论文44444 --段广全(2015-5-11 17.23.35 6291).docxVIP

电磁感应加热技术IGBT控制、驱动及保护电路设计摘要：IGBT也称为绝缘栅双极晶体管，集合场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种复合器件 。在家用电器等行业电磁感应加热技术得到广泛应用。分析了电磁感应加热技术的工作原理，以及对IGBT的驱动电路、保护电路进行分析。关键词：感应加热、IGBT驱动电路、保护电路。电磁感应加热技术是一种新型的加热技术，它通过使用高频电对其加热原理，使交流电转化为高频电流，进而转化为高频磁场，当此时高频磁场产生的磁力线会被外部的不锈钢外壳切割，产生很多的小涡流，涡流会迅速使金属自身发热。在加热过程中，能量转换如图一所示。 热能电能磁能电能图1 电磁加热原理第一个是表示电源的电能，第二个表示在高频电作用下的产生的涡流和感应电流，磁场转换后提高了电源的发热效率，进而产生更多的热量。电磁加热技术通过控制IGBT触发关断与导通来控制发热元件的充放电。IGBT对发热元件的控制方式分为单管控制电路、半桥控制电路、全桥控制电路等。单管控制电路发热元件与电容并联构成一个LC并联谐振。当IGBT触发导通时，通过电感L向发热元件充电，发热元件内部电流逐渐增大直至IGBT关断。此时发热元件向电容C2充电，直至内部电流全部释放，电容C2两端电压最高。接着C2又向发热元件充电，发热元件内部电流从零开始反向增大直至C2内部电量为零。由于IGBT的阻尼二极管接入电路中，此时发热元件又向电容C1充电，这一过程完成了一个震荡周期。通过控制IGBT的触发关断的时间可以控制产生热量的大小。半桥控制电路发热元件与电容串联构成LC串联谐振。上桥导通下桥截至时，电源对发热元件充电，上下桥同时截至，发热元件对电容C?充电，内部电流逐渐减小至零电容两端电压达到最大。下桥导通上桥截至，电容对发热元件放电。上下桥同时截止，发热元件对上桥电容放电，下端电容电压下降。完成一个震荡周期。IGBT在驱动过程中要满足死区控制，避免两桥同时导通，产生短路危害。全桥控制电路全桥电路中线盘不单独和电容形成串联和并联，而是将IGBT和其内部的阻尼二极管与电源电容构成充放电回路。IGBT V1、V3同时导通，IGBT V2、V4同时截止，电源对发热元件进行充电，电感两端电压几乎不变，但电流逐渐增大；四个IGBT同时截止，发热元件经过阻尼二极管反向对电源的电容充电；IGBT V2、V4 导通，IGBT V1、V3截止，发热元件进行发电；四个IGBT同时截止，完成一次振荡过程。该电路中也应满足死区控制，防止同一侧上下桥同时导通，避免短路危害。通过控制导通时间来控制产生热量的多少。原理如图 全桥电路中串联谐振和并联谐振的比较串联谐振逆变电源属于电压输出型，串联逆变器可以输出恒功率，但流经感应器的电流比并联小的多，使产生的热损耗小很多，节约电能。并联谐振在给金属加热时，由于金属的热效应，其阻值变化很大，输出功率变化使得电源不能保持全功率输出，并联谐振效率低。如图IGBT驱动电路要求：(1)驱动电路可以为IGBT栅极电压VCE施加一定幅值的正反向电压。正向电压VCE越高，器件电压VCES越低，这样就越有利于使器件的通态损耗降低。同时还要限制短路电流的幅值不要过高，通常不允许加在VCE上的电压超过20V。当关断IGBT时，驱动电路必须可以为IGBT提供-5V~-l5V 的反向关断电压VCE，来缩短关断时间，提高IGBT的抗干扰和耐压能力。(2)驱动电路应具有将输入和输出信号电气隔离的功能，同时还要求信号在驱动电路内部传输时无延时或延时很小。 (3)驱动电路还应该可以通过检测被驱动的IGBT集射极电压大小来判断是否有过流故障，迅速进行过流保护。(4)驱动电路自身的驱动功率要足够大，延时尽量小些，频率高，来满足大功率感应加热电源的需要。(5)驱动电路最好还可以在发生过流故障或短路时具备保护电路的功能。驱动电路：目前，IGBT专用的模块如日本三菱公司生产的驱动保护模块M57962L,以及国内生产的EXB系列的驱动模块都有一些缺点。EXB系列有负偏差过低，过流保护时阈值电压偏高的缺点。因此该系统采用直接驱动电路来驱动IGBT。如图Q0、Q1组成一个功率放大电路，采用双电源+15V和-10V供电，以此来保证满足正负偏压要求。输出口接IGBT控制电路。IGBT保护电路要求：（1）过流保护该保护电路由比较电路、输出级电路以及电流感应电路组成。电流感应电路对功率管电流采样。得到的电流与限制电流I都转换为电压加在比较器的两输入端，并进行比较。得到电压Vco，Vco作用在输出级电路来控制功率管的栅极电压。当负载过流，此时功率管栅极电压在过流保护电路的作用下为高电平，强迫电路截止。插图词图还要修改（2）过压保护 1、栅极过压保护电路驱动IGBT的栅极-发射极电压UGE的范围为是±20V，当加在栅极-发射