电磁炉工作原理及电磁炉电路图分析674.docx
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1、电磁炉工工作原理理及电磁磁炉电路路图分析析 电磁炉工工作原理理及电磁磁炉电路路图分析析(一)一.电磁磁加热原原理电磁炉是是一种利利用电磁磁感应原原理将电电能转换换为热能能的厨房房电器。在在电磁灶灶内部,由由整流电电路将 50/60HHz 的的交流电电压变成成直流电电压,再再经过控控制电路路将直流流电压转转换成频频率为 20-40KKHz 的高频频电压,高高速变化化的电流流流过线线圈会产产生高速速变化的的磁场,当当磁场内内的磁力力线通过过金属器器皿 ( 导磁磁又导电电材料 ) 底底部金属属体内产产生无数数的小涡涡流,使使器皿本本身自行行高速发发热,然然后再加加热器皿皿内的东东西。二、电磁磁炉电路
2、路工作原原理分析析2.1 常用元元器件简简介2.1.1 LLM3339 集集成电路路LM3339 内内置四个个翻转电电压为 6mVV 的电电压比较较器 , 当电电压比较较器输入入端电压压正向时时 (+ 输入入端电压压高于 - 入入输端电电压 ), 置置于 LLM3339 内内部控制制输出端端的三极极管截止止 , 此时输输出端相相当于开开路 ; 当电电压比较较器输入入端电压压反向时时 (- 输入入端电压压高于 + 输输入端电电压 ), 置置于 LLM3339 内内部控制制输出端端的三极极管导通通 , 将比较较器外部部接入输输出端的的电压拉拉低 , 此时时输出端端为 00V 。2.1.2 IIGB
3、TT绝缘双栅栅极晶体体管 (Iussulaatedd Gaate Bippolaar TTrannsisstorr)简称称IGBBT,是是一种集集BJTT的大电电流密度度和MOOSFEET等电电压激励励场控型型器件优优点于一一体的高高压、高高速大功功率器件件。 目目前有用用不同材材料及工工艺制作作的 IIGBTT, 但但它们均均可被看看作是一一个MOOSFEET输入入跟随一一个双极极型晶体体管放大大的复合合结构。 IGBBT有三三个电极极(见上上图), 分别别称为栅栅极G(也叫控控制极或或门极) 、集集电极CC(亦称称漏极) 及发发射极EE(也称称源极) 。 从IGGBT的的下述特特点中可可看
4、出, 它克克服了功功率MOOSFEET的一一个致命命缺陷, 就是是于高压压大电流流工作时时, 导导通电阻阻大, 器件发发热严重重, 输输出效率率下降。IGBTT的特点点:1.电流流密度大大, 是是MOSSFETT的数十十倍。2.输入入阻抗高高, 栅栅驱动功功率极小小, 驱驱动电路路简单。3.低导导通电阻阻。在给给定芯片片尺寸和和BVcceo下下, 其其导通电电阻Rcce(oon) 不大于于MOSSFETT的Rdds(oon) 的100%。 4.击击穿电压压高, 安全工工作区大大, 在在瞬态功功率较高高时不会会受损坏坏。 55.开关关速度快快, 关关断时间间短,耐耐压1kkV11.8kkV的约约
5、1.22us、6600VV级的约约0.22us, 约为为GTRR的100%,接接近于功功率MOOSFEET, 开关频频率直达达1000KHzz, 开开关损耗耗仅为GGTR的的30%。 IIGBTT将场控控型器件件的优点点与GTTR的大大电流低低导通电电阻特性性集于一一体, 是极佳佳的高速速高压半半导体功功率器件件。目前 4458 系列因因应不同同机种采采了不同同规格的的 IGGBT, 它们们的参数数如下 :(1) SGWW25NN1200- 西西门子公公司出品品 , 耐压 12000V, 电流流容量 25 时 46AA,1000 时 25AA, 内内部不带带阻尼二二极管 , 所所以应用用时须配
6、配套 66A/112000V 以以上的快快速恢复复二极管管 (DD11) 使用用 , 该 IIGBTT 配套套 100A/112000/15500VV 以上上的快速速恢复二二极管 (D111) 后可代代用 SSKW225N1120 。(2) SKWW25NN1200- 西西门子公公司出品品 , 耐压 12000V, 电流流容量 25 时 46AA,1000 时 25AA, 内内部带阻阻尼二极极管 , 该 IGBBT 可可代用 SGWW25NN1200, 代代用时将将原配套套 SGGW255N1220 的的 D111 快快速恢复复二极管管拆除不不装。(3) GT440Q3321- 东芝芝公司出出
7、品 , 耐压压 12200VV, 电电流容量量 255 时 42AA,1000 时 23AA, 内内部带阻阻尼二极极管 , 该 IGBBT 可可代用 SGWW25NN1200 、 SKWW25NN1200, 代代用 SSGW225N1120 时请将将原配套套该 IIGBTT 的 D111 快速速恢复二二极管拆拆除不装装。(4) GT440T1101- 东芝芝公司出出品 , 耐压压 15500VV, 电电流容量量 255 时 80AA,1000 时 40AA, 内内部不带带阻尼二二极管 , 所所以应用用时须配配套 115A/15000V 以上的的快速恢恢复二极极管 (D111) 使使用 , 该
8、IGBBT 配配套 66A/112000V 以以上的快快速恢复复二极管管 (DD11) 后可可代用 SGWW25NN1200 、 SKWW25NN1200 、 GT440Q3321, 配套套 155A/115000V 以以上的快快速恢复复二极管管 (DD11) 后可可代用 GT440T3301 。(5) GT440T3301- 东芝芝公司出出品 , 耐压压 15500VV, 电电流容量量 255 时 80AA,1000 时 40AA, 内内部带阻阻尼二极极管 , 该 IGBBT 可可代用 SGWW25NN1200 、 SKWW25NN1200 、 GT440Q3321 、 GGT400T100
9、1, 代用 SGWW25NN1200 和 GT440T1101 时请将将原配套套该 IIGBTT 的 D111 快速速恢复二二极管拆拆除不装装。(6) GT660M3303 - 东东芝公司司出品 , 耐耐压 9900VV, 电电流容量量 255 时 1200A,1000 时 60AA, 内内部带阻阻尼二极极管。(7) GT440Q3323- 东芝芝公司出出品 , 耐压压 12200VV, 电电流容量量 255 时 40AA,1000 时 20AA, 内内部带阻阻尼二极极管 , 该 IGBBT 可可代用 SGWW25NN1200 、 SKWW25NN1200, 代代用 SSGW225N1120
10、时请将将原配套套该 IIGBTT 的 D111 快速速恢复二二极管拆拆除不装装。(8) FGAA25NN1200- 美美国仙童童公司出出品 , 耐压压 12200VV, 电电流容量量 255 时 42AA,1000 时 23AA, 内内部带阻阻尼二极极管 , 该 IGBBT 可可代用 SGWW25NN1200 、 SKWW25NN1200, 代代用 SSGW225N1120 时请将将原配套套该 IIGBTT 的 D111 快速速恢复二二极管拆拆除不装装。2.2 电路方方框图2.3 主回路路原理分分析时间 tt1tt2 时时当开关关脉冲加加至 IIGBTTQ1 的 GG 极时时 , IGBBTQ
11、11 饱和和导通 , 电电流 ii1 从从电源流流过 LL1, 由于线线圈感抗抗不允许许电流突突变 . 所以以在 tt1tt2 时时间 ii1 随随线性上上升 , 在 t2 时脉冲冲结束 , IIGBTTQ1 截止 , 同同样由于于感抗作作用 ,i1 不能立立即突变变 0, 于是是向 CC3 充充电 , 产生生充电电电流 ii2, 在 tt3 时时间 ,C3 电荷充充满 , 电流流变 00, 这这时 LL1 的的磁场能能量全部部转为 C3 的电场场能量 , 在在电容两两端出现现左负右右正 , 幅度度达到峰峰值电压压 , 在 IIGBTTQ1 的 CCE 极极间出现现的电压压实际为为逆程脉脉冲峰
12、压压 + 电源电电压 , 在 t3t4 时间 ,C33 通过过 L11 放电电完毕 ,i33 达到到最大值值 , 电容两两端电压压消失 , 这这时电容容中的电电能又全全部转化化为 LL1 中中的磁能能 , 因感抗抗作用 ,i33 不能能立即突突变 00, 于于是 LL1 两两端电动动势反向向 , 即 LL1 两两端电位位左正右右负 , 由于于 IGGBT 内部阻阻尼管的的存在 ,C33 不能能继续反反向充电电 , 而是经经过 CC2 、 IGBBT 阻阻尼管回回流 , 形成成电流 i4, 在 t4 时间 , 第第二个脉脉冲开始始到来 , 但但这时 IGBBTQ11 的 UE 为正 ,UCC 为
13、负负 , 处于反反偏状态态 , 所以 IGBBTQ11 不能能导通 , 待待 i44 减小小到 00,L11 中的的磁能放放完 , 即到到 t55 时 IGBBTQ11 才开开始第二二次导通通 , 产生 i5 以后又又重复 i1i4 过程 , 因因此在 L1 上就产产生了和和开关脉脉冲 ff(200KHzz300KHzz) 相相同的交交流电流流。 tt4tt5 的的 i44 是 IGBBT 内内部阻尼尼管的导导通电流流 , 在高频频电流一一个电流流周期里里 ,tt2tt3 的的 i22 是线线盘磁能能对电容容 C33 的充充电电流流 ,tt3tt4 的的 i33 是逆逆程脉冲冲峰压通通过 LL
14、1 放放电的电电流 ,t4t5 的 ii4 是是 L11 两端端电动势势反向时时 , 因的存存在令 C3 不能继继续反向向充电 , 而而经过 C2 、 IIGBTT 阻尼尼管回流流所形成成的阻尼尼电流 ,IGGBTQQ1 的的导通电电流实际际上是 i1 。IGBTTQ1 的 VVCE 电压变变化 : 在静静态时 ,UCC 为输输入电源源经过整整流后的的直流电电源 ,t1t2,IGBBTQ11 饱和和导通 ,UCC 接近近地电位位 ,tt4tt5, IGBBT 阻阻尼管导导通 ,UC 为负压压 ( 电压为为阻尼二二极管的的顺向压压降 ),t22t44, 也也就是 LC 自由振振荡的半半个周期期
15、,UUC 上上出现峰峰值电压压 , 在 tt3 时时 UCC 达到到最大值值。以上分析析证实两两个问题题 : 一是在在高频电电流的一一个周期期里 , 只有有 i11 是电电源供给给 L 的能量量 , 所以 i1 的大小小就决定定加热功功率的大大小 , 同时时脉冲宽宽度越大大 ,tt1tt2 的的时间就就越长 ,i11 就越越大 , 反之之亦然 , 所所以要调调节加热热功率 , 只只需要调调节脉冲冲的宽度度 ; 二是 LC 自由振振荡的半半周期时时间是出出现峰值值电压的的时间 , 亦亦是 IIGBTTQ1 的截止止时间 , 也也是开关关脉冲没没有到达达的时间间 , 这个时时间关系系是不能能错位的
16、的 , 如峰值值脉冲还还没有消消失 , 而开开关脉冲冲己提前前到来 , 就就会出现现很大的的导通电电流使 IGBBTQ11 烧坏坏 , 因此必必须使开开关脉冲冲的前沿沿与峰值值脉冲后后沿相同同步。(1) 当 PPWM 点有 Vi 输入时时、 VV7 OOFF 时 (V7=0V), VV5 等等于 DD6 的的顺向压压降 , 而当当 V55(2) 当 VV5VV6 时时 ,VV7 转转态为 OFFF,V66 亦降降至 DD6 的的顺向压压降 , 而 V5 则由 C166 、 D6 放电。(3) V5 放电至至小于 V6 时 , 又重重复 (1) 形成振振荡。“ G 点输入入的电压压越高 , VV
17、7 处处于 OON 的的时间越越长 , 电磁磁炉的加加热功率率越大 , 反反之越小小”。2.5 IGBBT 激激励电路路振荡电路路输出幅幅度约 4.11V 的的脉冲信信号 , 此电电压不能能直接控控制 IIGBTT 的饱饱和导通通及截止止 , 所以必必须通过过激励电电路将信信号放大大才行 , 该该电路工工作过程程如下 :(1) V8 OFFF 时 (V88=0VV),VV8(2) V8 ON 时 (V8=4.11V),V8V9,V100 为低低 ,QQ81 截止、 Q4 导通 ,+118V 通过 R233 、 Q4 和 QQ1 的的 E 极加至至 IGGBT 的 GG 极 ,IGGBT 导通。
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- 电磁炉 工作 原理 电路图 分析 674
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