CN209435469U - 一种用于高频感应加热电源的软斩波电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于高频感应加热电源的软斩波电路，涉及高频感应加热电源技术领域，本实用新型包括主电源Vs、主开关模块、谐振模块和滤波模块，其特征在于：还包括辅助开关模块，所述主电源Vs与主开关模块连接，主开关模块的输出端与谐振模块连接，谐振模块分别与辅助开关模块及滤波模块连接，滤波模块并联有续流二极管D₅，本实用新型保持了Buck零电流准谐振变换器中功率管在零电流条件下实现开关转换的优点，由于电路谐振部分只占整个工作周期的一小部分，使得能量传输主要依靠PWM工作阶段来完成，使得电路的通态损耗大大减小，具有优良的调节特性，延长了开关器件的使用寿命。

Description

一种用于高频感应加热电源的软斩波电路

技术领域

本实用新型涉及高频感应加热电源技术领域，更具体的是涉及一种用于高频感应加热电源的软斩波电路。

背景技术

感应加热本质上的特征是由初级线圈中的交变电流引起闭合的次级线圈中磁通量的变化。感应加热所遵循的主要依据是：电磁感应、集肤效应和热传导三项基本原理。电流通过线圈产生交变的磁场，当磁场内磁力线通过待加热金属工件时，交变的磁力线穿透金属工件形成回路，故在其横截面内产生感应电流，此电流成为涡流，可使待加热工件局部瞬时迅速发热，进而达到工业加热的目的，因而感应加热电源是利用涡流对置于交变磁场中的工件进行加热的装置。

感应加热电源主电路主要包括整流电路、滤波电路和逆变电路三大部分，还有一些控制电路和保护电路。工作时，单相或三相的工频交流电经整流电路整流并经滤波器滤波后成为平滑的直流电，送入逆变器中，逆变器采用功率半导体器件作为开关器件，把直流变为所需频率的交流电供给负载。

现有的高频加热电源的开关器件通常都是工作在硬开关条件下，但这就意味着开关器件将在较高电压下承载较大电流，因而会产生很大的开关损耗，而且开关损耗会随着开关频率的提高成正比增加，不仅降低了变换器效率，而且严重的发热升温可能会使开关器件的寿命急剧缩短，此外还会产生严重的电磁干扰噪声，难与其他敏感电子设备电磁兼容。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：为了解决现有的高频加热电源的开关器件工作在硬开关条件下，开关损耗较大，致使开关器件使用寿命缩短的问题，本实用新型提供一种用于高频感应加热电源的软斩波电路。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种用于高频感应加热电源的软斩波电路，包括主电源Vs、主开关模块、谐振模块和滤波模块，其特征在于：还包括辅助开关模块，所述主电源Vs与主开关模块连接，主开关模块的输出端与谐振模块连接，谐振模块分别与辅助开关模块及滤波模块连接，滤波模块并联有续流二极管D₅。

进一步的，所述辅助开关模块包括串联的功率管T₂和二极管D₄以及与功率管T₂和二极管D₄并联的二极管D₃，谐振模块包括谐振电感Lr和谐振电容Cr，所述谐振电感Lr与主开关模块的输出端连接，谐振电感Lr另一端连接二极管D₃的阳极以及功率管T₂的发射极，功率管T₂的集电极连接二极管D₄的阴极，二极管D₄的阳极分别与二极管D₃的阴极以及谐振电容Cr连接，谐振电容Cr的另一端与主电源Vs负极连接。

进一步的，所述主开关模块包括串联的功率管T₁和二极管D₂以及与功率管T₁和二极管D₂并联的二极管D₁，所述主电源Vs的正极分别连接二极管D₁的阴极以及功率管T₁的集电极，功率管T₁的发射极连接二极管D₂的阳极，二极管D₂的阴极分别与二极管D₁的阳极以及谐振电感Lr连接。

进一步的，所述滤波模块包括串联的滤波电感L_f和滤波电容C_f，所述滤波电感L_f的一端分别与续流二极管D₅的阴极以及谐振电感Lr连接，续流二极管D₅的阳极连接主电源Vs的负极，谐振电感L_f的另一端与滤波电容C_f连接，滤波电容C_f的另一端连接主电源Vs的负极，滤波电容C_f两端还并联有负载电阻R_L。

进一步的，所述二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃和二极管D₄均采用高速快恢复二极管HER608，续流二极管D₅采用两个型号为MURP20040CT的快恢复二极管串联。

进一步的，所述功率管T₂和功率管T₁采用1MBI300F-120型IGBT，内部带有快恢复二极管。

本实用新型的软斩波电路的工作周期分为六个工作模式，开关周期t＝t₀开始，工作原理为：

在(t₀，t₁)期间，功率管T₁接通，谐振电感Lr的电流i_Lr通过功率管T₁线性上升，当i_Lr＝I₀时，续流二极管D₅续流结束；

在(t₁，t₂)期间，由于二极管D₃自然接通，谐振电感Lr和谐振电容Cr谐振，谐振电容Cr的电压V_Cr上升，谐振电感Lr的电流i_Lr为半谐振周期的振荡，当i_Lr回到I₀时，二极管D₃自然关断；

在(t₂，t₃)期间，由于二极管D₃关断，使得谐振电感Lr的电流i_Lr和谐振电容Cr的电压V_Cr保持不变，在功率管T₂接通之前一直保持这一状态不变，可以通过控制这一状态时间的长短来达到改变电压转换率的目的，具有PWM变换器特性；

在(t₃，t₄)期间，由于功率管T₂接通，谐振电容Cr开始谐振放电把能量反馈给主电源Vs，谐振电感Lr的电流i_Lr从正向衰减到零，此后谐振电感Lr的电流i_Lr反向流过二极管D₁并振荡回零，二极管D₁自然关断，功率管T₁在二极管D₁导通期间被关断；

在(t₄，t₅)期间，谐振电感Lr的电流i_Lr振荡回到零，t₅时刻谐振电容Cr放电完毕；

在(t₅，t₆)期间，关断功率管T₂，续流二极管D₅通过负载电阻R_L续流，直到下一个开关周期开始。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型的电路保持了Buck零电流准谐振变换器中功率管在零电流条件下实现开关转换的优点，由于电路谐振部分只占整个工作周期的一小部分，使得能量传输主要依靠PWM工作阶段来完成，使得电路的通态损耗大大减小，具有优良的调节特性，延长了开关器件的使用寿命。

2、本实用新型通过滤波模块可以减小纹波电压，从而降低电路内部噪声和外部电磁干扰。

附图说明

图1是本实用新型的整体电路原理图。

图2是本实用新型(t₀，t₁)期间工作模式电路图。

图3是本实用新型(t₁，t₂)期间工作模式电路图。

图4是本实用新型(t₂，t₃)期间工作模式电路图。

图5是本实用新型(t₃，t_a)期间工作模式电路图。

图6是本实用新型(t_a，t₄)期间工作模式电路图。

图7是本实用新型(t₄，t₅)期间工作模式电路图。

图8是本实用新型(t₅，t₆)期间工作模式电路图

具体实施方式

为了本技术领域的人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和以下实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种用于高频感应加热电源的软斩波电路，包括主电源Vs、主开关模块、谐振模块和滤波模块，其特征在于：还包括辅助开关模块，所述主电源Vs与主开关模块连接，主开关模块的输出端与谐振模块连接，谐振模块分别与辅助开关模块及滤波模块连接，滤波模块并联有续流二极管D₅；

所述辅助开关模块包括串联的功率管T₂和二极管D₄以及与功率管T₂和二极管D₄并联的二极管D₃，谐振模块包括谐振电感Lr和谐振电容Cr，所述谐振电感Lr与主开关模块的输出端连接，谐振电感Lr另一端连接二极管D₃的阳极以及功率管T₂的发射极，功率管T₂的集电极连接二极管D₄的阴极，二极管D₄的阳极分别与二极管D₃的阴极以及谐振电容Cr连接，谐振电容Cr的另一端与主电源Vs负极连接；

所述主开关模块包括串联的功率管T₁和二极管D₂以及与功率管T₁和二极管D₂并联的二极管D₁，所述主电源Vs的正极分别连接二极管D₁的阴极以及功率管T₁的集电极，功率管T₁的发射极连接二极管D₂的阳极，二极管D₂的阴极分别与二极管D₁的阳极以及谐振电感Lr连接；

所述滤波模块包括串联的滤波电感L_f和滤波电容C_f，所述滤波电感L_f的一端分别与续流二极管D₅的阴极以及谐振电感Lr连接，续流二极管D₅的阳极连接主电源Vs的负极，谐振电感L_f的另一端与滤波电容C_f连接，滤波电容C_f的另一端连接主电源Vs的负极，滤波电容C_f两端还并联有负载电阻R_L；

本实施例中二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃和二极管D₄均采用高速快恢复二极管HER608，续流二极管D₅采用两个型号为MURP20040CT的快恢复二极管串联；功率管T₂和功率管T₁采用1MBI300F-120型IGBT，内部带有快恢复二极管。

本实施例的软斩波电路的工作周期分为六个工作模式，开关周期t＝t₀开始，工作原理为：

如图2所示，在(t₀，t₁)期间，功率管T₁接通，谐振电感Lr的电流i_Lr通过功率管T₁线性上升，当i_Lr＝I₀时，续流二极管D₅续流结束；

如图3所示，在(t₁，t₂)期间，由于二极管D₃自然接通，谐振电感Lr和谐振电容Cr谐振，谐振电容Cr的电压V_Cr上升，谐振电感Lr的电流i_Lr为半谐振周期的振荡，当i_Lr回到I₀时，二极管D₃自然关断；

如图4所示，在(t₂，t₃)期间，由于二极管D₃关断，使得谐振电感Lr的电流i_Lr和谐振电容Cr的电压V_Cr保持不变，在功率管T₂接通之前一直保持这一状态不变，可以通过控制这一状态时间的长短来达到改变电压转换率的目的，具有PWM变换器特性；

如图5和图6所示，在(t₃，t₄)期间，由于功率管T₂接通，谐振电容Cr开始谐振放电把能量反馈给主电源Vs，谐振电感Lr的电流i_Lr从正向衰减到零，t_a以后谐振电感Lr的电流i_Lr反向流过二极管D₁并振荡回零，二极管D₁自然关断，功率管T₁在二极管D₁导通期间被关断；

如图7所示，在(t₄，t₅)期间，谐振电感Lr的电流i_Lr振荡回到零，t₅时刻谐振电容Cr放电完毕；

如图8所示，在(t₅，t₆)期间，关断功率管T₂，续流二极管D₅通过负载电阻R_L续流，直到下一个开关周期开始。

本实施例的电路保持了Buck零电流准谐振变换器中功率管在零电流条件下实现开关转换的优点，由于电路谐振部分只占整个工作周期的一小部分，使得能量传输主要依靠PWM工作阶段来完成，使得电路的通态损耗大大减小，具有优良的调节特性，延长了开关器件的使用寿命。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于高频感应加热电源的软斩波电路，包括主电源Vs、主开关模块、谐振模块和滤波模块，其特征在于：还包括辅助开关模块，所述主电源Vs与主开关模块连接，主开关模块的输出端与谐振模块连接，谐振模块分别与辅助开关模块及滤波模块连接，滤波模块并联有续流二极管D₅。

2.根据权利要求1所述的一种用于高频感应加热电源的软斩波电路，其特征在于：所述辅助开关模块包括串联的功率管T₂和二极管D₄以及与功率管T₂和二极管D₄并联的二极管D₃，谐振模块包括谐振电感Lr和谐振电容Cr，所述谐振电感Lr与主开关模块的输出端连接，谐振电感Lr另一端连接二极管D₃的阳极以及功率管T₂的发射极，功率管T₂的集电极连接二极管D₄的阴极，二极管D₄的阳极分别与二极管D₃的阴极以及谐振电容Cr连接，谐振电容Cr的另一端与主电源Vs负极连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于高频感应加热电源的软斩波电路，其特征在于：所述主开关模块包括串联的功率管T₁和二极管D₂以及与功率管T₁和二极管D₂并联的二极管D₁，所述主电源Vs的正极分别连接二极管D₁的阴极以及功率管T₁的集电极，功率管T₁的发射极连接二极管D₂的阳极，二极管D₂的阴极分别与二极管D₁的阳极以及谐振电感Lr连接。

4.根据权利要求2所述的一种用于高频感应加热电源的软斩波电路，其特征在于：所述滤波模块包括串联的滤波电感L_f和滤波电容C_f，所述滤波电感L_f的一端分别与续流二极管D₅的阴极以及谐振电感Lr连接，续流二极管D₅的阳极连接主电源Vs的负极，谐振电感L_f的另一端与滤波电容C_f连接，滤波电容C_f的另一端连接主电源Vs的负极，滤波电容C_f两端还并联有负载电阻R_L。

5.根据权利要求3所述的一种用于高频感应加热电源的软斩波电路，其特征在于：所述二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃和二极管D₄均采用高速快恢复二极管HER608，续流二极管D₅采用两个型号为MURP20040CT的快恢复二极管串联。

6.根据权利要求3所述的一种用于高频感应加热电源的软斩波电路，其特征在于：所述功率管T₂和功率管T₁采用1MBI300F-120型IGBT，内部带有快恢复二极管。