30~100kW/380Vac高频感应加热电源驱动方案


  • 【行业背景】


感应加热电源对金属材料加热效率最高、速度最快,且低耗环保。它已经广泛应用于各行各业对金属材料的热加工、热处理、热装配及焊接、熔炼等工艺中。感应加热电源由两部分组成,一部分是提供能量的交流电源,也称变频电源;另一部分是完成电磁感应能量转换的感应线圈,称感应器。

传统的感应加热设备应用的电力电子器件是电子管和快速晶闸管。电子管电压高,稳定性差,辐射强,效率低,已经到了淘汰的边缘,但它频率高,功率大,所以在市场上仍有一席之地。快速晶闸管是目前应用的主力军,它耐压高,电流大,抗过流、过压能力较强。但它只能工作在10000Hz以下,这使其使用范围受到了限制。

高频加热炉采用IGBT为主器件,IGBT是一种复合功率器件,它集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体,具有电压型控制,输入阻抗大、驱动功率小,控制电路简单,开关损耗小,通断速度快,工作频率较高,元件容量大。它不仅达到了晶闸管不能达到的频率(60kHz以上),而且正在逐步取代快速晶闸管。国外1kHz80kHz的感应加热已广泛应用IGBT,这是感应加热电源的发展方向。



  • 【系统方案】

   

相比较传统的晶闸管控制,采用IGBT控制,具有控制电路简单,开关损耗小,通断速度快,工作频率较高,设备容量大等优势。




【系统拓扑】



如上图,高频感应加热电源,主要分为整流部分,滤波部分,变频部分,其中整流部分较多采用二极管不控整流或者晶闸管相控整流,滤波部分采用电感或者电容,逆变部分多采用H桥拓扑

针对30~100kW/380Vac的感应加热电源的逆变部分,IGBT选型以及驱动方案挑战如下:



  模块选型:

英飞凌:34mm或者62mm封装模块,

FF200R12KT4,FF300R12KT4FF450R12KT4FF600R12KE4,FF200R12KS4,FF300R12KS4


富士:VH系列或者HJ系列

2MBI200VH-120-50,2MBI300VH-120-502MBI450VH-120-50

2MBI150HJ-120-50,2MBI200HJ-120-502MBI300HJ-120-50



  驱动挑战:在驱动技术层面存在三大技术难点:

1驱动功率大 感应加热电源工作在高频状态,所以需要较高的开关频率(最大可达40kHz),单路驱动功率最大可达3W

2,抗干扰能力强 高频工作状态会导致较大的EMC干扰,需要抗干扰性更强的驱动隔离以及保护方式,减小误动作或者误保护

3,保护功能齐全 能监测IGBT短路状态及驱动减压状态,并及时保护




【驱动方案】

   



       针对上述应用场合以及行业痛点,Firstack采用强大的数字驱动核C-Core,针对34mm或者62mm模块开发了相应的驱动方案,技术优势:



  • 驱动功率大 单路4W/20A,最大支持40kHz开关频率应用
  • 抗干扰能力强采用光耦传输PWM信号,EMC特性稳定;基于数字短路保护,有效防止“误保护”
  • 保护功能齐全具有短路保护(软关断);欠压保护;GE门极短路保护



  

文档下载
产品说明书
C-Core说明书
应用手册
基于C-Core的34mm62mm封装H桥拓扑驱动方案
测试报告
基于C-Core的FF450R12KT4驱动测试报告
设计资料
A-C-core-118G-01