感應(yīng)加熱原理與IGBT應(yīng)用拓撲分析（上）

經(jīng)常遇到很多同事和朋友問：為什么電磁爐和電飯煲要用到IGBT，這種應(yīng)用的IGBT需要有什么特點？今天我們就給大家詳細解釋感應(yīng)加熱的原理和感應(yīng)加熱的拓撲分析。

在理解電磁感應(yīng)加熱的原理之前，先問自己一個問題，假如這個世界上沒有電磁爐，你要燒開一鍋水，會怎么做？

最常見的方式，就是點燃爐灶，把鍋架在火上。

然而這種方法是間接的加熱方式，先由熱源加熱鍋具，再通過鍋具將熱量傳導(dǎo)到鍋內(nèi)的食物，在這一系列的過程中，必然會產(chǎn)生能量的損失。

所以，有沒有一個辦法，把鍋具本身變成一個熱源，讓鍋來直接煮水？

這，就要用到感應(yīng)加熱了。

感應(yīng)加熱的原理，如圖2所示：

1.控制板通過諧振轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生高頻交流電流流經(jīng)銅線圈；

2.在工作線圈上產(chǎn)生感應(yīng)的磁場，感應(yīng)磁場在金屬鍋具底部產(chǎn)生渦流；

3.渦流通過金屬的趨膚效應(yīng)讓其電阻產(chǎn)生焦耳熱，同時與材料的滲透性有關(guān)的磁滯損失也產(chǎn)生熱量。

圖2.渦流效應(yīng)

等效電路如下圖所示：

圖3.等效電路

感應(yīng)加熱速度有以下特點：

1.烹飪?nèi)萜鞯撞康臏u流與流經(jīng)感應(yīng)線圈的電流大小成正比，意味著增加感應(yīng)線圈的電流會導(dǎo)致渦流的增加; 烹飪?nèi)萜鞯募訜釙r間會更快。

2.更高的頻率將使渦流密度集中在更接近表面的地方，這反過來又會大大減少活性電流流的橫截面積，從而間接增加電阻，增加加熱效率，所以增加工作頻率也會加快加熱容器的速度。

所以感應(yīng)加熱需要諧振控制器在線圈上產(chǎn)生交變電流，并且為了達到一定功率，諧振控制器的電流及開關(guān)頻率都要求比較高，那么開關(guān)器件勢必要選用即能導(dǎo)通大電流又能快速開關(guān)的IGBT。

圖4.頻率對材料的標準穿透深度的影響

感應(yīng)加熱目前主流的拓撲有單端諧振和半橋諧振兩種不同的拓撲，下圖對兩種拓撲特點做了詳細的比較：

圖5.感應(yīng)加熱應(yīng)用范圍和諧振拓撲的特點

1.單端諧振相對來講控制簡單，整體成本有優(yōu)勢；

2.如下圖所示單端諧振不足之處就是功率范圍明顯受到制約，小功率（<600W）會有硬開通產(chǎn)生大電流增加溫升，大功率(>2.3KW)單顆管子的溫升很難控制；

圖6.兩種拓撲功率輸出和溫升的對應(yīng)關(guān)系

下篇我們會結(jié)合拓撲的回路路徑對兩種拓撲的等效電路電流進行詳細分析。