[发明专利]超大功率IGBT感应加热设备的电流均衡系统及全桥逆变单元

说明书

技术领域

本发明属于电力电子领域，具体涉及IGBT中频、超音频感应加热设备逆变系统，特别是涉及一种超大功率IGBT感应加热设备的电流均衡系统及全桥逆变单元。

背景技术

感应加热技术目前对金属材料加热效率最高、速度最快，且低耗环保。它已经广泛应用于各行各业对金属材料的热加工、热处理、热装配及焊接、熔炼等工艺中。它不但可以对工件整体加热，还能对工件局部的针对性加热；可实现工件的深层透热，也可只对其表面、表层集中加热；不但可对金属材料直接加热，也可对非金属材料进行间接式加热，等等。因此，感应加热技术必将在各行各业中应用越来越广泛。

全桥逆变电路通过4个开关器件的交替开关，实现交直流间的转换，如图1所示虚线框内，不包括电感L1和L2的为一种传统的全桥逆变电路，包括第一至第四IGBT，其中第一IGBT1和第二IGBT2，第三IGBT3和第四IGBT4分别构成左右两个半桥，两个半桥的两个公共端之间连接有滤波电容C1。

随着感应加热设备功率的不断增加，由单只IGBT组成的全桥、半桥逆变回路，已不能满足大功率IGBT中频、超音频感应加热设备的需要。这时只有使用多只IGBT并联工作的方式来组成全桥、半桥回路，来满足大功率IGBT中频、超音频感应加热设备的需要。多只IGBT并联使用时因器件参数不能完全一致，导致每只IGBT通过的电流不一致，从而只有降额使用IGBT，即原本单机工作在50KW的设备，两路并联后通常只有80KW而并非100KW，并且工作可靠性会下降。

同时由于电压的频繁波动、浪涌电流、或者是输出负载短路都会使IGBT在短时间内承载很大的电流，很容易造成多只IGBT的击穿。

发明内容

为克服传统简单并联全桥逆变单元造成器件降额使用，降低系统工作可靠性的技术缺陷。本发明公开了一种超大功率IGBT感应加热设备的电流均衡系统及全桥逆变单元。

本发明所述超大功率IGBT感应加热设备的电流均衡系统，包括整流器和并联在整流器正负输出端之间的至少两个全桥逆变单元，所述全桥逆变单元包括由四个桥臂组成的两个半桥作为逆变电路，所述全桥逆变单元的两个半桥的两个公共端之间跨接有滤波电容；所述桥臂由开关器件和开关器件上并联的续流二极管组成；还包括谐振支路，所述谐振支路由串联的谐振电感和谐振电容组成；所述全桥逆变单元与整流器正负输出端之间分别连接有在全桥逆变单元感应加热工作时能隔离交流信号的隔离电感，全桥逆变单元每个半桥的两个桥臂的公共节点分别连接谐振支路的两端。

基于上述基本实现方式，本发明第一种优选方案为，所述开关器件为IGBT、 GTR、MOSFET、SCR中的任意一种。

基于上述基本实现方式，本发明第二种优选方案为，所述桥臂为型号是FF300R12KS4的IGBT器件。

基于上述基本实现方式，本发明第三种优选方案为，如第一或第二种优选方案所述超大功率IGBT感应加热设备的电流均衡系统所述全桥逆变单元中隔离电感在感应加热工作频率下的电抗X符合下式X=KR，其中R为谐振电流回路的整体电抗；K为预设的分流系数；

所述R=R1+R2+R3，其中R1和R2分别为两个开关器件的饱和导通电阻，R3为谐振支路在感应加热工作频率下的阻抗。

基于上述第三种优选方案，所述R3=0。

基于上述第三种优选方案，所述K≥10。

一种全桥逆变单元，包括由四个桥臂组成的两个半桥作为逆变电路，所述全桥逆变单元两个半桥的两个公共端之间跨接有滤波电容；所述桥臂由开关器件和与开关器件并联的续流二极管组成，所述全桥逆变单元与整流器正负输出端之间分别连接有在全桥逆变单元感应加热工作时能隔离交流信号的隔离电感。

优选的，所述开关器件为IGBT、GTR、MOSFET、SCR中的任意一种。

采用本发明所述的超大功率IGBT感应加热设备的电流均衡系统，使用电感对各个全桥逆变单元之间实现交流隔离，避免逆变过程中由于开关器件整体参数存在差异造成的电流紊乱，使电流仅从预设全桥逆变单元内部流入流出，克服了电流分流造成的功率开关器件容易损坏的技术缺陷，使功率开关器件不用降额使用，提高了系统可靠性和降低了生产成本。

隔离电感与滤波电容构成LCL三阶滤波电路，可有效削弱整流器正端或负端传输过来的浪涌电流，同时在某个全桥逆变单元内部器件发生短路时对电源产生的高压的情况下，可有效的降低其余全桥逆变单元电源端的尖峰电压，从而达到保护开关器件不被击穿的目的。