降低电磁炉应用中的IGBT功率损耗

时间:2022-03-17作者:佚名

为了将从电网获得的功率提升至最高,并因此使电费账单支出受控及减少碳排放,付出更多努力来为室内环境开发更高能效的电器就至关重要了。

电磁感应加热炉具(以下简称“电磁炉”)使用电磁产生的热能来烹调,其能效比我们熟悉的标准家用电热锅高得多。此外,由于是通过感应而非传导来产生热量 ,其安全性也被证实更高,因为任何人体部位置于炊具表面都不会被烧伤。

电磁感应加热的原理

图1描绘了电磁感应加热应用使用的典型准谐振反激拓扑结构。电磁能量产生并使用感应方式来传递至锅具。然后在锅具中转变为热能,因而给锅具加热。触发加热过程的感应涉及到使用二极管等未受控的开关器件来对相对低频的交流线路输入电压进行整流。在20 kHz至35 kH之间的频率对整流电压进行开关,提供高频磁通量。锅具充当耗散能量的磁心,将磁场转换为热能。产生及传递此热能的主要组件就是锅具、电感、谐振电容及绝缘门双极晶体管(IGBT)。

图1:电磁炉的单端拓扑结构框图

当要产生将热能传递给锅具所要求的磁场时,电感绕组的几何尺寸极为重要。电感绕组为螺旋形,并在水平面彼此缠绕。这种配置增加了磁通量的表面积,并使加热过程具有更高能效。通过使用以相等间距布设在电感绕组周围的矩形铁氧体磁棒,进一步增强了锅具上这些磁通线的稠密度。多个小型导体的使用将趋肤效应(skin effect)减至最小,并减小了线圈中的感抗(IR)损耗。如图1所示,LR是空心电感,并没有跟传统铁磁心电感相同类型的损耗。锅具必须采用磁性材料制造,使其能够充当磁心。在电磁炉的开关频率范围内,锅具的厚度极大地影响磁心的能效,而涡电流损耗很大。这些损耗将磁场转变为热能,在锅具中产生大量的热并烹调食物。

阻断电压约为1,200 V的IGBT广泛应用于单端感应加热应用。IGBT在关闭期间仍承受着高电压,且带有残余电流,滋生不小的开关损耗。在IGBT导通状态期间,由其饱和电压及负载电流和结温(TJ)导致的损耗是总体功率损耗的组成部分。这些损耗降低了应用的总能效。理解这些损耗的成因并开发可靠及相对快速的方法来测量损耗很重要,在为电磁炉设计探寻优化的IGBT设计时尤为如此。

在此应用中IGBT的总功率损耗包含导通损耗、导电损耗、关闭损耗及二极管损耗。二极管损耗在总功率损耗中所占比例可以忽略不计,而如果使用了零电压开关(ZVS)技术,可以大幅降低导通损耗。然而,并非在电磁炉所有工作功率等级条件下都能实现ZVS。由于储能电路(tank circuit)的一端连接至整流输入电压,零态开关仅在谐振储能电路使其电压到达0 V的功率等级时出现。在某些轻载条件下,储能电路电压在IGBT的集电极不会到达0 V,因此未实现零态开关,导通功率损耗将增加。

导电损耗

由于总功率损耗的最主要构成部分通常是导电及关闭损耗,我们现在就来更详细地逐个审视这些损耗。IGBT平均耗散的功率的数学表达式如下所示:

相关阅读

景观亮化工程中的节能措施都有哪些?

景观亮化工程 中的节能一般指节省能源、提升照明设备的高效率、减少照明设备的相对密度。让我们看一下在 景 观亮化 工程 中的节能措施。 1、依据视觉效果工作标准界定照明级別。...
2022-10-12
景观亮化工程中的节能措施都有哪些?

古建筑亮化工程充分塑造古建筑的文化内涵

古建筑亮化工程 将古建筑与自然风光和人类历史完美地结合在一起。它不仅突出了原始古建筑的特征,而且确保了古建筑亮化工程在安装过程中不被破坏,使古建筑可以成为城市的主要...
2022-09-15
古建筑亮化工程充分塑造古建筑的文化内涵

城市环境艺术的照明设计

艺术照明工作要求整体性与协调性。虽然某些照明工程 从局部讲可能是成功的,但如果从整个城市夜晚景观来说却缺乏艺术的内涵与韵律。夜晚景观主要靠灯光进行艺术创作。那么,如...
2022-07-15

度假酒店亮化设计讲究建筑与自然的融合

度假酒店通常设在旅游景点,突出的是度假和休闲的功能,而 度 假 酒店亮化设 计 化身为艺术表现的灵魂角色,显得尤为重要;完美结合传统与现代元素,创造人与自然和谐共生的绝...
2022-09-14
度假酒店亮化设计讲究建筑与自然的融合

大桥夜景亮化设计都要考虑哪些因素?

从某种意义上说,桥梁不仅仅是一种交通工具,更是桥梁设计师的艺术作品。如何防止这种设计不慎的艺术品在夜晚被黑暗吞噬,如何让美丽的建筑桥梁在夜晚绽放出独特的光芒,成为...
2022-07-27
大桥夜景亮化设计都要考虑哪些因素?

热销商品

拷边机 包缝机内六角上针匙 开刀 上针内6角螺丝刀扳手 1.5 1.6

拷边机(包缝机)专用内六角上针匙及开刀工具,适用于精确调整机针位置与维护设备。配备1.5mm与1.6mm两种规格的内六角螺丝刀扳手,专为紧固或拆卸上针螺丝设计,确保机针安...
1.65

暗装开关插座面板单开双控一开五孔二三极USB快充肤感超薄家用4开

暗装开关插座面板,简约设计,完美融入家居环境。单开双控,轻松实现远程控制,方便实用。一开五孔,满足多种电器插孔需求;二三极USB快充,快速充电,高效便捷。超薄设计,节省空...
1.2

鸿雁开关插座面板旗舰店家用暗装墙壁86型一开带五孔多孔X86-1

鸿雁开关插座面板旗舰店推出的家用暗装墙壁86型一开带五孔多孔X86-1,是一款设计精良、功能齐全的家居电气产品。该产品采用86型标准面板尺寸,安装方便,适用于各种暗...
4.71

不锈钢加厚镊子维修工具夹子圆头弯头防滑带齿止血烧烤夹茶杯水草

不锈钢加厚镊子维修工具夹子圆头弯头防滑带齿止血烧烤夹茶杯水草 这款不锈钢加厚镊子维修工具夹子是设计用于各种专业场合的多功能工具。它拥有一个厚实的手柄,确...
0.8

三色变光led筒灯2.5寸3W5瓦开孔6 7.5 8公分家用客厅嵌入式天花灯

三色变光LED筒灯,2.5寸精巧设计,功率可选3W/5W,适用于开孔直径6.7–8公分的家用嵌入式安装。采用高亮LED光源,支持暖光、自然光、白光三色切换,满足不同场景氛围需求。...
7.2

网站栏目