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感应加热用IGBT超音频电源

菜鸟
2013-08-20 15:07:19    评分

  感应加热用IGBT超音频电源

  感应加热是将工件直接加热,它具有效率高,作业条件好,温度容易控制,金属烧损小,无需预热等优点。

  传统的感应加热设备应用的电力电子器件是电子管和快速晶闸管。电子管电压高,稳定性差,幅射强,效率低,已经到了淘汰的边缘,但它频率高,功率大,所以在市场上仍有一席之地。快速晶闸管是目前应用的主力军,它耐压高,电流大,抗过流、过压能力较强。但它只能工作在10000Hz以下,这使其使用范围受到了限制。

  IGBT是一种复合功率器件,它集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体,具有电压型控制,输入阻抗大、驱动功率小,控制电路简单,开关损耗小,通断速度快,工作频率较高,元件容量大。它不仅达到了晶闸管不能达到的频率(60kHz以上),而且正在逐步取代快速晶闸管。国外1kHz~80kHz的感应加热已广泛应用IGBT,这是感应加热电源的发展方向。

  电流源并联谐振逆变器具有负载适应性强,抗负载短路能力强等优点,该设备的波形较好,有利于提高装置的效率和可靠性。

  斩波控制

  斩波控制采用SG3525脉宽调制型控制器,SG3525是集成PWM控制器件,控制功能比较完备用于斩波十分合适,全推挽输出形式,其输出峰值为±500mA,电源电压为(8~35)V,内部设有欠压停止电路,当电压过低时,输出级截止。具有5.1V,温度系数±1%的基准稳压电源,误差放大器、振荡器频率为100Hz~400kHz(其值由外接电阻Rt,电容Ct决定)的锯齿波振荡器,软起动电路,同步电路,关闭电路,脉宽调制比较器,RS寄存器及保护电路。

  逆变控制

  IGBT为自关断器件,既可工作在容性又可工作在感性。然而工作在容性或感性都将引起电压或电流的毛刺,因此采用锁零电路,使电源基本上工作在谐振状况。在这种情况下,电压的正弦波和电流的方波(谐振回路上)都比较好,这不仅对减少开关损耗,增加器件寿命有重要意义,而且也减轻了阻容吸收的负担。

  常见的他激转自激线路这里也没有选用,他激转自激,是指在低电压使用他激信号,随着电压的升高自动变为自激信号,这也就使它有一个缺点,当感应器换掉,他激和自激频率有差异时,就会产生电压上升过程中过流的现象。在我们的设备是将他激的固定频率发生器改进为变频的频率发生器,既从100kHz逐步变为10kHz,同时检测谐振电压,在谐振点时变自激并且过零触发,保证设备工作在零度。

  这种逆变控制方式既防止了他激转自激过程中的逆变失败,又防止了小信号下线路找不到自激频率情况。

  IGBT驱动

  IGBT可采用有源或无源两种驱动方式,无源驱动相对线路简单,但波形调整不是很方便,为此采用富士公司841这种线路,如图5所示,对于841很多文章有介绍,这里只提两个问题:

  (1)在841保护时并未完全封锁脉冲,这给器件安全构成威胁,因此在过流输出和驱动信号输入之间加了一个RS触发器,在有过流输出时完全封锁驱动脉冲。

  (2)841过流是检测IGBT在门极导通时CE间的电压,当超过6V延迟10μs则判断为过流。但实践中发现很多IGBT在CE间电压6V时已经损坏,因此我们在IGBT的C极和841的第6脚串一个3V稳压管,使841检测值由此6V降低为3V实践证明这样改进明显增加了841对过流判断的灵敏性,使线路不仅能正常的驱动元件而且在过流时能更有效的保护器件。





关键词: 感应     加热     音频     电源     电压    

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