專利名稱：一種電磁爐準諧振軟開關高頻變換器的制作方法
技術領域：
本發明是一種電磁爐準諧振軟開關高頻變換器，屬于電磁爐準 諧振軟開關高頻變換器的改造技術。
背景技術：
開關電源具有電能轉換效率高、體積小、重量輕、控制精度高和 快速性好等優點，在小功率范圍內基本上取代了線性調整電源，并 迅速向中大功率范圍推進，在很大程度上取代了晶閘管相控整流電 源。對于開關電源中所用的變換器，以前所用的硬開關技術并不能滿 足曰益增長的對電源性能的需求，在硬開關條件下，由于開關過程中 在開關器件上高速變化的電流和電壓帶來了很大的損耗，效率不高， 噪聲也大，并且會有電磁干擾，且其所能承受的頻率也不能很高，隨 著需求的發展，需要用軟開關技術來提高開關電源工作的頻率，從而 克服上述的缺點。 一直以來，在DC-DC軟開關變換器應用技術當中， 零電壓轉換因為其所用的被動元件較少而被廣泛釆用。但是，基于和 開關管并聯的電容準諧振零電壓轉換變換器，與輸入電流有很大關 系，這個特性對軟開關的范圍有很大限制，同時由于尾電流的存在， 有些雙極性開關管，比如IGBT管在零電壓轉換條件下有時會不穩定。
發明內容
本發明的目的在于考慮上述問題而提供一種使得開關管可以在零電流的時候進行開通和關斷，擴大軟開關的變換范圍的電磁爐準諧振軟開關高頻變換器。本發明的技術方案是包括有交流電源、濾波器電路、整流電路、第一電感、第一電容、第二電感、第一IGBT管開關元件、第二IGBT 管開關元件、第三電感、第二電容、第三IGBT管開關元件、第三電 容、漏磁變壓器、全波電壓倍增器整流電路，其中交流電源通過濾波 器電路及整流電路將整流后的電壓加到由第一電感和第一電容串聯 構成的直流濾波器電路，直流濾波器電路輸出的直流電壓施加給包括 第三電容和漏磁變壓器T的第一線圏繞組的串聯電路，第一 IGBT管 開關元件和第二 IGBT管開關元件串聯，第三IGBT管開關元件與第一 IGBT管開關元件并聯，第二電感和第一 IBGT管開關元件串聯，第三 電感和第二 IGBT管開關元件串聯，第二電容和第三IGBT管開關元件串聯，包括第三電容和漏磁變壓器的第 一 線圈繞組組成的串聯電路與 第二 IGBT管開關元件和第三電感組成的串聯電路并聯，全波電壓倍增器整流電路的輸入端與漏磁變壓器的第二線圈繞組的輸出端連接， 全波電壓倍增器整流電路的輸出端分別與電磁爐磁控管M的陰極和 陽極連接，漏磁變壓器的第三線圈繞組的輸出端與電磁爐磁控管的陰 極連接。上述第一 IGBT管開關元件、第二IGBT管開關元件、第三IGBT 管開關元件都并聯一個續流二極管。上述第一 IGBT管開關元件、第二IGBT管開關元件、第三IGBT 管開關元件與按預定頻率產生方波、并通過驅動信號控制開關管通斷的控制驅動電路連接。上述濾波器電路為EMI濾波器電路。本發明由于釆用了零電流軟開關PWM控制的技術方案，故其能在很寬的輸出功率范圍內實現開關功率管的零電流開通或關斷，從而使 電路開關功率損耗降到最小，能夠輸出穩定的高壓電源，并對輸出功 率進行很好的調節。本發明變換器同其他同類型的變換器相比，還有 如下幾個顯著的特點 一是由于串聯電容的補償諧振作用使得通過工作線圈的高頻電流的直流分量為零；二是零電流軟開關的轉化范圍變 得更寬了；三是該變換器的工作效率比較高；四是可以進行恒頻操作。 本發明是一種設計巧妙，性能優良，方便實用的電磁爐準諧振軟開關 高頻變換器。
圖l是本發明的電路原理圖；圖2是本發明PWM門極驅動脈沖電壓的波形圖；圖3是本發明當頻率固定時輸入功率和IGBT管開關元件的控制通斷的占空比之間的關系示意圖；圖4是本發明的工作效率示意圖。
具體實施例方式實施例本發明的電路原理圖如圖1所示，包括有交流電源AC、濾波器 電路l、整流電路2、第一電感L1、第一電容C1、第二電感L2、第 一 IGBT管開關元件Q1、第二 IGBT管開關元件Q2、第三電感L3、第 二電容C2、第三IGBT管開關元件Q3、第三電容C3、漏磁變壓器T、全波電壓倍增器整流電路DU,其中交流電源AC通過濾波器電路及整 流電路將整流后的電壓加到由第一 電感LI和第 一 電容C]串聯構成的直流濾波器電路，直流濾波器電路輸出的直流電壓施加給包括第三電 容C3和漏磁變壓器T的第一線圈繞組Nl的串聯電路，第一 IGBT管 開關元件Q1和第二 IGBT管開關元件Q2串聯，第三IGBT管開關元件 Q3與第一 IGBT管開關元件Ql并聯，第二電感L2和第一 IBGT管開 關元件Q1串聯，第三電感L3和第二 IGBT管開關元件Q2串聯，第二 電容C2和第三IGBT管開關元件Q3串聯，包括第三電容C3和漏磁變 壓器T的第一線圈繞組Nl組成的串聯電路與第二 IGBT管開關元件 Q2和第三電感L3組成的串聯電路并聯，全波電壓倍增器整流電路DU 的輸入端與漏磁變壓器T的第二線圏繞組N2的輸出端連接，全波電 壓倍增器整流電路DU的輸出端分別與電磁爐磁控管M的陰極和陽極 連接，漏磁變壓器T的第三線圈繞組N3的輸出端與電磁爐磁控管M 的陰極連接。上述第一 IGBT管開關元件Ql、第二IGBT管開關元件 Q2、第三IGBT管開關元件Q3與按預定頻率產生方波、并通過驅動信 號控制開關管通斷的控制驅動電路連接。本實施例中，上述第一 IGBT管開關元件Q1、第二IGBT管開關 元件Q2、第三IGBT管開關元件Q3都并聯一個續流二極管。上述濾 波器電路為EMI濾波器電路。本發明的工作原理如下有效值為220V、頻率為50HZ的AC交 流電源通過EMI濾波器電路，再經過整流電路，整流后的電壓加到由 第一電感Ll和第一電容Cl串聯構成的直流濾波器電路，這個時候AC交流電壓被整成DC直流電壓。DC直流電壓施加給包括第三電容 C3和漏磁變壓器T的第一線圏繞組N1的串聯電路。在全波電壓倍增 器整流電路DU中，將漏磁變壓器T的第二線圈繞組N2中所產生的高 AC電壓輸出變換為高DC電壓，然后將其加在磁控管M的陰極和陽極 之間。漏磁變壓器T的第三線圈繞組N3將電流提供給磁控管M的陰 極。三個IGBT管開關元件由外部的控制驅動電路進行控制。驅動電 路以預定頻率產生方波，并將驅動信號傳送到第一 IGBT管開關元件 Ql和第二 IGBT管開關元件Q2和第三IGBT管開關元件Q3，來控制開 關管的通斷。在AC交流電源后加一個EMI濾波器電路，其作用有兩個 一是 濾去電網傳來的污染。二是防止變換器產生的高頻脈沖電壓串入電 網，干擾其他電器設備。本發明多諧振高頻率變換器釆用了零電流軟開關PWM控制技，本 發明的主控管為第一IGBT管開關元件Q1和第二IGBT管開關元件Q2， 附控管為第三IGBT管開關元件Q3。第二電容C2為輔助的諧振電容， 第二電感L2和第三電感L3為為了使兩個主控開關管實現零電流通斷 的緩沖電感。第三電容C3起到功率因數補償的作用。本發明多諧振高頻率變換器通過一個恒定頻率的P麗控制策略， 在零電流軟開關的方式下，可以對交流輸入功率進行連續的調節控 制。圖3示出了 P畫門極驅動脈沖電壓的波形圖。恒頻的P麗控制是 基于一個周期內第一 IGBT管開關元件Ql和第三IGBT管開關元件Q3 的導通時間，從而使該變換器對輸出功率進行連續的調節。第一IGBT管開關元件Q1的導通時間是可以改變的，但第三IG肌，管開關 元件Q3的導通時間被設定為常數，因此這兩個開關管同時導通的時 間就由第一 IGBT管開關元件的整個導通時間來確定。進而在恒定頻 率下，通過改變驅動信號的占空比，可以實現輸出功率的連續調節。 圖3示出了當頻率固定時輸入功率和IGBT管開關元件的控制通 斷的占空比之間的關系。在本發明高頻率轉換器中，在零電流軟開關 的方式下轉換器的輸入功率能夠進行連續調節，大約為從0. 5KW到 2. 4KW。這種轉換器的軟開關的操作范圍也是比較大的，占空比從O. 15 到0. 35。圖4示出了本發明變換器的工作效率。在額定的輸出條件下，本 發明變換器的實際效率大約在96%。由于本發明高頻率軟開關轉換器 工作時， 一個軟開關的操作可以在最小輸出功率，占空比為0.16的 條件下完成，所以功率轉化的實際效率可以充分的保持在84%。
權利要求
1、一種電磁爐準諧振軟開關高頻變換器，其特征在于包括有交流電源(AC)、濾波器電路(1)、整流電路(2)、第一電感(L1)、第一電容(C1)、第二電感(L2)、第一IGBT管開關元件(Q1)、第二IGBT管開關元件(Q2)、第三電感(L3)、第二電容(C2)、第三IGBT管開關元件(Q3)、第三電容(C3)、漏磁變壓器(T)、全波電壓倍增器整流電路(DU)，其中交流電源(AC)通過濾波器電路及整流電路將整流后的電壓加到由第一電感(L1)和第一電容(C1)串聯構成的直流濾波器電路，直流濾波器電路輸出的直流電壓施加給包括第三電容(C3)和漏磁變壓器T的第一線圈繞組(N1)的串聯電路，第一IGBT管開關元件(Q1)和第二IGBT管開關元件(Q2)串聯，第三IGBT管開關元件(Q3)與第一IGBT管開關元件(Q1)并聯，第二電感(L2)和第一IBGT管開關元件(Q1)串聯，第三電感(L3)和第二IGBT管開關元件(Q2)串聯，第二電容(C2)和第三IGBT管開關元件(Q3)串聯，包括第三電容(C3)和漏磁變壓器(T)的第一線圈繞組(N1)組成的串聯電路與第二IGBT管開關元件(Q2)和第三電感(L3)組成的串聯電路并聯，全波電壓倍增器整流電路(DU)的輸入端與漏磁變壓器(T)的第二線圈繞組(N2)的輸出端連接，全波電壓倍增器整流電路(DU)的輸出端分別與電磁爐磁控管(M)的陰極和陽極連接，漏磁變壓器(T)的第三線圈繞組(N3)的輸出端與電磁爐磁控管(M)的陰極連接。
2、根據權利要求1所述的電磁爐準諧振軟開關高頻變換器，其特征在于 上述第一 IGBT管開關元件(Ql)、第二 IGBT管開關元件(Q2)、第三IGBT管開關元件(Q3)都并聯一個續流二極管。
3、 根據權利要求1所述的電磁爐準諧振軟開關高頻變換器，其特征在于上述第一 IGBT管開關元件(Ql)、第二 IGBT管開關元件(Q2)、第三IGBT管 開關元件(Q3)與按預定頻率產生方波、并通過驅動信號控制開關管通斷的控 制驅動電路連接。
4、 根據權利要求l所述的電磁爐準諧振軟開關高頻變換器，其特征在于 上述濾波器電路為EMI濾波器電路。
全文摘要
本發明是一種電磁爐準諧振軟開關高頻變換器。包括有交流電源(AC)、濾波器電路、整流電路、第一電感(L1)、第一電容(C1)、第二電感(L2)、第一IGBT管開關元件(Q1)、第二IGBT管開關元件(Q2)、第三電感(L3)、第二電容(C2)、第三IGBT管開關元件(Q3)、第三電容(C3)、漏磁變壓器(T)、全波電壓倍增器整流電路(DU)。本發明能在很寬的輸出功率范圍內實現開關功率管的零電流開通或關斷，從而使電路開關功率損耗降到最小，能夠輸出穩定的高壓電源，并對輸出功率進行很好的調節。此外，本發明變換器由于串聯電容的補償諧振作用，使得通過工作線圈的高頻電流的直流分量為零；且零電流軟開關的轉化范圍變得更寬，工作效率更高，并可以進行恒頻操作。
文檔編號H05B6/66GK101232753SQ200810025919
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月18日 優先權日2008年1月18日
發明者軍 汪 申請人:佛山市順德區瑞德電子實業有限公司