[19]中华人民共和国国家知识产权局
[12]实用新型专利说明书专利号 ZL
200920078558.6
[51]Int.CI.
H05B 6/04 (2006.01)H02M 5/458 (2006.01)
[45]授权公告日2009年11月11日[22]申请日2009.01.08[21]申请号200920078558.6
[73]专利权人成都多林电器有限责任公司
地址610500四川省成都市新都工业区汉城路6
号信箱[72]设计人曾晓林
[11]授权公告号CN 201345751Y
权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页
[54]实用新型名称
节能型大功率IGBT串联谐振中频感应加热电源电路[57]摘要
本实用新型公开了一种节能型大功率IGBT串联谐振中频感应加热电源电路，主要由直流电源DC组成，其特征在于，还包括电容C1、C2、C3，电感L，以及IGBT模块J1、J2、J3、J4。所述直流电源DC的一端分别与IGBT模块J1和J3的一端相连，IGBT模块J1的另一端经IGBT模块J2后与直流电源DC的另一端相连，IGBT模块J3的另一端则经IGBT模块J4后与直流电源DC的另一端相连；电容C1和C2并联后接于直流电源DC的两端；电容C3与电感L串联后，其一端接于IGBT模块J1与J2的连接点，另一端则接于IGBT模块J3与J4的连接点。本实用新型结构简单，每加热一吨料只需要消耗350度电左右。
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权 利 要 求 书
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1、节能型大功率IGBT串联谐振中频感应加热电源电路，主要由直流电源DC组成，其特征在于，还包括有电容C1、C2、C3，电感L，以及IGBT模块J1、J2、J3、J4；所述直流电源DC的一端分别与IGBT模块J1和J3的一端相连，IGBT模块J1的另一端经IGBT模块J2后与直流电源DC的另一端相连，IGBT模块J3的另一端则经IGBT模块J4后与直流电源DC的另一端相连；所述的电容C1和C2并联后接于直流电源DC的两端；电容C3与电感L串联后，其一端接于IGBT模块J1与J2的连接点，另一端则接于IGBT模块J3与J4的连接点。
2、根据权利要求1所述的节能型大功率IGBT串联谐振中频感应加热电源电路，其特征在于，所述的IGBT模块J1、J2、J3、J4均由IGBT及二极管组成，所述IGBT的发射极与二极管的正极相连接，IGBT的集电极则与二极管的负极相连接，IGBT模块J1的发射极与IGBT模块J2的集电极相连，IGBT模块J3的发射极与IGBT模块J4的集电极相连。
3、根据权利要求1所述的节能型大功率IGBT串联谐振中频感应加热电源电路，其特征在于，所述的电容C1为电解电容。
4、根据权利要求2所述的节能型大功率IGBT串联谐振中频感应加热电源电路，其特征在于，所述的二极管为快速二极管。
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说 明 书
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节能型大功率IGBT串联谐振中频感应加热电源电路
技术领域
本实用新型涉及一种加热电源电路，具体是指一种节能型大功率IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor绝缘栅双极型功率管)串联谐振中频感应加热电源电路。背景技术
近年来，随着电子技术的发展，可控硅中频电源在透热领域内逐渐的占据了主导地位，其应用相当的广泛。图1为现有的可控硅并联谐振式电流型逆变器的电路结构示意图，从图中可知，直流电源的一端通过电感L1后分别与可控硅D1和D3的一端相连接，可控硅D1的另一端经可控硅D2后与直流电源的另一端相连接。可控硅D3的另一端经可控硅D4后也与直流电源的另一端相连接。同时，电容C3与电感L并联后，其一端接于可控硅D1与D2的连接点，另一端则接于可控硅D3与D4的连接点。
由于可控硅D1～D4均为半控器件，其开关损耗非常大，因此在实际应用时其自身的能耗就非常大。同时，由于其他的功率器件的存在，其总的能耗就非常大，使得每加热一吨料就需要消耗至少400度电以上的电能，从而极大的浪费了能源，不能很好的满足节能的要求。因此，要提高可控硅中频电源的加热效率，就只能从减少可控硅自身的能量消耗和降低其他功率器件的损耗两个方面着手。但是，目前所使用的这些电源的电路结构都非常的复杂，从而制作成本也相应的偏高，且效果不明显，不能从根本上解决感应器和功率器件的能耗问题。
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实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种节能型大功率IGBT串联谐振中频感应加热电源电路，该电路不仅结构简单，而且能有效的解决感应器自身能耗和功率器件的损耗的问题。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：节能型大功率IGBT串联谐振中频感应加热电源电路，主要由直流电源DC，电容C1、C2、C3，电感L，以及IGBT模块J1、J2、J3、J4；所述直流电源DC的一端分别与IGBT模块J1和J3的一端相连，IGBT模块J1的另一端经IGBT模块J2后与直流电源DC的另一端相连，IGBT模块J3的另一端则经IGBT模块J4后与直流电源DC的另一端相连；所述的电容C1和C2并联后接于直流电源DC的两端；电容C3与电感L串联后，其一端接于IGBT模块J1与J2的连接点，另一端则接于IGBT模块J3与J4的连接点。
所述的IGBT模块J1、J2、J3、J4均由IGBT及二极管组成，所述IGBT的发射极与二极管的正极相连接，IGBT的集电极则与二极管的负极相连接，IGBT模块J1的发射极与IGBT模块J2的集电极相连，IGBT模块J3的发射极与IGBT模块J4的集电极相连。
进一步的，所述的电容C1为电解电容；所述的二极管为快速二极管。 本实用新型与现有技术相比，不仅结构更为简单，制作成本更为低廉，而且每加热一吨料只需要消耗350度电左右，比可控硅中频电源加热每吨料能耗低50度以上。因此本实用新型不仅从根本上降低了损耗，提高了效率，而且性能更加稳定。
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附图说明
图1为现有的可控硅并联谐振式电流型逆变器的电路结构示意图； 图2为本实用新型的电路结构示意图。 具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。 实施例
如图2所示，本实用新型所述的直流电源DC是由若干的二极管形成的，即输入的三相电源经这些二极管以后，形成稳定的直流电源。为了使负载端的负载电压恒定，不受负载阻抗变化的影响，且波形要为矩形，因此在直流电源DC的两端并联有一个大容量的电解电容C1，而电容C2采用普通的电容即可。在连接时，电容C1和电容C2的正极均与直流电源DC的正极相连接，而电容C1和电容C2的负极则均与直流电源DC的负极相连接。 由于作用在感应器上的能耗由工式：P耗＝IR＝UI得知，在R(即感应器)不变的情况下，只有提高电压，降低电流才能降低作用于感应器上的能耗P
耗
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，从而降低能量损失。由于并联谐振为电流型，串联谐振为电压型，因此本
实用新型将现有的并联谐振式电流型逆变器改为串联谐振式电流型逆变器，以达到提高电压，降低电流的目的；同时，由于现有的可控硅为半控器件，其开关损耗大，而IGBT为全控器件，其开关损耗小，因此，本实用新型还将可控硅器件改为IGBT器件。由于考虑到负载功率因素不是1的时候，负载的无功电流需要流过开关器件，因此为了给无功电流提供通路，本实用新型的IGBT都必须反并联快速二极管，即将每个IGBT的发射极与快速二极
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管的正极相连，将IGBT的集电极与快速二极管的负极相连接，以形成四个结构完全相同的IGBT模块J1、J2、J3和J4，从而使得IGBT的驱动就可以不受负载功率因数的。
从图中还可以看出，直流电源DC的正极还分别与IGBT模块J1的集电极和IGBT模块J3的集电极相连。同时，IGBT模块J1的发射极还与IGBT模块J2的集电极相连，而IGBT模块J2的发射极则与直流电源DC的负极相连接。同理，IGBT模块J3中的发射极则与IGBT模块J4的集电极相连接，而IGBT模块J4的发射极也与直流电压DC的负极相连接。电容C3与电感L串联后，其一端接于IGBT模块J1与J2的连接点，另一端则接IGBT模块J3和J4的连接点，从而使这四个IGBT模块形成上、下桥臂。
在本实用新型中，为了避免开关器件因电容C1的短路电流而损坏，在开关器件换流过程中，上、下桥臂的IGBT模块必须遵守先关断后开通原则，即应留有死区时间(Ts)。由于负载电路是采用品质因数为Q的LC串联谐振电路，因而加在电感L和电容C3上的电压是逆变器输出基波电压的Q倍，从而提高了感应器L上的电压，负载电流则与逆变器的输出电流相同，从而使得串联谐振电路的自身成了电流源。因此，逆变器的输出电压与负载无关，其值等于由电容C1保持恒定的电压。
而图1中的电流型逆变器的直流电源中串联了大电感L1，因而负载电流是恒定的，不受负载阻抗变化的影响。由于可控硅的门极只能控制开通不能控制关断，因并联谐振电路属于恒流源可控硅关断时必须提供一定大小的反向电压才能关断，可控硅的关断损耗由公式Q＝UIΔt(U，I为该过程中的平均电压与平均电流，Δt为关断时间)可知关断损耗随U的增大而增加，并且
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Δt在uS级；由于IGBT为全控器件，关断时由于设备工作在谐振状态，I极小，则其损耗也非常小，大大降低了IGBT的关断损耗，并且Δt在nS级。从上得知IGBT比可控硅的开关损耗更低。 如上所述，便可较好的实现本实用新型。
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说 明 书 附 图
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图1
图2
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