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零电压切换感应加热器的研制 系 所：電機工程學系系 指導老師： 朱慶隆 教授 專題學生：周哲緯 蔡奇謀 梁傳峻 中 華 民 國 九 十 八 年 六 月 專題學生：周哲緯、蔡奇謀、梁傳峻 指導老師：朱慶隆 博士 南台科技大學 電機工程學系 摘要 本文提出一具自動鎖頻之零電壓脈波寬度調變(PWM)切換之共振感應加熱器，輸入由市電經橋式整流得一直流電源，並利用電感與串聯電容產生共振而使功率開關操作於零電壓。為了達到任何電感與串聯電容的參數變化誤差，皆能使操作在脈波寬度調變之功率開關切換於零電壓。本文設計了自動鎖頻(AFC)電路，藉由檢測電感兩端電壓訊號，控制三角波之重置時間，改變脈波寬度調變之頻率，使功率開關可以操作於零電壓導通。 關鍵字：自動鎖頻、LC共振、脈波寬度調變(PWM) Abstract In this paper, a zero-voltage-switching pulse-width- modulated (ZVS-PWM) induction heater with automatic frequency control (AFC) is proposed. A DC source is obtained from ac utility system through a full bridge rectifier. Due to the resonant of the inductor and capacitor, the main switch can be operated under ZVS. An AFC circuit is designed for making sure the PWM main switch can be operated under ZVS at every switching period no matter the variation of the parameters of the resonant of the inductor and capacitor. According to the voltage of the inductor, the reset time of the triangle wave is controlled and reset. The frequency of the PWM is changed and locked for getting the main switch under ZVS at every switching period. Keywords: automatic frequency control (AFC), LC resonance, pulse width modulation (PWM) I. 前言 近年來國際社會吹起了節能減碳的風潮，節約能源是全球皆在努力的目標。節約能源，提高能源利用效率，在保護和環境改善，與促進經濟社會全面協調可持續發展要務。而許多人都在尋找以最少的能量可以產生最大的熱能，過去要使溫度快速提升多使用一些低效率的加熱線圈，而在加熱過程中浪費了不少能源[1]，能量利用率欠佳。感應加熱時間短、速度快、電力消耗少，且採用非接觸式的加熱方式，在電力電子產業的迅速發展，在體積、重量以及可靠性都有多方向的發展與空間[2-6] 。 本文所提出之具自動鎖頻之零電壓切換感應加熱器在功率元件上，採用MOSFET作為主開關做切換，應用了共振原理使感應加熱，並且具有零電壓導通之特性波形以提升效率、減少切換損失。由於共振會產生零電壓之頻率無法與脈波寬度調變之頻率相對應造成切換損提高之缺點，因此於電路中設計了自動鎖頻之功能，藉由檢測電感兩端電壓訊號，控制鋸齒波之重置時間，改變脈波寬度調變之頻率使其同步，使MOSFET主開關能切換於零電壓避免其損壞。 II. 主要內容 系統架構 本文系統架構如圖1所示，輸入電源為交流市電AC110V，經過橋式整流器，獲得一穩定之直流電源，作為電路濾波之功用，用來穩定共振出來之波形與避免影響整流後之直流電源。控制電路以一個直流電壓（控制信號）與鋸齒波比較後產生脈波寬度調變（PWM），並利用功率開關晶體，使用光耦合隔離器PC-923做隔離保護，防止控制電路與主電路共地造成開關短路的影響，穩定脈波寬度調變（PWM）波形不會受主電路影響使功能正常。功率開關晶體接上MOSFET當主開關切換，當脈波寬度調變（PWM）訊號導通時，主開關MOSFET此時為導通，主電路的