IGBT高频感应加热逆变电源原理(四)
IGBT工作原理
IGBT工作原理IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种重要的功率半导体器件，广泛应用于高压、高频率和高电流的电力电子系统中。
本文将详细介绍IGBT的工作原理，包括结构、工作过程和特性。
一、结构IGBT由P型衬底、N+型外延区、N型沟道区、P型沟道区和N+型漏极组成。
其中，P型衬底和N+型外延区形成PN结，N型沟道区和P型沟道区形成PNP结，N+型漏极是电流输出端。
二、工作过程1. 关态：当控制端施加正向电压时，PN结正向偏置，PNP结反向偏置。
此时，P型沟道区的空穴和N型沟道区的电子被吸引到PNP结的N型区域，形成导电通道。
电流从漏极流向源极，IGBT处于导通状态。
2. 开态：当控制端施加负向电压时，PN结反向偏置，PNP结正向偏置。
此时，导电通道被截断，电流无法通过，IGBT处于截止状态。
3. 开关过程：IGBT从关态到开态的过程称为开启过程，从开态到关态的过程称为关断过程。
在开启过程中，控制端施加正向电压，PN结逐渐正向偏置，导电通道逐渐形成，电流逐渐增大。
在关断过程中，控制端施加负向电压，PN结逐渐反向偏置，导电通道逐渐截断，电流逐渐减小。
三、特性1. 高电压能力：IGBT具有较高的耐压能力，可以承受较高的电压。
这使得IGBT在高压应用中具有优势，如电力变换器、电力传输系统等。
2. 高频特性：IGBT具有较高的开关速度和频率响应，适合于高频率应用。
这使得IGBT在交流电动机驱动、变频器等领域得到广泛应用。
3. 低开启压降：IGBT的开启压降较小，能够减少功率损耗。
这使得IGBT在低功率应用中具有优势，如电源、逆变器等。
4. 温度特性：IGBT的工作温度范围较广，能够在较高的温度下正常工作。
这使得IGBT在高温环境下的电力电子系统中具有优势。
总结：IGBT是一种重要的功率半导体器件，具有高电压能力、高频特性、低开启压降和良好的温度特性。
它的工作原理基于PN结和PNP结的正向和反向偏置，通过控制端的电压来实现导通和截断。
高频感应加热电源工作原理
高频感应加热电源工作原理【大比特导读】高频感应加热电源在工作原理方面，也与普通的加热电源有
着很大不同，本文将会通过对其工作原理的叙述，为大家解读高频感应加热电源加热快、效率高的秘密所在。
感应加热电源的研发在最近几年呈现出专业化和快速的趋势，高频感应加热电源凭借着加热速度快、加热均匀等优势，被广泛的应用在工业及生活领域。
高频感应加热电源在工作原理方面，也与普通的加热电源有着很大不同，本文将会通过对其工作原理的叙述，为大家解读高频感应加热电源加热快、效率高的秘密所在。
高频感应加热电源与普通的感应加热模块一样，也是采用了导体磁束加热的模式。
用交流电流流向被卷曲成环状的导体，这种导体通常情况下会采用铜管这种材料，由此产生磁束。
将金属放置其中，磁束就会贯通金属体，在与磁束自缴的方向产生涡电流，也就是大家所熟悉的旋转电流，于是感应电流在涡电流的影响下产生发热，用这样的加热方式就是感应加热。
由此，对金属等被加热物体在无需直接接触的状态下就能获得加热效果。
此时，窝电流将会在线圈接近的物体上集中，感应加热表现出在物体的表面上较强里边较弱的特点，用这样的原理来对被加热体的必要的地方集中加热，达到瞬间加热的效果，从而提高生产效率和工作量等。
当然了，使用高频感应加热电源进行加热的成功与否，直接取决于感应线圈设置是否合理，以及加热体的大小、形状、间距等等。
感应线圈是要做到均匀加热、加热效果好，并且要有强度和准确度。
感应线圈是一般用一圈或数圈的铜管来做，一般采用水冷的方式对线圈进行冷却。
结语：
高频感应加热电源的感应线圈是高效加热的关键所在，而无需直接触碰就可以快速加热
的优势，也让这个感应加热电源的家族新成员迅速获得了生产商的认可。
igbt逆变器工作原理_igbt在逆变器中的作用
igbt逆变器工作原理_igbt在逆变器中的作用IGBT（绝缘栅双极型晶体管），是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。
GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。
IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。
非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
目前国内缺乏高质量IGBT模块，几乎全部靠进口。
绝缘栅双极晶体管（IGBT）是高压开关家族中最为年轻的一位。
由一个15V高阻抗电压源即可便利的控制电流流通器件从而可达到用较低的控制功率来控制高电流。
IGBT的工作原理和作用通俗易懂版：IGBT就是一个开关，非通即断，如何控制他的通还是断，就是靠的是栅源极的电压，当栅源极加+12V（大于6V，一般取12V到15V）时IGBT 导通，栅源极不加电压或者是加负压时，IGBT关断，加负压就是为了可靠关断。
IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。
IGBT有三个端子，分别是G，D，S，在G和S两端加上电压后，内部的电子发生转移（半导体材料的特点，这也是为什么用半导体材料做电力电子开关的原因），本来是正离子和负离子一一对应，半导体材料呈中性，但是加上电压后，电子在电压的作用下，累积到一边，形成了一层导电沟道，因为电子是可以导电的，变成了导体。
如果撤掉加在GS两端的电压，这层导电的沟道就消失了，就不可以导电了，变成了绝缘体。
IGBT的工作原理和作用电路分析版：IGBT的等效电路如图1所示。
由图1可知，若在IGBT 的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通;若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOSFET截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。
IGBT工作原理
IGBT工作原理概述：IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种高压、高功率开关器件，广泛应用于电力电子领域。
本文将详细介绍IGBT的工作原理，包括结构、工作模式、特性和应用。
一、结构：IGBT由N沟道MOSFET和双极型晶体管（BJT）的耦合组成。
它的结构类似于MOSFET，但在N沟道MOSFET的基础上添加了PN结，形成了一个PNPN结构。
IGBT的主要部分包括N+型衬底、N-型沟道、P+型基区和N+型漏极。
二、工作模式：1. 关态（Off State）：当控制极（Gate）施加负电压时，IGBT处于关态。
此时，PNPN结中的P+型基区被正向偏置，形成一个导通的PN结。
因此，IGBT处于关断状态，没有漏电流流过。
2. 开态（On State）：当控制极施加正电压时，IGBT处于开态。
此时，控制极的正电压使得PNPN结中的P+型基区被反向偏置，阻断了PN结的导通。
然而，由于N沟道MOSFET的存在，控制极的正电压会形成一个电场，吸引N-型沟道中的电子，使其形成导电通道。
因此，IGBT处于导通状态，允许电流通过。
三、特性：1. 高压能力：IGBT具有较高的耐压能力，可以承受数百伏特的高电压。
这使得IGBT成为高压应用领域的理想选择，例如电力变换器和电动汽车驱动系统。
2. 高功率密度：IGBT具有较高的功率密度，能够在较小的体积内承受大功率。
这使得IGBT在需要高功率输出的应用中具有优势，例如工业驱动器和太阳能逆变器。
3. 快速开关速度：IGBT具有较快的开关速度，可以实现高频率的开关操作。
这使得IGBT在需要高频率开关的应用中表现出色，例如无线通信和医疗设备。
4. 低导通压降：IGBT的导通压降较低，可以减少功率损耗。
这使得IGBT在低能耗要求的应用中更加高效，例如节能照明和电动车充电器。
四、应用：1. 电力变换器：IGBT广泛应用于电力变换器中，用于将电能从一种形式转换为另一种形式。
IGBT原理介绍
要
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),也 称 为 绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 ,是 一 种复 合 了 功率 场 效 应管 和 电 力晶 体 管 的优 点 而 产生 的 一 种新 型 复 合器 件,它 同 时 具 有 MOSFET 的 高 速 开 关 及 电 压 驱 动 特 性 和 双 极 晶 体 管 的 低 饱 和 电 压 特 性 及 易 实 现 较 大 电 流 的 能 力 ，既 具 有 输 入 阻 抗 高 、工 作 速 度 快 、热 稳 定 性 好 和 驱 动 电 路 简 单 的 优 点 ，又 具 有 通 态 电 压 低 、耐 压 高 和 承 受 电 流 大 的 优 点 ， 这 使 得 I G B T 成 为 近 年 来 电 力 电 子 领 域 中 尤 为 瞩 目 的 电 力 电 子 驱 动 器 件 ，并 且得到越来越广泛的应用。
3 IGBT的 结 构 特 点 和 工 作 原 理 .................................................................2
4 IGBT的 驱 动 电 路 和 保 护 ...........................................................................4
edgatbipolartransist同时具有mosfet的高速开关及电压驱动特性和双极晶体管的低饱和电压特性及易实现较大电流的能力既具有输入阻抗高工作速度快热稳定性好和驱动电路简单的优点又具有通态电压低耐压高和承受电流大的优点这使得gbt成为近年来电力电子领域中尤为瞩目的电力电子驱动器件并且得到越来越广泛的应用
6 IGBT模 块 的 选 择 和 测 试 .........................................................................12
igbt模块逆变器电路图大全（六款igbt模块逆变器电路设计原理图详解）
igbt模块逆变器电路图大全（六款igbt模块逆变器电路设计原理图详解）igbt模块逆变器电路图设计（一）太阳能光伏发电的实质就是在太阳光的照射下，太阳能电池阵列（即PV组件方阵）将太阳能转换成电能，输出的直流电经由逆变器后转变成用户可以使用的交流电。
以往的光伏发电系统是采用功率场效应管MOSFET构成的逆变电路。
然而随着电压的升高，MOSFET的通态电阻也会随着增大，在一些高压大容量的系统中，MOSFET会因其通态电阻过大而导致增加开关损耗的缺点。
在实际项目中IGBT逆变器已经逐渐取代功率场效应管MOSFET，因为绝缘栅双极晶体管IGBT通态电流大，正反向组态电压比较高，通过电压来控制导通或关断，这些特点使IGBT在中、高压容量的系统中更具优势，因此采用IGBT构成太阳能光伏发电关键电路的开关器件，有助于减少整个系统不必要的损耗，使其达到最佳工作状态。
在实际项目中IGBT逆变器已经逐渐取代功率场效应管MOSFET。
图1：太阳能光伏发电流程IGBT逆变器的工作原理逆变器是太阳能光伏发电系统中的关键部件，因为它是将直流电转化为用户可以使用的交流电的必要过程，是太阳能和用户之间相联系的必经之路。
因此要研究太阳能光伏发电的过程，就需要重点研究逆变电路这一部分。
如图2（a）所示，是采用功率场效应管MOSFET 构成的比较简单的推挽式逆变电路，其变压器的中性抽头接于电源正极，MOSFET的一端接于电源负极，功率场效应管Q1，Q2交替的工作最后输出交流电力，但该电路的缺点是带感性负载的能力差，而且变压器的效率也较低，因此应用起来有一些条件限制。
采用绝缘栅双极晶体管IGBT构成的全桥逆变电路如图2（b）所示。
其中Q1和Q2之间的相位相差180°，其输出交流电压的值随Q1和Q2的输出变化而变化。
Q3和Q4同时导通构成续流回路，所以输出电压的波形不会受感性负载的影响，所以克服了由MOSFET构成的推挽式逆变电路的缺点，因此采用IGBT构成的全桥式逆变电路的应用较为广泛一些。
IGBT高频感应加热逆变电源原理(五)
IGBT高频感应加热逆变电源原理（五）第五章高频感应加热电源的整机设计§5.1 主电路原理框图主电路原理图如图5-1所示：采用不可控三相二极管全桥整流，电解电容器滤波，IGBT单相全桥逆变，输出采用变压器隔离及阻抗变换后输出到感应器对工件进行加热处理。
§5.2 整流主电路的设计本电源采用三相桥式不可控整流电路，电路结构简单，成本低，并可大大减小直流电压的纹波。
Ud＝2.34U2=2.34*220=514.8V。
§5.3 逆变电路的设计§5.3.1 逆变器控制的原理串联谐振型逆变器也称电压谐振型逆变器，其结构如图5-1所示。
串联谐振型逆变器的输出电压为近似方波。
由于电路工作于谐振频率附近，此时振荡电路对于基波具有最小阻抗，所以负载电流接近于正弦波；同时为避免逆变器上、下桥臂间的直通，换流必须遵循先关断后开通的原则，在关断与开通间必须留有足够的死区时间[22]。
图5-2和图5-3分别示出感性负载和容性负载的输出波形。
当串联谐振型逆变器在低端失谐状态时(容性负载)，它的工作波形见图5-3，由图可见，工作于容性负载状态时，输出电流的相位超前于电压相位，因此在负载电压仍为正电压时，电流先过零，上、下桥臂间的换流则从上(下)桥臂的二极管换至下(上)桥臂的IGBT，由于逆变管寄生的反并联二极管具有较慢的反向恢复特性，使得在换流时会产生较大的反向恢复电流，而使器件产生较大的开关损耗，而且在二极管反向恢复电流迅速下降至零时，会在与逆变管串联的寄生电感中产生很大的感应电势，而使逆变管受到很高电压尖峰的冲击。
当串联谐振型逆变器在高端失谐状态时(感性负载)，它的工作波形见图5-2。
由图可见，工作于感性负载状态时，输出电流的相位滞后于电压相位，其换流过程是这样进行的，当上(下)桥臂的逆变管关断后，负载电流换至下(上)桥臂的反并联二极管中，在滞后一个死区时间后，下(上)桥臂的逆变管加上开通脉冲等待电流自然过零后从二极管换至同桥臂的逆变管。
通俗易懂讲解IGBT的工作原理和作用
通俗易懂讲解IGBT的工作原理和作用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）即绝缘栅双极晶体管，是一种常用的功率半导体器件，具有高电压、高电流和高开关速度的特点。
它广泛应用于交流调速、电源逆变、电机驱动等领域，具有重要的作用。
本文将通俗易懂地介绍IGBT的工作原理和作用。
一、IGBT的工作原理IGBT是由N沟道型MOS（Metal Oxide Semiconductor）场效应晶体管与PNP型双极晶体管组成。
它结合了MOSFET和双极晶体管的优点，在导通时具有较低的导通压降，而在关断时具有较高的击穿电压。
其工作原理如下：1. 导通状态：在IGBT导通状态下，当控制电压Ugs大于门极阈值电压Uth时，N沟道型MOSFET处于导通状态，形成通道，电流可以从集电极到源极流动。
由于N沟道型MOSFET的导通电阻较小，因此导通时的压降很小。
2. 关断状态：当控制电压Ugs小于门极阈值电压Uth时，N沟道型MOSFET无通道，不导电，IGBT进入关断状态。
此时，通过控制电压Uce（集电-发射极电压）可以实现IGBT的关断。
由于PNP型双极晶体管的存在，即使在较高的Uce下，IGBT也能承受较高的电压。
IGBT的工作原理可以用一个自锁开关的例子来解释。
N沟道型MOSFET相当于自锁开关的门锁，控制门锁的状态可以实现导通和关断；PNP型双极晶体管相当于自锁开关的钥匙，即使是在关断状态下，只要插入钥匙（提供较高的Uce），开关仍然可以打开。
二、IGBT的作用IGBT作为一种高性能的功率开关器件，其作用主要体现在以下几个方面：1. 电流调节：IGBT能够调节高电压和高电流，广泛应用于交流调速和电源逆变等领域。
在交流调速中，IGBT可以根据输入信号的变化，控制电机的转速和输出功率。
2. 电源逆变：IGBT可实现DC/AC逆变，将直流电源转换为交流信号，用于交流电源转换、逆变焊机等领域。
IGBT高频感应加热方法.doc
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IGBT高频感应加热方法IGBT高频感应加热基本原理：将工件放入感应器(线圈)内，当感应器中通入一定频率的交变电流时，周围即产生交变磁场。
交变磁场的电磁感应作用使工件内产生封闭的感应电流──涡流。
感应电流在工件截面上的分布很不均匀，工件表层电流密度很高，向内逐渐减小，这种现象称为集肤效应。
工件表层高密度电流的电能转变为热能，使表层的温度升高，即实现表面加热。
电流频率越高，工件表层与内部的电流密度差则越大，加热层越薄。
在加热层温度超过钢的临界点温度后迅速冷却，即可实现表面淬火。
IGBT高频感应加热采用感应加热工艺，感应加热是将工件直接加热。
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，辐射强，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。
高频加热炉采用IGBT为主器件，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。
高频加热炉应用范围：（一）高频加热炉淬火应用领域，如下：1.各种齿轮、链轮、轴类的淬火：2.机床行业的机床床面导轨的淬火处理。
3.五金工具淬火（二）高频加热炉透热应用领域，如下：1.各种高强度螺栓、螺母的热镦；2.热轧麻花钻;3.直径80以内所有零件的透热锻造；（三）高频加热炉焊接应用领域，如下：1.各种金钢石复合片钻头的焊接；2.各种硬质合金刀头、锯片的焊接；3.各种截齿、钎头、钻杆、煤钻头、风钻头等矿山配件的焊接；本文由中国电力电子产业网特约电力电子技术专家编写，转载请说明来源。
igbt感应加热电源的原理和优势
IGBT感应加热电源的原理和优势IGBT中频电源控制部分的原理和优势：解释：当总功率是2500KW的时候，每个炉体为2200KW，并且可以在300KW到2200KW 范围内随意调整，但是总功率不能超过2500KW.双变频器电气图纸1.串联谐振中频感应炉采用IGBT中频电源。
IGBT中频电源是一种新型的IGBT逆变器模块（绝缘栅双极型晶体管,德国生产）主要用来熔炼碳钢，合金钢，铸钢，有色金属。
IGBT中频电源具有加热速度快，节能环保的特点。
2.IGBT中频电源作为恒功率电源，即使添加少量的金属也可达到全功率输出，并且保持恒定不变，因此加热速度快。
采用串联谐振变压器，变压器电压高，所有的IGBT中频电源比可控硅电源节能。
IGBT采用频率调控系统调整频率，整流部分包括全桥整流器，感应器和电容滤波器，它在500v的条件下工作，因此IGBT中频电源产生极少的低次谐波，低网格污染。
3.IGBT中频电源比可控硅中频电源节约电能15%-25%，原因有以下几个方面：A.逆变器电压高，电流，电路损失低，这部分可以节约电能15%。
IGBT中频电源变压器的功率是2800v，传统的可控硅中频电源变压器的功率是750v，电流减小了四倍，线路损失降低了。
B.高功率因素，功率因素大于0.98，无功损耗小，这部分比可控硅中频电源节约电能3% -5%。
IGBT 采用全桥式整流，整流部分不调整可控硅传导角，所以整个过程的功率因素大于0.98，无功损耗小。
C.炉体热损耗小，同功率条件下，IGBT比可控硅每批次快15分钟。
在路出口的热损失占整个过程的3%。
因此这部分比可控硅中频电源节约3%的能量。
4.高次谐波干扰：当可控硅产生电压峰值的时候整流器的高次谐波调整电压。
电压电网会被严重污染导致其他的设备不能工作，IGBT中频电源整流器部分采用全桥整流器。
直流电压总是在最高程度工作，不需要调整传导角，因此不会产生高次谐波，不会污染电网，变压器，交换器不会被加热，不会干扰其他电子器件的工作。
IGBT工作原理
IGBT工作原理一、概述IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种高压、高功率开关器件，广泛应用于电力电子领域。
它结合了MOSFET的高输入阻抗和Bipolar Transistor的低导通压降，具有高速开关能力和低开关损耗。
本文将详细介绍IGBT的工作原理。
二、IGBT结构IGBT由三个区域组成：N+型注入区（Emitter）、P型基区（Base）和N型漂移区（Collector）。
N+型注入区连接到正极，P型基区连接到控制极，N型漂移区连接到负极。
三、IGBT工作原理1. 关态（导通状态）当控制极施加正向电压时，P型基区与N型漂移区之间形成正向偏置，形成P-N结。
此时，P-N结处于正向偏置，P型基区的空穴和N型漂移区的电子注入P型基区。
由于P型基区很薄，基区的电子和空穴以复合的方式通过基区，进入N+型注入区。
这样，N+型注入区形成了N型电子浓度较高的区域，也就是说，N+型注入区形成了导电通道。
此时，IGBT处于导通状态，可以通过电流。
2. 断态（截止状态）当控制极施加负向电压时，P型基区与N型漂移区之间形成反向偏置，形成P-N结。
此时，P-N结处于反向偏置，P型基区与N型漂移区之间的耗尽区扩展。
耗尽区的宽度增加，导致P-N结处的电容增加。
由于耗尽区的存在，电流无法通过IGBT，因此处于截止状态。
3. 开关速度IGBT的开关速度取决于控制极的电压变化速度。
当控制极电压从正向变为负向时，P-N结的耗尽区会迅速消失，从而加快了IGBT的关断速度。
当控制极电压从负向变为正向时，P-N结的耗尽区会逐渐形成，从而减慢了IGBT的开启速度。
因此，IGBT的关断速度比开启速度快。
四、IGBT特点1. 高压能力：IGBT可以承受高电压，通常可达数千伏。
2. 高开关速度：IGBT的开关速度非常快，可以在纳秒级别内完成开关操作。
3. 低导通压降：IGBT的导通压降很低，可以减少功率损耗。
IGBT高频感应加热逆变电源原理
IGBT高频感应加热逆变电源原理（一）摘要本文以IGBT高频感应加热电源为研究对象，首先介绍了课题的背景，国内外高频感应加热电源的发展现状及选题意义，同时对电力电子器件的发展也做了简要的介绍，并简述了本课题所做工作的主要内容。
本文从感应加热的基本原理出发，对感应加热电源中的电流型逆变器和电压型逆变器作了比较分析，对感应加热电源常用的两种拓扑结构进行了分析，重点介绍了关于串联型感应加热的特点，由于其具有结构简单、加热效率高、设备体积小等优点，得出串联型逆变器拓扑更适合高频感应加热电源的结论，因此成为本课题的选定方案，也是整机制做的理论基础。
并分析了感应加热电源的各种调功方式，对谐振槽路基本理论进行了详细的分析。
整机制做首先要选择合适的器件，在本文对主要器件的参数、结构特性、驱动要求等进行了详细的说明。
在选择合适器件的基础上，设计出了整机的结构，其中包括整流环节、逆变环节、驱动技术、保护措施等。
在现场进行了大量的试验，选定电源的控制与保护等重要环节的实现方案，并对试验波形进行了测试和分析，通过现场的应用来验证了以上理论的正确性。
论文最后，对本课题所做的工作作了一个简单的总结。
第1章绪论§1.1 选题意义由于电磁感应加热具有加热效率高、升温快、可控性好，且易于实现机械化、自动化等优点，感应加热变频电源装置已越来越广泛的应用于熔炼、透热、淬火、弯管、焊接、加热等工业领域，已取得了明显的经济效益和社会效益。
感应加热变频电源装置的发展方向是沿着大容量、高频率、高效率、智能化，并以提高可靠性、拓宽用途为目标。
80年代出现的绝缘栅双极晶体管（IGBT）因具有开关频率高、驱动功率小、通态压降小、电流密度大等优点而得到越来越广泛的应用[1]。
在此之前，晶闸管中频电源和电子管式高频电源装置是应用于感应加热的主要产品，但它们都有体积庞大，价格昂贵，能耗大，效率偏低的共同缺点。
国外市场早在九十年代初就已出现IGBT感应加热变频电源。
高频逆变的基本原理
高频逆变的基本原理
高频逆变是一种电子技术，它将低频交流电转换为高频交流电。
其基本原理是利用一个电子开关器件（如MOSFET或IGBT）将直流电源转换成高频交流电源，并通过输出变压器将其变换为所需的电压和电流。
高频逆变具有高效率、体积小、重量轻、输出精度高等优点，广泛应用于电源、电机控制、通信等领域。
高频逆变的基本原理包括以下几个方面：
1. 电源变换：将输入的直流电源转换为高频交流电源。
这可以通过电子开关器件（如MOSFET或IGBT）实现，通过开关控制，将直流电源转换为高频的方波信号。
2. 输出变换：将高频交流电源通过输出变压器的变压作用，变换为所需的电压和电流。
这可以通过设计输出变压器的参数实现，例如绕组匝数、铁芯材料等。
3. 控制技术：通过控制电子开关器件的开关周期和占空比，实现高频逆变输出电压和频率的控制。
这需要采用逆变控制器，通过反馈控制等技术实现。
4. 保护技术：高频逆变需要采取各种保护措施，例如过温保护、过流保护、过压保护等，以防止设备损坏和人身安全。
以上是高频逆变的基本原理，实际应用中还需要考虑诸多因素，如电磁兼容性、噪声抑制、效率优化等。
随着电子技术的不断发展，高频逆变将会更加普及和应用。
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IGBT的工作原理和工作特性
IGBT的工作原理和工作特性IGBT的工作原理和工作特性IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道，给PNP晶体管提供基极电流，使IGBT导通。
反之，加反向门极电压消除沟道，流过反向基极电流，使IGBT 关断。
IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同，只需控制输入极N一沟道MOSFET，所以具有高输入阻抗特性。
当MOSFET的沟道形成后，从P+基极注入到N一层的空穴（少子），对N一层进行电导调制，减小N一层的电阻，使IGBT在高电压时，也具有低的通态电压。
IGBT的工作特性包括静态和动态两类：1．静态特性IGBT的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。
IGBT的伏安特性是指以栅源电压Ugs为参变量时，漏极电流与栅极电压之间的关系曲线。
输出漏极电流比受栅源电压Ugs的控制，Ugs越高，Id 越大。
它与GTR的输出特性相似．也可分为饱和区1、放大区2和击穿特性3部分。
在截止状态下的IGBT，正向电压由J2结承担，反向电压由J1结承担。
如果无N+缓冲区，则正反向阻断电压可以做到同样水平，加入N+缓冲区后，反向关断电压只能达到几十伏水平，因此限制了IGBT的某些应用范围。
IGBT的转移特性是指输出漏极电流Id与栅源电压Ugs之间的关系曲线。
它与MOSFET的转移特性相同，当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时，IGBT处于关断状态。
在IGBT导通后的大部分漏极电流范围内，Id与Ugs呈线性关系。
最高栅源电压受最大漏极电流限制，其最佳值一般取为15V左右。
IGBT的开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。
IGBT处于导通态时，由于它的PNP晶体管为宽基区晶体管，所以其B值极低。
尽管等效电路为达林顿结构，但流过MOSFET 的电流成为IGBT总电流的主要部分。
此时，通态电压Uds(on)可用下式表示: Uds(on)＝Uj1＋Udr＋IdRoh （2－14）式中Uj1——JI结的正向电压，其值为0.7～IV；Udr——扩展电阻Rdr上的压降；Roh——沟道电阻。
IGBT高频感应加热逆变电源原理(三)
IGBT高频感应加热逆变电源原理（三）第3章高频感应加热电源的分类与分析§3.1 串联型逆变器与并联型逆变器的比较分析§3.1.1 两种逆变器的对偶性由自关断器件构成的电压型串联谐振逆变器和电流型并联谐振逆变器的电路拓扑分别如图3-1所示。
从电路原理的角度来看，两种电路是完全对偶的。
这种对偶性主要表现在以下几个方面：A．电压、电流波形的对偶：电压型串联逆变器：入端电压为直流；当工作在负载谐振频率时，入端电流为全波整流波形；输出电压为方波；输出电流为正弦波。
电流型并联逆变器：入端电流为直流；当工作在负载谐振频率时，入端电压为全波整流波形；输出电流为方波；输出电压为正弦波。
B．电路特性的对偶：电压型串联逆变器：负载阻抗频率特性为串联谐振特性，因此不宜空载；短路及直通保护困难；逆变器及负载开路保护容易。
电流型并联逆变器：负载阻抗频率特性为并联谐振特性，因此可以空载；短路及直通保护容易；逆变器及负载开路保护困难。
C．电路拓扑的对偶：电压型串联逆变器：入端并联电容Cd(等效电压源)；负载为R、L、C串联谐振电路；逆变开关为单向耐压，双向载流。
电流型并联逆变器：入端串联电感Ld(等效电流源)；负载为R、L、C并联谐振电路；逆变开关为双向耐压，单向载流。
从上面比较可以看出，理解和掌握(A)、(C)中的对偶关系有助于分析和比较两种逆变电路的工作原理，而了解(B)中的对偶关系则有助于正确可靠地设计保护电路。
§3.1.2 两种逆变器高频化的难点各种电路结构，都有其个性特征，都具有较其它电路明显的优点，与其它电路相比，也必然有其缺点。
否则，要么它本身就不具备存在的必要性，要么其它电路就会被它取代。
对感应加热电路而言，因为并联型逆变器和串联型逆变器的对偶性，所以各自都有一定的局限性，或者说是实现起来的技术难点。
在高频逆变器的电路选择中，我们要尽量的避免一种电路实现的难点，充分利用它的优点。
高频感应加热的原理
高频感应加热的原理高频感应加热的原理及设备一、高频感应加热的原理感应加热是利用导体在高频磁场作用下产生的感应电流（涡流损耗）以及导体内磁场的作用（磁滞损耗）引起导体自身发热而进行加热的。
【当金属导体处在一个高频交变电场中，根据法拉第电磁感应定律，将在金属导体内产生感应电动势，由于导体的电阻很小，从而产生强大的感应电流。
由焦耳—楞次定律可知，交变磁场将使导体中电流趋向导体表面流通，引起集肤效应，舜间电流的密度与频率成正比，频率越高，感应电流密度集中于导体的表面，即集肤效应就越严重，有效的导电面积减少，电阻增大，从而使导体迅速升温】【高频感应加热的原理：导体有电流通过时，在其周围就同时产生磁场，高频电流流向被绕制成环状或其它形状的电感线圈（通常是用紫铜管制作）。
由此在线圈内产生极性瞬间变化的强磁束，将被加热的金属物质放置在感应线圈内，磁束就会贯通整个被加热物质，在被加热物质内部与加热电流相反的方向产生很大的涡流，由于被加热金属物质的电阻产生焦耳热，使金属物质自身的温度迅速上升，从而完成对金属工件的加热】二、感应加热系统的构成感应加热系统由高频电源(高频发生器)、导线、变压器、感应器组成。
其工作步骤是①由高频电源把普通电源（220v/50hz）变成高压高频低电流输出，（其频率的高低根据加热对象而定，就其包材而言，一般频率应在480kHZ左右。
）②通过变压器把高压、高频低电流变成低压高频大电流。
③感应器通过低压高频大电流后在感应器周围形成较强的高频磁场。
一般电流越大，磁场强度越高。
全晶体管高频感应加热设备1、高频感应加热设备现状高频感应加热设备在我省已得到广泛应用，设各频率范围在200-450 kHz,高频功率最大可达400 kW。
我省的高频感应加热设备主要应用于金属热处理、’淬火、透热、熔炼、钎焊、直缝钢管焊接、电真空器件去气加热、半导体材料炼制、塑料热合、烘烤和提纯等。
现在我省使用的高频感应加热设备都是以大功率真空管（发射电子管）为核心构成单级自激振荡器，把高压直流电能量转换成高频交流电能量，它们的电子管板极转换效率一般在75环左右，设备的整机总效率一般在50绒以下，水和电能的消耗非常大。
IGBT原理分析及关键参数(个人收集)
大功率IGBT器件应用中的常见问题解决方法1 引言80年代问世的绝缘栅双极性晶体管igbt是一种新型的电力电子器件，它综合了gtr和mosfet 的优点，控制方便、开关速度快、工作频率高、安全工作区大。
随着电压、电流等级的不断提高，igbt成为了大功率开关电源、变频调速和有源滤波器等装置的理想功率开关器件，在电力电子装置中得到非常广泛的应用。
随着现代电力电子技术的高频大功率化的发展，开关器件在应用中潜在的问题越来越凸出，开关过程引起的电压、电流过冲，影响到了逆变器的工作效率和工作可靠性。
为解决以上问题，过电流保护、散热及减少线路电感等措施被积极采用，缓冲电路和软开关技术也得到了广泛的研究，取得了迅速的进展。
本文就针对这方面进行了综述。
2 igbt的应用领域2.1 在变频调速器中的应用【3】spwm变频调速系统的原理框图如图1所示。
主回路为以igbt为开关元件的电压源型spwm 逆变器的标准拓扑电路，电容由一个整流电路进行充电，控制回路产生的spwm信号经驱动电路对逆变器的输出波形进行控制;变频器向异步电动机输出相应频率、幅值和相序的三相交流电压，使之按一定的转速和旋转方向运转。
图1 变频调速系统原理框图2.2 在开关电源中的应用【5】图2为典型的ups系统框图。
它的基本结构是一套将交流电变为直流电的整流器和充电器以及把直流电再变为交流电的逆变器。
蓄电池在交流电正常供电时贮存能量且维持正常的充电电压，处于“浮充”状态。
一旦供电超出正常的范围或中断时，蓄电池立即对逆变器供电，以保证ups电源输出交流电压。
图2 ups系统框图ups逆变电源中的主要控制对象是逆变器，所使用的控制方法中用得最为广泛的是正弦脉宽调制(spwm)法。
2.3 在有源滤波器中的应用【6】图3 有源滤波系统原理图并联型有源滤波系统的原理图如图3所示。
主电路是以igbt为开关元件的逆变器，它向系统注入反向的谐波值，理论上可以完全滤除系统中存在的谐波。
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IGBT高频感应加热逆变电源原理（四）
第4章主要元器件的选择
§4.1 无源器件
许多电气教科书中都假设电阻、电容和电感是线性的，其阻抗为：
对于电阻Z＝V/I=R
对于电容Z＝V/I=1/j2πfC
对于电感Z＝V/I=j2πfL
式中：f的单位是赫兹，Z、V、I是矢量。
然而在实际中，所有的器件都有寄生电阻、寄生电容、寄生电感。
这些寄生参数在低频时通常无关紧要，但是在高频时起着主要作用[14]。
§4.1.1 电阻器的高频模型
图4-1是实际电阻的集总阻抗模型。
R是期望的电阻值，Ls是寄生串联电感，单位是亨利，Cp是寄生并联电容，单位是法拉第，由于电阻引线和内部结构产生的。
在频率f处，电阻的阻抗是：
§4.1.2 电容器的高频模型
图4-2是实际电容的集总阻抗模型。
C是希望的容值，单位是法拉第，Ls是寄生电感，单位是亨利。
是串联电阻，单位是欧姆。
Rp是漏电阻，单位是欧姆。
所有这些参数都是电容引线和内部结构产生的。
在频率f处，电容的阻抗为：
§4.1.3 电感器的高频模型
图4-3是实际电感的集总阻抗摸型。
L是希望的电感值，单位是亨利，Rp是漏电阻与磁心损耗之和、单位是欧姆。
Rs是绕线电阻，单位是欧姆。
Cp是电感引线和弥补结构产生的寄生电容，单位是法拉第。
(注意：没有屏蔽的开放磁心电感是磁场的理想天线)在频率f处，实际中电感的阻抗，Rp很大，Rs很小，可以用以下公式来计算电感的阻抗：设
§4.2 有源器件
§4.2.1 快恢复二极管(FRED)
在过去的十几年中，电源电路发生了很大的变化，各种电路都能提高开关频率，以降低磁芯的体积和重量。
这些变化深受各种新型的功率开关元件，如MOSFET和IGBT的影响。
然而，各种拓扑中都需要快速二极管流过无功电流，或者用于整流（如果需要的输出是直流电压的话）。
这时，二极管的开关特性必须与晶体管的开关特性相匹配，在开关电源、变频器和高频感应加热的逆变器中，都用到了这种快恢复二极管。
二极管的导通特性和动态特性对功率损耗、效率和整机运行的安全程度都有很大的影响。
我们以现在市场上流行的外延生长型快恢复二极管(FRED)为例简要讨论快恢复二极管的开关过程。
图4-4为典型的FRED二极管开关电流电压曲线。
在正向导通时的n-外延层的电阻率由于过量少子(这种情况下是空穴)的注入大大的减小了，这时如果二极管中的电流换到另一个开关，二极管不能立刻恢复它的反向阻断能力，直到过量存储的电荷全部去除掉，这个过程只能通过电子与空穴的复合或者说是反向流过二极管的电流。
虽然理想的二极管的这种反向恢复电流为零，但是实际上这种PN结复合的电荷通过形成一个复合中心向n-外延层注入电子形成的，这种复合的电荷被复合中心加速。
这种复合的最终结果是存储的电荷被反向电流所复合并抽取，形成了一个负向的电流脉冲，这个脉冲被称为二极管的反向恢复电流。
当反向
恢复电流达到最大值〔Irm)时，PN结产生自由载流子的区域才开始承受反向电压。
各种不同的工艺决定了反向恢复电流的，而参数是相当重要的，因为它决定了将产生的电压峰值和换流时的dV/dt。
在耐压要求低于60V时，通常选用肖特基二极管，目前一些新型的肖特基二极管反向阻断电压可达300V；当耐压要求高于600V时，就只能选用FRED型二极管了。
§4.2.2 IGBT的结构与特性
一．IGBT的结构
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是由一个场效应管和一个GTR以达林顿方式组合，所以IGBT既具有场效应管输入阻抗大驱动功率小的优点，又具有GTR通态电流大的特点，其简化等效电路如图4-5所示[15]。
IGBT是以GTR为主导件，MOSFET为驱动件的达林顿结构，IGBT的开通和关断是由门极电压来控制的。
当门极电压加正电压时，MOSFET内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，从而IGBT导通。
在门极上加负电压时，MOSFET内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。
二．IGBT的工作特性及安全工作区
在高频逆变电源中，需要对IGBT的特性有全面的了解才能设计出可靠的驱动和保护电路，这是设计高频逆变电源很重要的一环。
在调试高频逆变电源驱动电路过程中，由于缺乏对IGBT的特性了解，出现过驱动波形不正常，IGBT被烧毁的现象。
IGBT的损坏机理一般分为以下几种情况：
1、超过热极限。
器件短路时的功耗将导致器件芯片温度迅速上升，若温度超过250℃，由于芯片材料硅的本征化将会导致IGBT迅速热击穿而损坏。
2、发生擎住效应[16]。
IGBT结构上存在寄生晶闸管，在极大的短路电流下关断IGBT时极易发生动态擎住导致器件损坏。
3、器件过压击穿。
大电流下关断IGBT时，极大的di/dt在回路电路中产生的关断电压尖峰有可能使IGBT因雪崩击穿而损坏。
IGBT短路时的安全工作特性由短路安全工作区(SCSOA) [17]来表述。
图4-6[18]为富士电机公司IGBT的短路安全工作区，IGBT是不能持续工作于短路安全工作区的。
富士电机公司明确将短路安全工作区称为非重复区，而将反偏安全工作区(RBSOA)称为重复区，IGBT工作于短路安全工作区的时间是有限制的。
因此，不能认为凡是小于10μs的短路过流电流脉冲对IGBT均是完全安全的，在短路期间强大的电流脉冲将会缩短IGBT的使用寿命并有可能最终导致不可恢复性损坏，该脉冲宽度越窄越好，在IGBT短路时保护电路应尽快动作.
三．IGBT的驱动要求
IGBT的特性和驱动条件密切相关。
正偏置电压UGE增加，通态电压下降，开通能耗EON 也下降。
如果UGE固定不变，导通电压将随漏极电流增大而增高，开通损耗将随结温升高而升高[20]。
负偏置电压-UGE直接影响IGBT的可靠运行，负偏电压升高时漏极浪涌电流明显下降，对关断能耗无显著影响。
门极电阻RG增加，将使IGBT的开通和关断时间增加，因而使开通与关断能耗均增加，而门极电阻减小，可能引发IGBT误导通，同时RG上的损耗也有所增加。
所以IGBT的关断特性将随基极驱动条件而改变。
经过实际调试并结合IGBT的原理及特性，得出驱动要求如下：
1、IGBT与MOSFET都是电压驱动，有一个2.5~5.0V的阀值电压，容性输入阻抗。
IGBT 对静电聚集敏感，驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗放电电路，驱动电路与IGBT的连线要短。
2、用内阻小的驱动源对栅极电容放电，以保证栅极控制电压有足够陡的前后沿，使IGBT 的开关损耗尽量小。
另外，IGBT开通以后，栅极驱动源应能提供足够的功率，使IGBT不致于退出饱和而损坏。
3、驱动电平+UGE必须综合考虑。
+UGE增大时，IGBT通态压降和开通损耗均下降，但负载短路时的Ic增大，IGBT能承受短路电流的时间减少，对其安全不利，因此在有短路过程的设备中UGE应选的小些，一般选12~15V。
4、在关断的过程中，为尽快抽取PNP管中的存储电荷防止误导通，须增加一负偏压-UGE。
但它受IGBT的GE间最大反向耐压限制，一般取-5V左右。
5、在大电感负载下，IGBT的关断时间不能太短，以限制di/dt所形成的尖峰电压，确保IGBT 的安全。
6、IGBT用于高压场合，所以驱动电路和控制电路在电位上应严格隔离。
实验调试的时候就发生过使用无隔离示波器测量两路驱动信号时发生主控制电路共地直通，烧毁IGBT和控制电路的现象[21]。
§4.3 小结
整机制做首先要选择合适的器件，本章通过分析各种器件的原理以及模型，对主要器件的参数、结构特性、驱动要求等进行了详细的说明。