CN208369886U - 一种感应加热电路结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种感应加热电路结构，该感应加热电路结构包括三相整流器、滤波器和逆变器，该三相整流器、滤波器和逆变器依次序连接，并通过逆变器产生高频的交变电流；所述逆变器包括绝缘栅双极晶体管Q1和绝缘栅双极晶体管Q2，并使每一个绝缘栅双极晶体管的输出端与另一个绝缘双极晶体管的门极相连，构成可交替导通的震荡电路，并产生交流电流输出；所述绝缘栅双极晶体管的负载频率是开关管频率的两倍。本实用新型提供了一种感应加热电路结构，解决了普通绝缘栅双极晶体管的尾部电流问题，极大的消除因尾部电路作用产生的损耗，理论上实现开关损耗为零。
Description
技术领域
本实用新型涉及感应加热电路结构，特别涉及一种可消除绝缘双极晶体管尾部电流的高频感应加热电路结构。
背景技术
在功率器件的发展史上，与此息息相关的感应加热技术的电源频率也经历了低频、中频、高频等数个阶段。在淬火、焊接等一些需要高功率的情况下，感应加热技术的应用十分广泛，但这也存在一些待解决的难题。
由于感应加热技术是通过在导体内感应电流涡流，而电流涡流的热效应使导体本身发热。因此，实现更大加热功率的唯一方法，是尽可能增大金属元件中产生的感应电流。由电磁感应定律可知，增大感应电流有两种方式：增大线圈中的感应电流或增大线圈中电流频率。使用绝缘双极晶体管(或称IGBT)构建逆变器，可适应更高功率输出。但在高频率情况下，绝缘双极晶体管容易产生尾部电流，造成功率耗损，影响功率进一步提高。
本实用新型旨在提供一种可有效解决绝缘栅双极晶体管尾部电流对功率的影响，一种可消除绝缘双极晶体管尾部电流的高频感应加热电路结构。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供了一种感应加热电路结构，解决了普通绝缘栅双极晶体管的尾部电流问题，极大的消除因尾部电路作用产生的损耗，理论上实现开关损耗为零。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种感应加热电路结构，该感应加热电路结构包括三相整流器、滤波器和逆变器，该三相整流器、滤波器和逆变器依次序连接，并通过逆变器产生高频的交变电流；
所述逆变器包括绝缘栅双极晶体管Q1和绝缘栅双极晶体管Q2，并使每一个绝缘栅双极晶体管的输出端与另一个绝缘双极晶体管的门极相连，构成可交替导通的震荡电路，并产生交流电流输出；所述绝缘栅双极晶体管的负载频率是开关管频率的两倍。
作为一种优选，所述感应加热电路结构还包括整流器控制电路，该整流器控制电路与所述三相整流器相连接，并控制三相整流器的通断；所述逆变器的输出端作为反馈信号连接至所述整流器控制电路。
作为一种优选，所述感应加热电路结构还包括逆变器控制电路，该逆变器控制电路与所述逆变器相连接，并控制逆变器的通断；所述逆变器的输出端作为反馈信号连接至所述整流器控制电路。
作为一种优选，所述逆变器还包括电感器件，所述绝缘栅双极晶体管Q1和绝缘栅双极晶体管Q2产生的交变电流通过该电感器件换为正弦波。
作为一种优选，所述绝缘栅双极晶体管Q1和绝缘栅极双极晶体管Q2的门极与逆变器的电压输入端相连，绝缘栅双极晶体管Q1和绝缘栅极双极晶体管Q2的集电极接地，绝缘栅双极晶体管Q1的发射极反馈连接至和绝缘栅极双极晶体管Q2的门极，绝缘栅双极晶体管Q2的发射极反馈连接至和绝缘栅极双极晶体管Q1的门极。
作为一种优选，还包括电感L1、电感L2和变压器T1，所述绝缘栅双极晶体管Q1的发射极和绝缘栅双极晶体管Q1的发射极通过电感L1、电感L2相连，且电感L1和电感L2分别与变压器T1耦合。
本实用新型的有益效果是：通过选用负载频率是开关管频率二倍的功率自关断功率器件绝缘栅双极晶体管，解决了普通绝缘栅双极晶体管的尾部电流问题，极大的消除因尾部电路作用产生的损耗，理论上实现开关损耗为零。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种感应加热电路结构不局限于实施例。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图；
图2是本实用新型的电路结构示意图；
图3是本实用新型的仿真结果图；
图4是本实用新型的电路结构实测电流波形图；
图5是本实用新型的电路结构实测电流的谐波含量柱形图。
具体实施方式
实施例：
参见图1所示，本实用新型的一种感应加热电路结构，该感应加热电路结构包括三相整流器、滤波器和逆变器，该三相整流器、滤波器和逆变器依次序连接，并通过逆变器产生高频的交变电流。所述感应加热电路结构还包括整流器控制电路，该整流器控制电路与所述三相整流器相连接，并控制三相整流器的通断；所述逆变器的输出端作为反馈信号连接至所述整流器控制电路。所述感应加热电路结构还包括逆变器控制电路，该逆变器控制电路与所述逆变器相连接，并控制逆变器的通断；所述逆变器的输出端作为反馈信号连接至所述整流器控制电路。感应加热电路的拓扑结构整体为AC/DC/AC的转换形式。
所述逆变器包括绝缘栅双极晶体管Q1和绝缘栅双极晶体管Q2，并使每一个绝缘栅双极晶体管的输出端与另一个绝缘双极晶体管的门极相连，构成可交替导通的震荡电路，并产生交流电流输出；所述绝缘栅双极晶体管的负载频率是开关管频率的两倍。所述逆变器还包括电感器件，所述绝缘栅双极晶体管Q1和绝缘栅双极晶体管Q2产生的交变电流通过该电感器件换为正弦波。
所述绝缘栅双极晶体管Q1和绝缘栅极双极晶体管Q2的门极与逆变器的电压输入端相连，绝缘栅双极晶体管Q1和绝缘栅极双极晶体管Q2的集电极接地，绝缘栅双极晶体管Q1 的发射极反馈连接至和绝缘栅极双极晶体管Q2的门极，绝缘栅双极晶体管Q2的发射极反馈连接至和绝缘栅极双极晶体管Q1的门极。还包括电感L1、电感L2和变压器T1，所述绝缘栅双极晶体管Q1的发射极和绝缘栅双极晶体管Q1的发射极通过电感L1、电感L2相连，且电感L1和电感L2分别与变压器T1耦合。
本实用新型的基本工作原理如下：
导体在交变电磁场会产生感应电流，而电流涡流的热效应使导体本身发热，这就是感应加热的原理。导体内部在电磁场作用下迅速升温，产生大量热量，实现了物体整体的温度上升或者局部温度的上升。而感应加热设备就是产生特定的频率感应电流，进行感应加热及表面淬火处理的设备。
通过交流电作用，产生交变磁场感应加热技术利用交流电建立交变磁场，从而对金属工件进行感应加热。感应加热是用感应线圈把电能传递给需要加热的金属工件物体，在金属元件内部由电能转换成热能。感应线圈与被加热工件不是直接接触的，是通过电磁感应效应传递能量的。
为了使金属元件加热到一定温度，要求金属元件中的感应电流尽可能大。提高感应线圈中的电流，可以增大金属元件中的交变磁通，进而增大元件中的感应电流。增加元件中感应电流的其他有效途径是加大感应线圈中电流的频率。由于元件的感应电势和交变磁通的变化率成正比关系，感应线圈中电流频率越高，交变磁通的变化率就越大，感应电势就变大，元件的感应电流也就增大。对同样的感应加热情况，频率越高，就可以减小感应线圈中的电流值，从而减少感应线圈中的功率损耗，提高设备效率。
由电磁感应定律可知，感应电动势为：
设磁通Φ对时间t按正弦规律变化为：
Φ＝ΦMsinωt
则
e2＝-ΦMωcosωt
＝ΦMωsin(ωt+90°)
＝EM2sin(ωt+90°)
为了使金属元件加热到一定温度，要求金属元件内有较大的涡流，即有较大的电动势，由公式可知，增大有以下两种途径：
增大线圈中的感应电流，即增大金属元件内的交变磁通值。
增大线圈中电流频率，因为金属元件中感应电动势和磁通变化率成正比。
以下结合附图2和附图3对本实用新型的原理过程进行说明。
(1)上电时L1通入的电流为零，电源通过R1、R2使Q1、Q2导通，L1电流逐渐增加，由于两个开关管特性差异，将导致流入两个开关管的电流不同，假设Q1电流大于Q2电流， T1将产生b为正，a为负的感应电压，于是通过T1形成正反馈，使Q1导通，Q2截止。完成启动过程。
(2)t0～t1时间)稳态Q1导通时，由于上个周期T1电流为a到c，并且C1两端电压为零。由于电流不能突变，T1电流将对C1充电，C1逐渐为a负c正的电压，并且正弦变大， T1电流正弦变小。此时a电压被Q1下拉到0V，所以C点电压正弦变大，Q1栅极电压被D3 稳压管钳位，Q1时钟保持导通。
(3)t1时间)当T1中电流下降为零，其能量全部释放到C1，此时C1电压达到最大值。
(4)(t1～t2时间)C1开始通过T1由c到a放电，C1电压即c点电压正弦变小，T1 电流由c到a正弦变大。
(5)(t2时间)当C1能力基本放完时，c点电压下降到MOS管阀值电压左右，将通过D2使Q1进入放大区。此时C1对T1绕组由c到a放电电流达到最大值。同时由于Q1进入放大区，a点电压逐渐上升，同时通过D1使Q2也进入放大区。
(6)(t2时间)C1放电完毕，T1绕组由c到a电流达到最大值，将像C1充电，使C1 充电为a正c负的电压，同时C1两端电压正弦变大。此时两个MOS管同时进入放大区。
(7)由于T1对C1的持续充电，C1上电压为a正c负，通过两个二极管使Q2栅极电压升高，Q1栅极逐渐下降，同时正反馈形成，Q2导通，Q1截止。
(8)Q2导通与Q1导通过程类似。
(9)L1电感值比T1大，整个震荡周期中L1电流基本不变。震荡过程中L1持续为LC振荡器补充电能。
通过将本实用新型的电路结构进行实测，获得的电流波形图参见图4所示。对该电流波形图进行谐波检测，获得的谐波柱状图参见图5所示。由图中可知，3次谐波电流达到额定电流的4.2％,5、7、9、11、13等之后奇数次谐波含量逐次递减。则可知该电路有效减少了额外的功率损耗，有效提高了感应加热电路的输出效率。
上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种感应加热电路结构，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种感应加热电路结构，该感应加热电路结构包括三相整流器、滤波器和逆变器，该三相整流器、滤波器和逆变器依次序连接，并通过逆变器产生高频的交变电流；其特征在于：
所述逆变器包括绝缘栅双极晶体管Q1和绝缘栅双极晶体管Q2，并使每一个绝缘栅双极晶体管的输出端与另一个绝缘双极晶体管的门极相连，构成可交替导通的震荡电路，并产生交流电流输出；所述绝缘栅双极晶体管的负载频率是开关管频率的两倍。
2.根据权利要求1所述的一种感应加热电路结构，其特征在于：所述感应加热电路结构还包括整流器控制电路，该整流器控制电路与所述三相整流器相连接，并控制三相整流器的通断；所述逆变器的输出端作为反馈信号连接至所述整流器控制电路。
3.根据权利要求1所述的一种感应加热电路结构，其特征在于：所述感应加热电路结构还包括逆变器控制电路，该逆变器控制电路与所述逆变器相连接，并控制逆变器的通断；所述逆变器的输出端作为反馈信号连接至所述整流器控制电路。
4.根据权利要求3所述的一种感应加热电路结构，其特征在于：所述逆变器还包括电感器件，所述绝缘栅双极晶体管Q1和绝缘栅双极晶体管Q2产生的交变电流通过该电感器件换为正弦波。
5.根据权利要求1所述的一种感应加热电路结构，其特征在于：所述绝缘栅双极晶体管Q1和绝缘栅极双极晶体管Q2的门极与逆变器的电压输入端相连，绝缘栅双极晶体管Q1和绝缘栅极双极晶体管Q2的集电极接地，绝缘栅双极晶体管Q1的发射极反馈连接至和绝缘栅极双极晶体管Q2的门极，绝缘栅双极晶体管Q2的发射极反馈连接至和绝缘栅极双极晶体管Q1的门极。
6.根据权利要求5所述的一种感应加热电路结构，其特征在于：还包括电感L1、电感L2和变压器T1，所述绝缘栅双极晶体管Q1的发射极和绝缘栅双极晶体管Q1的发射极通过电感L1、电感L2相连，且电感L1和电感L2分别与变压器T1耦合。
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