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场效应晶体管IGBT在电磁炉中的应用

场效应晶体管IGBT在电磁炉中的应用

点击数:7659 次   录入时间:03-04 11:38:45   整理:http://www.55dianzi.com   元器件特点及应用

  IGBT管制作时,在其内部c、e极之间并接一只二极管,就构成带阻尼的场效应晶体管。它主要用在与感性器件相连的开关、脉冲电路中,且多为NPN型。其内部结构、电路符号如下左图所示,常用的型号有:GT40T301;IRG4ZH70VD、FGA25N102等,外形图如下右图所示。

  2.IGBT的特性

  IGBT管工作时,用栅极电压控制内部场效应管导电沟道的形成。进而控制集电极、发射极电流的大小。其工作电流一般都在20A以上,功率在1kW以上。目前,IGBT的控制电压高于3V即可,最高工作频率已超过150kH,最高反压Vcbs大于1700v,Ioa已超过800A,PCM已达3000W,Ton小于50ns。IGBT管广泛用于大功率电压谐振变换电路中,如电磁炉、汽车电子点火器、变频器等产品。



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  下图为IGBT管在电磁炉中的典型应用简图。电路包括四部分:主电源整流滤波电路、电磁调振回路L2、C3滤波得到的约300V电压,经过L2、C3组成的谐振回路加到T1的集电极C,回路得到能量产生LC电磁振荡,L2中的高频电流产生交变的磁场,饭锅处在线圈的上部,金属锅底处在磁场中将产生涡流。发出热量对食物加热。

  T1在栅极控制脉冲的作用下处于开关工作状态。当栅极为高电平时,T1导通电流经L2、C3组成的谐振回路流过,并给回路提供和补充能量,使振荡加强;当栅极为低电平时T1截止。L2、C3回路内进行衰减的电磁振荡,自身能量逐渐变小;到下次T1导通,并联谐振回路再次接受能量使振荡加强。这两个过程循环往复,从而实现了电磁炉的持续加热。T1导通时,L2、C3谐振回路从电源吸收能量。而吸收能量的多少取决于T1每次导通时间,要调节加热功率,只需调节T1栅极开关脉冲的宽度即可。

  以晶体管Q1、Q2为中心组成的互补型开关脉冲功率驱动电路,将脉冲放大后经R3加到T1的栅极,由于在T1的栅极与发射极间存在着容量达几千PF的寄生电路,尽管栅极无需供电电流,但在驱动脉冲电压的上升及下降沿到来时,需通过栅极提供数安的充放电电流,才能满足开通和关断T1的动态要求,这就要求它的驱动电路必须输出一定的峰值电流。具体工作过程为:当控制信号为高电平时,Q1导通,18V的电源通过R2、R3对控制栅极的寄生电容充电,当控制极电压大于开启电压时T1导通;当控制信号为低电平时(对地为负),Q2导通。寄生电容通过R3、Q2放电,当控制极电压低于开启电压时T1截止。由于G、e极之间的寄生电容较小,开关脉冲功率驱动电路的驱动电流较大,故T1的开关速度较高,与输入脉冲相比T1导通和截止的在时间延迟上很小。

  该电路要求T1承受较高的反峰电压。T1导通时c—e之间压降很小。只有零点几伏,T1截止后。由于加热线圈上电流发生剧变,故其上会产生较大的自感电动势,该电动势与电源电压串联相加后,施加到T1的C极,远大于电源电压,平时要求T1的耐压要超过1200V。T1内的阻尼二极管在L2、C3谐振期间起续流作用,即在LC振荡持续到1/2~3/4周期期间,L3上的自感电动势对C3反方向充电至电源电压后,阻尼管得到正向偏压而导通,释放L3、C3振荡电路的部分能量以达到对振荡限幅衰减的目的。




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