降低IGBT功率损耗来增加感应加热效率

利用电磁感应来进行加热已经不是什么新技术，在现在这个更加注重低能耗高效率的时代，如何将电磁感应加热的功耗进一步降低就成了开发者关注的话题。本文将介绍一种通过减少IGBT功率损耗的方法来提升感应加热效率的方法。

导电损耗

由于总功率损耗的最主要构成部分通常是导电及关闭损耗，我们现在就来更详细地逐个审视这些损耗。IGBT平均耗散的功率的数学表达式如下所示：

等式1

对于导电损耗而言，此等式可以改写为如下等式：

等式2

由此可见，导电损耗取决于负载电流、VCE（sat）及占空比。饱和电压VCE（sat）的值并不恒定，而是随着时间变化。导电损耗还取决于负载电流及IGBT的TJ值。此电磁炉应用中，控制电路以与烹调功率需求成直接比例的方式改变占空比。相应地，烹调功率等级最高时导电损耗就处在最大值，因为等式2中的所有参数在此功率等级时都呈现出其最大值。

图1 VCE（sat）及ICE的变化曲线

图1显示了TJ=67°C条件下VCE（sat）及ICE在在选定开关周期内的变化。图1中的数据是从在市场上购得的电磁炉获得的，它使用一个钳位电路来测量VCE（sat）。当IGBT关闭时，此电路在10V时钳位VCE，使示波器能够使用每小格低电压值（volt/div）的设置，这样才能精确地测量VCE。

图2 关闭损耗测量结果

关闭损耗

从图2中可以清晰地看到电磁炉的关闭损耗波形。影响这些损耗的因素包括IGBT残余电流、VCE歪曲率及开关频率。残余电流来自于IGBT关闭后漂移区留下的少量载流子。影响这些少量电荷载流子结合率的因素包括掺杂深度、缓冲层厚度及使用的掺杂技术。开关频率由所要求的炊具功率等级及应用的开关控制算法决定。重要的是在设计及开发过程的每一个阶段确认目标应用中的IGBT性能。性能的确认可以通过测量应用中IGBT损耗来实现。

距离人们生活最近的感应加热例子就是家家户户都在使用的电磁炉。在采用软开关电磁炉应用中，当寻求为系统指定IGBT时，导电损耗及关闭损耗是要考虑的最重要损耗，它们在总体损耗中占主要比例。精确地测量这些损耗，能够帮助在系统开发过程期间提供必要的数据来评估IGBT功率损耗，因而确保将能效等级提升至最高。