中频电源高频化功率Z大化容量Z大化

    随着中频电源的应用不断扩展到各个领域，对中频炉的电源的要求越来越高，不仅是功率容量越来越大，加热交变电流的频率也越来越趋向高频化。加热频率主要与加热工艺要求和性质有关，频率越高，功率密度越集中，表面加热深度越浅。比如对于细微工件的表面淬火工艺，加热的工作频率要求达到数兆赫兹以上，用于介质加热及金属高频溅射时，加热的工作频率要求可达数十兆赫兹。

提高中频电炉电源的频率主要通过以下途径。

(1)选用工作频率高的电力半导体器件。目前中频电炉单元工作频率高于lOOkHz可应用的电力半导体器件主要有MOSFET、SIT及IGBT:①MOS-FET的Z高频率可达300MHz;②SIT的工作频率在300kHz．极限频率可达sookHz；③IGBT的工作频率可达150kHz，软开关工作模式时，IGBT的Z高工作频率可达300kHzo

场效应晶体管( MOSFET)的电压和电流容量比较低，大功率中频电炉

电源用MOSFET需要大量的器件串、并联使用，会使控制电路复杂，可靠性降低。静电感应晶体管(SIT)开通速度比MOSFET慢，通态压降即通态损耗大，单管容量小，在大功率应用也存在串、并联带来的问题。它是日本西泽润一教授等人研制成功的高频电子功率器件，因此在日本SIT应用于电力电子变换器比较多，涉及高频中频电炉、电气传动及超声波、家用电器等许多领域。

(2)采用软开关技术提高工作频率。中频电源高频化受开关器件损耗

的制约，开关频率越高，损耗越大，不仅使电源效率低，而且温升高，需要庞大的散热系统，以保证器件在规定的允许温升下可靠工作，所以功率开关器件工作频率的提高，只是为中频电炉电源的高频化提供基础。要实现加热电源的高频化还必须改进加热电源的控制技术，以使开关损耗近似为零，即开关损耗

与开关频率无关，软开关变换技术可以实现这一目的。软开关控制技术是在硬开关PWM基础上，附加一个谐振网络。谐振网络通常由电感器、电容器和功率开关器件组成，谐振网络谐振工作使功率开关器件在零电压或零电流状态下开关，即ZVS、ZCS状态。功率器件开通或关断时刻不会出现电压、电流重叠现象，大大降低开关损耗，同时降低了开关过程中产生di/dtdu／dt磁干扰噪声。

因此，软开关变换技术可适当提高电力半导体功率器件的应用频率，是实现中频电源装置高频化、高效率Z有发展和应用前景的一种技术。

 3)采用倍频式逆变桥电路拓扑提高频率。倍频式中频电炉电源对提高电源加热频率和功率，具有重要的现实意义，见参考文献[6]。倍频式逆变器的电路结构，是在标准常规逆变桥式电路中的每个功率器件上再并联一只功率器件，即相当于两个全桥电路中的超前臂相互并联中点相连，滞后臂相互并联中点相连，共同一负载，这样就构成了由8个功率开关器件组成的倍频式逆变桥电路。在一个周期内分4个阶段运行工作，前两个阶段是常规的全桥互补工作，之后接下来是并联上去的全桥互补工作，在公共负载上获得的交流电压及电流的频率加倍，也就是说负载上的交流频率是每个全桥逆变器开关频率的2倍。 这种倍频式电路拓扑结构，可以充分发挥IGBT功率器件的优越性，虽然IGBT性能参数规范中规定的使用工作频率指标没有改变，但是使用该种倍频逆变器电路拓扑技术，使IGBT的应用频率间接扩展了2倍。

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