小功率高频感应加热器的规划与制造 小功率高频感应加热器的规划与制造 家用感应加热设备的典型应用是电磁灶,其功率一般在lkW 左右,要求被加热容器的底部直径不小于 120mm.本规划的感虚加热器输出功率定在 200W~300W,感应器有用直径lOOmm 左右,大多数都用在小容量的液体、食物、易拉罐饮品的 加热,在家庭、医院、宾馆房间、零售商铺中有广泛应用.感应加热要求感应线圈的品质因数(Q 值)高,Q 可由下式核算: Q=X/R=ωL/R 其间,L 是感应线圈的电感(单位 H),ω 是驱 动源的开关频率,R 是感应线圈的等效串联电阻(Ω).经过以不同的驱动频率驱动加热线圈,可以获得线圈参数与频率的联系.当感应线圈挨近铁制品时．其等效电阻将大幅度添加,Q 值下降;而当其挨近非铁磁性金属时,其等效电阻添加很少,其Q 值下降不大．这种特性使铁金属更易被感应加热.例如,在 驱动频率为 100kHz 时,挨近铁制品的线Ω, 而挨近铝制品时,R 值仪 0.238Ω;当驱动频率为 400kHz 时, 空载线,在挨近铝制品时下降为 124,而在挨近铁制品时下降至13.因此,在挑选驱动源频率时,要挑选空载线圈的 R 值和有铁金属时的 R 值相差大的频率,这个频率规模一般在 lOOkHz 至 400kHz.为了减小加热线圈本身的 损耗,线圈需用许多股细铜线组成的绞合线来绕制,这样简单制战高频丢失小、Q 值高的线圈.感应线圈有两种形状,一种是加热一般平底铁金属容器的平板线圈．另一种是加热易拉罐的筒形线圈.在实践的感应加热电路中,感应线圈与其等效串联阻抗 R,以及外加电容器 C 等一起构成 LCR 串联谐振电路. 图 1 是本高频感应加热器的方框图．选用绝缘栅场效应管的半桥驱动、LC 串联谐振电路,用锁相环(PLL)和脉宽调制(PWM)电路作闭环操控,以确保串联谐振频率的安稳:用半桥 功率电路驱动加热线圈.半桥输出电路输出阻抗低,即运用方波信号作电压驱动,输出电流波形也是正弦波,因此电压相电流的相位差小,功率传输效率高.整机电路见图 2.PLL 及PWM 恒流操控电路:选用开关稳压集成电路 UC3825,实践 开关频率可达 lMHz,具有两路大电流推挽式输出电路.运用UC3825 内的振动电路构成压控振动器 VCO,其频率规模可 取为 200kHz~300kHz,由守时阻容元件 R10+R9//Rt 和 C5 的值决议.动态电阻 Rt 由小信号 MOSFET 管构成,其阻值受 MCl4060B 的输出操控.考虑到加热线圈 L 的电感量及串联谐振电容量的自由度,这个频率的可改动规模应有两倍左右.当取图2 中的数值时,振动频率约160kHz~380kHz.为了可以更好的确保振动频率的安稳,选用 PLL 电路 MCl4046B 作相位检测器.由电流互感器 CT 检测出经过加热线圈 L 的电流,CT 次级的负载 Rl 取 200Ω,转化,比为 1V/1A,经 D1、D2 双向限 幅．Cl 耦合至 ICl 的 PCa 端;ICl 的 PCb 端输入电压由IC2的 PWM 输出电压分压.得到,其值约 5Vpeak,以满意 CMOS 电平的需求.因为流过加热线圈的电流有少量滞后,故在 PCb 端参加容量约 1000pF 的相位补偿电容器 C2.假如作业频率和 LC 参数有改动, 该电容量也应梢应改动. 如 f=300kHz 、电流相位滞后 45. 时． 相位补偿电 容:Ccomp=1/2πRf=l/6.28x500x300xl03=1061pF 假如以某一频率驱动加热线圈,当挨近铝制时,因为 LCR 串联谐振电路的阻抗很低,经过的大电流可能会损坏 MOSFET;假如空载,也会形成桐同结果.因此一定要选用恒流操控.这儿,运用电流互感器 CT 的输出经 D3、D4 倍压整流届作为反应信号, 输出电流的调理用脉宽调制方法操控均匀电流,由 IC2 内部的差错放大器来完成.由 IC2 内部的基准电压源经电阻分压后获得+2.5V 的电压,作为比较器的基准电压.调理 W1 可改动输出电流,也可调理输出功率. MOSFET 驱动电路、半桥输出电路及 LC 串联谐振电路:在 负荷为铁制品时,因为串联谐振电路的 R 将增大,故应设置较高的电源电腥(选定为 300V).又因为在空载时,R 很小而 Q 值高．将有很大的电流流过功率输出管,故应选用漏极电流大的 MOSFET 管.这儿选用电流达 12A 的 2SKl489 两强构成半桥输出．驱动信号由 UC3825 输出、经 C13~CJ6 和脉冲变压器 Tl、T2 耦合至推进级.D7~D10 用于维护大功 率MOSFET.在半桥输出电路中插入了电流互感器CT,用以检出流过加热线 构成LC 谐振电路．作为半桥输出的负载.当 LC 串联电路谐振时, 即运用方波驱动,流过线圈的电流波形也是正弦波.加热线圈可作为平板形(加热甲底容器)或筒形(加热易拉.罐).为削减因为集肤效应发生高频丢失,加热线mm 的细铜线绞合而成.线.整机供电 电路:功率输出电路由沟通市电经桥式整流供给+300V 电源, 用 7812 和 78L05 供给+12V 及+5V 给其他电路供 电.+300V 电源在开机时会有大的冲击电流,因此滤波电容不能用电解电容,而要选薄膜电容器;C24 为 4.71μF,另在半桥输出的电源端子加 4.7μF(C21),使滤波电容的总容最为9.4μF.为防止半桥输出电路发生的噪声串人沟通供电线 作滤波器.元件选用:D1l、D13、D7、D9 选用肖特基二级管,D8、D10 选用超高速二极管;电感 Ll、L2 及电流互感器 CT 均选用磁盘绕制.试用作用:由 WI 设定功率为 250W,此刻沟通电流约 1.2A.对盛水的平底铁制容器,用平板线 秒;当不盛水时,加热至100℃仅用加 40 秒;当用筒形线圈加热盛满水的铁罐头盒时, 加热至 80℃耗时 180 秒. .卓，r8A.,L.＼l广已`·$ . 卓 ， r 8A ., L .＼l 广已 `·$ 二 ｀ 飞 飞 」 .1Y?g .1 Y ? gE .L fj“`Ul f j“`Ul n ； n ； －云一” ? 悖｀ 丁- 5l 飞 吹劝l 吹劝 lJrL F 1 f产j 一 ＇ ＇ ， “ 孟iI--.“． 名- `飞l 5I －`[ J-·一 仁rS/ lll，l-·rll·,- 仁 ,1I 伍志r：·ll ,1 j 言 1 JT J _F, — 已「，i . ， +．, , +．, , 飞 几＇－ 1j llrE1 ,. 1丁 r1_k ijj f j1 .」，化 μ忧亡 f j1 .」，化 μ 忧 .＿l＿ —_ － 立口·一 卜 -q ，＿_ 一匕 - q ， ＿ 一 71 2． 一 71 2 ， I，上 Ij 兀卢伦』1 I j 兀 卢伦 』1 ； ＿ 1 r- . `．I1．l `． j饥 1 g _ 贮 k r 广书 广 I I 主二－「 噤l 总．．一，贮仄；filH,-l I 1 1,W石l 主二－「 噤 l 总 ．．一， 贮仄； fil H,- l I 1 1, W石l - 片[),J 7，同 J－ ~ 门 厂厂 矿，气I,l 1“ l 矿 ，气I,l 1“ l :;Ii 一·l, 1, ， 上「 -6 - jr - － ， 卜 劝 ｀ l.l- i 飞畸-， - ． ．一·四7 ．一· 弓声 儿 ， I 化l勹lJ i I 化 _矗R 111 T lj毫— T? lj 1,1 t 尸勹产· 尸 一工r 一 I I I＂- ．． l 1匾唱厂，小-一”． l 1 匾唱厂， 小

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