基于IGBT的超音频感应加热电源的研制
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Ｓ ＵＮ Ｈａ ｎ－ ｑ ｉ ｎ ｇ
（ Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａ ｎ ｉ ｍ ａ ｌ Ｈ ｕ ｓ ｂ ａ ｎ ｄ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍ ｙ ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ， Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ ４ ５ ０ ０ ４ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
５ ０ ｋ Ｈ ｚ ， 单 机 容量 在 ３ ～ ５ ０ ０ ｋ Ｗ 的Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 电 源 已经 完 全 商 品
逆 变 电路 ， 其 中， Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ １ 和Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ４ 组成 １ 组， Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ２ 和Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ３
组成 １ 组。 串联谐 振 电路 由Ｃ 和负载等效电阻Ｒ 和等效 电 抗Ｌ 组成 。 其 中， Ｔ ｌ 是 匹配变压器 ， ｃ ｇ 为隔直 电容器 ， 作用
第３ ２卷第 １ ９期
Ｖｏｌ ＿ ３２ Ｎｏ ． １ ９
企 业 技 术 开 发
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩ ＣＡＬ ＤＥＶＥＬ０ＰＭＥＮＴ ＯＦ ＥＮＴＥＲＰＲＩ Ｓ Ｅ
２ ０ １ ３ 年 ７月
Ｊ ｕ １ ． ２ ０ １ ３
基于 Ｉ ＧＢ Ｔ的超 音频感应加热电源的研制
孙汉卿
（ 河 南牧业经济学 院 ， 河南 郑州 ４ ５ ０ ０ ４ ４ ）
摘 要： 文章在 分 析 串联 谐 振 逆 变 器原 理 的基 础 上 ， 设计 并 实现 一种 采 用 绝缘 栅 双极 晶 体 管（ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ） 的５ ｋ Ｗ／ ６ ０ ｋ Ｈ ｚ 超 音 频 串联 谐 振 感应 加 热整 体 系统 ， 通 过 实际 样机 的 工作 结 果表 明 该机 工作 性 能稳 定 ， 加 热效 率 高。
’ ’
电流仍为反向 ， 此时二极管Ｖ Ｄ １ 和Ｖ Ｄ ４ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ通 ， 由于负载 电 路是Ｌ ｃ 串联谐振 电路 ， 品质因数Ｑ ＞ Ｉ ， 所 以， 电流ｉ 。 按谐振
正弦变化 ， 从ｔ 以后 ， 电流 变 为 零 ， 而Ｖ Ｔ ４ 和Ｖ Ｔ １ 还 是 开 通 的， 谐 振 电 路 中 的 电流 为 正 ， 同理 ， 电流 也 是 从 零 开 始 按
关键词 ： 感 应加 热 ； 串联 谐 振 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｍ ４ ６ ４； Ｔ Ｍ ９ ２ ４ ． ５ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ６ — ８ ９ ３ ７ （ ２ ０ １ ３ ） １ ９ — ０ ０ １ ７ — ０ ２
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ －ａ ｕ ｄ ｉ ｏ －ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｉ ｎ ｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐｏ ｗｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｓ ｕｌ ａ ｔ ｅ －ｇ ａ ｔ ｅ ｂ ｉ ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ
ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ； ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ
绝缘 栅 双 极 晶体 管 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ（ Ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ Ｇ ａ ｔ ｅ Ｂ ｉ ｐ ｏ ｌ ａ ｒ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ） 是Ｍ Ｏ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ 与Ｇ Ｔ Ｒ 的复合器件口 Ｉ ， 它既具有 Ｍ Ｏ Ｓ — Ｆ Ｅ Ｔ 的工作 速度快 、 开关 频率高 、 输入 阻抗高 、 驱动 电路 简单 、 热温度性好 的优点 ， 又包 含 了Ｇ Ｔ Ｒ 的载流量大 、 阻 断电压 高等 多项 优点 ［ ２ ］ ， 应 用越 来越 广 泛 。 频率 在０ ． ５ ～
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｓ ｅ ｉｅ ｒ ｓ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ａ ｓ ｅ ｉｅ ｒ ｓ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ — ａ ｕ ｄ ｉ ｏ 一 ￣ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ５ ｋ Ｗ／ ６ ０ ｋ Ｈｚ
为 了防 止 变压 器 颠 覆 。 逆 变 桥 由４ 组Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 管Ｖ Ｔ １ ～ Ｖ ｒ ｒ ４ 及 与其 反 并 联 的 快 速
二极管组成 。 图２ 为串联谐振 电路的电压 、 电流波形。 在ｔ ： ｔ ｏ 时， Ｖ Ｔ １ 和Ｖ Ｔ ４ 开通 ， 负载 网络上加正 向方波 电压 。 此时
化， 而频率在５ ０ ～ １ ０ ０ ｋ Ｈ ｚ 的Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 电源 ， 目前 国内还处于试 验研究阶段［ ３ １ 。
１ 高频逆变电源主电路
串联谐 振逆变器 不需要 外加启 动 ， 启 动较 为容易 ， 对 工作环境 要求不 高等优点 ， 因此 ， 本设计 采用 串联谐
振 电路 作 为 逆 变 主 电路 ， 如图 １ 所示 。
ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ — ｇ ａ ｔ ｅ ｂ ｉ ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ（ Ｉ ＧＢ Ｔ） ， ｉ ｔ ｔ ｕ ｎｓ ｒ ｏ ｕ ｔ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｈ ａ ｓ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇ ｈ
（ Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａ ｎ ｉ ｍ ａ ｌ Ｈ ｕ ｓ ｂ ａ ｎ ｄ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍ ｙ ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ， Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ ４ ５ ０ ０ ４ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
５ ０ ｋ Ｈ ｚ ， 单 机 容量 在 ３ ～ ５ ０ ０ ｋ Ｗ 的Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 电 源 已经 完 全 商 品
逆 变 电路 ， 其 中， Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ １ 和Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ４ 组成 １ 组， Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ２ 和Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ３
组成 １ 组。 串联谐 振 电路 由Ｃ 和负载等效电阻Ｒ 和等效 电 抗Ｌ 组成 。 其 中， Ｔ ｌ 是 匹配变压器 ， ｃ ｇ 为隔直 电容器 ， 作用
第３ ２卷第 １ ９期
Ｖｏｌ ＿ ３２ Ｎｏ ． １ ９
企 业 技 术 开 发
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩ ＣＡＬ ＤＥＶＥＬ０ＰＭＥＮＴ ＯＦ ＥＮＴＥＲＰＲＩ Ｓ Ｅ
２ ０ １ ３ 年 ７月
Ｊ ｕ １ ． ２ ０ １ ３
基于 Ｉ ＧＢ Ｔ的超 音频感应加热电源的研制
孙汉卿
（ 河 南牧业经济学 院 ， 河南 郑州 ４ ５ ０ ０ ４ ４ ）
摘 要： 文章在 分 析 串联 谐 振 逆 变 器原 理 的基 础 上 ， 设计 并 实现 一种 采 用 绝缘 栅 双极 晶 体 管（ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ） 的５ ｋ Ｗ／ ６ ０ ｋ Ｈ ｚ 超 音 频 串联 谐 振 感应 加 热整 体 系统 ， 通 过 实际 样机 的 工作 结 果表 明 该机 工作 性 能稳 定 ， 加 热效 率 高。
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电流仍为反向 ， 此时二极管Ｖ Ｄ １ 和Ｖ Ｄ ４ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ通 ， 由于负载 电 路是Ｌ ｃ 串联谐振 电路 ， 品质因数Ｑ ＞ Ｉ ， 所 以， 电流ｉ 。 按谐振
正弦变化 ， 从ｔ 以后 ， 电流 变 为 零 ， 而Ｖ Ｔ ４ 和Ｖ Ｔ １ 还 是 开 通 的， 谐 振 电 路 中 的 电流 为 正 ， 同理 ， 电流 也 是 从 零 开 始 按
关键词 ： 感 应加 热 ； 串联 谐 振 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｍ ４ ６ ４； Ｔ Ｍ ９ ２ ４ ． ５ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ６ — ８ ９ ３ ７ （ ２ ０ １ ３ ） １ ９ — ０ ０ １ ７ — ０ ２
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ －ａ ｕ ｄ ｉ ｏ －ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｉ ｎ ｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐｏ ｗｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｓ ｕｌ ａ ｔ ｅ －ｇ ａ ｔ ｅ ｂ ｉ ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ
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绝缘 栅 双 极 晶体 管 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ（ Ｉ ｎ ｓ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ Ｇ ａ ｔ ｅ Ｂ ｉ ｐ ｏ ｌ ａ ｒ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ） 是Ｍ Ｏ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ 与Ｇ Ｔ Ｒ 的复合器件口 Ｉ ， 它既具有 Ｍ Ｏ Ｓ — Ｆ Ｅ Ｔ 的工作 速度快 、 开关 频率高 、 输入 阻抗高 、 驱动 电路 简单 、 热温度性好 的优点 ， 又包 含 了Ｇ Ｔ Ｒ 的载流量大 、 阻 断电压 高等 多项 优点 ［ ２ ］ ， 应 用越 来越 广 泛 。 频率 在０ ． ５ ～
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｓ ｅ ｉｅ ｒ ｓ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ａ ｓ ｅ ｉｅ ｒ ｓ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ — ａ ｕ ｄ ｉ ｏ 一 ￣ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ５ ｋ Ｗ／ ６ ０ ｋ Ｈｚ
为 了防 止 变压 器 颠 覆 。 逆 变 桥 由４ 组Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 管Ｖ Ｔ １ ～ Ｖ ｒ ｒ ４ 及 与其 反 并 联 的 快 速
二极管组成 。 图２ 为串联谐振 电路的电压 、 电流波形。 在ｔ ： ｔ ｏ 时， Ｖ Ｔ １ 和Ｖ Ｔ ４ 开通 ， 负载 网络上加正 向方波 电压 。 此时
化， 而频率在５ ０ ～ １ ０ ０ ｋ Ｈ ｚ 的Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 电源 ， 目前 国内还处于试 验研究阶段［ ３ １ 。
１ 高频逆变电源主电路
串联谐 振逆变器 不需要 外加启 动 ， 启 动较 为容易 ， 对 工作环境 要求不 高等优点 ， 因此 ， 本设计 采用 串联谐
振 电路 作 为 逆 变 主 电路 ， 如图 １ 所示 。
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