IGBT高频感应加热电源的研制

1、 塑型塑型堇!旦呈!壹塑壁壁塑垫皇塑塑塑生L旦圈2拦恻部分原理圈F培2nIe con咖I cl佗uIt 2.1脉冲发生电路脉冲发生电路(图3使用具有双推挽输出结构的脉宽调节器sG3525米实现控制脉冲的产生。脉冲信号r:作频率由PO、c34决定,频率在20K 以上可调节。R53为010K的变阻器,可使【空比在050%的范围内进行调节。R54用于限制最小北区时间。8端外接电容在sG3525内部电路的作用F构成软启动电路,使逆变电源加电时脉宽从最窄增至r作脉宽,防JL开机浪涌利不平衡。脉宽调制器从输出端l】、14输出两路相位相差】80。的脉冲信号.通过驱动电路来控制IGBT的导通。22驱动电路根据

2、IGBT的特性及在电路中的作用,对IGBT 驱动电路的要求如下:控制信号与IGBT之间要经变压器或有光电耦合器隔离;驱动IGBT导通或关断的驱动电压数值要选择适当,为保证IGBT 图3脉冲发生电路F193nIe cI陀uit ofpulse g肌mkr可靠荚断应为负,驱动电路的供电方式要适当配合:vge的上升、下降时间必须足够短,廊比IGBT的开关时间要短:用低内阻驱动源对IGBT 的栅极电容充电以提高开通速度;为使IGBT快速芙断,驱动电路应提供低电阻放电酬路;驱动电路与IGBT栅极发射极之间连线要尽量短,驱动电路输出线也可采用绞和线;电路形式需要两路驱动电路彼此独立,其相位相差180。按照

3、上述要求,选择了电磁隔离推拉式驱动法的两路完全对称的驱动电路,其中一路如图4。驱动电路和主电路之间通过隔离元件(脉冲变压器间接传送驱动信号。当TR4导通时,电源通过它为IGBT输入电容充电,并使IGBT开通:TR5导通时,IGBT输入电容通过它放电,充放电电流都很大,且TR4、TR5不会出现饱和,囡而信号传递无延迟,保证了快速驱动。畦啦隧,商:利fLj研制的高频感应加热样机,采片j测鼙负载温度的方法对样机的加热效率进行了测定。测定结果表明,接机效率超过70%,满足设计要求。沈宏30K、/50KHzIGBT并联谐振感应加热电源【j】电力电子技术,1996,3l(2:3s2】张忡超50KHzl0B

4、T超音频感应加热电源【J】电力电子技术.1995,30f268,lo.u町川R i 兰_”T o沦结 IGBT高频感应加热电源的研制作者:胡刚, 陈为作者单位:青岛科技大学,信息与控制工程学院,山东,青岛,266042刊名:青岛科技大学学报(自然科学版英文刊名:JOURNAL OF QINGDAO UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY年,卷(期:2003,24(z1被引用次数:1次参考文献(2条1.沈宏30kW/50kHzIGBT并联谐振感应加热电源 1996(022.张仲超50kHzIGBT超音频感应加热电源 1995(02相似文献(10条1.期刊论文董淑

5、惠.李亚斌.田丰.DONG Shu-hui.LI Ya-bin.TIAN Feng时间分割式IGBT高频感应加热电源的研究-电力科学与工程2007,23(4研究了一种采用时间分割控制方法的IGBT高频感应加热电源.该方法充分利用了IGBT器件的高压大容量器件特性,使采用IGBT替代功率MOSFET制作高频大容量感应加热电源成为可能.采用这种控制方式的高频大功率电源电路结构简单、控制方便,电源的输出频率可以得到极大的拓展,具有很好的应用前景.2.学位论文王洋利用IGBT串联的感应加热电源研究2006感应加热电源是一种利用半导体功率器件作为核心元件制作的开关型电源装置,它是利用电磁感应原理把电能转

6、化为热能的设备。相比较传统的加热设备,感应加热电源具有极大的优势,在现在的工业生产中有着极为广泛的应用。本课题设计了一种利用串联IGBT作为开关元件的感应加热电源,相比较现在普遍使用的串联和并联谐振式的感应加热电源,它具有工作安全可靠,控制电路简单等优点。本课题的工作主要分为三个部分,即:电源电路结构的构思与选用;基于该结构的感应加热电源的设计;以及在该电路结构下IGBT串联均压问题的探讨与研究。该电源是以一种E类逆变器的电路结构为基础。E类逆变器是一种工作在软开关模式下的逆变器结构,它的特点是具有极高的效率,这一点对于用来提供能源的电源设备来说,也是非常关键的。本文给出了关于传统逆变器的必要

7、分析,并在传统E类结构的基础上,找到了一种结构更加简单的E类逆变器实现电路,在构思该电路的时候,考虑了对可能出现的IGBT串联均压问题的解决,该解决方法在后面的实验中得到了验证。基于该逆变器结构,本文设计了一种要求三相交流输入,输出功率达到10kW的感应加热电源,给出了该系统的设计参数,并通过了仿真验证。同时设计了该电源的驱动控制电路,并最终给出了该电源的实际调试结果。IGBT的串联使用是提高系统电压容量的一种方法,但在实际应用中会出现串联的IGBT由于电压不均衡而损坏的问题。在本系统中,也存在着需要靠两个IGBT的串联来提高耐压级数的情况。在本文的最后,通过仿真辅助对基于本系统中E类结构的均

8、压问题进行了比较详细的分析,并提出了一种较为简单有效的解决方案,然后根据该解决方案对设计的感应加热电源进行了参数修正,使得本系统在出现均压问题的时候也能输出所需达到的功率。3.期刊论文朱锦洪.李宏涛.李国伟.路凯通.石红信IGBT感应加热/钎焊电源的控制电路设计-焊接技术2006,35(4采用新型功率半导体开关器件IGBT来研究开发感应加热/钎焊电源,将比普通的晶闸管电源更具有技术经济优势.分析了IGBT感应加热/钎焊电源的特点,采用调压调功方式和频率跟踪技术,提出了大功率超音频串联谐振电源设计的方案,基于锁相环(PLL和可编程门阵列(GAL器件设计了一种控制电路,分析了其工作原理及试验测试结

9、果.4.学位论文黄凯峰IGBT感应加热电源的研究1999该文主要研究采用新型功率半导体器件-绝缘栅双极型晶体管(IGBT开发并联谐振式 感应加热电源,文中侧重论述了该电源的小信号平均模型、控制系统的原理和设计方法.即对电源系统采用小信号平均模型进行建模,运用现代控制理论的线性二次型高斯最优控制(LQG/LTR设计法进行功率控制器设计,运用锁相环(PLL技术进行负载叔率自动跟踪.其中的整流电路采用相控整流方式,逆变电路采用负载并联谐振原理.最终研制出100KW/8kHZ电源样机,验证了控制系统设计的正确性和可行性.该文研制究的IGBT感应加热电源具有良好的工程应用价值和前景.5.期刊论文张伟.麻

10、红昭.张华.ZHANG Wei.MA Hong-zhao.ZHANG Hua基于IGBT中频感应加热造纸烘缸系统的设计与实现-轻工机械2006,24(4介绍了电磁感应加热的基本原理,详细说明了PWM串联型中频感应电源的原理及各部分组成.分析了当前造纸厂广泛采用的蒸气加热烘缸和油加热烘缸的弊端,首次提出将感应加热原理应用到造纸烘缸加热中,并设计和实现了一套中型感应加热电磁烘缸及控制系统.近一年的运行表明电磁烘缸系统稳定可靠,温度控制平稳,有操作简便、节能、无污染、可自塑化等特点,有很大的市场推广潜力.6.学位论文初中原基于IGBT的150kHz大功率感应加热电源的研究2008本文以感应加热电源为

11、研究对象,阐述了感应加热电源的基本原理及其发展趋势。对感应加热电源常用的两种拓扑结构-电流型逆变器和电压型逆变器做了比较分析,并分析了感应加热电源的各种调功方式。在对比几种功率调节方式的基础上,得出在整流侧调功有利于高频感应加热电源频率和功率的提高的结论,选择了不控整流加软斩波器调功的感应加热电源作为研究对象。针对传统硬斩波调功式感应加热电源功率损耗大的缺点,采用软斩波调功方式,设计了一种零电流开关准谐振变换器ZCS-QRCs(Zero-current-switching-Quasi-resonant倍频式串联谐振高频感应加热电源。介绍了该软斩波调功器的组成结构及其工作原理,通过仿真和实验的方

12、法研究了该软斩波器的性能,从而得出该软斩波器非常适合大功率高频感应加热电源应用场合的结论。同时设计了功率闭环控制系统和PI功率调节器,将感应加热电源的功率控制问题转化为Buck斩波器的电压控制问题。针对目前IGBT器件频率较低的实际情况,本文提出了一种新的逆变拓扑-通过IGBT的并联来实现倍频,从而在保证感应加热电源大功率的前提下提高了其工作频率,并在分析其工作原理的基础上进行了仿真,验证了理论分析的正确性,达到了预期的效果。另外,本文还设计了数字锁相环(DPLL,使逆变器始终保持在功率因数近似为1的状态下工作,实现电源的高效运行。最后,分析并设计了IGBT的缓冲吸收电路。本文第五章设计了一台

13、150kHz、10KW的倍频式感应加热电源实验样机,其中斩波器频率为20kHz,逆变器工作频率为150kHz(每个IGBT工作频率为75kHz,控制核心采用TI公司的TMS320F2812DSP控制芯片,简化了系统结构。实验结果表明,该倍频式感应加热电源实现了斩波器和逆变器功率器件的软开关,有效的减小了开关损耗,并实现了数字化,提高了整机效率。文章给出了整机的结构设计,直流斩波部分控制框图,逆变控制框图,驱动电路的设计和保护电路的设计。同时,给出了关键电路的仿真和实验波形。实验证明,以上分析和电路设计都是行之有效的,在实验中取得很好的效果。7.期刊论文张学勤.金天均.陈辉明.ZHANG Xue

14、-qin.JIN Tian-jun.CHEN Hui-ming基于IGBT的100kHz高频感应加热电源研制-电力电子技术2006,40(2分析了用于感应加热电源的两种逆变器的优缺点.采用IGBT模块研制开发了100kHz/30kW的电流型感应加热电源.讨论了电路设计和控制,给出了实验结果.8.学位论文易亚军高频感应加热电源的设计2009高频感应加热以其加热温度高、效率高、速度快、温度可控性好、作业环境好及易于实现自动控制等优点,已在金属熔炼、透热、淬火、弯管、焊接和表面热处理等行业得到广泛的应用。 本设计根据设计任务进行了方案设计,设计了相应的硬件电路,研制了15KW高频感应加热电源。 本设

15、计中感应加热电源采用IGBT作为开关器件,可工作在100kHz频段。它由整流器、滤波器、和逆变器组成。整流器采用不可控三相全桥式整流电路。滤波器采用两个电解电容和一个电感组成型滤波器滤波和无源功率因数校正。逆变器主要由PWM控制器SG3525A控制四个IGBT的开通和关断,实现DC-AC的转换。 设计中采用的芯片主要是PWM控制器SG3525A和光耦合驱动电路HCPL-316J。设计过程中程充分利用了SG3525A的控制性能,具有宽的可调工作频率,死区时间可调,具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流。由于HCPL-316J具有快的开关速度(500ns,光隔离,故障状态反馈,可配置自动复位、自动关

16、闭等功能,所以选择其作为IGBT的驱动。 对原理样机的调试结果表明,所完成的设计实现了设计任务规定的基本功能。此外,为了满足不同器件对功率需要的要求,设计了功率可调。9.学位论文李劲伟IGBT谐振电源研究2003该文对应用于感应加热的IGBT谐振电源进行了研究,涉及了器件,电路,系统及应用过程控制. 为了使得IGBT器件能够有效实现超音频域的功率变换,该文首先对功率逆变器的电路结构和工作原理进行了分析.针对感应加热的特点,提出了一种串联谐振感应加热电源主电路结构图. 然后对逆变器核心器件IGBT的主要特性,尤其是驱动特性进行了分析.提出了相应驱动电路应完成的功能,并设计了实际应用电路. 利用电

17、路仿真软件PSPICE对所设计的部分电路进行了仿真研究,验证了所设计电路在原理和功能上的可行性.为改善电源性能提供了基础. 另外,该文对IGBT谐振电源的组成形式,主要是反馈控制频率跟踪电路的组成进行了分析.提出并设计了各组成部分的实际应用电路. 根据现有条件,搭建了IGBT谐振感应加热电源,并进行了实验,验证了设计的可行性.并对实验中出现的一些问题进行了探讨和分析,为后续研究工作提供了参考.10.期刊论文沈锦飞.惠晶.吴雷IGBT超音频感应加热电源用于发电机绕组焊接的研究-焊接技术2002,31(5在大功率发电机生产行业,发电机绕组焊接工艺主要采用阻焊,其缺点是热效率低,焊接时间长,并且加热的温度不均匀,影响焊接质量.感应加热焊接法具有精确的加热深度和加热表面