高频感应加热原理电路及应用电力电子
高频感应加热
感应加热简介电磁感应加热，或简称感应加热，是加热导体材料比如金属材料的一种方法。
它主要用于金属热加工、热处理、焊接和熔化。
顾名思义，感应加热是利用电磁感应的方法使被加热的材料的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的。
感应加热系统的基本组成包括感应线圈，交流电源和工件。
根据加热对象不同，可以把线圈制作成不同的形状。
线圈和电源相连，电源为线圈提供交变电流，流过线圈的交变电流产生一个通过工件的交变磁场，该磁场使工件产生涡流来加热。
感应加热原理感应加热表面淬火是利用电磁感应原理，在工件表面层产生密度很高的感应电流，迅速加热至奥氏体状态，随后快速冷却得到马氏体组织的淬火方法，当感应圈中通过一定频率的交流电时，在其内外将产生与电流变化频率相同的交变磁场。
金属工件放入感应圈内，在磁场作用下，工件内就会产生与感应圈频率相同而方向相反的感应电流。
由于感应电流沿工件表面形成封闭回路，通常称为涡流。
此涡流将电能变成热能，将工件的表面迅速加热。
涡流主要分布于工件表面，工件内部几乎没有电流通过，这种现象称为表面效应或集肤效应。
感应加热就是利用集肤效应，依靠电流热效应把工件表面迅速加热到淬火温度的。
感应圈用紫铜管制做，内通冷却水。
当工件表面在感应圈内加热到一定温度时，立即喷水冷却，使表面层获得马氏体组织。
感应电动势的瞬时值为：式中：e——瞬时电势，V；Φ——零件上感应电流回路所包围面积的总磁通，Wb，其数值随感应器中的电流强度和零件材料的磁导率的增加而增大，并与零件和感应器之问的间隙有关。
为磁通变化率，其绝对值等于感应电势。
电流频率越高，磁通变化率越大，使感应电势P相应也就越大。
式中的负号表示感应电势的方向与的变化方向相反。
零件中感应出来的涡流的方向，在每一瞬时和感应器中的电流方向相反，涡流强度取决于感应电势及零件内涡流回路的电抗，可表示为：式中，I——涡流电流强度，A；Z——自感电抗，Ω；R——零件电阻，Ω；X——阻抗，Ω。
高频加热器原理
高频加热器原理高频加热器是一种利用高频电磁场对金属材料进行加热的设备。
它的工作原理是利用高频电流在金属材料内部产生涡流，从而使材料发生加热。
在工业生产中，高频加热器被广泛应用于金属热处理、焊接、熔炼等领域。
高频加热器的工作原理主要包括高频电源、感应线圈和工件三个部分。
高频电源产生高频电流，经过调节后输入到感应线圈中。
感应线圈在高频电流的作用下产生强烈的电磁场，当金属工件置于感应线圈中时，工件内部就会产生涡流，从而使工件表面温度迅速升高。
在高频加热器中，高频电源起着至关重要的作用。
高频电源能够产生高频电流，并通过调节输出功率来控制加热温度。
同时，高频电源还具有频率稳定、功率调节范围广等特点，能够满足不同工件的加热需求。
感应线圈是高频加热器中的另一个重要组成部分。
感应线圈的设计和制造直接影响着加热器的加热效果。
合理的感应线圈设计能够使电磁场得到充分利用，从而提高加热效率，减少能量损耗。
在高频加热器的工作过程中，工件的形状和材料也会对加热效果产生影响。
通常情况下，金属工件的导电性越好，加热效果就会越好。
此外，工件的形状也会影响电磁场的分布，从而影响加热的均匀性。
高频加热器的工作原理简单明了，但在实际应用中，还需要根据具体的加热要求进行参数的调节和优化。
只有充分理解和掌握高频加热器的工作原理，才能更好地发挥其在工业生产中的作用，提高生产效率，降低能源消耗。
总之，高频加热器作为一种高效、节能的加热设备，其工作原理清晰，应用广泛。
随着工业技术的不断发展，高频加热器将会在更多领域展现其巨大的潜力，为工业生产带来更多的便利和效益。
电力电子课程论文-高频感应加热原理及应用
目录一．背景 (1)二．高频感应加热原理与基本电路结构 (2)2.1 高频感应加热原理 (2)2.2 基本电路结构 (3)三．谐振逆变器电路 (4)3.1 谐振补偿电路模型 (4)3.2 电路实现 (6)四．功率调节方式 (10)4.1 脉冲密度调制（PDM） (10)4.2 脉冲宽度调节（PWM） (11)4.3 脉冲频率调节（PFM） (12)五．总结 (13)摘要：自从感应加热电源问世以来，由于其在工业热处理等方面的各种优点，迅速地应用到了国民生产的各个领域。
对于中国这样一个能源使用大国，感应加热电源的研究和性能的提高有着极其重要的现实意义。
电力电子器件得发展对感应加热技术的发展有着至关重要的影响,随着电力电子器件得发展，感应加热技术不断地提高。
本文主要讨论高频感应加热的原理以及电路实现，主要分析了谐振逆变器的电路结构、工作频率以及调功方式，说明了合理的电路结构、电子器件的工作状态以及控制方式是感应电源实现的保证。
一．背景工业上开始应用感应加热技术以来，已有将80多年历史。
在这期间，感应加热理论和感应加热装置都有很大的发展。
在应用领域方面，感应加热可用于金属熔炼、透热、热处理和焊接等过程，己成为冶金、国防、机械加工等部门及船舶、飞机、汽车等制造业不可缺少的技术。
此外感应加热正不断的进入人们的家庭生活中，例如电磁炉等都是依靠感应加热原理工作的。
感应加热电源技术的发展趋势是高频化、大容量化、智能化和绿色化。
目前的高频感应加热电源频率在几百千赫左右，技术比较成熟。
感应加热的应用领域以及应用范围越来越广，究其原因，要是感应加热具有如下一些特点：（1）加热温度高，而且是非接触式加热；（2）加热效率高——节能；（3）加热速度快——被加热物的表面氧化少；（4）温度容易控制——产品质量稳定；（5）可以局部加热，容易实现自动控制；（6）作业环境好，作业占地少，环保；（7）能加热形状复杂的工件，工件容易加热均匀；在我国，感应加热是伴随着汽车工业和拖拉机工业的诞生而起步的。
IGBT高频感应加热逆变电源原理(四)
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。
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。
小功率高频感应加热器的设计与制作原理及电路图
小功率高频感应加热器的设计与制作原理及电路图家用感应加热装置的典型应用是电磁灶，其功率一般在lkW左右，要求被加热容器的底部直径不小于120mm。
本设计的感虚加热器输出功率定在200W~300W，感应器有效直径lOOmm 左右，主要用于小容量的液体、食品、易拉罐饮品的加热，在家庭、医院、宾馆房间、零售商店中有广泛应用。
感应加热要求感应线圈的品质因数(Q值)高，Q可由下式计算: Q=X/R=ωL/R 其中，L 是感应线圈的电感(单位H)，ω 是驱动源的开关频率，R 是感应线圈的等效串联电阻(Ω)。
通过以不同的驱动频率驱动加热线圈，可以得到线圈参数与频率的关系。
当感应线圈靠近铁制品时。
其等效电阻将大幅度增加，Q 值下降;而当其靠近非铁磁性金属时，其等效电阻增加很少，其Q 值下降不大。
这种特性使铁金属更易被感应加热。
例如，在驱动频率为100kHz 时，靠近铁制品的线圈，其R 值为2Ω，而靠近铝制品时，R 值仪0。
238Ω;当驱动频率为400kHz 时，空载线圈的Q 值达到318，在靠近铝制品时下降为124，而在靠近铁制品时下降至13。
因此，在选择驱动源频率时，要选择空载线圈的R 值和有铁金属时的R 值相差大的频率，这个频率范围一般在lOOkHz 至400kHz。
为了减小加热线圈自身的损耗，线圈需用很多股细铜线组成的绞合线来绕制，这样容易制战高频损失小、Q值高的线圈。
感应线圈有两种形状，一种是加热普通平底铁金属容器的平板线圈。
另一种是加热易拉罐的筒形线圈。
在实际的感应加热电路中，感应线圈与其等效串联阻抗R，以及外加电容器C 等共同构成LCR 串联谐振电路。
图1 是本高频感应加热器的方框图。
采用绝缘栅场效应管的半桥驱动、LC 串联谐振电路，用锁相环(PLL)和脉宽调制(PWM)电路作闭环控制，以保证串联谐振频率的稳定:用半桥功率电路驱动加热线圈。
半桥输出电路输出阻抗低，即使用方波信号作电压驱动，输出电流波形也是正弦波，因而电压相电流的相位差小，功率传输效率高。
高频感应加热原理、电路及应用电力电子
电力电子的发展趋势
可再生能源
随着可再生能源的快速发展，电 力电子技术在太阳能、风能等领 域的应用日益广泛。
电动汽车
电力电子技术在电动汽车中发挥 关键作用，推动交通领域向清洁 能源转型。
智能电网
电力电子技术在智能电网中的应 用，可以实现能源的高效利用和 智能管理。
电力电子的应用领域ຫໍສະໝຸດ 1电力调节2
对电能进行调节和控制，保证电力系统
的稳定运行。
3
能源转换
将电能转换为其他形式的能量，如电机 驱动、光伏发电等。
电能存储
利用电力电子技术实现电能的高效储存 和释放，如电池、超级电容器等。
电力电子在高频感应加热中的 应用
电力电子技术在高频感应加热中扮演重要角色，通过控制电路参数和频率， 实现对加热过程的精确控制，提高加热效率和质量。
医疗领域
用于高频电磁热治疗，如消融肿瘤、止血等。
热处理
在金属材料的热处理过程中，实现对组织结构 的控制和性能的提升。
家用电器
如电磁炉、电热水器等家用电器中广泛应用高 频感应加热技术。
电力电子概述
电力电子是研究将电能与其他形式的能量进行互相转换的学科，涵盖了电力 变换、调节、控制等技术，广泛应用于能源领域。
高频感应加热电路
1
功率电子变流器
将交流电源输出的电能转换为高频交流电能，用于高频感应加热。
2
匹配电容电路
通过匹配电容使功率变流器与感应线圈的电感相互补偿，提高电路效率。
3
感应线圈
产生高频交变磁场，使被加热物体内部产生涡流。
高频感应加热的应用
工业加热
用于金属锻造、焊接、淬火等工业加热应用， 具有快速、高效的优势。
高频电磁加热原理
高频电磁加热原理
高频电磁加热原理是指利用高频电磁场对物体进行加热的一种方法。
高频电磁加热主要依靠电磁场对物体内部的自由电荷进行激发和振动，从而使其产生热量。
高频电磁加热原理主要包括以下几个方面：
1. 电磁感应：高频交变电流通过线圈产生变化的磁场，在物体中引发感应电流。
根据法拉第电磁感应定律，感应电流会形成闭合回路，产生磁场能量并加热物体。
2. 导体损耗：高频电磁场中的电磁波通过导体时，会引发导体内部电荷的欧姆损耗。
这是由于导体内部电荷在电场和磁场作用下发生摩擦，产生热量，使导体加热。
3. 界面效应：高频电磁场作用在物体表面时，会引发物体表面的电荷分布变化。
这种变化使电荷在物体表面发生摩擦，并由于内阻发热。
这种效应在涂料干燥、胶水固化等工艺中广泛应用。
4. 电磁波温差加热：高频电场通过物体时，会产生温差效应。
当电磁波在物体中传播时，由于物体不同部分电阻的差异，会引起温度的差异。
这种温差效应可以对物体进行局部加热或控制温度分布。
总之，高频电磁加热原理通过电磁场的感应、导体损耗、界面效应以及温差效应对物体进行加热。
这种加热方式具有快速、
高效、均匀的特点，被广泛应用于工业生产、医疗器械和烹饪等领域。
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。
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。
高频电源加热 工作原理
高频电源加热工作原理今天咱们来唠唠高频电源加热这个超有趣的玩意儿。
你知道吗？高频电源加热就像是一场微观世界里的超级派对。
咱们先从它的基本构成说起哈。
高频电源加热设备呢，有个很重要的部分就是高频电源发生器。
这个发生器就像是一个魔法盒，它能产生高频的交流电。
这交流电的频率可高啦，比咱们平时家里用的电的频率高好多好多倍呢。
那这个高频交流电有啥用呢？这就涉及到加热的原理啦。
当高频交流电通过加热线圈的时候，就像给这个线圈注入了一股超级活力。
这个加热线圈就像是一个热情的主人，周围的金属工件呢，就像是被邀请来的客人。
这个线圈产生的高频磁场就像一种无形的魔力，它会在金属工件里产生感应电流。
这感应电流可调皮啦，它在金属工件内部到处乱窜。
你想啊，电流在金属里跑来跑去，就像一群调皮的小蚂蚁在金属的身体里横冲直撞。
而电流通过的时候呢，根据焦耳定律，就会产生热量啦。
这个热量可不是一点点哦，而是能让金属迅速升温的那种。
就好像这些小蚂蚁在金属里开了一场热火朝天的狂欢派对，把金属都给热得发烫啦。
而且哦，高频电源加热有个特别酷的地方。
它加热可快啦，不像传统的加热方式，慢悠悠的。
这是为啥呢？因为高频的感应电流能直接在金属内部产生热量，不需要像传统加热那样，热量从外面慢慢传导到里面。
就好比是给金属内部直接点了一把火，而不是在外面慢慢烤。
还有哦，高频电源加热特别的精准。
比如说，你想给一个金属零件的某个小部位加热，只要把加热线圈设计得合适，就可以让这个小部位迅速升温，而其他地方基本不受影响。
这就像是用一把超级精准的小镊子，只夹起你想要加热的那一点点金属，其他部分还能安安静静地待着呢。
这种加热方式在很多地方都超级有用。
比如说在金属的热处理上。
咱们知道，金属经过热处理后，性能会变得更好。
以前的热处理方法有时候不太均匀，导致金属性能也不太稳定。
但是高频电源加热就不一样啦，它能让金属均匀受热，这样处理后的金属就像被精心打扮过的小帅哥或者小美女，性能又好又稳定。
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。
高频感应加热电源驱动电路设计方案
高频感应加热电源驱动电路设计方案就目前国内的感应加热电源研发现状而言，高频感应加热电源是主流的研发设计方向，也是很多工程师的工作重点。
在今天的文章中，我们将会为大家分享一种基于IR2llO芯片的高频感应加热电源驱动电路设计方案，希望能够通过本次的方案分享，帮助大家更好的完成研发设计工作。
在本次所分享的高频感应加热电源驱动电路设计方案中，我们使用芯片IR2llO用于该种驱动半桥串联谐振逆变器的电路设计，如下图图1所示。
从图1中我们可以看到，在该电路系统中，VD是自举二极管，采用恢复时间几十纳秒、耐压在500V以上的超快恢复二极管10Ia16。
CH是自举电容，采用0.1μF的陶瓷圆片电容。
CL是旁路电容，采用一个0.1μF的陶瓷圆片电容和1μF的钽电容并联DD、VCC分别是输入级逻辑电源和低端输出级电源，它们使用同一个+12V电源，而VB是高端输出级电源，它与VCC使用同一电源并通过自举技术来产生。
在这里由于考虑到了在功率MOSFET漏极产生的浪涌电压会通过漏栅极之间的米勒电容耦合到栅极上击穿栅极氧化层，所以在T1、T2的栅源之问接上12V稳压管D1、D2以限制栅源电压，以此来保护功率M0SFET。
负偏压与功率扩展电路在了解了这种高频感应加热电源的半桥串联谐振逆变器设计图之后，接下来我们来看一下如何完成负偏压与功率扩展电路的设计工作。
下图中，图2给出了具体的负偏压与功率扩展电路。
虚线右边为功率扩展电路，采用两对P沟道和N沟道MOSFETQ1、Q3和Q2、Q4，组成推挽式输出结构。
这是一个高输入阻抗的功率缓冲器，可以产生8A峰值输出电流，并且静态电流是可以忽略的。
在这一负偏压与功率扩展电路设计的运行过程中，当输入信号为高电平时，Q2的栅极也为高电平，从而Q2导通，这就使得Q3的栅极变为低电平，这样Q3就导通，则输出也为高电平;当输入信号为低电平时，Q1导通，这就使得Q4的栅极变为高电平，这样Q4就导通，则输出也为低电平。
高频率感应加热
高频感应加热基本原理：用交流电流流向被卷曲成环状的导体（通常为铜管），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（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，在非接触的状态下就能加热。
这时窝电流的特性是：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。
高频加热的成功于否取决于感应线圈的对加热体的大小，形状，间距的有关。
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。
简单形状的线圈容易设计，但是复杂的线圈设计比较复杂，计算难，一般主要靠经验和熟练来设计。
感应线圈的基本形状一般如下图所示。
被加热体的外面，内面，平面加热的方式，（A）是一般用的最多的形状，（B）比（A）的效率低，一般主要用于管材里边加热，（C）是主要用于被加热体的表面连续加热。
物理特性：Elementarysymbol 名称原子能的重量具体地重量熔化的点沸腾的点特定地热度Coefficientofheatconduction元件numberAg silver107.88010.49960.8022100.056(0') 1.0(0'C)47 Al aluminum26.97 2.699660.220600.2230.5313 As arsenic74.91 5.738146100.082-33 Au gold197.219.321063.029700.0310.7179 B boron10.82 2.32300+-30025500.309-5 Be beryllium9.02 1.848127727700.520.0384 Ba barium137.3633.74704+-2016400.068-56 Bi bismuth209.09.80271.3014200.0340.02083 C carbon12.010 2.223700+-10048300.1650.0576 Ca calcium40.8 1.55850+-2014400.1490.3020 Cd cadmium112.418.65320.97650.0550.2248金属分类：原理示例图：。
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电路二
单元电路：整流
单元电路：直流电源
单元电路：风扇和指示
单元电路：电磁线圈和谐振
单元电路：功率开关
单元电路：PWM驱动
单元电路： PWM
单元电路：谐振高压保护
单元路：谐振同步
单元电路：电磁线圈和谐振 单元电路：谐振高压保护 单元电路：电磁线圈和谐振 单元电路：电磁线圈和谐振 单元电路：谐振高压保护 单元电路：电磁线圈和谐振 单元电路：电磁线圈和谐振
高频加热电路分析
高频电磁加热电路
•总体结构 •单元电路分析 •时序分析
电路结构
AC220V
整流滤波
负载 电磁线圈
功率电路
DC24V DC15V DC5V
检测保护 谐振控制 PWM驱动
状态显示 时序控制
PWM
FAN电机 外控接口
功率调节
电 路 一
单元电路：电磁线圈和谐振 单元电路：电磁线圈和谐振 单元电路：电磁线圈和谐振 单元电路：谐振高压保护 单元电路：电磁线圈和谐振 单元电路：谐振高压保护 单元电路：谐振高压保护 单元电路：谐振高压保护 单元电路：电磁线圈和谐振 单元电路：电磁线圈和谐振 单元电路：谐振高压保护 单元电路：电磁线圈和谐振 单元电路：电磁线圈和谐振 单元电路：电磁线圈和谐振 单元电路：电磁线圈和谐振
单元电路：PWM信号整形
单元电路：谐振高压IN保D护UCT2 单单元元电 电路路：：电电磁磁线线圈圈IN和和D谐谐U振振CT1
单元电路：谐振高压保护 单元电路：谐振高压保护
电磁线圈两 单元电路：电磁线圈和谐振
单元电路：谐振高压保护
端电压信号 单元电路：电磁线圈和谐振
单元电路：电磁线圈和谐振 单元电路：电磁线圈和谐振
输出到-> PWM信号 整形电路
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。
高频电阻感应加热技术及应用.
高频电阻感应加热技术及应用一、高频电阻感应加热原理高频感应加热技术已有几十年的历史，感应加热具有加热速度快、节省能源、质量可靠、氧化脱碳少、工件变形小、公害少、工艺简单，易实现机械化、自动化和组织流水线生产等特点。
近年来，国内外感应加热技术在提高产品质量，发挥材料潜力，降低生产成本，改善设备性能等方面都有了很大进展，在工业上获得广泛的应用，但传统的高频感应加热只是一种单纯的感应加热，感应加热的主要依据是：电磁感应（表面效应、邻近效应、环状效应），“集肤效应”和热传导三项基本原理，对平面类和内孔类零件的加热电效率低、硬化层深度不易控制。
高频电阻感应加热技术是在20世纪80年代初美国首先采用的加工方法，开始在汽车发动机缸套内壁上应用。
其加热原理如图1所示，通高频电源时，工件、电极和感应器连成一回路，感应器下方的工件表面既是受感导体，又是高频电路中的一段导体。
这样工件局部表面不仅被感应加热，而且还被电阻加热。
加上感应器和工件表面的的电流走向相反，形成反向电流系统，产生邻近效应，感应器下方的电流电流密度高度集中。
与传统的高频感应加热相比，工件表面电流更集中，密度更大加热速度也更快。
采用这种高频电阻加热淬火，可以获得很高的电流密度，加热的功率密度是传统感应加热的数倍，因此可以对工件表面实施高能密度的热处理，且淬硬层在两块电极之间感应器下方。
高频电阻感应局部表面加热设备简单，操作也和传统感应加热一样方便。
一般的高频炉可很方便地改成高频感应电阻局部加热设备。
更突出的是感应器可以制成曲线或弯曲面，淬火面可以是平面、弧面或曲面，很适用于某些复杂零件特殊部位的局部表面加热淬火，另外这种淬火有时无需专门冷却介质（加热自冷方式），淬火后可采用自回火无需重新加热回火，零件的畸变量小。
图1 高频电阻感应加热原理二、高频电阻感应加热技术的应用实例1、汽车转向齿条的高频淬火图2、转向齿条示意图齿轮齿条式转向机构具有结构简单、构件少、质量轻、成本低、传动效率高等优点，现大多数的轿车都采用这种转向机构。
高频感应加热原理、电路与应用_电力电子
降低逆变器的损耗 负载阻抗匹配技术的效率问题 控制电路数字化、智能化发展
电路实现
串联、并联谐振逆变器的拓扑结构
高频感应加热电源的负载可以等效成一个电阻和一个电感串联或 并联的形式。等效的电感、电阻是感应器和负载耦合的结果，其值受耦 合程度的影响。这种负载都是功率因素很低的感性负载；为了提高功率 因数，一般采用增加补偿电容的方法来提高。一般有并联补偿和串联补 偿两种方式，从而形成两种基本的谐振电路：并联谐振电路、串联谐振 电路。
串联谐振电路的优点
关断时间短，换流时开关管自然关断 启动较简单、适用于频繁启动场合 感应器与逆变电源可以相距较远，负载分布电感对
输出功率影响较小 对二极管反向恢复速度要求较低 对驱动脉冲要求较低 调功方式
串、并联谐振逆变器电路图
感性负载及容性负载输出电压电流波形
臂间换流 臂内换流
带电容缓冲的串联谐振逆变器电路图
优点：控制电路容易实现，负载适应性号，调节范围宽 缺点：频率变化较小，功率器件的利用率较低，EMI 比较大。
Байду номын сангаас
PFM 法即是一般所说的调频调功，也称为扫频调功。 它是逆变器侧调功模式中最简单的一种。PFM 是通过改变 逆变器的工作频率，从而改变负载输出阻抗以实现调节输 出功率的目的。
f ：逆变器功率管的开关频率， f0 ：负载的谐振频率 P ：逆变器的输出功率
PFM 调功法最大的优点是不需调压环节，整流电路可以使用二 极管整流，从而简化了设备，使成本得到降低；且 PFM 法的控制 电路的设计较简单，调频部分实现起来较方便，一般是通过检测负 载电流作为反馈量来构成闭环控制的。
PFM调功方式的特点：可以对电源的工作频率、负载电流和电 路的功率因数直接进行控制；而且输出功率也可以不断调整，根本 没有其他调功方式中的功率梯级调节问题；当负载 Q 值很大时，极 小的频率偏移就可在很大范围内对功率进行调节；
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串联型电源的滤波器是通过大电容实现的，逆变器的供电电压不变。如果 同一桥臂出现短路，由此产生的短路电流会对功率器件造成严重损坏。因此 串联逆变器中，同一桥臂的功率管换流时一定遵循“先断后通”的原则，即 在上下桥臂的驱动脉冲之间加入“死区时间”。在这段“死区时间”里，为 了确保无功电流的续流，必须在功率管的两端反并联一个快恢复二极管。
应用领域
感应加热可用于金属பைடு நூலகம்炼、透热、热处理和焊接等 过程
已成为冶金、国防、机械加工等部门及铸、锻和船 舶、飞机、汽车制造业等不可缺少的能源
感应加热已经不断进入家庭生活中，例如微波炉、 电磁炉、热水器等都可以用感应加热作为能源
感应加热的其它应用：塑料橡胶行业、热粘合行业、 电子工业等
率越偏离负载谐振频率，负载的等效阻抗越大，则逆变器的输出功率越 小。PFM 就是利用这一原理来调节输出功率的。
PFM 调功法最大的优点是不需调压环节，整流电路可以使用二 极管整流，从而简化了设备，使成本得到降低；且 PFM 法的控制 电路的设计较简单，调频部分实现起来较方便，一般是通过检测负 载电流作为反馈量来构成闭环控制的。
高频感应加热原理及应用
当导体中通过交变电流时,导体周围形成交变磁场,磁场的强 弱直接与电流强度成正比"如果将材料放在高频磁场内,刚磁 力线同样会切割材料,在材料中产生感应电动势,从而产生涡 流"涡流也是高频电流,同样具有高频电流的一些性质"由于 材料具有电阻,结果使材料发热,利用感应涡流的热效应进行 加热,叫感应加热"
高频感应加热方式的特点
非接触式加热、加热温度高 加热效率高、节能 加热速度快，被加热物质表面氧化少 温度容易控制，可以局部加热，产品质量稳定 容易实现自动控制 污染少、环保
感应加热电源有主电路和控制及保护电路两大块组成。
主电路由整流器、滤波器、逆变器和负载电路组成。其中整 流滤波发展较为成熟，通常是逆变器、负载阻抗匹配及控制 电路的发展水平限制着感应加热电源的发展。
优点：控制电路容易实现，负载适应性号，调节范围宽 缺点：频率变化较小，功率器件的利用率较低，EMI 比较大。
PFM 法即是一般所说的调频调功，也称为扫频调功。 它是逆变器侧调功模式中最简单的一种。PFM 是通过改变 逆变器的工作频率，从而改变负载输出阻抗以实现调节输 出功率的目的。
f ：逆变器功率管的开关频率， f 0 ：负载的谐振频率 P ：逆变器的输出功率
降低逆变器的损耗 负载阻抗匹配技术的效率问题 控制电路数字化、智能化发展
电路实现
串联、并联谐振逆变器的拓扑结构
高频感应加热电源的负载可以等效成一个电阻和一个电感串联或 并联的形式。等效的电感、电阻是感应器和负载耦合的结果，其值受耦 合程度的影响。这种负载都是功率因素很低的感性负载；为了提高功率 因数，一般采用增加补偿电容的方法来提高。一般有并联补偿和串联补 偿两种方式，从而形成两种基本的谐振电路：并联谐振电路、串联谐振 电路。
由于直流电流源采用大电感滤波，大电感能够抑制短路电流的上升，所以 有利于过流保护。由于 IGBT 内部封装有反并联二极管，所以 IGBT 不能承受反 向电压，因此要为每个主开关器件串联一个同等容量的电力二极管以承受换流 后相应桥臂要承受的反压。电路中每个主开关器件都并联有阻容网络构成的保 护电路。
串联谐振电路特点
并联谐振电路特点
并联型电路谐振时电源的电流全部加在等效电阻上，电感和补偿电容上的 电流是输入电流的Q倍，常把此谐振称作电流型谐振。而补偿电容和感应器上的 电压为逆变器输出电压。
并联谐振电路必须用电流源供电，电流源由整流器和大电感构成。如果并联 型逆变器的上、下桥臂同时断开，则积蓄在大电感中的能量将无处排放，会严重 损害功率器件。因此需在上下桥臂的驱动信号中加入“重叠时间”。在这个时间 内，虽然桥臂处于短路状态，但由于电感的“通直隔交”特性，电流不会突变， 只要换流足够快，就不会对功率器件造成危害。
逆变侧功率调节方式
脉冲密度调制(PDM) 脉冲宽度调制(PWM) 脉冲频率调制(PFM)
优点：输出频率一般保持不变，功率器件的开关损耗相对 较小，数字化控制容易实现，适合在开环的场合中应用
缺点：逆变器输出频率不完全等于负载固有频率，系统稳定 性比较差。率动态响应不理想，属于有级的调功方式。
串联谐振电路的优点
关断时间短，换流时开关管自然关断 启动较简单、适用于频繁启动场合 感应器与逆变电源可以相距较远，负载分布电感对
输出功率影响较小 对二极管反向恢复速度要求较低 对驱动脉冲要求较低 调功方式
串、并联谐振逆变器电路图
感性负载及容性负载输出电压电流波形
臂间换流 臂内换流
带电容缓冲的串联谐振逆变器电路图
PFM调功方式的特点：可以对电源的工作频率、负载电流和电 路的功率因数直接进行控制；而且输出功率也可以不断调整，根本 没有其他调功方式中的功率梯级调节问题；当负载 Q 值很大时，极 小的频率偏移就可在很大范围内对功率进行调节；
缺点：1.负载谐振回路的 Q 值较小时，逆变器开关频率的变化 会使被加热金属件的集肤深度也随之而变化，在表面淬火等场合中， 这种变化对热处理行业的加热效果有很大的影响。2.负载为低阻抗 时，逆变器功率器件的开关损耗较大
由上图可知，负载固有频率不变，改变逆变器开关频率即可改变电
源的输出功率。当 f / f0 < 1时，逆变器处于容性状态，输出功率随着逆变 器开关频率的增大而增大；当 f / f0 = 1时，逆变器处于谐振状态，此时逆 变器输出最大功率；当 f / f 0 > 1时，逆变器呈感性，开关频率越大感抗越 大，输出功率减小。所以在逆变器的输入电压恒定时，逆变器的工作频