如今，隨著對節能設備的不斷追求，電磁爐已經在歐洲成為一種趨勢，在世界其他地方越來越受歡迎。這些廚房設備因其減少烹飪時間并提高用戶安全性而廣受歡迎，尤其是因為他們不使用火焰或火來烹飪，因此對兒童尤其如此。根據美國能源部的數據，電磁爐的典型效率為84％，而燃氣灶的典型效率為40％。本文討論了兩種典型的電磁爐設計電路，即半橋串聯諧振和準諧振拓撲。審查了這兩種高頻逆變器拓撲的優缺點，以及用于高頻工作的三個柵極驅動器電路，分立晶體管，光耦合器集成電路和變壓器。

電磁爐如何工作？

半橋系列-電磁爐的諧振拓撲

電磁爐的準諧振拓撲

什么是電磁爐？

我們首先比較傳統燃氣烹飪和感應烹飪之間的區別。在感應烹飪中，能量直接傳遞到鍋或鍋中。在常規烹飪中，必須首先產生火，然后將熱能傳遞到烹飪鍋。一步式能量轉移的感應烹飪比常規烹飪及其兩步能量轉移過程更有效。

圖1和2顯示了電磁爐的兩種電路拓撲，即半橋串聯諧振轉換器（圖1）和準諧振轉換器（圖2）。在兩種拓撲中，都存在諧振元件Lr和Cr。為了簡化電路，假設負載罐R為純電阻元件。在這兩種拓撲中，全橋式整流器將220 V 50 Hz的交流輸入電源轉換為不受控制的直流電壓。然后，在半橋電路的情況下，通過逆變器IGBT（絕緣柵雙極晶體管）開關S1和S2將該DC電壓轉換為高頻AC電壓，可以使用微控制器對其進行控制。由于高頻開關交流電，因此元件線圈將產生高頻電磁場，該電磁場會穿透鐵質材料烹飪鍋。

從法拉第定律和皮膚效應來看，這會在烹飪鍋內產生渦流，然后產生熱量來烹飪鍋內的食物。通過應用變壓器等效電路，設計人員能夠將負載罐（變壓器的次級）映射到諧振電感Lr和電容器Cr所在的電路的初級側。由此，我們可以得到半橋和準諧振電路的等效電路，如圖3和圖4所示。從這些等效電路中，電磁爐的操作，諧振電感器，電容器的尺寸和控制算法都可以實現。受孕。

為了減小組件尺寸，最小化開關損耗并降低工作期間（高于20 kHz諧振頻率）的可聽噪聲，電磁爐電路通常采用諧振或軟開關技術。

等效半橋串聯諧振電路

等效準諧振電路

這種軟開關技術可以分為兩種方法：零電壓開關和零電流開關。當晶體管在零電壓下導通時，便會發生零電壓切換。零電流開關是指消除零電流時的關斷開關損耗。通過使用由LC諧振電路產生的諧振，可以使施加到開關電路的電壓或電流為零。該拓撲稱為“諧振轉換器”。

與傳統的硬開關技術相比，這允許應用利用諧振頻率并獲得上述好處。

半橋串聯諧振的優點是穩定，并且由于簡化的設計而降低了成本。電路中的電壓被限制在輸入電壓的水平，這會降低IGBT電源開關兩端的電壓應力。這樣，設計人員可以通過選擇較低額定值的IGBT來降低成本。這種方法的缺點是半橋電路的控制相對復雜，并且由于上IGBT（圖1中的S1）所需的高側柵極驅動器電路，散熱器和PCB面積的所需尺寸也更大。 。

準諧振轉換器的優勢在于，它僅需要1個IGBT電源開關，從而減小了PCB和散熱器的設計尺寸。缺點是準諧振開關會產生一個諧振電壓，該電壓可能會高于直流輸入電壓，從而增加了IGBT電源開關上的應力。這需要具有更高阻斷電壓能力的成本更高的組件。

編輯：hfy