電磁爐主諧振電路研究與功率控制

摘要：詳細分析了電磁爐主諧振電路的拓撲結構和工作過程，基于模糊控制理論，給出了負載變化時控制功率穩定的智能控制方法。

    關鍵詞：電磁爐；主諧振電路；模糊控制

引言

由電力電子電路組成的電磁爐（Inductioncooker）是一種利用電磁感應加?原理，對鍋體進行渦流加熱的新型灶具。由于具有熱效率高、使用方便、無煙熏、無煤氣污染、安全衛生等優點，非常適合現代家庭使用。電磁爐的主電路是一個AC/DC/AC變換器，由橋式整流器和電壓諧振變換器構成，本文分析了電磁爐主諧振電路的拓撲結構和工作過程。

圖1

    當電磁爐負載（鍋具）的大小和材質發生變化時，負載的等效電感會發生變化，這將造成電磁爐主電路諧振頻率變化，這樣電磁爐的輸出功率會不穩定，常會使功率管IGBT過壓損壞。針對這種情況，本文提出了一種雙閉環控制結構和模糊控制方法，使負載變化時保持電磁爐的輸出功率穩定。實際運行結果證明了該設計的有效性和可靠性。

1 電磁爐主電路拓撲結構與工作過程

1．1 電磁爐主電路拓撲結構

電磁爐的主電路如圖1所示，市電經橋式整流器變換為直流電，再經電壓諧振變換器變換成頻率為20～30kHz的交流電。電壓諧振變換器是低開關損耗的零電壓型（ZVS）變換器，功率開關管的開關動作由單片機控制，并通過驅動電路完成。

    電磁爐的加熱線圈盤與負載鍋具可以看作是一個空心變壓器，次級負載具有等效的電感和電阻，將次級的負載電阻和電感折合到初級，可以得到圖2所示的等效電路。其中R＊是次級電阻反射到初級的等效負載電阻；L＊是次級電感反射到初級并與初級電感L相疊加后的等效電感。

1．2 電磁爐主電路的工作過程

電磁爐主電路的工作過程可以分成3個階段，各階段的等效電路如圖3所?。研究一個工作周期的情況，定義主開關開通的時刻為t0。時序波形如圖4所示。

圖4

    1.2.1 [t0，t1]主開關導通階段

按主開關零電壓開通的特點，t0時刻，主開關上的電壓uce=0，則Cr上的電壓uc=uce－Udc=－Udc。如圖3（a）所示，主開關開通后，電源電壓Udc加在R＊及L＊支路和Cr兩端。由于Cr上的電壓已經是－Udc，故Cr中的電流為0。電流僅從R＊及L＊支路流過。流過IGBT的電流is與流過L＊的電流iL相等。由圖3（a）得式（1）。

可見，iL按照指數規律單調增加。流過R＊形成了功率輸出，流過L＊而儲存了能量。到達t1時刻，IGBT關斷，iL達到最大值Im。這時，仍有uc=－Udc，uce=0。iL換向開始流入Cr，但Cr兩端的電壓不能突變，因此，IGBT為零電壓關斷。

1.2.2 [t1，t2]諧振階段

IGBT關斷之后，L＊和Cr相互交換能量而發生諧振，同時在R＊上消耗能量，形成功率輸出。等效電路如圖3（b）及圖3（c）

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