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负向脉冲检测法实现对大功率电路全保护 　　【摘要】随着现代电子技术的发展，对电路长期稳定工作的要求越来越高，尤其是大功率电路，在遇到电路中突发脉冲时，如何实现更快更全面的保护，对电路长期稳定的工作至关重要。本文通过对电磁加热系统的分析，提出一种增加负向脉冲检测的方法来实现对电路的更快、更全面保护。 　　【关键词】突发脉冲；电磁加热系统；负向脉冲检测；保护 　　一、引言 　　电磁感应加热技术是一种新型的加热技术，利用电磁感应加热原理，将交流电转化为高频脉动直流电，产生高频磁场，当磁场内磁力线通过绝缘板作用在铁质容器外壳时，磁力线被切割，产生大量小涡流，使铁质容器或部件的自身迅速发热，从而达到加热的目的[1]。 　　随着能源供给矛盾的日益尖锐和社会对厨具环保节能、安全性能要求的提高，大功率电磁加热技术更引起人们的广泛关注。目前它在家电领域最重要的应用就是电磁炉，其高效节能、卫生环保、安全性好的优点，广受消费者认可与喜爱。 　　电磁炉起源于德国，后逐渐流行于欧美等国家，其家庭普及率已超过85%。当前，在日本电磁炉已成为必备厨房家电，台湾单个家庭保有量也已达到两台[2]。在我国，尤其是近十几年，人们的生活水平普遍有了较大的提高，环保和节能的概念已经深入人心，电磁炉也正快速步入千家万户，成为目前发展最快，市场增长幅度最高的家电产品之一[6]，家庭的拥有率直线上升，但在其引起人们广泛关注的同时，市场的高价格及高返修率严重影响了其优越性的发挥[7][8][9]。在此背景下，本文针对这一现状，对电磁感应加热技术保护系统的设计进行了研究，尤其是对脉冲电压冲击的保护进行了仔细的分析，并提出负向浪涌保护的方法，最大限度的对系统给予保护。 　　二、电磁加热系统工作原理 　　电磁加热系统的电路本质是一个低频交流电（50赫兹市电）到直流再到高频交流（25千赫兹）的变换器，主要由全桥整流电路和LC谐振变换器构成[3][11]。电路具体结构如图1所示，交流电经全桥整流器件后变换为直流电，再经LC谐振变换器变换成高频交流电，这个高频交流电通过线圈盘（即电感线圈）??换成高频的强电磁场，耦合到锅具的底部，变化的磁场再次形成电场，在加热物件底部形成无数的小涡流，从而快速发热。LC谐振变换器是整个电路的关键，其作用是将直流电逆变为25千赫兹的高频交流电，以满足感应加热的要求。由于LC谐振变换器部分功率用于发热被消耗，为维持振荡必须补充能量，此过程通过一个功率开关管来实现，目前，常采用绝缘栅双极晶体管（IGBT）。功率开关管的开关动作是由图1所示的IGBT驱动电路控制，并受控于为满足功率开关管驱动条件的同步电路。 　　三、电路脉冲对系统的危害 　　由图1可知，电磁炉电路设计中有各种保护电路。比如说IGBT温度、锅底温度、线圈盘温度检测保护电路等，通过监测各个元器件的实时温度，对温度已达到目标值的元件能够迅速采取措施，保护其不受伤害；电流电压检测则是保证机器工作在电压正常下，对于过高电压和过大电流及时给予保护。这其中有一种比较特殊的电压，其持续时间仅为微秒级别，但它对电磁炉的危害几乎是致命的，即脉冲电压。 　　然而，在用IGBT作为开关管来给电路补充能量过程中，在IGBT开通时，电网对线圈盘充电，此时IGBT最高要承受峰值60安培的电流；在IGBT关断时，线圈盘L要对谐振电容C充电，当充电完毕瞬间，IGBT集电极达到1100V—1200V的高电压。 　　目前市场上主要使用的是英飞凌20A1200V IGBT，其重要参数见表一。 　　根据表一可知，IGBT极限耐压为1200V，那么，假如电路中出现尖峰扰动（无论是正向还是负向的脉冲电压，都将破坏同步电路），电压很容易超过1200V，图2展示了一次随机干扰的结果，图2中粉色波形是整流后的扼流圈后端波形，图中大的包络为全桥整流后市电的的周期波形（100赫兹），黄色波形是IGBT集电极的电压波形，此电路未对脉冲电压做任何的保护措施。 　　由图3可知在交流电的正电压区间出现了一个比较大的电压尖峰，在原来电压为310V的情况下，电压在0.1微妙时间里突然上升至440V（图3中的粉色波形的尖峰），与此同时IGBT的集电极电压也由最大值1.04KV上升到了1.34KV（图3中黄色波形的尖峰），此时IGBT存在着随时被高电压击穿集电极和发射极的危险。 　　那么如何避免这种现象呢？经过长期的市电波形监测（将市电全桥整流后用电阻按一定比例分压得到安全电压值），如图4所示，电压为规则平滑的正弦上半部分波形（100赫兹），电压峰值为310V，电磁炉可以正常工作。在某一时刻，电路中突然出现了扰动，此时电路中出现巨大的尖峰电压（如图5所示，电压最大时刻达到了450V左右），此时极容易出现之前分析的图2的情况，IGBT被击穿或者损伤。 　　目前，许