研发分享 一种IGBT高频感应加热电源设计方案

高频感应加热电源的新产品研发设计过程中，目前多采取并联谐振的设计方案，这种设计方式能够为感应加热电源设备提供稳定的工作状态和高效的工作效率。在今天的方案分享中，我们将会为各位工程师们分享一种IGBT高频感应加热电源的设计方案，希望通过本文的分享，为各位工程师的研发工作提供一定的借鉴。

并联谐振逆变器的工作原理

在进行该种IGBT高频感应加热电源的设计方案分享之前，首先我们需要为首次接触并联谐振设计的新人工程师们，简单分析以下并联谐振逆变器的工作原理。在运行过程中，一个基础的并联谐振逆变器的工作运行图如图1所示。其输出电压为止弦波，负载电流为近似方波。并联谐振逆变器的理想运行模式取决于输出回路杂散电感减小的程度。由于本设计电路中的杂散电感较大，因此我们选择相位超前的工作条件。

图1 并联谐振逆变器工作运行图

控制电路

在了解了并联谐振的工作原理后，接下来我们再来看一下，在该种IGBT高频感应加热电源的设计方案中，其控制电路的设计情况。该方案的控制电路设计如下图图2所示，其核心为SG3525，通过改变外接电路的参数来调节触发脉冲的频率和脉宽。为使电源能可靠工作，在本方案中，我们还设计了启动延时电路，使驱动电路在主电路加电后才启动。当主电路与控制部分同时加电时，延时电路通过控制驱动电路中的长闭触点CR，使驱动电路滞后主电路一段时间导通，从而达到避免开机时产生不平衡现象。

图2 并联谐振感应加热电源控制电路设计

脉冲发生电路

在本方案中，我们所设计的这种IGBT高频感应加热电源的脉冲发生电路系统，其运行电路图如下图图3所示。在图3中我们可以看到，为了达到设计要求，我们选择使用了具有双推挽输出结构的脉宽调竹器SG3525来实现控制脉冲的产生。脉冲信号工作频率由P0、C34决定，频率在20K以上可调节。R53为0-10K的变阻器，可使占空比在0-50%的范围内进行调节。R54用于限制最小死区时间。8端外接电容在SG3525内部电路的作用下构成软启动电路，使逆变电源加电时脉宽从最窄增至上作脉宽，防比开机浪涌和不平衡。脉宽调制器从输出端11.14输出两路相位相差180°的脉冲信号，通过驱动电路来控制IGBT的导通。

图3 并联谐振感应加热电源运行电路图

驱动电路

接下来就是笨方案设计中最关键的一步，那就是完成高频感应加热电源的驱动电路设计了。在本方案中，我们依据IGBT的特性及在电路中的作用，对IGBT驱动电路提出了以下几种要求。首先，控制信号与IGBT之间要经变压器或有光电祸合器隔离。第二，在本驱动电路系统中，驱动IGBT导通或关断的驱动电压数值要选择适当，为保证IGBT可靠关断应为负，驱动电路的供电方式要适当配合。第三，Vge的上升、下降时间必须足够短，应比IGBT的开关时间要短。第四，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快速关断，驱动电路应提供低电阻放电回路。第五驱动电路与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。第六，在这一并联谐振的高频感应加热系统中，电路形式需要两路驱动电路彼此独立，其相位相差180°。

图4 高频感应加热电源驱动电路

为了满足上面所提出的几种要求，在本方案中，我们特别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，其驱动电路的设计情况如上图图4所示。在图4所展示的这一驱动电路系统中，我们可以看到，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，因而信号传递无延迟，保证了快速驱动。

以上就是今天为大家分享的一种IGBT并联谐振式的高频感应加热电源设计方案，希望通过本文的分享，对各位工程师的设计研发工作有所帮助和参考。