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 kHzhijiandepinlvduizhengliudianyajinxingkaiguan，tigonggaopincitongliang。guojuchongdanghaosannengliangdecixin，jiangcichangzhuanhuanweireneng。chanshengjichuandicirenengdezhuyaozujianjiushiguoju、電感、諧振電容及絕緣門雙極晶體管(IGBT)。

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當dang要yao產chan生sheng將jiang熱re能neng傳chuan遞di給gei鍋guo具ju所suo要yao求qiu的de磁ci場chang時shi，電dian感gan繞rao組zu的de幾ji何he尺chi寸cun極ji為wei重zhong要yao。電dian感gan繞rao組zu為wei螺luo旋xuan形xing

，並bing在zai水shui平ping麵mian彼bi此ci纏chan繞rao。這zhe種zhong配pei置zhi增zeng加jia了le磁ci通tong量liang的de表biao麵mian積ji，並bing使shi加jia熱re過guo 程cheng具ju有you更geng高gao能neng效xiao。通tong過guo使shi用yong以yi相xiang等deng間jian距ju布bu設she在zai電dian感gan繞rao組zu周zhou圍wei的de矩ju形xing鐵tie氧yang體ti磁ci棒bang，進jin一yi步bu增zeng強qiang了le鍋guo具ju上shang這zhe些xie磁ci通tong線xian的de稠chou密mi度du。多duo個ge小xiao型xing導dao體ti的de使shi用yong將jiang趨qu膚fu效xiao應ying (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)daozhidesunhaoshizongtigonglvsunhaodezuchengbufen。zhexiesunhaojiangdileyingyongdezongnengxiao。lijiezhexiesunhaodechengyinbingkaifakekaojixiangduikuaisudefangfalaiceliangsunhaohenzhongyao

，zaiweidiancilushejitanxunyouhuadeIGBT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：


對於導電損耗而言，此等式可以改寫為如下等式：


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。

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圖2顯示了TJ= 67℃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。

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、緩衝層厚度及使用的摻雜技術。開關頻率由所要求的炊具功率等級及應用的開關控製算法決 定。重要的是在設計及開發過程的每一個階段確認目標應用中的IGBT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，導電損耗及關閉損耗是要考慮的最重要損耗，它們 在總體損耗中占主要比例。精確地測量這些損耗
，能夠幫助在係統開發過程期間提供必要的數據來評估IGBT性能，因而確保將能效等級提升至最高。

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