משטחי אינדוקציה מודרניים

בישול אינדוקציה החליף את החימום המסורתי על ידי העברת אנרגיית חום לתחתית המחבת/סיר דרך גופי חימום חשמליים. הוא פועל על בסיס העיקרון של זרמים מושרים המסתובבים בתוך תחתית הסיר. כדי שכיריים אינדוקציה יתפקדו כראוי, תחתית הסיר חייבת להיות קרובה פיזית לסליל, ורק מתכות מסוימות מתאימות - אלו בעלות חדירות מגנטית גבוהה.

העיקרון דומה לשנאי כוח נפוצים, כאשר הסליל הוא הראשי ותחתית הסיר כמשני. זה חולק קווי דמיון רבים עם טכנולוגיית טעינת אינדוקציה מודרנית גם כן.

החום הנדרש לחימום הסיר מגיע מזרמי המערבולת שמסתובבים בשכבה התחתונה או, ליתר דיוק, מההתנגדות שמציעות זרמי הזרם הללו. באמצעות צימוד אינדוקטיבי, כ-90% מהאנרגיה מועברת ליצירת חום בסיר. תנור טיפוסי זכוכית חלקה יכול להעביר רק כ-70% מהאנרגיה, וכתוצאה מכך הפחתה פי שלושה בהפסדים.

הטופולוגיה המשמשת אינה שונה באופן משמעותי ממעגל ריתוך. מתח ה-AC הראשי מתוקן ומניע ספק כוח עזר קטן עבור המהפך והבקר. המהפך משרה את הזרם לתוך סלילי נחושת, ויוצר שדה אלקטרומגנטי המשרה זרמי מערבולת בסיר. החום שנוצר שווה להתנגדות תחתית הסיר כפול בריבוע הזרם המושרה - המכונה "אפקט ג'ול"

איור 5: סקירה כללית של מעגל כיריים אינדוקציה טיפוסי

בניגוד למכונות ריתוך, ערכת הבקרה של כיריים אינדוקציה היא בדרך כלל ערכת וריאציות בתדר. אמנם זוהי שיטה פשוטה, אך האתגר טמון בשליטה בטווח התדרים הנדרש להספק מוצא על פני טווח רחב.

אפילו בתדרים הגבוהים הנדרשים לכיריים אינדוקציה, מעגלי ממיר תהודה יכולים לפעול ביעילות גבוהה. לכן, ממירי מעגל תהודה משמשים בדרך כלל עבור יישום זה, במיוחד ממירי חצי גשר תהודה (RHB) וממירי תהודה מעין תהודה (QR). ממירי RHB מועדפים במיוחד בשל יכולתם להתמודד עם מגוון רחב של עומסים. טכניקות בקרה מתקדמות כגון מיתוג זרם אפס (ZCS) או מיתוג מתח אפס (ZVS) משמשות בדרך כלל כדי לצמצם את הפסדי החשמל למינימום.

איור 6: דוגמאות אופייניות לטופולוגיות RHB ו-QR

בשל העלות-תועלת של טופולוגיה זו, ממירי QR משמשים לעתים קרובות ביישומי כיריים אינדוקציה בהספק נמוך (מתחת ל-2W שיא הספק).

ממירי שמש ו-UPS

בעת שימוש בטופולוגיה של חצי גשר ביישומים הדורשים מעבר מהיר, ישנם אתגרים רבים, כולל:

- ניתן להשיג רק שני מתחי מוצא

- הפסדי מיתוג יכולים להיות משמעותיים

- נהיגה בשערים הגדולים יכולה להיות מאתגרת

- מתח רכיבים משפיע על האמינות

- זרם אדווה מוגבר ו-EMI דורשים סינון נרחב

- לא תואם לאוטובוס DC במתח גבוה

- עיצוב תרמי אינו טריוויאלי

ביישומים מודרניים, הטופולוגיה של HB מוחלפת ביישומים קריטיים כגון ספקי כוח אל-פסק (UPS) וממירי פוטו-וולטאיים סולאריים (PV). טופולוגיות שלוש רמות הופכות דומיננטיות, הידועות כ-I-Type ו-T-Type.

ישנם היבטים רבים שדורשים שיפור, כולל הפחתת המתח על פני המכשירים הפעילים כדי להפחית הפסדים, להפחית עיוות הרמוני ולאפשר שימוש ברכיבים קטנים יותר. והכי חשוב, טופולוגיות אלו יכולות להפחית משמעותית את הפסדי המיתוג, ולהשיג יעילות של עד 98% בעת מיתוג בתדרים גבוהים הנעים בין 16 קילו-הרץ ל-40 קילו-הרץ.

איור 7: לטופולוגיות ממיר I-Type ו-T-Type יש יתרונות רבים בהשוואה ל-HB

מבט לעתיד

למרות שחלקם עשויים לראות בטכנולוגיית IGBT כ"מסורתית", היא עדיין ממלאת תפקיד חשוב ביישומים בעלי הספק גבוה (מתח גבוה/זרם גבוה). טכנולוגיית IGBT ממשיכה להתפתח, כאשר ערכי Vcesat מתקרבים ל-1V, ושיפורים מבניים מגדילים את הצפיפות ומפחיתים הפסדים.

כמו תמיד, בעת שימוש ב-IGBTs, על המתכננים להבין באופן מלא את דרישות היישום שלהם ולבחור טופולוגיות מתאימות כדי להבטיח תוצאות וביצועים אופטימליים.