如今，隨著對(duì)節(jié)能設(shè)備的不斷追求，電磁爐已經(jīng)在歐洲成為一種趨勢(shì)，在世界其他地方越來(lái)越受歡迎。這些廚房設(shè)備因其減少烹飪時(shí)間并提高用戶(hù)安全性而廣受歡迎，尤其是因?yàn)樗麄儾皇褂没鹧婊蚧饋?lái)烹飪，因此對(duì)兒童尤其如此。根據(jù)美國(guó)能源部的數(shù)據(jù)，電磁爐的典型效率為84％，而燃?xì)庠畹牡湫托蕿?0％。本文討論了兩種典型的電磁爐設(shè)計(jì)電路，即半橋串聯(lián)諧振和準(zhǔn)諧振拓?fù)?。審查了這兩種高頻逆變器拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)，以及用于高頻工作的三個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器電路，分立晶體管，光耦合器集成電路和變壓器。

電磁爐如何工作？

半橋系列-電磁爐的諧振拓?fù)?/p>

電磁爐的準(zhǔn)諧振拓?fù)?/p>

什么是電磁爐？

我們首先比較傳統(tǒng)燃?xì)馀腼兒透袘?yīng)烹飪之間的區(qū)別。在感應(yīng)烹飪中，能量直接傳遞到鍋或鍋中。在常規(guī)烹飪中，必須首先產(chǎn)生火，然后將熱能傳遞到烹飪鍋。一步式能量轉(zhuǎn)移的感應(yīng)烹飪比常規(guī)烹飪及其兩步能量轉(zhuǎn)移過(guò)程更有效。

圖1和2顯示了電磁爐的兩種電路拓?fù)?，即半橋串?lián)諧振轉(zhuǎn)換器（圖1）和準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器（圖2）。在兩種拓?fù)渲?，都存在諧振元件Lr和Cr。為了簡(jiǎn)化電路，假設(shè)負(fù)載罐R為純電阻元件。在這兩種拓?fù)渲?，?a target="_blank">橋式整流器將220 V 50 Hz的交流輸入電源轉(zhuǎn)換為不受控制的直流電壓。然后，在半橋電路的情況下，通過(guò)逆變器IGBT（絕緣柵雙極晶體管）開(kāi)關(guān)S1和S2將該DC電壓轉(zhuǎn)換為高頻AC電壓，可以使用微控制器對(duì)其進(jìn)行控制。由于高頻開(kāi)關(guān)交流電，因此元件線(xiàn)圈將產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)，該電磁場(chǎng)會(huì)穿透鐵質(zhì)材料烹飪鍋。

從法拉第定律和皮膚效應(yīng)來(lái)看，這會(huì)在烹飪鍋內(nèi)產(chǎn)生渦流，然后產(chǎn)生熱量來(lái)烹飪鍋內(nèi)的食物。通過(guò)應(yīng)用變壓器等效電路，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⒇?fù)載罐（變壓器的次級(jí)）映射到諧振電感Lr和電容器Cr所在的電路的初級(jí)側(cè)。由此，我們可以得到半橋和準(zhǔn)諧振電路的等效電路，如圖3和圖4所示。從這些等效電路中，電磁爐的操作，諧振電感器，電容器的尺寸和控制算法都可以實(shí)現(xiàn)。受孕。

為了減小組件尺寸，最小化開(kāi)關(guān)損耗并降低工作期間（高于20 kHz諧振頻率）的可聽(tīng)噪聲，電磁爐電路通常采用諧振或軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。

等效半橋串聯(lián)諧振電路

等效準(zhǔn)諧振電路

這種軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以分為兩種方法：零電壓開(kāi)關(guān)和零電流開(kāi)關(guān)。當(dāng)晶體管在零電壓下導(dǎo)通時(shí)，便會(huì)發(fā)生零電壓切換。零電流開(kāi)關(guān)是指消除零電流時(shí)的關(guān)斷開(kāi)關(guān)損耗。通過(guò)使用由LC諧振電路產(chǎn)生的諧振，可以使施加到開(kāi)關(guān)電路的電壓或電流為零。該拓?fù)浞Q(chēng)為“諧振轉(zhuǎn)換器”。

與傳統(tǒng)的硬開(kāi)關(guān)技術(shù)相比，這允許應(yīng)用利用諧振頻率并獲得上述好處。

半橋串聯(lián)諧振的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定，并且由于簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)而降低了成本。電路中的電壓被限制在輸入電壓的水平，這會(huì)降低IGBT電源開(kāi)關(guān)兩端的電壓應(yīng)力。這樣，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)選擇較低額定值的IGBT來(lái)降低成本。這種方法的缺點(diǎn)是半橋電路的控制相對(duì)復(fù)雜，并且由于上IGBT（圖1中的S1）所需的高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器電路，散熱器和PCB面積的所需尺寸也更大。 。

準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢(shì)在于，它僅需要1個(gè)IGBT電源開(kāi)關(guān)，從而減小了PCB和散熱器的設(shè)計(jì)尺寸。缺點(diǎn)是準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)諧振電壓，該電壓可能會(huì)高于直流輸入電壓，從而增加了IGBT電源開(kāi)關(guān)上的應(yīng)力。這需要具有更高阻斷電壓能力的成本更高的組件。

編輯：hfy