現代化電磁爐

感應烹飪透過電加熱元件將熱能傳遞到鍋/鍋的底部，從而取代了傳統加熱。它的工作原理是基於鍋底內循環的感應電流的原理。為了使電磁爐正常工作，鍋底必須靠近線圈，並且只有某些金屬適合 - 那些具有高磁導率的金屬。

其原理與一般電源變壓器類似，以線圈為初級，鍋底為次級。它與現代感應充電技術也有許多相似之處。

加熱鍋所需的熱量來自於在底層循環的渦流，或者更具體地說，來自這些電流流動提供的電阻。透過電感耦合，大約 90% 的能量被轉移以在鍋中產生熱量。典型的光滑玻璃頂爐只能傳輸約 70% 的能量，使損失減少三倍。

所使用的拓樸與焊接電路沒有顯著不同。主交流電源經過整流並驅動逆變器和控制器的小型輔助電源。逆變器將電流感應到銅線圈中，產生電磁場，在鍋中感應出渦流。產生的熱量等於鍋底的電阻乘以感應電流的平方—稱為“焦耳效應”

圖 5：典型電磁爐電路概述

與焊接機不同，電磁爐的控制方案通常是變頻方案。雖然這是一種簡單的方法，但挑戰在於在較寬的範圍內控制輸出功率所需的頻率範圍。

即使在電磁爐所需的高頻下，諧振轉換器電路也可以高效率運作。因此，諧振電路轉換器通常用於此應用，特別是諧振半橋（RHB）轉換器和準諧振（QR）逆變器。 RHB 轉換器因其能夠處理各種負載而特別受到青睞。通常採用零電流開關 (ZCS) 或零電壓開關 (ZVS) 等先進控制技術將功率損耗降至最低。

圖 6：RHB 和 QR 拓樸的典型範例

由於這種拓撲的成本效益，QR 轉換器通常用於低功率（低於 2W 峰值功率）電磁爐應用。

太陽能逆變器和UPS

在需要快速開關的應用中使用半橋拓撲時，存在許多挑戰，包括：

- 只能實現兩個輸出電壓

- 開關損耗可能很大

- 駕駛大門可能具有挑戰性

- 元件應力影響可靠性

- 增加的漣波電流和 EMI 需要大量濾波

- 與高壓直流母線不相容

- 熱設計並非微不足道

在現代應用中，HB 拓撲正被不間斷電源 (UPS) 和太陽能光伏 (PV) 逆變器等關鍵應用所取代。三電平拓撲正在成為主導，稱為 I 型和 T 型。

有許多方面需要改進，包括降低主動元件兩端的電壓以降低損耗、減少諧波失真以及允許使用更小的元件。最重要的是，這些拓樸可以顯著降低開關損耗，在 98 kHz 至 16 kHz 的高頻下進行開關時效率高達 40%。

圖 7：I 型和 T 型轉換器拓撲與 HB 相比具有許多優勢

展望未來

儘管有些人可能認為IGBT技術“傳統”，但它在高功率（高電壓/電流）應用中仍然發揮著重要作用。 IGBT技術不斷發展，Vcesat值已接近1V，結構改進也提高了密度並降低了損耗。

與往常一樣，在使用 IGBT 時，設計人員必須充分了解其應用要求並選擇合適的拓撲結構以確保最佳結果和效能。