IGBTを使用した誘導加熱回路（テスト済み）

この投稿では、MOSFETよりも優れた最も用途が広く強力なスイッチングデバイスであると考えられているIGBTを使用して、高出力の1000ワット誘導加熱回路を構築する方法について包括的に説明します。

誘導加熱器の動作原理

誘導加熱が機能する原理は非常に簡単に理解できます。

誘導加熱器内に存在するコイルによって高周波の磁場が発生し、コイルの中央に存在する金属（磁性）物体に渦電流が誘導されて加熱されます。

コイルの誘導性を補償するために、共振容量がコイルと並列に配置されます。

共振周波数は、共振回路（コイルコンデンサとも呼ばれます）を駆動する必要がある周波数です。

コイルを流れる電流は常に励起電流よりはるかに大きくなります。 IR2153回路は、4つの制御されたIGBTSTGW30NC60Wとともに「ダブルハーフブリッジ」として回路を機能させるために使用されます。

フルブリッジと同じ量の電力がダブルハーフブリッジによって供給されますが、前者の場合のゲートドライバはより単純です。

IGBT STGW30NC60W

アンチパラレルダイオードの使用

大型のダブルダイオードSTTH200L06TV1（2x 120A）は、逆並列ダイオードの形で使用されます。 30Aサイズの小さなダイオードで十分だとしても。

STGW30NC60WDなどのIGBTの内蔵ダイオードを使用する場合は、小さいダイオードや大きいダブルダイオードを使用する必要はありません。ポテンショメータは、動作周波数を共振に調整するために使用されます。

共振の最良の指標の1つは、LEDの最高の明るさです。要件に応じて、より洗練されたドライバーを確実に構築できます。

また、プロのヒーターで採用されているコースである自動チューニングを使用することもできますが、このプロセスでは回路の単純さが失われるという欠点が1つあります。

約110〜210kHzの範囲の周波数を制御できます。トランスタイプまたはsmpsのいずれかである小さなサイズのアダプタを使用して、制御回路で必要とされる14〜15Vの補助電圧を提供します。

絶縁トランス

絶縁トランスとそれに対応するチョークL1は、出力を動作回路に接続するために使用される電気機器です。

これらのインダクタは両方とも空芯設計に存在します。

一方では、チョークが直径23cmで4ターンで構成されているのに対し、絶縁トランスは直径14 cmで12ターンで構成されており、これらのターンは二重配線ケーブルで構成されています（下図を参照）。 。

出力電力が1600Wに達しても、まだまだ改善の余地があります。

提案されているIGBT誘導加熱器のワークコイルは、直径3.3mmのワイヤーで構成されています。

コイルに銅を使用

銅線は、水冷に簡単かつ効果的に接続できるため、ワークコイルの作成に適していると考えられています。

コイルは、高さ23 mm、直径24mmの寸法の6ターンで構成されています。コイルは長時間の使用にさらされると熱くなることがあります。

共振コンデンサは、総容量2u3の小型コンデンサ23個で構成されています。クラスX2や275VMKPポリプロピレンなどの設計では、100nFのコンデンサを使用することもできます。

基本的にそのような目的で意図されていない、または作成されていない場合でも、この目的で使用できます。

共振周波数は160kHzです。 EMIフィルターの使用を常にお勧めします。バリアックを置き換えるためにソフトスタートを使用することができます。

初めて電源を入れるときは、ハロゲンランプやヒーターなど、主電源と直列に接続された約1kWのリミッターを使用することを強くお勧めします。

警告：使用されている誘導加熱回路は主電源に接続されており、高レベルの電圧が含まれているため、致命的となる可能性があります。

これによる事故を避けるために、プラスチックシャフトを備えたポテンショメータを使用する必要があります。高周波の電磁界は常に有害であり、記憶媒体や電子機器に損傷を与える可能性があります。

かなりのレベルの電磁干渉が回路によって引き起こされ、これが感電、火災、または火傷を引き起こす可能性もあります。

あなたが実行するすべてのタスクまたはプロセスはあなた自身の責任であり、責任はあなたにあり、私はこのプロセスを実行することによって生じるいかなる種類の危害に対しても責任を負いません。

回路図

安全ランプ付き220VAC〜220VDCブリッジ整流回路

チョークL1

上記のフルブリッジIGBT誘導加熱回路で使用されているチョークL1の設計は、以下の画像で確認できます。

これは、太い単芯ケーブルを使用して、直径23cmで4ターン巻くことで実現できます。

次の画像は、二重コイル状の空芯を示しています 絶縁トランスの設計 ：

これは、太い二重配線ケーブルを使用して、直径14cmで12ターン巻くことで構築できます。

作業コイルは、次の指示に従って作成できます。

コイルがきつく巻かれている場合は、5回転しか必要ない場合があることに注意してください。 6ターンを使用する場合は、最適な共振と効率を実現するために、コイルを少し伸ばしてみてください。

更新

電流制限の追加

次の図は、上記で説明した誘導加熱器の設計に簡単な電流制限機能を追加する方法を示しています。

TIL111オプトカプラーのピン配列の詳細

ここで、L1の近くの抵抗（Rxと呼びましょう）が電流検出抵抗になり、電流が安全限界を超え始めると、それ自体の両端に小さな電圧が発生して目的のポイントに到達します。

Rxの両端のこの電圧は、接続されたオプトカプラー内のLEDをトリガーするために使用されます。オプト内の出力トランジスタは、LEDトリガーに応答し、メインドライバーIC IR2153のピン＃3であるCtの接地をすばやく行います。

ICはすぐにシャットダウンし、それ以上の電流の上昇を禁止します。これが発生すると、電流が低下し、Rxの両端の電圧が除去され、オプトLEDがオフになります。これにより、状況が以前の通常の状況に戻り、ICが再び発振を開始します。このサイクルが急速に繰り返され、所定の安全限界内で負荷の一定の電流消費が保証されます。

Rx = 2 /電流制限

熱心な読者の1人からのフィードバック：

親愛なるサー-私は4つのIGBTを備えた誘導加熱器1/2ブリッジの作成に成功しました。提案された、1000ワットの加熱器ランプを回路に恒久的に接続するか、初めてのテストまでのみ接続する必要があることを知りたいです。

テスト結果の画像は以下に含まれています：

早急にご返信をお待ちしております。よろしく-マニッシュ。

回路クエリの解決

親愛なるマニッシュ、
誘導加熱器を操作しているときに、シリーズランプに光が見えますか？
はいの場合、おそらくそれを取り外すことはできません。ランプが非点灯状態で完全に「冷えている」（保持して感じる）場合は、取り外すことができます。
よろしく

SaeedMahdavi氏からのフィードバック

親愛なるスワガタム：

何度も試みた結果、ようやく回路を再び機能させることができました。そして、私は真っ赤なボルトでビデオを撮りました。

誘導加熱器に興味のある方のお役に立てば幸いです。ボルトが融点に達するまで熱を上げる方法を教えてください。

主電源の両端の電圧は194ボルトで、回路によって消費される電流はわずか5アンペアであり、オシロスコープの波形は非常に正弦波です。

私のプロトタイプでは、RFCチョークに数ターンを追加して、ワークコイルの電圧を上げ、消費するアンプを減らしました。

IGBTは、動作期間中にあまり加熱することなく、非常に正常に動作しました。もっと熱くするために私が何をすべきか教えていただけませんか。どうもありがとう

Saeed Mahdavi

ビデオクリップ：