuit. The primary winding includes, for example, one winding and the secondary winding multiple windings.

Радиочестотните устройства 16.1... 16.Nh34 са изградени на базата на множество полупроводникови технологии, като например силициеви управляеми изправители (SCR), биполярни транзистори с изолиран гейт (IGBT) и полеви металоксидни транзистори (MOSFET), конфигурирани в различни топологии, включително, но не само, като схема на пълен мостов усилвател, полумостов усилвател, усилвател клас А, усилвател клас АВ, усилвател клас С и/или усилвател клас D. Радиочестотните устройства 16.1... 16.N и 34 обикновено се прилагат като пълен мостов усилвател клас D, но могат да се използват и други топологии. Използваните транзистори могат да варират в широки граници от полеви металоксид транзистори (MOSFET) или биполярни транзистори с изолиран гейт (IGBT) до по-нови комутационни полупроводници. Типичното из ползвано устройство е HiperFET мощен MOSFET Q3-Class, IXFB44N100Q3.Radio frequency devices 16.1 ... 16.Nh34 are based on a number of semiconductor technologies, such as silicon controllable rectifiers (SCR), insulated gate bipolar transistors (IGBT) and field metal oxide transistors (MOSFET), configured in various topologies, including but not only as a scheme of a full bridge amplifier, a half-bridge amplifier, a class A amplifier, a class AB amplifier, a class C amplifier and / or a class D amplifier. class D, but other topologies may be used. The transistors used can range from field metal oxide transistors (MOSFETs) or insulated gate bipolar transistors (IGBTs) to newer switching semiconductors. The typical device used is the HyperFET powerful MOSFET Q3-Class, IXFB44N100Q3.

Трансформаторите 18.1 ... 18.N и 40 обикновено се изпълняват със съотношение М:1 или М:0.5 с множество първични намотки и вторична намотка с една навивка или две навивки. Съотношенията могат да варират, за да се даде възможност за правилното съгласуване на импеданса на радиочестотното устройство 16.1 ... 16.N и 34 с изходната верига или резонансния кръг 22. Типичните коефициенти на трансформация са от 2:1 до 40:1.Transformers 18.1 ... 18.N and 40 are usually implemented with a ratio M: 1 or M: 0.5 with multiple primary windings and a secondary winding with one or two windings. The ratios can be varied to allow for the correct matching of the impedance of the radio frequency device 16.1 ... 16.N and 34 with the output circuit or the resonant circuit 22. Typical transformation coefficients are from 2: 1 to 40: 1.

Блокът за управление 30 осигурява управляващи сигнали и честотни сигнали, независимо до всяко радиочестотно устройство 16.1 ... 16.N и 34, всяко от които след това генерира напрежение за радиочестотно захранване, което се прилага към първичните намотки на съответния трансформатор 18.1 ... 18.N и 40. Блокът за управление 30 осигурява система за управление на мощността при затворен контур чрез сравняване на сигнала за обратна връзка 28 с входящия сигнал за мощност 32, за определяне на нивото на необходимата мощност. Блокът за управление 30 работи чрез селективно активиране на радиочестотните устройства 16.1 ... 16.N и 34 с помощта на управляващи сигнали, както е необходимо. Честотните сигнали за отделните устройства могат да бъдат еднакви или различни.The control unit 30 provides control signals and frequency signals, independently of each radio frequency device 16.1 ... 16.N and 34, each of which then generates a radio frequency supply voltage, which is applied to the primary windings of the respective transformer 18.1 ... 18.N and 40. The control unit 30 provides a closed loop power control system by comparing the feedback signal 28 with the power input signal 32 to determine the required power level. The control unit 30 operates by selectively activating the radio frequency devices 16.1 ... 16.N and 34 by means of control signals as required. The frequency signals for the individual devices can be the same or different.

На фигура 2 е показано изходното напрежение Vs, което е променливо напрежение, на радиочестотния нагревателен апарат 10 като функция от броя радиочестотни устройства 16.1... 16.Nh 34, които са активирани. Всяко от устройствата 16.1... 16.N осигурява по същество еквивалентна стъпка на изходно напрежение. Чрез селективно активиране на отделните радиочестотни устройства 16.1... 16.N и 34, изходното напрежение Vs постепенно се променя. Изходната мощност, както е показано на фигура 3, варира пропорционално на квадрата на изходното напрежение Vs. Когато се изисква промяна на мощността, блокът за управление 30 активира необходимия брой радиочестотни устройства. Както е показано на фигура 3, при използването на пет радиочестотни устройства, енергийните стъпки са относително груби. Въпреки това използването на по-голям брой радиочестотни устройства може да бъде твърде скъпо за много приложения.Figure 2 shows the output voltage Vs, which is an alternating voltage, of the radio frequency heating apparatus 10 as a function of the number of radio frequency devices 16.1 ... 16.Nh 34 which are activated. Each of the devices 16.1 ... 16.N provides a substantially equivalent output voltage step. By selectively activating the individual radio frequency devices 16.1 ... 16.N and 34, the output voltage Vs gradually changes. The output power, as shown in Figure 3, varies in proportion to the square of the output voltage Vs. When a power change is required, the control unit 30 activates the required number of radio frequency devices. As shown in Figure 3, when using five radio frequency devices, the energy steps are relatively coarse. However, using a larger number of RF devices can be too expensive for many applications.

Последното радиочестотно устройство 34The latest radio frequency device 34

2571 UI може да бъде изпълнено по различен начин от останалите радиочестотни устройства 16.1 ... 16.N (показано на фигури 5а, 56 и 5в), като свързаният с него трансформатор 40 е с различен коефициент на трансформация от останалите трансформатори 18.1 ... 18.N.2571 UI can be implemented in a different way from the other radio frequency devices 16.1 ... 16.N (shown in figures 5a, 56 and 5c), as the associated transformer 40 has a different transformation coefficient from the other transformers 18.1 ... 18.N.

От своя страна, при различни вариантни изпълнения на апарата, последното радиочестотно устройство 34 може да включва множество специални радиочестотни устройства с ниска мощност, всяко от които може да има трансформатор със собствен коефициент на трансформация, което увеличава ефективния брой на радиочестотните устройства, свързани с апарата 10. Фигура 5в показва вариант на изпълнение, при който трансформаторите са с коефициент на трансформация, който е двоично претеглен. Така коефициентите на трансформация са дадени като 2:1, 4:1, 8:1 и 16:1 при този вариант или общо като 2η: 1, където η е увеличаващо се цяло число.In turn, in various embodiments of the apparatus, the latter radio frequency device 34 may include a plurality of special low-power radio frequency devices, each of which may have a transformer with its own transformation factor, which increases the effective number of radio frequency devices connected to the apparatus. 10. Figure 5c shows an embodiment in which the transformers have a conversion factor that is binary weighed. Thus, the transformation coefficients are given as 2: 1, 4: 1, 8: 1 and 16: 1 in this variant or in general as 2η: 1, where η is an increasing integer.

Вариант за контрола на фината настройка на мощността е показан на фигури 4а и 46. Чрез прилагането на контрол на фазово изместване на радиочестотните устройства 16.1 ... 16.Ν и 34, контролът на фината настройка на мощността може да бъде постигнат без да се изискват допълнителни компоненти. Последното радиочестотно устройство 34, може да бъде изпълнено като пълен мостов инвертор, показан на фигура 4а. Мостовият инвертор включва два транзистора с полеви ефект, свързани последователно между положително напрежение V + и земя, и други два полеви транзистора, свързани също последователно между положително напрежение V + и земя. Първичната намотка на последния трансформатор 40 е свързана последователно в точката между първите транзистори с полеви ефект и точката между другите транзистори с полеви ефект. Напрежението Vs се получава на вторичната намотка на трансформатора 40. Фигура 46 показва време диаграми на фазите А и В на сигналите от блока за управление 30 на двете двойки на транзисторите с полеви ефект, както и на сигнала за мощност, осигурен през вторичната намотка на трансформатора 40. Сигналите с фаза А и фаза В се модулират във фаза един спрямо друг, за контролиране предаването на енергия на изхода на радиочестотно устройство 34.A variant for fine-tuning the power adjustment is shown in Figures 4a and 46. By applying phase shift control of the RF devices 16.1 ... 16.Ν and 34, the fine-tuning control of the power frequency can be achieved without requiring additional components. The last radio frequency device 34 can be implemented as a complete bridge inverter, shown in Figure 4a. The bridge inverter includes two field-effect transistors connected in series between a positive voltage V + and ground, and two other field-effect transistors connected in series between a positive voltage V + and ground. The primary winding of the last transformer 40 is connected in series at the point between the first field effect transistors and the point between the other field effect transistors. The voltage Vs is obtained on the secondary winding of the transformer 40. Figure 46 shows time diagrams of the phases A and B of the signals from the control unit 30 of the two pairs of field-effect transistors, as well as the power signal provided through the secondary winding of the transformer 40. The signals with phase A and phase B are modulated in phase with respect to each other, for controlling the energy transmission at the output of a radio frequency device 34.

При комбиниране на пряко цифрово радиочестотно управление с контрол на фазово от местване, като изпълнение на контрол на фината настройка на мощността, стойността на фазовото отместване зависи от броя на радиочестотните устройства, които се активират. Мощността е функция от квадрата на изходното напрежение Vs. В система с пет радиочестотни устройства, при активиране на едно от тях, общата мощност е приблизително 4%. При активирано едно радиочестотно устройство, 100% от изхода му се контролира, така че фазата се измества с 0-180 градуса. Ако се добави второ радиочестотно устройство, общата мощност се увеличава до 18%, но само частичната разлика на мощността, която е приблизително 12%, се контролира с фазов контрол. Т.е., приблизително 70% от общата мощност се контролира с фазов контрол или около 0-120 градуса.When combining direct digital radio frequency control with phase shift control, such as performing fine-tuning of power control, the value of the phase shift depends on the number of radio frequency devices that are activated. Power is a function of the square of the output voltage Vs. In a system with five radio frequency devices, when one of them is activated, the total power is approximately 4%. When a radio frequency device is activated, 100% of its output is controlled so that the phase shifts by 0-180 degrees. If a second RF device is added, the total power is increased to 18%, but only the partial power difference, which is approximately 12%, is controlled by phase control. That is, approximately 70% of the total power is controlled by phase control or about 0-120 degrees.

Тъй като се използват допълнителни радиочестотни устройства, промяната на мощността, която се контролира, намалява като съотношение на общата мощност при определен брой радиочестотни устройства и така като резултат, фазовият ъгъл, който се използва за контрол на тези радиочестотни устройства също намалява. При активирани пет радиочестотни устройства, чрез фазов контрол се контролира 45% от обхвата на мощността или само 78 градуса фазово отместване.Because additional RF devices are used, the change in power that is controlled decreases as a ratio of the total power to a number of RF devices, and as a result, the phase angle used to control these RF devices also decreases. When five radio frequency devices are activated, 45% of the power range or only 78 degrees of phase shift is controlled by phase control.

Активирането на допълнителни радиочестотни устройства дава възможност за значително намаляване на загубата на енергия чрез намаляване на обхвата на фазовия ъгъл при повисока мощност, което представлява значително подобрение в сравнение с конвенционалните техники.Activation of additional radio frequency devices allows for a significant reduction in energy loss by reducing the range of the phase angle at higher power, which is a significant improvement over conventional techniques.

Claims (7)

1. Радиочестотен нагревателен апарат с пряко цифрово управление на радио честотната мощност и контрол на фината настройка на мощността, характеризиращ се с това, че включва източник на променлив ток (12), свързан към централен токоизправител на постоянен ток (14), изходът на който е свързан с множество радиочестотни устройства (16.1 ... 16.N и 34), като всяко едно от тях от своя страна е свързано с трансформатор (18.1 ... 18.N и 40), чиито вторични намотки са последователно свързани за генериране на изходно напрежение Vs, при което изходното напрежение Vs е подадено на резоRadio frequency heating apparatus with direct digital control of the radio frequency power and control of the fine tuning of the power, characterized in that it includes an alternating current source (12) connected to a central direct current rectifier (14), the output of which is connected to a number of radio frequency devices (16.1 ... 16.N and 34), each of which in turn is connected to a transformer (18.1 ... 18.N and 40), whose secondary windings are connected in series to generate of the output voltage Vs, wherein the output voltage Vs is applied to the res 2571 UI нансен кръг (22), включващ работен компонент от вида бобина за индукционно нагряване (24) или кондензатор на коронен разряд (26), като резонансният кръг (22) чрез обратна връзка (28) е свързан към блок за управление (30), който от своя страна е свързан и с всяко радиочестотно устройство (16.1 ... 16.N и 34) като осигурява подаване на управляващи и радиочестотни сигнали за задействане на устройствата (16.1 ... 16.N и 34), при което към блока за управление (30) е свързано и регулируемо захранване (36), осигуряващо променливо контролирано напрежение на постоянен ток за последното радиочестотно устройство (34).2571 UI nance circuit (22) including an operating component of the induction heating coil type (24) or a corona discharge capacitor (26), the resonant circuit (22) being connected to a control unit (30) by feedback (28) , which in turn is connected to each radio frequency device (16.1 ... 16.N and 34) by providing control and radio frequency signals for activation of the devices (16.1 ... 16.N and 34), whereby to the control unit (30) is also connected to an adjustable power supply (36), providing alternating controlled DC voltage for the last radio frequency device (34). 2. Радиочестотен нагревателен апарат съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че радиочестотните устройства (16.1 ... 16.N и 34) са изградени като силициеви управляеми изправители (SCR), или биполярни транзистори с изолиран гейт (IGBT) или полеви метал-оксидни транзистори (MOSFET), конфигурирани като схема на пълен мостов усилвател, полу-мостов усилвател, усилвател клас А, усилвател клас АВ, усилвател клас С и/или усилвател клас D.Radio frequency heating apparatus according to Claim 1, characterized in that the radio frequency devices (16.1 ... 16.N and 34) are designed as silicon controllable rectifiers (SCR) or insulated gate bipolar transistors (IGBT) or field metal -oxide transistors (MOSFET) configured as a full bridge amplifier, half-bridge amplifier, class A amplifier, class AB amplifier, class C amplifier and / or class D amplifier. 3. Радиочестотен нагревателен апарат съгласно претенция 2, характеризиращ се с това, че радиочестотните устройства (16.1... 16.Nn34)ca изградени като пълен мостов усилвател клас D.Radio frequency heating apparatus according to Claim 2, characterized in that the radio frequency devices (16.1 ... 16.Nn34) are designed as a full class D bridge amplifier. 4. Радиочестотен нагревателен апарат съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че последното радиочестотно устройство (34) може да включва множество специални радиочестотни устройства с ниска мощност, всяко от които може да има трансформатор със собствен коефициент на трансформация.Radio frequency heating apparatus according to claim 1, characterized in that the latter radio frequency device (34) may comprise a plurality of special low power radio frequency devices, each of which may have a transformer with its own transformation coefficient. 5. Радиочестотен нагревателен апарат съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че последното радиочестотно устройство (34) представлява пълен мостов инвертор, включващ два транзистора с полеви ефект, свързани последователно между положително напрежение V + и земя, и други два полеви транзистора, свързани също последователно между положително напрежение V + и земя, при което първичната намотка на последния трансформатор (40) е свързана последователно в точката между първите транзистори с полеви ефект и точката между другите транзистори с полеви ефект.Radio frequency heating apparatus according to claim 1, characterized in that the last radio frequency device (34) is a complete bridge inverter comprising two field-effect transistors connected in series between a positive voltage V + and ground, and two other field-effect transistors connected. also in series between a positive voltage V + and ground, wherein the primary winding of the last transformer (40) is connected in series at the point between the first field-effect transistors and the point between the other field-effect transistors. 6. Радиочестотен нагревателен апарат съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че трансформаторите (18.1... 18.N) са с различен коефициент на трансформация от този на трансформатора (40).Radio frequency heating apparatus according to claim 1, characterized in that the transformers (18.1 ... 18.N) have a different transformation coefficient than that of the transformer (40). 7. Радиочестотен нагревателен апарат съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че апаратът включва и алтернативен токоизправител (20), свързан съответно към радиочестотните устройства (16.1 ... 16.Nh34).Radio frequency heating apparatus according to Claim 1, characterized in that the apparatus also includes an alternative rectifier (20) connected to the radio frequency devices (16.1 ... 16.Nh34) respectively.
BG3588U 2016-09-02 2016-09-02 A radiofrequency heating apparatus with direct digital operation of the radiofrequency power and control of the power’s fine tuning BG2571U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG3588U BG2571U1 (en) 2016-09-02 2016-09-02 A radiofrequency heating apparatus with direct digital operation of the radiofrequency power and control of the power’s fine tuning

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG3588U BG2571U1 (en) 2016-09-02 2016-09-02 A radiofrequency heating apparatus with direct digital operation of the radiofrequency power and control of the power’s fine tuning

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BG2571U1 true BG2571U1 (en) 2017-04-28

Family

ID=61226298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG3588U BG2571U1 (en) 2016-09-02 2016-09-02 A radiofrequency heating apparatus with direct digital operation of the radiofrequency power and control of the power’s fine tuning

Country Status (1)

Country Link
BG (1) BG2571U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100474755C (en) Resonance converter with voltage control and method for driving variable loads
US20110069514A1 (en) Dc conversion apparatus
JP7082203B2 (en) Rectifier circuit and devices equipped with it
US6141227A (en) Power supply with reduced second harmonic
JP6369737B1 (en) Insulated DC / DC converter, control device therefor, and DC / AC converter
US20110194317A1 (en) Stacked flyback converter with independent current loop control
EP1124317B1 (en) Resonant converter
US9887539B2 (en) Power conversion device
US11356029B2 (en) Rectifying circuit and switched-mode power supply incorporating rectifying circuit
JP2011254611A (en) Half bridge type power converter
US11283362B2 (en) Series AC voltage regulator
WO2016115514A1 (en) Current controlled resonant induction power supply
BG2571U1 (en) A radiofrequency heating apparatus with direct digital operation of the radiofrequency power and control of the power’s fine tuning
US10530261B2 (en) High-performance DC/DC converter with resonator sensing
JP6277087B2 (en) Power converter
JP2017022825A (en) Rectifier
US8785820B2 (en) Resonant power supply for use with high inductive loads and method of providing same
JP2017163657A (en) Power conversion apparatus
CN112470387A (en) DC converter and operation thereof
US9923480B2 (en) DC-to-AC power converter with high efficiency
JP2023062437A (en) Dc/dc converter and power supply device
JP6953689B2 (en) Adjustment device and adjustment method
JP7057188B2 (en) Power supply device, control circuit of power supply device, control method of power supply device
CN111243825B (en) Device for demagnetizing ferromagnetic material
KR101757976B1 (en) Induction heat cooking apparatus and method for driving the same