Всё о БТИЗ

Современные индукционные варочные панели

Индукционная готовка заменила традиционный нагрев путем передачи тепловой энергии на дно кастрюли/кастрюли с помощью электрических нагревательных элементов. Он работает по принципу индукционных токов, циркулирующих внутри дна кастрюли. Для правильной работы индукционных варочных панелей дно кастрюли должно быть физически близко к катушке, и подходят только определенные металлы — с высокой магнитной проницаемостью.

Принцип аналогичен обычным силовым трансформаторам: катушка является первичной, а дно горшка — вторичной. Он также имеет много общего с современной технологией индукционной зарядки.

Тепло, необходимое для нагрева кастрюли, исходит от вихревых токов, циркулирующих в нижнем слое, или, точнее, от сопротивления, оказываемого этими потоками тока. Благодаря индуктивной связи примерно 90% энергии передается на выработку тепла в кастрюле. Типичная печь с гладкой стеклянной столешницей может передавать только около 70% энергии, что приводит к трехкратному сокращению потерь.

Используемая топология существенно не отличается от сварочной схемы. Основная мощность переменного тока выпрямляется и питает небольшой вспомогательный источник питания для инвертора и контроллера. Инвертор индуцирует ток в медных катушках, создавая электромагнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в электролизере. Выделенное тепло равно сопротивлению дна кастрюли, умноженному на квадрат индуцированного тока – известному как «эффект Джоуля».

Рисунок 5: Обзор типичной схемы индукционной варочной панели.

В отличие от сварочных аппаратов схема управления индукционными варочными панелями обычно представляет собой схему изменения частоты. Хотя это простой метод, проблема заключается в контроле необходимого диапазона частот для выходной мощности в широком диапазоне.

Даже на высоких частотах, необходимых для индукционных варочных панелей, схемы резонансных преобразователей могут работать с высокой эффективностью. Поэтому для этого приложения обычно используются преобразователи с резонансной цепью, особенно резонансные полумостовые преобразователи (RHB) и квазирезонансные (QR) инверторы. Преобразователи RHB пользуются особой популярностью из-за их способности выдерживать широкий диапазон нагрузок. Усовершенствованные методы управления, такие как переключение при нулевом токе (ZCS) или переключение при нулевом напряжении (ZVS), обычно используются для сведения потерь мощности к минимуму.

Рисунок 6. Типичные примеры топологий RHB и QR.

Благодаря экономической эффективности этой топологии QR-преобразователи часто используются в маломощных (менее 2 Вт пиковой мощности) индукционных варочных панелях.

Солнечные инверторы и ИБП

При использовании полумостовой топологии в приложениях, требующих быстрого переключения, возникает множество проблем, в том числе:

- Могут быть достигнуты только два выходных напряжения

- Потери при переключении могут быть значительными

- Проехать через большие ворота может быть непросто.

- Нагрузка на компоненты влияет на надежность

- Повышенный пульсирующий ток и электромагнитные помехи требуют тщательной фильтрации.

- Несовместим с высоковольтной шиной постоянного тока.

- Тепловая конструкция нетривиальна

В современных приложениях топология HB заменяется критически важными приложениями, такими как источники бесперебойного питания (ИБП) и солнечные фотоэлектрические (PV) инверторы. Преобладающими становятся трехуровневые топологии, известные как I-Type и T-Type.

Есть много аспектов, которые требуют улучшения, в том числе снижение напряжения на активных устройствах для снижения потерь, уменьшения гармонических искажений и возможности использования компонентов меньшего размера. Самое главное, что эти топологии позволяют значительно снизить потери при переключении, достигая эффективности до 98% при переключении на высоких частотах в диапазоне от 16 кГц до 40 кГц.

Рисунок 7. Топологии преобразователей I-типа и T-типа имеют множество преимуществ по сравнению с HB.

Глядя в будущее

Хотя некоторые могут считать технологию IGBT «традиционной», она по-прежнему играет важную роль в мощных (высоковольтных/сильных) приложениях. Технология IGBT продолжает развиваться: значения Vcesat приближаются к 1 В, а структурные усовершенствования увеличивают плотность и снижают потери.

Как всегда, при использовании IGBT проектировщики должны полностью понимать требования своего приложения и выбирать соответствующие топологии для обеспечения оптимальных результатов и производительности.