小功率感应加热电源设计

论文总字数：12532字

摘 要

感应加热电源广泛应用于工业部门，它是一种新型加热方式。本文设计了一种参数为200KHz/10KW小功率感应加热电源，选用全桥逆变电路作为主电路，选用移相调功作为主要的调功方法。本文分析了感应加热原理，介绍了感应加热电源结构，并对其原理进行了说明。在硬件设计的主电路和控制电路中，选择移相全桥芯片UC3895作为电路的控制芯片，选用IR2110芯片作为驱动电路的驱动芯片。最后在仿真软件MATLAB中，对功率为10%、20%、50%和80%的感应加热电源进行仿真，仿真结果证明方案设计正确。

关键词：感应加热，串联逆变，移相调功，驱动电路

Abstract：Induction heating power supply is widely used in the industrial sector and is a new heating method. In this paper, a kind of low power induction heating power supply is designed. The whole bridge inverter circuit is chosen as the main circuit, and the shift phase adjustment power is selected as the main method of adjusting work. In this paper, the principle of induction heating is analyzed, the structure of induction heating power supply is introduced, and its principle is explained. In the main circuit and control circuit of the hardware design, the phase-shifting full-bridge chip UC3895 is selected as the control chip of the circuit, and the IR2110 chip is selected as the drive chip of the drive circuit. Finally, in the simulation software MATLAB, the induction heating power supply with power of 10 %, 20 %, 50 % and 80 % is simulated, and the simulation results prove that the design is correct.

Key words：induction heating, series Inverter, phase shift,drive circuit

目 录

1 绪 论 3

1.1 感应加热电源的选题意义 3

1.2 感应加热电源研究现状及发展 3

2 感应加热电源介绍 4

2.1 感应加热基本原理 4

2.2 感应加热电源结构 5

2.3 感应加热电源原理说明 6

3 硬件设计方案和调功方法选择 7

3.1 电路拓扑选择 7

3.2 调功方法选择 8

4 硬件设计 11

4.1 主电路设计 11

4.2 控制电路设计 15

4.3 驱动电路设计 17

5 仿真和实验 19

5.1 MATLAB仿真软件简介. 19

5.2 感应加热电源仿真波形 19

结 论 25

参考文献 26

致 谢 27

附 录 28

1 绪 论

1.1 感应加热电源的选题意义

感应加热技术在20世纪初才在工业部门得到应用。传统的加热方式是由热传导来实现的，是接触加热，但是感应加热是非接触加热。根据所学过的电磁感应原理，感应加热电源利用涡流对所需工件进行加热，如今广泛的应用在工业冶金、交通、机械、石化、家用电器等领域[1]。

随着社会的发展，我们抛弃了以前的加热方式。在现代的生活中，感应加热电源有一些自身可见的优点[2]：加热速度快、热效率高、加热均匀、环境污染小、可控性好、易于实现生产自动化、可对工件进行局部加热。

此设计要求设计一种小功率感应加热电源，设计要求包括指标设定、元器件参数设计和选型、主电路和控制电路设计等。

1.2 感应加热电源研究现状及发展

（1）国外感应加热电源发展现状

1904年电子管问世，1947年晶体管被制造出来，直到1957年晶闸管的诞生为感应加热电源技术带来了新的活力和前景。1978年IGBT的出现，由此迎来了全控器件的新时代，感应加热也改用这些新器件。其中MOS和IGBT使用较多，根据各器件自身的特性，IGBT应用于中、大功率场合，而P.MOS常应用于小功率场合[3]。本文是小功率感应加热电源的设计，所以会选用P.MOS器件。

表1 各国感应加热电源发展水平

国 家	P.MOS 参数	IGBT 参数
德国	480 kW/50～150 kHz	—
比利时	1000 kW/15～600 kHz	—
日本	—	1 200 kW/50 kHz

如表1知，国外的感应加热电源发展较好，水平较高，它们器件的功率都很大，电源开关频率较高，值得我们学习和研究。

（2）国内感应加热电源发展现状

与发达国家相比，国内的感应加热电源起步晚，发展较为落后。刚开始为电子管高频电源，随着社会发展，P.MOS和IGBT渐渐成为主流。如今的感应加热电源中，国内的IGBT水平不高，为1000KW/50KHz，P.MOS水平也相对落后，为400KW/400KHz[4]。

就目前来说，国家政策的扶持、科研人员的努力以及市场的拓宽，感应加热电源的发展前景广阔，大功率、高频率、低损耗、高功率因数、智能化的器件会更快的被制造与应用。

2 感应加热电源介绍

2.1 感应加热基本原理

电磁感应定律是工业中对工件进行感应加热的主要原理。

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