專利名稱：全固態(tài)感應(yīng)加熱設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型與高頻感應(yīng)加熱設(shè)備有關(guān)。
技術(shù)背景已有的高頻感應(yīng)加熱設(shè)備，是由以電子管為主體的振蕩電路構(gòu)成，電子管的工作效率低，(通?！?0％)，工作電壓高(上萬伏)，可靠性較低，設(shè)備的維護(hù)成本高。
實(shí)用新型的內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種工作效率高，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)成本低的全固態(tài)高頻感應(yīng)加熱設(shè)備。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型全固態(tài)感應(yīng)加熱設(shè)備，三相全橋整流電路(1)的輸出與功率逆變電路(2)的輸入連接，功率逆變電路(2)的輸出經(jīng)諧振回路(3)與負(fù)載(4)連接，諧振回路(3)通過同步取樣電路(5)與中心控制模塊(6)連接，功率逆變電路(2)與電流取樣電路(7)連接，電源(8)、電流取樣電路(7)與中心控制模塊(6)連接，中心控制模塊與驅(qū)動(dòng)模塊(9)連接，驅(qū)動(dòng)模塊(9)與功率逆變電路(2)和電源(8)連接。
功率逆變電路(2)是由若干大功率晶體管(M1-M8)組成的雙全橋串聯(lián)諧振逆變電路，并接于電容(C4，C5)兩端，驅(qū)動(dòng)模塊(9)的若干組輸出(A-D，a-d)分別接大功率晶體管(M5-M8)的柵極，其中A與D，a與d的相位相同，AD與ad之間相差180°，C與B、c與d相位相同，CB、cb之間相差180°，諧振回路(3)由振蕩電容(C6)和變頻變壓器(T1)組成，變壓器(T1)的初級(jí)與電容(C1)、電流取樣互感器(U1)和晶體管(M1-M8)的集電極連接，變壓器(T1)的次級(jí)與感應(yīng)器(C)和中心控制模塊(6)連接，同步取樣電路的電流取樣互感器(U1)與中心控制模塊(6)連接。
晶體管(M3、M7)的發(fā)射極與電流互感器(U3)連接，晶體管(M2，M6)的集電極與電流互感器(U3)連接，電流互感器(U2，U3)與中控制模塊(6)連接。
中心控制模塊(6)有集成電路(IC6)，其6腳與電容(E2)和晶體管(N10)的集電極連接構(gòu)成掃頻電路(12)，晶體管(N6，N7，N8，N9)與變壓器(T1)的次極繞組(O、P、Q)連接構(gòu)成同步電路(10)，晶體管(N6，N9)的基極分別與O、Q連接，N6的集電極與N7的基極連接，N9的集電極與N8的基極連接，N6，N7，N8，N9的發(fā)射極與P連接，N7，N8的集電極與集成電路(IC6)的3腳連接，集成塊(IC6)與IC1，IC2，IC3，IC4和IC5組成的分相電路(13)連接，集成塊(IC6)的4腳與集成塊(IC1)和與非門(IC5、IC2)的輸入連接，IC2的輸出與或非門(IC3)的輸入連接，IC5的輸出與IC2的輸入連接，IC5的輸出與或非門(IC4)的一輸入連接，IC4的一輸出與IC3的輸入連接，IC4的另一輸出與IC2和IC5的輸入連接，IC4的另一輸入與光電耦合器(O1)及晶體管(N10，N11，N1)構(gòu)成的啟動(dòng)電路(14)連接，啟動(dòng)電路(14)與集成電路(IC6)的6腳連接，IC4的4，5腳與過流保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路，欠壓保護(hù)電路、缺水保護(hù)電路、超溫保護(hù)電路連接。
電流取樣互感器(U1)與功率控制電路(15)連接，電路(15)的輸出通過電阻(R25)與掃頻電路(12)連接。
分相電路(13)的輸出與脈沖輸出電路(16)連接，脈沖輸出電路(16)由晶體管(N2-N5)和變壓器(T6-T9)構(gòu)成，晶體管(N2-N5)的基極與或非門(IC3，IC4)的輸出連接，其集電極與變壓器(T6-T9)的初級(jí)繞組連接，T6-T9)的次極繞組輸出與驅(qū)動(dòng)模塊(9)連接。
電源(8)有變壓器(T2)和電容(C11-C14)構(gòu)成的變頻濾波器，其輸出與電源變壓器(T3，T4)連接，變壓器(T3)與驅(qū)動(dòng)模塊(9)連接，變壓器(T4)與中心控制模塊(6)連接。
驅(qū)動(dòng)模塊(9)由相同的若干塊構(gòu)成，每塊驅(qū)動(dòng)模塊(9)有二極管(D32-D35)和電容(C31，C20，C22，C21)組成的全波整流電路，其輸入與變壓器(T3)的輸出連接，其輸出與三端穩(wěn)壓管(7815，7909)連接。
驅(qū)動(dòng)模塊(9)為相同的若干個(gè)，有集成塊(IC7)，其1，2腳與中心控制模塊(6)的脈沖輸出電路(16)的輸出連接。IC7為集成塊CD4011，內(nèi)部包含4個(gè)相同的二輸入端與非門(A、B、C、D)，與非門(A、B)構(gòu)成脈沖整形電路(17)，C，D構(gòu)成脈沖封鎖電路(18)，IC7的12，13腳與晶體管M1的集電極連接，IC7的11腳與脈沖驅(qū)動(dòng)電路(19)連接，脈沖驅(qū)動(dòng)電路(19)是由晶體管(N13-N16)構(gòu)成的互補(bǔ)式脈沖電流放大電路，其輸出與逆變開關(guān)晶體管(M1-M8)的柵極連接。
本實(shí)用新型利用IGBT晶體管作逆變功率器件，在不提高IGBJ晶體管工作頻率的情況下，負(fù)載上可得到2倍頻率的加熱電流，由于IGBT晶體管工作的占空比≤1/4T，因而器件的可靠性得以大大提高。本實(shí)用新型使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)成本低。


圖1為本實(shí)用新型的框圖。
圖2為驅(qū)動(dòng)模塊的框圖。
圖3為中心控制模塊的框圖。
圖4為本實(shí)用新型的電路原理圖。
圖5為中心控制模塊電路原理圖。
圖6為驅(qū)動(dòng)模塊電路原理圖。
圖7為脈沖輸出電路輸出的波形圖。
具體實(shí)施方式
參見圖4，三相工頻交流電經(jīng)L1、L2、L3、C1、C2、C3組成的濾波器后，經(jīng)三相全橋整流模塊D1、D2、D3、D4、D5、D6及濾波電容C4、C5將380V/50Hz的工頻交流電轉(zhuǎn)換成500V的直流供高頻逆變電路使用。電源進(jìn)線濾波器的作用一是為防止電網(wǎng)上的干擾信號(hào)干擾本機(jī)；二是防止本機(jī)所產(chǎn)生的高頻干擾電網(wǎng)。R1為C4的放電電阻，R6為C4的充電電阻，K1為繼電器，K1由電源取樣模塊“DYQY”驅(qū)動(dòng)，當(dāng)“DYQY”檢測(cè)到C上充電電壓＞350V時(shí)，則驅(qū)動(dòng)K1閉合?！癉YQY”的作用是防止合閘時(shí)浪涌電流對(duì)整流模塊的沖擊，M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8及C6、T1構(gòu)成全橋式逆變電路，它的工作順序是這樣的假設(shè)工作頻率為f，則工作周期T與f的關(guān)系是f＝1/T，在0～1/4T，期間，M1與M8導(dǎo)通，電流從E點(diǎn)流向F點(diǎn)，對(duì)C6充電，電流同時(shí)流經(jīng)變壓器T1，T1次級(jí)與感應(yīng)器L相連，則感應(yīng)器上同時(shí)通過高頻電流，在負(fù)載上將會(huì)感應(yīng)出與之相反的高頻電流，高頻電流在負(fù)載表面流動(dòng)，(由于趨膚效應(yīng)，高頻電流只能在工件表面流動(dòng))導(dǎo)致負(fù)載被加熱。在1/4T～2/4T期間，M6、M3導(dǎo)通，電流從F流向E，C6放電，到2/4T結(jié)束，C6已完成一次充放電，工作了一個(gè)完整的周期。2/4T～3/4T期間，M5、M4導(dǎo)通，電流E流向下，C6充電，重復(fù)0～1/4T的過程，3/4T～4/4T期間電流從F流向E，C6放電；重復(fù)1/4T～2/4T的過程。可見，逆變開關(guān)晶體管M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8工作一個(gè)周期，由C6、T1組成的振蕩回路已完整地工作了兩個(gè)周期。也就是說逆變開關(guān)晶體管的頻率為f，則振蕩回路的工作頻率為2f。本實(shí)用新型特別實(shí)用于開關(guān)損耗較大的IGBT功率晶體管，在IGBT的開關(guān)損耗相同的情況下，負(fù)載上可獲得2倍于IGBT工作頻率的高頻電流。R2、D7、C7及R3、D8、C8；R4、D9、C9；R5、C10、D10的作用是作為逆變回路的電壓尖峰吸收電路，U1是振蕩回路電流取樣負(fù)感器，U2、U3、是作為短路保護(hù)取樣的電流負(fù)感器。
T2與C11、C12、C13、C14構(gòu)成高頻濾波器，濾除電網(wǎng)上的高頻干擾；T3與T4為電源變壓器，T3給驅(qū)動(dòng)模塊“DRV”供電，T4給中心控制模塊“CCC”供電；“XS”與“CCC”相連，它是整機(jī)工作狀態(tài)顯示，它包括工作狀態(tài)指示和故障狀態(tài)指示。
“DRV”的電路原理圖見圖6，它由8塊相同的驅(qū)動(dòng)模塊組成，D32、D33、D34、D35及C31、C20、C22、C21組成全波整流電路，它將來自T3的±18V交流轉(zhuǎn)換成直流電壓；781 5與7909為三端穩(wěn)壓管，它輸出+15V和-9V的直流電源；C23、C24、C25、C26為直流濾波電容，來自“CCC”的脈沖信號(hào)經(jīng)R47、R46送至IC7(CD4011)的1、2腳，IC7內(nèi)部包含4個(gè)相同的二輸入端與非門(A、B、C、D)，A、B為輸入脈沖整形，C、D構(gòu)、成驅(qū)動(dòng)保護(hù)，D36、R51、R50、R49、D37構(gòu)成保護(hù)檢測(cè)電路，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)送至M1、IGBT時(shí)，M1飽和導(dǎo)通，M1的集電極與發(fā)射極間的飽和壓降應(yīng)為2.5～3V，若此時(shí)有短路或過流發(fā)生，其飽和壓降必＞3V，通過D37使IC7的12腳變?yōu)楦唠娖剑?jīng)過整形的脈沖信號(hào)通過R48、C30延時(shí)后，加至IC7的13腳，此時(shí)IC7的11腳輸出低電平，通過IC7和D門將脈沖信號(hào)關(guān)閉，此保護(hù)方式具有電路簡(jiǎn)單，保護(hù)迅速的特點(diǎn)。N13、N14、N15、N16構(gòu)成互補(bǔ)式脈沖電流放大電路，R45、R42、R43、R44是其偏置電路，經(jīng)過脈沖整形電路后的脈沖信號(hào)，由脈沖放大電路放大后，是有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，驅(qū)動(dòng)逆變晶體管IGBT工作。
“CCC”的電路原理圖見圖5，它主要由起動(dòng)掃頻，自激同步，脈沖分相，脈沖輸出，及各種保護(hù)電路組成。
IC6是脈寬調(diào)制集成電路3525，但若改變⑥腳的偏置電流，可改變其輸出頻率，這里是把3525作調(diào)頻電路使用，改變E2上的直流電壓，可改變⑥腳的偏置電流，從而改變其振蕩頻率。接通電源后，R23、R21為N10提供偏置電流，N10通導(dǎo)，E2不起作用，IC6的振蕩頻率由C16、R10、R11、R20決定f=1C16·[0.7R20·R11R20+R11+3R10]]]>此時(shí)振蕩頻率f處于最高點(diǎn)fH，閉合K2加熱開關(guān)后，光耦O1導(dǎo)通，N10、截止，E2通過R20充電，隨著其電壓的變化，⑥腳的偏置電流逐漸減小，IC6的振蕩頻率由fH，逐漸下降至fL，(E2電壓V fE2＝5V時(shí))，由C6，與T1，構(gòu)成的LC振蕩其諧振頻率為f0，f0應(yīng)滿足fH＞f0＞fL，則當(dāng)IC6振蕩頻率從fH下降至接近f0時(shí)，C6與T1構(gòu)成的LC振蕩回路接近于諧振狀態(tài)，T1繞組O、P、Q上有較高的電壓輸出，使晶體管N6、N7、N8、N9導(dǎo)通，輸出窄脈沖至IC6③腳，IC6③腳是強(qiáng)制同步端，當(dāng)③腳上同步脈沖到來時(shí)，IC6的振蕩頻率即與同步脈沖頻率相等。從而完成了啟動(dòng)從它激轉(zhuǎn)自激的過程。IC1、IC2、IC3、IC4、IC5組成分相電路，它們分別由“D觸發(fā)器”、“與非門”、“或非門”組成，IC6④輸出的脈沖信號(hào)，經(jīng)IC1、IC2、IC3、IC4、IC5組成的分相電路后，其輸出的脈沖波形分別如圖7所示，N2、N3、N4、N5及T6、T7、T8、T9構(gòu)成脈沖輸出電路；T6輸出的波形見圖7，A、D；T7輸出的波形見圖7，B、C；T8輸出的波形見圖7，a、d；T9輸出的波形見圖7，b、c.光電耦合器O1及晶體管N10、N11、N1構(gòu)成設(shè)備的啟動(dòng)電路。當(dāng)設(shè)備處于加熱狀態(tài)時(shí)，K2閉合出，光耦01導(dǎo)通，晶體管N10截止，電容E2被充電，頻率掃描開始，同時(shí)，N11截止，N1導(dǎo)通，IC4③變?yōu)榈碗娖?。若④，⑤腳也為低電平，⑥變?yōu)楦唠娖?，則分相電路得以工作，脈沖信號(hào)得以通過；反之，則脈沖被封鎖，與IC4④，⑤腳相連的是過流保護(hù)“GLBH”，過壓保護(hù)“GYBH”，欠壓保護(hù)“QYBH”缺水保護(hù)“QSBH”，超溫保護(hù)“CWBH”等保護(hù)電路，若發(fā)生過流、過壓、欠壓、缺水、超溫時(shí)，保護(hù)電路輸出高電平，則IC4⑥腳變?yōu)榈碗娖?，封鎖輸出脈沖，同時(shí)N12導(dǎo)通，輸出報(bào)警信號(hào)，S1發(fā)出報(bào)警聲，來自電流互感U1的電流信號(hào)被送至功率控制電路“GLK”，“GLK”輸出通過R25與E2相連，改變E2上電壓，可改變振蕩頻率，使逆變器的工作頻率偏離串聯(lián)諧振頻f0，從而使振蕩電流減小，從而使振蕩功率減小，調(diào)節(jié)電位器P1的電位，可控制振蕩電流的大小，從而控制振蕩功率。
權(quán)利要求1.全固態(tài)感應(yīng)加熱設(shè)備，其特征在于三相全橋整流電路(1)的輸出與功率逆變電路(2)的輸入連接，功率逆變電路(2)的輸出經(jīng)諧振回路(3)與負(fù)載(4)連接，諧振回路(3)通過同步取樣電路(5)與中心控制模塊(6)連接，功率逆變電路(2)與電流取樣電路(7)連接，電源(8)、電流取樣電路(7)與中心控制模塊(6)連接，中心控制模塊與驅(qū)動(dòng)模塊(9)連接，驅(qū)動(dòng)模塊(9)與功率逆變電路(2)和電源(8)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱設(shè)備，其特征在于功率逆變電路(2)是由若干大功率晶體管(M1-M8)組成的雙全橋串聯(lián)諧振逆變電路，并接于電容(C4，C5)兩端，驅(qū)動(dòng)模塊(9)的若干組輸出(A-D，a-d)分別接大功率晶體管(M1-M8)的柵極，其中A與D，a與d的相位相同，AD與ad之間相差180°，C與B、c與d相位相同，CB、cb之間相差180°，諧振回路(3)由振蕩電容(C6)和變頻變壓器(T1)組成，變壓器(T1)的初級(jí)與電容(C1)、電流取樣互感器(U1)和晶體管(M1-M8)的集電極連接，變壓器(T1)的次級(jí)與感應(yīng)器(C)和中心控制模塊(6)連接，同步取樣電路的電流取樣互感器(U1)與中心控、制模塊(6)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱設(shè)備，其特征在于晶體管(M3、M7)的發(fā)射極與電流互感器(U3)連接，晶體管(M2，M6)的集電極與電流互感器(U3)連接，電流互感器(U2，U3)與中控制模塊(6)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱設(shè)備，其特征在于中心控制模塊(6)有集成電路(IC6)，其6腳與電容(E2)和晶體管(N10)的集電極連接構(gòu)成掃頻電路(12)，晶體管(N6，N7，N8，N9)與變壓器(T1)的次極繞組(O、P、Q)連接構(gòu)成同步電路(10)，晶體管(N6，N9)的基極分別與O、Q連接，N6的集電極與N7的基極連接，N9的集電極與N8的基極連接，N6，N7，N8，N9的發(fā)射極與P連接，N7，N8的集電極與集成電路(IC6)的3腳連接，集成塊(IC6)與IC1，IC2，IC3，IC4和IC5組成的分相電路(13)連接，集成塊(IC6)的4腳與集成塊(IC1)和與非門(IC5、IC2)的輸入連接，IC2的輸出與或非門(IC3)的輸入連接，IC5的輸出與IC2的輸入連接，IC5的輸出與或非門(IC4)的一輸入連接，IC4的一輸出與IC3的輸入連接，IC4的另一輸出與IC2和IC5的輸入連接，IC4的另一輸入與光電耦合器(O1)及晶體管(N10，N11，N1)構(gòu)成的啟動(dòng)電路(14)連接，啟動(dòng)電路(14)與集成電路(IC6)的6腳連接，IC4的4，5腳與過流保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路，欠壓保護(hù)電路、缺水保護(hù)電路、超溫保護(hù)電路連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加熱設(shè)備，其特征在于電流取樣互感、器(U1)與功率控制電路(15)連接，電路(15)的輸出通過電阻(R25)與掃頻電路(12)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加熱設(shè)備，其特征在于分相電路(13)的輸出與脈沖輸出電路(16)連接，脈沖輸出電路(16)由晶體管(N2-N5)和變壓器(T6-T9)構(gòu)成，晶體管(N2-N5)的基極與或非門(IC3，IC4)的輸出連接，其集電極與變壓器(T6-T9)的初級(jí)繞組連接，T6-T9)的次極繞組輸出與驅(qū)動(dòng)模塊(9)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱設(shè)備，其特征在于電源(8)有變壓器(T2)和電容(C11-C14)構(gòu)成的變頻濾波器，其輸出與電源變壓器(T3，T4)連接，變壓器(T3)與驅(qū)動(dòng)模塊(9)連接，變壓器(T4)與中心控制模塊(6)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱設(shè)備，其特征在于驅(qū)動(dòng)模塊(9)由相同的若干塊構(gòu)成，每塊驅(qū)動(dòng)模塊(9)有二極管(D32-D35)和電容(C31，C20，C22，C21)組成的全波整流電路，其輸入與變壓器(T3)的輸出連接，其輸出與三端穩(wěn)壓管(7815，7909)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱設(shè)備，其特征在于驅(qū)動(dòng)模塊(9)為相同的若干個(gè)，有集成塊(IC7)，其1，2腳與中心控制模塊(6)的脈沖輸出電路(16)的輸出連接。IC7為集成塊CD4011，內(nèi)部包含4個(gè)相同的二輸入端與非門(A、B、C、D)，與非門(A、B)構(gòu)成脈沖整形電路(17)，C，D構(gòu)成脈沖封鎖電路(18)，IC7的12，13腳與晶體管M1的集電極連接，IC7的11腳與脈沖驅(qū)動(dòng)電路(19)連接，脈沖驅(qū)動(dòng)電路(19)是由晶體管(N13-N16)構(gòu)成的互補(bǔ)式脈沖電流放大電路，其輸出與逆變開關(guān)晶體管(M1-M8)的柵極連接。
專利摘要本實(shí)用新型為全固態(tài)感應(yīng)加熱設(shè)備，其構(gòu)成為三相全橋整流電路(1)的輸出與功率逆變電路(2)的輸入連接，功率逆變電路(2)的輸出經(jīng)諧振回路(3)與負(fù)載(4)連接，諧振回路(3)通過同步取樣電路(5)與中心控制模塊(6)連接，功率逆變電路(2)與電流取樣電路(7)連接，電源(8)、電流取樣電路(7)與中心控制模塊(6)連接，中心控制模塊與驅(qū)動(dòng)模塊(9)連接，驅(qū)動(dòng)模塊(9)與功率逆變電路(2)和電源(8)連接。工作效率高，可靠性高，維護(hù)成本低。
文檔編號(hào)H05B6/02GK2603593SQ03233138
公開日2004年2月11日 申請(qǐng)日期2003年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月12日
發(fā)明者曾曉林 申請(qǐng)人:曾曉林