4000W超高频感应加热电源方案分享之驱动电路

感应加热设备变频电源原理与电路原理图简易12v感应加热电路图吉宇鹏总结自制高频加热机：内含电路图和视频感应加热设备频率选择小知识感应加热是个什么鬼-为何称它为黑科技感应加热机是什么设备在工业生产运用中，高频加热是变频电源的1个关键主要用途。

下边详细介绍二种适用型的高频加热变频电源。

图1得出了輸出頻率为200kHz、功率为1W的全自动封口机用高频加热变频电源的主树状图。

这是西安交通大学为电磁非触碰加温的全自动封口机而研制的。

图中，220v的交流电流经二级管醫聯藺蹄和电容器过滤后，获得交流电压，做为全桥逆变电路的直流电侧键入工作电压。

1GBT 全桥逆变电路将直流电转换成200kHz的交流电流。

将四代IGBT用以软电源开关串联谐振式逆变电路中，其电源开关頻率达到400kHz左右。

变压器的作用是变压和使负荷与加温电磁线圈配对。

加温电磁线圈选用多芯丝包线绕做成环形中空电磁线圈。

图2为驱动器及维护电源电路的电路原理图。

图1中高频率电压互感器 TA对串联谐振电流量开展取样，该取样电流数据信号经图2中的快恢复二极管V5~ V8的全桥整流器、电容器C4的过滤、电阻器Rl3和R15的分压电路，在过二级管V9加进 SG3525A的脚位10（强制性关闭端）上，具有电流量维护功效。

电容C4过滤后的电流量数据信号，再历经电容器C5的过滤、RP和R16的分压电路送往SG3525A的脚位l（偏差放大仪反坚信号键入端），调整电阻器RP，可调整功率和操纵加温速率。

SG3525A是PWM操纵集成电路芯片，輸出电流量超过200mA，輸出浪涌电流达到土500mA，能够立即驱动器IGBT。

輸出PWM差分信号頻率最大达到500kHz。

具备软起动作用。

图1全自动封口机用高频加热变频电源的主树状图图2 驱动器及维护电源电路的电路原理图整个设备选用大自然水冷却，以便减少满载时的功率，在系统软件中提升1个检验被加温件是不是根据加温电磁线圈的检验电源电路。

一款高功率因数感应加热电源的设计方案与实现
引言
 目前，感应加热电源已广泛用于金属熔炼、透热、焊接、弯管、表面淬火等热加工和热处理行业。

然而传统感应加热电源整流变换一般采用晶闸管相控整流或二极管不控整流方式，为获得较为稳定的直流电压，整流后往往采用大电容储能兼滤波，导致电网输入侧功率因数非常低，电流畸变，对电网造成谐波污染;此外，还对周围及自身系统的信号产生严重的电磁干扰，系统效率降低。

为了减小谐波电流、提高功率因数，有必要采用功率因数校正技术(APFC)。

 传统感应加热电源及改进
 传统的感应加热电源的主电路结构如图1所示，包括四个部分：不控整流、大电容储能滤波、逆变电路和谐振负载。

图中通过不可控整流的方式将交流变为直流，再通过大电容滤波变成比较稳定的直流电作为逆变电路的供电电源，在逆变侧部分实现系统的逆变输出和功率调节。

 整个系统由DSP控制，电压电流检测装置通过检测直流母线的电压值和电流值并变送给DSP，以实现功率反馈。

负载检测包括温度检测和频率跟踪，通过将红外线传感器检测到的温度值变送给DSP，以实现温度反馈；通过检测负载的谐振电流和电压信号反馈给DSP以实现频率跟踪。

在DSP内部对电压、电流等反馈信号分别A/D变换、保持，通过数字乘法运算求出实际输出功率与数字给定功率比较，对偏差进行数字PID控制，可实现电源输出功率的闭环控制和DPLL频率跟踪，故障检测保护电路对缺水、过热、过压、过流等故障实时监控，由DSP故障处理子程序比较判断后，以中断方式处理。

定稿日期：２００６－１０－２０作者简介：严寒松（１９７４－），男，湖北天门人，硕士。

研究方向为电气工程。

１引言在各种全控型开关器件中，ＭＯＳＦＥＴ以其开关速度快，输入阻抗高，输入功率小，无二次击穿现象等优点，已成为高频感应加热电源中最常用的器件［１］。

然而ＭＯＳＦＥＴ驱动电路的设计和选型对提高ＭＯＳＦＥＴ的频率，充分发挥ＭＯＳＦＥＴ的优良性能起着极为关键的作用。

ＭＯＳＦＥＴ的过渡过程是它在高频下正确应用的关键技术，对提高设备的工作频率、效率和可靠性等都有着重要的影响。

在此，详细分析了ＭＯＳＦＥＴ开关的转换过程；给出了用脉冲变压器实现ＭＯＳＦＥＴ驱动的实例。

２ＭＯＳＦＥＴ的开关过程分析图１示出功率ＭＯＳＦＥＴ管内部电路的等效模型。

ＭＯＳＦＥＴ为电压驱动器件，它所需的驱动功率小，但其极间电容很大，在开通期间，还需一定的驱动功率。

输入电容Ｃｉ、输出电容Ｃｏ和反向渡越电容Ｃｒ与极间电容的关系可表示为［２］：Ｃｉ＝Ｃｇｓ＋Ｃｇｄ，Ｃｏ＝Ｃｄｓ＋Ｃｇｄ，Ｃｒ＝Ｃｇｄ（１）式中Ｃｇｓ———栅源电容Ｃｇｄ———栅漏电容Ｃｄｓ———漏源电容式（１）中的Ｃｉ和Ｃｒ决定了开关速度。

ＭＯＳＦＥＴ高速转换过程包括导通转换和关断转换两个过程。

图２示出ＭＯＳＦＥＴ的转换波形。

其截止－导通的转换过程是：（１）［ｔ０～ｔ１］区间此时，ＭＯＳＦＥＴ的栅源电压ｕｇｓ从零升至门限电压ｕｇｓ（ｔｈ），这段时间称为延迟时间ｔｄ，期间漏源电压ｕｄｓ，漏极电流ｉｄ基本不变，电源通过漏源电阻Ｒｇｓ给栅极电容充电。

（２）［ｔ１～ｔ２］区间此时，从ｔ１时刻开始，ｉｄ开始增加，直到ｔ２时刻达到最大，ｕｇｓ上升，ｕｄｓ基本不变，这一过程主要还是给栅极电容充电。

（３）［ｔ２～ｔ３］区间此时，ｕｄｓ开始快速下降到最小值，引起漏极到栅极的密勒效应，主要对极间电容Ｃｃｄ充电，由于非线性电容Ｃｃｄ的值很大，使得栅极电压不能上升而出现平台。

（４）［ｔ３～ｔ４］区间此时，ｕｇｓ上升到最后为驱动电压，上升的栅压使Ｒｇｓ减小，到ｔ４时刻后，ＭＯＳＦＥＴ进入导通状态。

一种高频超声波换能器驱动电路的设计
高频超声波换能器驱动电路的设计主要包括以下几个方面：
1. 选择合适的驱动器件：高频超声波换能器通常采用压电陶瓷材料制成，因此需要选择适合驱动压电陶瓷的驱动器件，常见的有MOSFET、IGBT等。

2. 驱动信号发生电路：设计一个能够产生高频驱动信号的电路，通常采用谐振电路或者多谐振电路来产生高频信号。

谐振电路可以根据超声波换能器的谐振频率进行设计，多谐振电路可以产生多个频率的信号，以适应不同的工作模式。

3. 驱动信号放大电路：由于超声波换能器的驱动信号幅度较小，需要通过放大电路将信号放大到足够的幅度。

放大电路可以采用功率放大器或者运放放大器等。

4. 驱动信号保护电路：由于高频超声波换能器在工作过程中会产生较高的功率，需要设计相应的保护电路来保护驱动器件和超声波换能器，如过电流保护、过温保护等。

5. 驱动电源设计：为了提供稳定的驱动电流和电压，需要设计一个合适的电源电路，可以采用直流电源或者交流电源，根据具体的需求选择。

6. 控制电路设计：为了实现对超声波换能器的控制，可以设计一个
控制电路，可以根据需要调节驱动信号的频率、幅度等参数。

高频超声波换能器驱动电路的设计需要考虑到驱动器件的选择、驱动信号的发生、放大和保护，以及电源和控制等方面，需要根据具体的需求进行设计。