IGBT高頻感應(yīng)加熱電源的研制

1、 塑型塑型堇!旦呈!壹塑壁壁塑墊皇塑塑塑生L旦圈2攔惻部分原理圈F培2nIe con咖I cl佗uIt 2.1脈沖發(fā)生電路脈沖發(fā)生電路(圖3使用具有雙推挽輸出結(jié)構(gòu)的脈寬調(diào)節(jié)器sG3525米實(shí)現(xiàn)控制脈沖的產(chǎn)生。脈沖信號r:作頻率由PO、c34決定,頻率在20K 以上可調(diào)節(jié)。R53為010K的變阻器,可使【空比在050%的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。R54用于限制最小北區(qū)時(shí)間。8端外接電容在sG3525內(nèi)部電路的作用F構(gòu)成軟啟動(dòng)電路,使逆變電源加電時(shí)脈寬從最窄增至r作脈寬,防JL開機(jī)浪涌利不平衡。脈寬調(diào)制器從輸出端l】、14輸出兩路相位相差】80。的脈沖信號.通過驅(qū)動(dòng)電路來控制IGBT的導(dǎo)通。22驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)

2、IGBT的特性及在電路中的作用,對IGBT 驅(qū)動(dòng)電路的要求如下:控制信號與IGBT之間要經(jīng)變壓器或有光電耦合器隔離;驅(qū)動(dòng)IGBT導(dǎo)通或關(guān)斷的驅(qū)動(dòng)電壓數(shù)值要選擇適當(dāng),為保證IGBT 圖3脈沖發(fā)生電路F193nIe cI陀uit ofpulse g肌mkr可靠莢斷應(yīng)為負(fù),驅(qū)動(dòng)電路的供電方式要適當(dāng)配合:vge的上升、下降時(shí)間必須足夠短,廊比IGBT的開關(guān)時(shí)間要短:用低內(nèi)阻驅(qū)動(dòng)源對IGBT 的柵極電容充電以提高開通速度;為使IGBT快速芙斷,驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)提供低電阻放電酬路;驅(qū)動(dòng)電路與IGBT柵極發(fā)射極之間連線要盡量短,驅(qū)動(dòng)電路輸出線也可采用絞和線;電路形式需要兩路驅(qū)動(dòng)電路彼此獨(dú)立,其相位相差180。按照

3、上述要求,選擇了電磁隔離推拉式驅(qū)動(dòng)法的兩路完全對稱的驅(qū)動(dòng)電路,其中一路如圖4。驅(qū)動(dòng)電路和主電路之間通過隔離元件(脈沖變壓器間接傳送驅(qū)動(dòng)信號。當(dāng)TR4導(dǎo)通時(shí),電源通過它為IGBT輸入電容充電,并使IGBT開通:TR5導(dǎo)通時(shí),IGBT輸入電容通過它放電,充放電電流都很大,且TR4、TR5不會(huì)出現(xiàn)飽和,囡而信號傳遞無延遲,保證了快速驅(qū)動(dòng)。畦啦隧,商:利fLj研制的高頻感應(yīng)加熱樣機(jī),采片j測鼙負(fù)載溫度的方法對樣機(jī)的加熱效率進(jìn)行了測定。測定結(jié)果表明,接機(jī)效率超過70%,滿足設(shè)計(jì)要求。沈宏30K、/50KHzIGBT并聯(lián)諧振感應(yīng)加熱電源【j】電力電子技術(shù),1996,3l(2:3s2】張忡超50KHzl0B

4、T超音頻感應(yīng)加熱電源【J】電力電子技術(shù).1995,30f268,lo.u町川R i 蘭_”T o淪結(jié) IGBT高頻感應(yīng)加熱電源的研制作者:胡剛, 陳為作者單位:青島科技大學(xué),信息與控制工程學(xué)院,山東,青島,266042刊名:青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版英文刊名:JOURNAL OF QINGDAO UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY年,卷(期:2003,24(z1被引用次數(shù):1次參考文獻(xiàn)(2條1.沈宏30kW/50kHzIGBT并聯(lián)諧振感應(yīng)加熱電源 1996(022.張仲超50kHzIGBT超音頻感應(yīng)加熱電源 1995(02相似文獻(xiàn)(10條1.期刊論文董淑

5、惠.李亞斌.田豐.DONG Shu-hui.LI Ya-bin.TIAN Feng時(shí)間分割式IGBT高頻感應(yīng)加熱電源的研究-電力科學(xué)與工程2007,23(4研究了一種采用時(shí)間分割控制方法的IGBT高頻感應(yīng)加熱電源.該方法充分利用了IGBT器件的高壓大容量器件特性,使采用IGBT替代功率MOSFET制作高頻大容量感應(yīng)加熱電源成為可能.采用這種控制方式的高頻大功率電源電路結(jié)構(gòu)簡單、控制方便,電源的輸出頻率可以得到極大的拓展,具有很好的應(yīng)用前景.2.學(xué)位論文王洋利用IGBT串聯(lián)的感應(yīng)加熱電源研究2006感應(yīng)加熱電源是一種利用半導(dǎo)體功率器件作為核心元件制作的開關(guān)型電源裝置,它是利用電磁感應(yīng)原理把電能轉(zhuǎn)

6、化為熱能的設(shè)備。相比較傳統(tǒng)的加熱設(shè)備,感應(yīng)加熱電源具有極大的優(yōu)勢,在現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)中有著極為廣泛的應(yīng)用。本課題設(shè)計(jì)了一種利用串聯(lián)IGBT作為開關(guān)元件的感應(yīng)加熱電源,相比較現(xiàn)在普遍使用的串聯(lián)和并聯(lián)諧振式的感應(yīng)加熱電源,它具有工作安全可靠,控制電路簡單等優(yōu)點(diǎn)。本課題的工作主要分為三個(gè)部分,即:電源電路結(jié)構(gòu)的構(gòu)思與選用;基于該結(jié)構(gòu)的感應(yīng)加熱電源的設(shè)計(jì);以及在該電路結(jié)構(gòu)下IGBT串聯(lián)均壓問題的探討與研究。該電源是以一種E類逆變器的電路結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。E類逆變器是一種工作在軟開關(guān)模式下的逆變器結(jié)構(gòu),它的特點(diǎn)是具有極高的效率,這一點(diǎn)對于用來提供能源的電源設(shè)備來說,也是非常關(guān)鍵的。本文給出了關(guān)于傳統(tǒng)逆變器的必要

7、分析,并在傳統(tǒng)E類結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,找到了一種結(jié)構(gòu)更加簡單的E類逆變器實(shí)現(xiàn)電路,在構(gòu)思該電路的時(shí)候,考慮了對可能出現(xiàn)的IGBT串聯(lián)均壓問題的解決,該解決方法在后面的實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證?；谠撃孀兤鹘Y(jié)構(gòu),本文設(shè)計(jì)了一種要求三相交流輸入,輸出功率達(dá)到10kW的感應(yīng)加熱電源,給出了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù),并通過了仿真驗(yàn)證。同時(shí)設(shè)計(jì)了該電源的驅(qū)動(dòng)控制電路,并最終給出了該電源的實(shí)際調(diào)試結(jié)果。IGBT的串聯(lián)使用是提高系統(tǒng)電壓容量的一種方法,但在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)串聯(lián)的IGBT由于電壓不均衡而損壞的問題。在本系統(tǒng)中,也存在著需要靠兩個(gè)IGBT的串聯(lián)來提高耐壓級數(shù)的情況。在本文的最后,通過仿真輔助對基于本系統(tǒng)中E類結(jié)構(gòu)的均

8、壓問題進(jìn)行了比較詳細(xì)的分析,并提出了一種較為簡單有效的解決方案,然后根據(jù)該解決方案對設(shè)計(jì)的感應(yīng)加熱電源進(jìn)行了參數(shù)修正,使得本系統(tǒng)在出現(xiàn)均壓問題的時(shí)候也能輸出所需達(dá)到的功率。3.期刊論文朱錦洪.李宏濤.李國偉.路凱通.石紅信IGBT感應(yīng)加熱/釬焊電源的控制電路設(shè)計(jì)-焊接技術(shù)2006,35(4采用新型功率半導(dǎo)體開關(guān)器件IGBT來研究開發(fā)感應(yīng)加熱/釬焊電源,將比普通的晶閘管電源更具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢.分析了IGBT感應(yīng)加熱/釬焊電源的特點(diǎn),采用調(diào)壓調(diào)功方式和頻率跟蹤技術(shù),提出了大功率超音頻串聯(lián)諧振電源設(shè)計(jì)的方案,基于鎖相環(huán)(PLL和可編程門陣列(GAL器件設(shè)計(jì)了一種控制電路,分析了其工作原理及試驗(yàn)測試結(jié)

9、果.4.學(xué)位論文黃凱峰IGBT感應(yīng)加熱電源的研究1999該文主要研究采用新型功率半導(dǎo)體器件-絕緣柵雙極型晶體管(IGBT開發(fā)并聯(lián)諧振式 感應(yīng)加熱電源,文中側(cè)重論述了該電源的小信號平均模型、控制系統(tǒng)的原理和設(shè)計(jì)方法.即對電源系統(tǒng)采用小信號平均模型進(jìn)行建模,運(yùn)用現(xiàn)代控制理論的線性二次型高斯最優(yōu)控制(LQG/LTR設(shè)計(jì)法進(jìn)行功率控制器設(shè)計(jì),運(yùn)用鎖相環(huán)(PLL技術(shù)進(jìn)行負(fù)載叔率自動(dòng)跟蹤.其中的整流電路采用相控整流方式,逆變電路采用負(fù)載并聯(lián)諧振原理.最終研制出100KW/8kHZ電源樣機(jī),驗(yàn)證了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性和可行性.該文研制究的IGBT感應(yīng)加熱電源具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值和前景.5.期刊論文張偉.麻

10、紅昭.張華.ZHANG Wei.MA Hong-zhao.ZHANG Hua基于IGBT中頻感應(yīng)加熱造紙烘缸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-輕工機(jī)械2006,24(4介紹了電磁感應(yīng)加熱的基本原理,詳細(xì)說明了PWM串聯(lián)型中頻感應(yīng)電源的原理及各部分組成.分析了當(dāng)前造紙廠廣泛采用的蒸氣加熱烘缸和油加熱烘缸的弊端,首次提出將感應(yīng)加熱原理應(yīng)用到造紙烘缸加熱中,并設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一套中型感應(yīng)加熱電磁烘缸及控制系統(tǒng).近一年的運(yùn)行表明電磁烘缸系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,溫度控制平穩(wěn),有操作簡便、節(jié)能、無污染、可自塑化等特點(diǎn),有很大的市場推廣潛力.6.學(xué)位論文初中原基于IGBT的150kHz大功率感應(yīng)加熱電源的研究2008本文以感應(yīng)加熱電源為

11、研究對象,闡述了感應(yīng)加熱電源的基本原理及其發(fā)展趨勢。對感應(yīng)加熱電源常用的兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)-電流型逆變器和電壓型逆變器做了比較分析,并分析了感應(yīng)加熱電源的各種調(diào)功方式。在對比幾種功率調(diào)節(jié)方式的基礎(chǔ)上,得出在整流側(cè)調(diào)功有利于高頻感應(yīng)加熱電源頻率和功率的提高的結(jié)論,選擇了不控整流加軟斬波器調(diào)功的感應(yīng)加熱電源作為研究對象。針對傳統(tǒng)硬斬波調(diào)功式感應(yīng)加熱電源功率損耗大的缺點(diǎn),采用軟斬波調(diào)功方式,設(shè)計(jì)了一種零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器ZCS-QRCs(Zero-current-switching-Quasi-resonant倍頻式串聯(lián)諧振高頻感應(yīng)加熱電源。介紹了該軟斬波調(diào)功器的組成結(jié)構(gòu)及其工作原理,通過仿真和實(shí)驗(yàn)的方

12、法研究了該軟斬波器的性能,從而得出該軟斬波器非常適合大功率高頻感應(yīng)加熱電源應(yīng)用場合的結(jié)論。同時(shí)設(shè)計(jì)了功率閉環(huán)控制系統(tǒng)和PI功率調(diào)節(jié)器,將感應(yīng)加熱電源的功率控制問題轉(zhuǎn)化為Buck斬波器的電壓控制問題。針對目前IGBT器件頻率較低的實(shí)際情況,本文提出了一種新的逆變拓?fù)?通過IGBT的并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)倍頻,從而在保證感應(yīng)加熱電源大功率的前提下提高了其工作頻率,并在分析其工作原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行了仿真,驗(yàn)證了理論分析的正確性,達(dá)到了預(yù)期的效果。另外,本文還設(shè)計(jì)了數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL,使逆變器始終保持在功率因數(shù)近似為1的狀態(tài)下工作,實(shí)現(xiàn)電源的高效運(yùn)行。最后,分析并設(shè)計(jì)了IGBT的緩沖吸收電路。本文第五章設(shè)計(jì)了一臺(tái)

13、150kHz、10KW的倍頻式感應(yīng)加熱電源實(shí)驗(yàn)樣機(jī),其中斬波器頻率為20kHz,逆變器工作頻率為150kHz(每個(gè)IGBT工作頻率為75kHz,控制核心采用TI公司的TMS320F2812DSP控制芯片,簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該倍頻式感應(yīng)加熱電源實(shí)現(xiàn)了斬波器和逆變器功率器件的軟開關(guān),有效的減小了開關(guān)損耗,并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化,提高了整機(jī)效率。文章給出了整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),直流斬波部分控制框圖,逆變控制框圖,驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。同時(shí),給出了關(guān)鍵電路的仿真和實(shí)驗(yàn)波形。實(shí)驗(yàn)證明,以上分析和電路設(shè)計(jì)都是行之有效的,在實(shí)驗(yàn)中取得很好的效果。7.期刊論文張學(xué)勤.金天均.陳輝明.ZHANG Xue

14、-qin.JIN Tian-jun.CHEN Hui-ming基于IGBT的100kHz高頻感應(yīng)加熱電源研制-電力電子技術(shù)2006,40(2分析了用于感應(yīng)加熱電源的兩種逆變器的優(yōu)缺點(diǎn).采用IGBT模塊研制開發(fā)了100kHz/30kW的電流型感應(yīng)加熱電源.討論了電路設(shè)計(jì)和控制,給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果.8.學(xué)位論文易亞軍高頻感應(yīng)加熱電源的設(shè)計(jì)2009高頻感應(yīng)加熱以其加熱溫度高、效率高、速度快、溫度可控性好、作業(yè)環(huán)境好及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn),已在金屬熔煉、透熱、淬火、彎管、焊接和表面熱處理等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件電路,研制了15KW高頻感應(yīng)加熱電源。 本設(shè)

15、計(jì)中感應(yīng)加熱電源采用IGBT作為開關(guān)器件,可工作在100kHz頻段。它由整流器、濾波器、和逆變器組成。整流器采用不可控三相全橋式整流電路。濾波器采用兩個(gè)電解電容和一個(gè)電感組成型濾波器濾波和無源功率因數(shù)校正。逆變器主要由PWM控制器SG3525A控制四個(gè)IGBT的開通和關(guān)斷,實(shí)現(xiàn)DC-AC的轉(zhuǎn)換。 設(shè)計(jì)中采用的芯片主要是PWM控制器SG3525A和光耦合驅(qū)動(dòng)電路HCPL-316J。設(shè)計(jì)過程中程充分利用了SG3525A的控制性能,具有寬的可調(diào)工作頻率,死區(qū)時(shí)間可調(diào),具有輸入欠電壓鎖定功能和雙路輸出電流。由于HCPL-316J具有快的開關(guān)速度(500ns,光隔離,故障狀態(tài)反饋,可配置自動(dòng)復(fù)位、自動(dòng)關(guān)

16、閉等功能,所以選擇其作為IGBT的驅(qū)動(dòng)。 對原理樣機(jī)的調(diào)試結(jié)果表明,所完成的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的基本功能。此外,為了滿足不同器件對功率需要的要求,設(shè)計(jì)了功率可調(diào)。9.學(xué)位論文李勁偉IGBT諧振電源研究2003該文對應(yīng)用于感應(yīng)加熱的IGBT諧振電源進(jìn)行了研究,涉及了器件,電路,系統(tǒng)及應(yīng)用過程控制. 為了使得IGBT器件能夠有效實(shí)現(xiàn)超音頻域的功率變換,該文首先對功率逆變器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了分析.針對感應(yīng)加熱的特點(diǎn),提出了一種串聯(lián)諧振感應(yīng)加熱電源主電路結(jié)構(gòu)圖. 然后對逆變器核心器件IGBT的主要特性,尤其是驅(qū)動(dòng)特性進(jìn)行了分析.提出了相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)完成的功能,并設(shè)計(jì)了實(shí)際應(yīng)用電路. 利用電

17、路仿真軟件PSPICE對所設(shè)計(jì)的部分電路進(jìn)行了仿真研究,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)電路在原理和功能上的可行性.為改善電源性能提供了基礎(chǔ). 另外,該文對IGBT諧振電源的組成形式,主要是反饋控制頻率跟蹤電路的組成進(jìn)行了分析.提出并設(shè)計(jì)了各組成部分的實(shí)際應(yīng)用電路. 根據(jù)現(xiàn)有條件,搭建了IGBT諧振感應(yīng)加熱電源,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性.并對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行了探討和分析,為后續(xù)研究工作提供了參考.10.期刊論文沈錦飛.惠晶.吳雷IGBT超音頻感應(yīng)加熱電源用于發(fā)電機(jī)繞組焊接的研究-焊接技術(shù)2002,31(5在大功率發(fā)電機(jī)生產(chǎn)行業(yè),發(fā)電機(jī)繞組焊接工藝主要采用阻焊,其缺點(diǎn)是熱效率低,焊接時(shí)間長,并且加熱的溫度不均勻,影響焊接質(zhì)量.感應(yīng)加熱焊接法具有精確的加熱深度和加熱表面