感应钎焊炉电源的工程设计

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1、.高频感应钎焊炉电源的工程设计田志明魏科荣摘要：本文从工程设计角度，论述了半导体功率器件设计高频感应加热电源参数设计方法，其中涉及由开关器件IGBT组成的斩波电路，MOSFET组成的串联逆变电路等技术。关键词：感应加热高频电源高频淬火钎焊炉1引言高频感应加热是用于高频淬火、高频钎焊等工业和民用产品加工领域，过去，我国加热用高频电源的传统形式是电子管高频振荡器。高频振荡器的电效率很低，造成电能的严重浪费。此外，由于电子管的特点，振荡器采用高电压格局，直流电压为10kV。这不仅要求整流侧必须配备工频升压变压器，而且由于强烈电磁场造成对环境的污染。随着技术进步，高频电源也被半导体电源所逐步取

2、代。这种电源电磁干扰低。器件开关的损耗小，整机效率能提高到99%左右。为了实现的电能转换，目前可供选择的电力电子器件有电力场效应晶体管（PowerMOSFET）和静电感应晶体管SIT（StaticInductionTransistor）等。它们的工作频带都比较宽。其中，SIT的开关容量比较大，对装置大容量电源很有利，但供货渠道不畅，价格较昂贵；功率MOSFET货源很充足，价格也很低廉，但它的电压耐量较低，目前只能用来装制中小容量电源。2电路结构含功率MOSFET逆变电路的高频电源如图1、图2所示。整流电路和其它电源整流电路差别不大。逆变侧采用串联电路，经高频变压器输出，逆变器件是功率M

3、OSFET。按图示，桥臂反并联二极管是功率MOSFET内置二极管，即VF和VD实际上是一支器件。并联缓压电容的目的是抑制死区期的器件电压变化率，防止器件误导通，降低EMI和关断损耗。电源的功率大小调节采用斩波电路，通过对直流电压高低调节达到调节输出功率目的。图1钎焊炉焊接过程照片-..a)高频感应加热电源整机原理框图b)高频感应加热电源直流与逆变电路图2高频感应加热电源原理3主电路参数工程计算这里以工作频率约为100kHz，输出额定功率为20kW的电源为例，说明高频感应加热变频电源工程设计方法。1）整流部分参数计算整流电路采用单相不可控桥式整流电路。①整流二极管参数计算进线电压为220

4、V，整流电路输出直流电压平均电压，（1）式中，为相电压。已知，需输出功率，取变换效率，要求整流器的输出功率为（2）故整流器的输出电流(3)通过每个二极管的电流为(4)-..整流二极管承受的最高反向电压为(5)经查有关手册，可选二极管整流模块基本参数是：反向重复峰值电压；反向非重复峰值电压；平均输出电流（为101℃时）；涌浪电流；结温℃；正向压降（最大值）；反向漏电流（最大值）；热阻℃/W。②进线参数计算根据计算进线电流：（6）③滤波电容器的选择在可调直流电压源中，主要起滤波和稳定电压作用。由于采用单相桥式整流电路。整流输出电压纹波中的基波成分总是100Hz。为了后面的斩波电路能更好工作

5、，设直流输出电压能在5%内变化，则滤波电路的时间常数，也就是滤波电容与后续负载的等效电阻的乘积必须为纹波中基波的周期时间的3倍以上。一般而论取倍即可，即（7）所以（8）将前面的计算结果，，代入式（8）得选用的电容器，耐压值至少为。因大容量、高耐压的电解电容价格昂贵，实际使用时选多组小电容进行串并联使用。2）斩波调功电路原理与参数设计①直流斩波电路基本原理直流——直流变换有许多类型，本设计选用BUCK斩波电路原理，达到降压调功率的目的。根据电力电子技术知识，直流斩波器是一种输出电压平均值小于或等于输入电压的单开关管非隔离型的直流电压变换器电路构成。-..图3斩波调功电路原理对于关管VT施

6、加驱动信号，并令开关频率，为驱动脉冲一个周期内高电平所占有时间，则占空比D为（9）输出电压的直流平均值为（10）改变占空比D，即可改变。通常改变占空比D有两种方式：一是脉冲宽度调制方式PWM，即保持T不变（开关频率不变），改变调控输出电压。二是脉冲频率调制方式PFM，即保持不变，改变开关频率或周期调控输出电压。实际应用中广泛采用PWM方式。因为采用定频PWM开关时，输出电压中谐波的频率固定，滤波器设计容易，开关过程所产生电磁干扰容易控制。此外控制系统获得可变脉宽信号比获得可变频率信号要容易实现。②斩波调功主电路参数设计a.IGBT的选择：常用斩波功率开关器件为IGBT，使用时采用两个I

7、GBT并联。这样做的目的是提高IGBT及驱动电路的工作频率。一般IGBT正常工作在40kHz，达不到80kHz。同时考虑较高频率较易滤波，减少缓冲电路的损耗等。斩波开关器件通过查有关手册，确定采用TOSHIBA的IGBT模块MG100Q1J40，其符号如图4所示，它的低端有一个续流二极管，其基本参数为：，，，，，℃，，，，，，-..图4带续流二极管的IGBT模块符号可以满足前面的计算要求。b.缓冲电路的选择：缓冲电路又称为吸收回路,它主要是用来