《高频电磁加热》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高频电磁加热（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高频电磁加热采用以STC 12C5A16AD单片机作为控制电路的高频电磁加热系统原理框图如图1所示。当水箱内的温度传感器采集到的水温低于设定温度时，单片机端口接收、处理并输出电信号，由同步振荡和锯齿波产生电路接收单片机的输出信号随之产生锯齿波，共同完成给谐振逆变电路的IGBT以驱动信号，完成谐振电路的自主触发从而实现高频电磁加热。当加热达到设定温度后蜂鸣器会发出声音以警示，电磁加热部分随之停止。单片机STC12C5A16AD两级放大78M05+5V直流稳压电源PT100采集水温驱动模块驱动模块蜂鸣器同步振荡及锯齿波产生高频电磁加热模块同步振荡及锯齿波产生图1 电磁加热系统原理框图高频电磁加热利
2、用电磁感应原理将电能转换成磁热能，在控制器内由整流电路将220V、频率为50Hz的交流电压变为380V的直流电压，再由励磁线圈L与谐振电容C及IGBT管组成谐振逆变电路将直流电转化为频率为20KHz30KHz高频交变电流，快速变化的电流通过线圈时会产生高速度的磁场，当磁场内部的磁力线通过特定的材质的金属容器时产生无数小涡流，使金属容器自行快速加热。以单片机为微控制器，按设定温度自行起停，使得高频电磁加热与其他传统的电加热，燃气加热的技术相比，具有水电分离，快速加热及节能的优势。1. 电磁加热的电路系统框图 图2 电磁加热的电路系统框图2. 高频电磁加热电路图图3 电磁加热电路图220V、频率为
3、50Hz的交流电压经整流电路转换变为380V的直流电压后指示灯LED发亮，由电感L、电容C组成LC滤波电路，用于平滑从整流器出来的脉冲直流电，使此直流电源更接近理想直流电，同时滤除高频电磁热水电路在交流变直流的逆变工作过程中产生的高频谐波，防止其污染电网。电感L取300400H、电容C取5F时滤波效果最好。半桥谐振变换电路是高频电磁加热电路的核心，其作用是使直流电逆变为高频交流电，以满足电磁感应加热的要求。电压谐振变换电路是低开关损耗的零电压型变换电路，主开关元件S1、S2是功率晶体管，常称为功率开关管，功率开关管的开关动作是由控制电路控制，并通过为满足功率开关管驱动条件的驱动电路而完成的。功
4、率晶体管多采用IGBT (绝缘栅双极晶体管)，IGBT元件本身与以往用于家用电热水器的电力电子器件相比， 具有耐压高、输出功率大(上KW或更高)、输入阻抗大、电压驱动功率小、工作频率高(20KHZ)、综合性能高等特点。考虑到高频电磁热水器工作电压高、电流密度大、高输出功率的特点，同时为提高热水器的工作频率，降低开关损耗，本系统选用富士U系列第五代的IGBT模块2MBl75UA-120，富士U系列第五代的IGBT模块通过完善的设计降低了损耗，在实现了较高的环保效益的同时产品的功率周期寿命也获得大大提升。3、半桥谐振电路工作过程半桥谐振电路工作过程如下图3所示，通过S1、S2的开通和导通，感应线圈
5、电感和半桥电路的电容在各自的回路形成谐振。在稳态工作下根据开关管、负载、电容上电压电流的波形，电路在一个运行周期中分4个工作模式图4 半桥谐振电路工作过程模式1 如图（a）所示 开关管S1开通，电流经S1，R，L，C2形成回路，S1开通时电压为零，减小了开关损耗，实现了零电压开通。模式2 如图（b）所示 开关管S1关断，负载电压反向，电流通过D2续流，此时S1上的电压为零，流经S1的电流为零。模式3 如图（c）所示 开关管S2开通，线圈中电流反向， S2在电压为零时开通，电流流经C1，L，R，S2。模式4 如图（d）所示 开关管S1、S2均关断，电流流经C1、L、R、D1， S2此时S2上的电
6、压为零，流经S2的电流为零。4、同步振荡和锯齿波产生电路同步振荡和锯齿波产生电路两部分构成的电路如图5所示，其主要作用是从LC振荡回路中取得同步信号，同时产生同步锯齿波，为IGBT管导通提供驱动波形,电路输出信号为锯齿波。具体电路结构如图5所示。P14为单片机输出端口，该端口有以下作用：LC振荡回路工作正常后，LC并联谐振电路由同步控制电路自主控制工作。但自主振荡需要触发启动，也就是IGBT需要一个触发的信号，以使LC谐振回路获得初始振荡能量。在高频电磁热水器启动后，P14口为输出端口，此时将会在LM339比较器的输出引脚1产生一个负脉冲，此负脉冲经过后续电路将形成IGBT初始触发脉冲启动半桥
7、谐振电路。图5 同步振荡和锯齿波产生电路同步信号由LM339比较器产生，其信号取自LC振荡电路的谐振电容两端的分压。经电阻R2与R3分压后输入到比较器的负输入端为V-，电阻R1输入到比较器的正输入端分压为V+。高频电磁热水器在插电开机后，单片机端口给同步电路一启动脉冲，使IGBT管启动导通。IGBT管导通后，由于励磁线圈电感的作用，这时V-分压大于V+分压，LM339比较器输出低电平，经后续电路整形后IGBT管继续导通，当电感蓄能完毕后，V+稍大于V-分压，LM339比较器翻转输出高电平，IGBT管截止，LC振荡回路产生振荡；当谐振放电结束时，再次出现V-分压大于V+分压的情况，LM339比较
8、器输出低电平，IGBT管再次导通，振荡电路完成一个工作循环。所以振荡回路在同步控制电路被触发启动后，只要不切断整个振荡电路的电源，那么整个振荡回路将一直工作下去。5、IGBT驱动电路如图6所示由IGBT组成的驱动电路接收由图5产生的锯齿波后经三极管放大电压信号形成IGBT初始触发脉冲并启动IGBT管。图6 IGBT驱动电路在驱动IGBT时，必须选择合适的驱动电阻RG，其阻值越小，上升和下降时间就越短，但是didt随之变大，由于杂散电感的存在，使得IGBT承受比较高的尖峰电压；阻值越大，上升和下降时间就越长，有可能无法使IGBT按时开通和关断。故选择驱动电阻阻值时要综合考虑这两方面因素，根据2MBl75UA-120使用手册可以知道2MBl75UA-120安全工作时其栅极电阻最小值RG=9.1，由于2MBl75UA-120模块内部集成了5的RG栅极电阻，所以RG取5。6、软件设计流程图如下传感器检测水温继续加热停止加热蜂鸣器发出声响，关闭电源单片机初始化是否达到设定温度否是图7 高频电磁加热软件流程图
