簡易12v高頻加熱電路圖（一）

在本次所分享的高頻感應(yīng)加熱電源驅(qū)動電路設(shè)計方案中，我們使用芯片IR2llO用于該種驅(qū)動半橋串聯(lián)諧振逆變器的電路設(shè)計，如下圖圖1所示。從圖1中我們可以看到，在該電路系統(tǒng)中，VD是自舉二極管，采用恢復(fù)時間幾十納秒、耐壓在500V以上的超快恢復(fù)二極管10Ia16。CH是自舉電容，采用0.1μF的陶瓷圓片電容。CL是旁路電容，采用一個0.1μF的陶瓷圓片電容和1μF的鉭電容并聯(lián)DD、VCC分別是輸入級邏輯電源和低端輸出級電源，它們使用同一個+12V電源，而VB是高端輸出級電源，它與VCC使用同一電源并通過自舉技術(shù)來產(chǎn)生。在這里由于考慮到了在功率MOSFET漏極產(chǎn)生的浪涌電壓會通過漏柵極之間的米勒電容耦合到柵極上擊穿柵極氧化層，所以在T1、T2的柵源之問接上12V穩(wěn)壓管D1、D2以限制柵源電壓，以此來保護(hù)功率M0SFET。

簡易12v高頻加熱電路圖（二）

負(fù)偏壓與功率擴(kuò)展電路

在了解了這種高頻感應(yīng)加熱電源的半橋串聯(lián)諧振逆變器設(shè)計圖之后，接下來我們來看一下如何完成負(fù)偏壓與功率擴(kuò)展電路的設(shè)計工作。下圖中，圖2給出了具體的負(fù)偏壓與功率擴(kuò)展電路。虛線右邊為功率擴(kuò)展電路，采用兩對P溝道和N溝道MOSFETQ1、Q3和Q2、Q4，組成推挽式輸出結(jié)構(gòu)。這是一個高輸入阻抗的功率緩沖器，可以產(chǎn)生8A峰值輸出電流，并且靜態(tài)電流是可以忽略的。

在這一負(fù)偏壓與功率擴(kuò)展電路設(shè)計的運(yùn)行過程中，當(dāng)輸入信號為高電平時，Q2的柵極也為高電平，從而Q2導(dǎo)通，這就使得Q3的柵極變?yōu)榈碗娖?，這樣Q3就導(dǎo)通，則輸出也為高電平;當(dāng)輸入信號為低電平時，Q1導(dǎo)通，這就使得Q4的柵極變?yōu)楦唠娖剑@樣Q4就導(dǎo)通，則輸出也為低電平。其中，Q1、Q2對Q3、Q4來說是一個低電流的驅(qū)動器，Q3、Q4是輸出晶體管，它們的大小可以依據(jù)輸出峰值電流的需要來進(jìn)行選擇。當(dāng)輸入信號改變狀態(tài)時，R1限制在幾納秒時問內(nèi)兩晶體管同時導(dǎo)通時通過Q1、Q2的電流。當(dāng)輸入轉(zhuǎn)變到一個新的狀態(tài)時，驅(qū)動器晶體管迅速釋放掉柵極的電荷，強(qiáng)制輸出晶體管關(guān)斷。與此同時，另一輸出晶體管的柵極迅速被R1充電，由R1和輸出晶體管的輸入電容所構(gòu)成的RC時間常數(shù)將會使導(dǎo)通延遲。

在上圖圖2中，我們可以看到，該系統(tǒng)的虛線左邊設(shè)計是負(fù)偏壓電路。在這一負(fù)偏壓電路系統(tǒng)中，D1、C1和R2對Q2來說是一個電平轉(zhuǎn)換器，C1、C3、D2和D3把輸入信號轉(zhuǎn)換成負(fù)的直流電壓，從而形成負(fù)壓偏置。下圖圖3給出了此電路具體的實驗結(jié)果。其中，通道1是IR2110輸出的驅(qū)動信號波形，通道2是該驅(qū)動信號經(jīng)過負(fù)偏壓與功率擴(kuò)展電路后的輸出波形。

簡易12v高頻加熱電路圖（三）

驅(qū)動信號占空比調(diào)節(jié)電路

在本文所設(shè)計的高頻感應(yīng)加熱電源驅(qū)動電路系統(tǒng)中，這種基于IR2110芯片所設(shè)計的半橋串聯(lián)諧振逆變器，主要采用M0SFET作為主開關(guān)器件，功率器件MOSFET在電路中的設(shè)計見圖1中的T1、T2。在這種半橋串聯(lián)諧振逆變器的控制電路中，我們主要采用鎖相環(huán)電路來實現(xiàn)頻率跟蹤，但是，在這種電路系統(tǒng)中，鎖相環(huán)MM74HC4046輸出信號的占空比為50%，若將其直接加到IR2110輸入端的話，那么輸出驅(qū)動信號的占空比也是50%，將其加到主開關(guān)器件T2、T2的門極之后，驅(qū)動信號將會受到線路雜散電感、寄生電容以及該MOSFET輸入阻抗、內(nèi)部寄生電容等的影響，使得占空比超過50%，從而無法設(shè)置正確的死區(qū)，不能滿足半橋串聯(lián)諧振逆變器的正常驅(qū)動要求。

想要解決該電路系統(tǒng)中的占空比問題，我們可以使用一個相對而言比較簡單的方法，那就是在驅(qū)動電路的前級加占空比調(diào)節(jié)（死區(qū)形成）電路。將加到IR2110輸入端的驅(qū)動控制信號的的占空比變得小于50%，使得加到T1、T2門極驅(qū)動信號的占空比可靈活調(diào)節(jié)至略低于50%，從而可以產(chǎn)生滿足實際應(yīng)用需要的死區(qū)。具體的電路如下圖圖4所示。

通過圖4所展示的占空比調(diào)節(jié)電路圖中我們可以看到，在添加了調(diào)節(jié)電路后，這種高頻感應(yīng)加熱電源的電路系統(tǒng)中，頻率跟蹤電路輸出的占空比為50%的方波信號經(jīng)兩級74HC14整形后，分別送人上升沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器74HC109和由RC組成的死區(qū)調(diào)節(jié)電路，兩者的輸出分別相與，就可以得到如圖4所示的兩組驅(qū)動控制信號，將它們分別送入IR2110的高、低輸入端，就可以得到滿足實際使用要求的驅(qū)動信號翻。

下圖中，圖5所顯示的是經(jīng)過這種占空比電路調(diào)節(jié)后的IR2110高、低端驅(qū)動信號。在具體的應(yīng)用過程中，工程師可以根據(jù)實際占空比的需要，通過調(diào)節(jié)電位器而得到不同的死區(qū)信號，因而也就可以得到不同占空比的驅(qū)動信號，也就是可以得到不同死區(qū)的驅(qū)動信號。經(jīng)過測試，此電路可以工作在50kHz~5MHz頻率范圍內(nèi)，占空比可以在25%一50%之間調(diào)節(jié)，它可以滿足絕大多數(shù)應(yīng)用場合。

簡易12v高頻加熱電路圖（四）

下面介紹兩種實用型的高頻加熱變頻電源。圖1給出了輸出頻率為200kHz、輸出功率為1W的封口機(jī)用高頻加熱變頻電源的主電路原理圖。

220v的交流電經(jīng)二極管和電容濾波后，得到直流電壓，作為全橋逆變電路的直流側(cè)輸入電壓。1GBT全橋逆變電路將直流變換成200kHz的交流電。將第四代IGBT用于軟開關(guān)諧振式逆變電路中，其開關(guān)頻率可達(dá)400kHz以上。變壓器的作用是變壓和使負(fù)載與加熱線圈匹配。加熱線圈采用多股漆包線繞制成圓形空心線圈。

圖2為驅(qū)動及保護(hù)電路的原理圖。圖1中高頻電流互感器TA對諧振電流進(jìn)行采樣，該采樣電流信號經(jīng)圖2中的快恢復(fù)二極管V5~V8的全橋整流、電容C4的濾波、電阻Rl3和R15的分壓，在過二極管V9加到SG3525A的引腳10（強(qiáng)制關(guān)斷端）上，起到電流保護(hù)作用。電容器C4濾波后的電流信號，再經(jīng)過電容C5的濾波、RP和R16的分壓送至SG3525A的引腳l（誤差放大器反相信號輸入端），調(diào)節(jié)電位器RP，可調(diào)節(jié)輸出功率和控制加熱速度。SG3525A是PWM控制集成電路，輸出電流大于200mA，輸出脈沖電流可達(dá)土500mA，可以直接驅(qū)動IGBT。輸出PWM脈沖信號頻率最高可達(dá)500kHz。具有軟啟動功能。

圖1 ?封口機(jī)用高頻加熱變頻電源的主電路原理圖

圖2 ?驅(qū)動及保護(hù)電路的原理圖

整機(jī)采用自然冷卻，為了降低空載時的功耗，在系統(tǒng)中增加一個檢測被加熱件是否通過加熱線圈的檢測電路。當(dāng)沒有被加熱件通過加熱線圈時，繼電器K的常閉觸點閉合，SG3525A引腳16（基準(zhǔn)電壓端）輸出的5V電壓加到引腳10，PWM鎖存器關(guān)斷，主電路輸出關(guān)斷。當(dāng)被加熱件從加熱線圈內(nèi)通過時，檢測電路輸出信號將繼電器K的常閉觸點打開，SG3525A引腳16的5V電壓不再加到引腳10，PWM鎖存器去鎖，系統(tǒng)處于加熱狀態(tài)。

圖3給出了另外一種高頻加熱變頻電源的實例。這是一種金屬針布高頻感應(yīng)加熱變頻電源的原理圖。圖中的主電路是二極管整流串聯(lián)諧振式1GBT逆變電路。該電路的主要特點是工作在軟開關(guān)狀態(tài)，其工作原理在本站的相關(guān)文章中有介紹。

圖3 ?金屬針布高頻感應(yīng)加熱變頻電源的原理圖

簡易12v高頻加熱電路圖（五）

一臺從日本帶回來的100V電飯鍋誤插220V電壓燒壞了，開蓋見線路板上一個15A保險絲發(fā)黑燒斷，一個ZNY101壓敏電阻爆裂，一個C107電解電容爆頂，線路板二段銅箔燒斷，把上述零件換新，銅箔連好，再測C107二端仍短路，按實物畫出部分線路如下圖。

從圖中可以看出這是一個類似于電磁爐原理用高頻加熱鍋具的電飯鍋，市電經(jīng)橋式整流器后由L101、C102濾波給加熱線圈L102和C103組成的諧振回路以及開關(guān)管供電。RA1919是一塊厚膜電路，市電由D101整流經(jīng)R115、R116、C107濾波給厚膜電路內(nèi)部開關(guān)電源供電，C108是開關(guān)電源低壓輸出濾波電容，C104、R106、R107是開關(guān)管D極電壓取樣電路，R102和R103是市電整流后的直流電壓取樣電阻，電壓如果過低ZD101截止，Q1也截止，CPU得到電壓過低信號停止工作。IC104和IC105是兩個光耦雙向可控硅（不能用普通光藕代替），控制兩個輔助加熱器，一個是上蓋加熱器，一個是保溫加熱器。D102、R101和光耦DC101組成交流電壓過零檢測電路，檢測信號通過CN106排線送CPU、D是功率管和橋堆的散熱風(fēng)扇，由CPU控制其工作狀態(tài)。TH101是功率管溫度傳感器。CN101是鍋具超溫保險熔斷器，鍋具超溫時熔斷，電路板失去電源停止工作，要換新才能繼續(xù)工作。

C107兩端短路說明厚膜電路內(nèi)部開關(guān)電源燒壞短路。這次沒有機(jī)會解剖一下厚膜電路，實際按工作原理分析可能燒壞的只是開關(guān)電源芯片，應(yīng)該能夠修復(fù)。

日本的市電電壓是100V，在同樣功率時電流要2.2倍于220V供電，所以保險絲要用15A。這是因為當(dāng)過壓時通過壓敏電阻ZNY101的電流極大，這個電飯鍋壓敏電阻的規(guī)格偏小，瞬間峰值電流超過了壓敏電阻的承受能力，實物中壓敏電阻被燒爆裂了，后面的元件也被高電壓燒壞了。