電磁感應加熱爐具(以下簡稱“電磁爐”)使用電磁產生的熱能來烹調
，其能效比我們熟悉的標準家用電熱鍋高得多。此外，由於是通過感應而非傳導來產生熱量 ，其安全性也被證實更高
，因為任何人體部位置於炊具表麵都不會被燒傷。

電磁感應加熱的原理

圖1描miao繪hui了le電dian磁ci感gan應ying加jia熱re應ying用yong使shi用yong的de典dian型xing準zhun諧xie振zhen反fan激ji拓tuo撲pu結jie構gou。電dian磁ci能neng量liang產chan生sheng並bing使shi用yong感gan應ying方fang式shi來lai傳chuan遞di至zhi鍋guo具ju。然ran後hou在zai鍋guo具ju中zhong轉zhuan變bian為wei熱re能neng，因yin而er給gei鍋guo具ju加jia熱re。觸chu發fa加jia熱re過guo程cheng的de感gan應ying涉she及ji到dao使shi用yong二er極ji管guan等deng未wei受shou控kong的de開關器件來對相對低頻的交流線路輸入電壓進行整流。在20 kHz至35 kH之zhi間jian的de頻pin率lv對dui整zheng流liu電dian壓ya進jin行xing開kai關guan，提ti供gong高gao頻pin磁ci通tong量liang。鍋guo具ju充chong當dang耗hao散san能neng量liang的de磁ci心xin，將jiang磁ci場chang轉zhuan換huan為wei熱re能neng。產chan生sheng及ji傳chuan遞di此ci熱re能neng的de主zhu要yao組zu件jian就jiu是shi鍋guo具ju、電感、諧振電容及絕緣門雙極晶體管(IGBT)。

 
圖1：電磁爐的單端拓撲結構框圖

dangyaochanshengjiangrenengchuandigeiguojusuoyaoqiudecichangshi
，dianganraozudejihechicunjiweizhongyao。dianganraozuweiluoxuanxing，bingzaishuipingmianbicichanrao。zhezhongpeizhizengjialecitongliangdebiaomianji，bingshijiareguochengjuyougenggaonengxiao。tongguoshiyongyixiangdengjianjubushezaidianganraozuzhouweidejuxingtieyangticibang
，jinyibuzengqiangleguojushangzhexiecitongxiandechoumidu。duogexiaoxingdaotideshiyongjiangqufuxiaoying(skin effect)減至最小
，並減小了線圈中的感抗(IR)損耗。如圖1所示，LR是(shi)空(kong)心(xin)電(dian)感(gan)，並(bing)沒(mei)有(you)跟(gen)傳(chuan)統(tong)鐵(tie)磁(ci)心(xin)電(dian)感(gan)相(xiang)同(tong)類(lei)型(xing)的(de)損(sun)耗(hao)。鍋(guo)具(ju)必(bi)須(xu)采(cai)用(yong)磁(ci)性(xing)材(cai)料(liao)製(zhi)造(zao)，使(shi)其(qi)能(neng)夠(gou)充(chong)當(dang)磁(ci)心(xin)。在(zai)電(dian)磁(ci)爐(lu)的(de)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)，鍋(guo)具(ju)的(de)厚(hou)度(du)極(ji)大(da)地(di)影(ying)響(xiang)磁(ci)心(xin)的(de)能(neng)效(xiao)，而(er)渦(wo)電(dian)流(liu)損(sun)耗(hao)很(hen)大(da)。這(zhe)些(xie)損(sun)耗(hao)將(jiang)磁(ci)場(chang)轉(zhuan)變(bian)為(wei)熱(re)能(neng)，在(zai)鍋(guo)具(ju)中(zhong)產(chan)生(sheng)大(da)量(liang)的(de)熱(re)並(bing)烹(peng)調(tiao)食(shi)物(wu)。

阻斷電壓約為1,200 V的IGBT廣泛應用於單端感應加熱應用。IGBT在關閉期間仍承受著高電壓，且帶有殘餘電流
，滋生不小的開關損耗。在IGBT導通狀態期間，由其飽和電壓及負載電流和結溫(TJ)導(dao)致(zhi)的(de)損(sun)耗(hao)是(shi)總(zong)體(ti)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)的(de)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)。這(zhe)些(xie)損(sun)耗(hao)降(jiang)低(di)了(le)應(ying)用(yong)的(de)總(zong)能(neng)效(xiao)。理(li)解(jie)這(zhe)些(xie)損(sun)耗(hao)的(de)成(cheng)因(yin)並(bing)開(kai)發(fa)可(ke)靠(kao)及(ji)相(xiang)對(dui)快(kuai)速(su)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)測(ce)量(liang)損(sun)耗(hao)很(hen)重(zhong)要(yao)，在(zai)為(wei)電(dian)磁(ci)爐(lu)設(she)計(ji)探(tan)尋(xun)優(you)化(hua)的(de)IGBT設計時尤為如此。

在此應用中IGBT的總功率損耗包含導通損耗、導電損耗、關閉損耗及二極管損耗。二極管損耗在總功率損耗中所占比例可以忽略不計，而如果使用了零電壓開關(ZVS)技術，可以大幅降低導通損耗。然而，並非在電磁爐所有工作功率等級條件下都能實現ZVS。由於儲能電路(tank circuit)的一端連接至整流輸入電壓
，零態開關僅在諧振儲能電路使其電壓到達0 V的功率等級時出現。在某些輕載條件下，儲能電路電壓在IGBT的集電極不會到達0 V，因此未實現零態開關
，導通功率損耗將增加。

導電損耗
由於總功率損耗的最主要構成部分通常是導電及關閉損耗，我們現在就來更詳細地逐個審視這些損耗。IGBT平均耗散的功率的數學表達式如下所示： 
  (等式1)

對於導電損耗而言
，此等式可以改寫為如下等式：
 (等式2)

由此可見，導電損耗取決於負載電流
、VCE(sat)及占空比。飽和電壓VCE(sat)的值並不恒定，而是隨著時間變化。導電損耗還取決於負載電流及IGBT的TJ值zhi。此ci電dian磁ci爐lu應ying用yong中zhong，控kong製zhi電dian路lu以yi與yu烹peng調tiao功gong率lv需xu求qiu成cheng直zhi接jie比bi例li的de方fang式shi改gai變bian占zhan空kong比bi。相xiang應ying地di，烹peng調tiao功gong率lv等deng級ji最zui高gao時shi導dao電dian損sun耗hao就jiu處chu在zai最zui大da值zhi
，因yin為wei等deng式shi2中的所有參數在此功率等級時都呈現出其最大值。

 
圖2：VCE(sat) 及ICE的變化曲線

圖2顯示了TJ = 67 °C條件下VCE(sat)及ICE在在選定開關周期內的變化。圖2中的數據是從在市場上購得的電磁爐獲得的，它使用一個鉗位電路來測量VCE(sat)。當IGBT關閉時，此電路在10 V時鉗位VCE，使示波器能夠使用每小格低電壓值(volt/div)的設置，這樣才能精確地測量VCE。

 
圖3：關閉損耗測量結果

關閉損耗

從圖3中可以清晰地看到電磁爐的關閉損耗波形。影響這些損耗的因素包括IGBT殘餘電流
、VCE歪曲率及開關頻率。殘餘電流來自於IGBT關閉後漂移區留下的少量載流子。影響這些少量電荷載流子結合率的因素包括摻雜深度、huanchongcenghoudujishiyongdechanzajishu。kaiguanpinlvyousuoyaoqiudechuijugonglvdengjijiyingyongdekaiguankongzhisuanfajueding。zhongyaodeshizaishejijikaifaguochengdemeiyigejieduanquerenmubiaoyingyongzhongdeIGBT性能。性能的確認可以通過測量應用中IGBT損耗來實現。

電磁爐已經被證明擁有比傳統電熱鍋高出約25%的能效。在軟開關電磁爐應用中，當尋求為係統指定IGBT時(shi)，導(dao)電(dian)損(sun)耗(hao)及(ji)關(guan)閉(bi)損(sun)耗(hao)是(shi)要(yao)考(kao)慮(lv)的(de)最(zui)重(zhong)要(yao)損(sun)耗(hao)，它(ta)們(men)在(zai)總(zong)體(ti)損(sun)耗(hao)中(zhong)占(zhan)主(zhu)要(yao)比(bi)例(li)。精(jing)確(que)地(di)測(ce)量(liang)這(zhe)些(xie)損(sun)耗(hao)，能(neng)夠(gou)幫(bang)助(zhu)在(zai)係(xi)統(tong)開(kai)發(fa)過(guo)程(cheng)期(qi)間(jian)提(ti)供(gong)必(bi)要(yao)的(de)數(shu)據(ju)來(lai)評(ping)估(gu)IGBT性能，因而確保將能效等級提升至最高。

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