1、引言：
感應加熱技術(shù),早期應用在家用電磁爐上.后來(lái)隨著(zhù)高效,節能及環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越顯著(zhù),加上產(chǎn)品技術(shù)成熟及使用穩定,感應加熱技術(shù)逐漸開(kāi)始往工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展.從早期的單相2KW,到現在的三相100KW及以上,在短短的幾年時(shí)間里,感應加熱技術(shù)的發(fā)展及產(chǎn)品的應用有了一個(gè)質(zhì)的飛躍.隨之設備內部的功率元器件(如整流橋,IGBT模塊,薄膜電容器等)要求越來(lái)越高,其可靠性及穩定性決定了設備的使用安全及壽命.
2、典型的感應加熱設備機芯內部結構
感應加熱設備電路結構分為兩種.從市面上的產(chǎn)品來(lái)看,30KW以?xún)炔捎玫氖前霕?30KW以上采用的是全橋.以半橋30KW機芯來(lái)看,薄膜電容器的使用情況如下:
DC-LINK:30-40μF(800VDC),采用多個(gè)分立電容器并聯(lián)的方式 (3-13個(gè))
高壓諧振:單臂1.2-1.4μF(1600VDC),采用多個(gè)分立電容器并聯(lián)的方式 (3-14個(gè))
或單臂0.7-0.8μF(3000VDC),采用多個(gè)分立電容器并聯(lián)的方式 (3-12個(gè))
電容器連接:
a電路主回路采用PCB連接,當機芯功率越大, 輸入整流橋前的交流主回路,整流橋輸出后的直流母線(xiàn)主回路,LC諧振輸出主回路電流就越大.為了PCB銅箔能提供足夠的過(guò)流能力及降低銅箔溫升,必須加大PCB尺寸,增加主回路銅箔寬度,增加PCB銅箔厚度,最終會(huì )導致PCB價(jià)格昂貴,增加了機芯的總體成本.
b某部份企業(yè)的產(chǎn)品,由于機芯尺寸受到限制,所以PCB尺寸無(wú)法做的太大.通常采取的做法是PCB露銅并人工鍍錫,用焊錫來(lái)增加銅箔厚度,增加PCB過(guò)流能力.(人工鍍錫厚度無(wú)法準確控制).或者是用銅片,銅線(xiàn)等圍繞各主回路一圈,再人工鍍錫.無(wú)論何種鍍錫工藝,都會(huì )增加操作的復雜性,增加人工成本.
c電路主回路跟單片機控制電路集成在一塊PCB上,強電/弱電沒(méi)分離,容易造成驅動(dòng)部份受到干擾.嚴重者導致IGBT模塊上下管直通,燒毀IGBT模塊及整流橋模塊.
d假如PCB電路板中某一小部分電路或元件失效,導致機芯無(wú)法正常工作,則維修需要更換整塊PCB.其它元器件無(wú)法再拆下來(lái)使用,增加了維修成本及維修難度.
ePCB中采用多個(gè)分立電容器并聯(lián),由于走線(xiàn)問(wèn)題,導致每只電容器在實(shí)際使用過(guò)程中由于在電路中的線(xiàn)路分布電感不一致,最終導致過(guò)流不一致.嚴重者會(huì )導致某只電容器發(fā)熱嚴重燒毀.(均流,均壓?jiǎn)?wèn)題在高頻大功率感應加熱設備中必須重視!)
6 機芯中的DC-LINK電容器,高壓諧振電容器等,由于自身有一定的發(fā)熱,故目前業(yè)內都采用對機芯風(fēng)冷的方式,對電容器等元器件進(jìn)行散熱.由于無(wú)法做到全密封,會(huì )導致油煙,水氣,蟑螂,金屬粉塵等從散熱風(fēng)機/風(fēng)口進(jìn)入機芯內部,沉積在PCB上,讓元件間引腳容易高壓打火放電,短路等.機芯容易失控,嚴重者發(fā)生燒毀現象.
3、薄膜電容器模組應用在感應加熱設備上
從上圖可見(jiàn),DC-LINK電容器模組代替了典型機芯電路的多個(gè)分立并聯(lián)的濾波電容器.高壓諧振電容器模組,代替了典型機芯電路的多個(gè)分立并聯(lián)的諧振電容器.電容器模組一體化封裝,利用鋁殼散熱,M6螺母引出,塑膠卡鎖在散熱板上固定.
4、薄膜電容器模組使用優(yōu)點(diǎn)
a機芯內部主回路采用銅條搭橋的工藝結構,銅條厚度得到保證,主回路過(guò)流能力強,銅條溫升低.安裝操作簡(jiǎn)單,方便,快捷,高效,大大降低出錯機率.
b主回路只需要兩條銅條,代替了以往的一大塊PCB,在產(chǎn)品材料成本上及人工費用上,大大的降低了,產(chǎn)品可靠性得到提高.省去了PCB插件,過(guò)錫爐,補焊等工序.
c主回路跟驅動(dòng)控制部份分離,做到強電/弱電分離.減少主諧振回路對芯片驅動(dòng)部份的干擾.對產(chǎn)品的售后維修等帶來(lái)方便,元器件可再次使用,降低了維修成本.
d由于電容器均采用模組形式封裝,可利用鋁殼散熱,機芯完全可以做到全密封.解決了油煙,水氣,蟑螂,金屬粉塵等進(jìn)入機芯內部的問(wèn)題,提高了產(chǎn)品的可靠性及使用壽命.
e電容器由多個(gè)分立式并聯(lián)改為單一模組形式,解決了分立式電容器過(guò)流不均,分壓不均等問(wèn)題,縮短主回路的線(xiàn)路距離,降低了線(xiàn)路分布電感對功率元器件的影響.
5、電容器模組實(shí)際使用情況
為測試鋁殼散熱諧振電容器模組內部溫度,在制作樣品時(shí)電容器模組內部裝入一只NTC熱敏電阻.某客戶(hù)使用2*0.8μF/1600VDC模組,用在15KW商用電磁爐半橋電路.
從實(shí)測數據可知,諧振電容器模組在室溫25℃和老化房40℃下,滿(mǎn)功率工作45分鐘左右,電容器內部薄膜溫升達到穩定,并隨著(zhù)工作時(shí)間的增加,溫度一直穩定下去.
目前DC-LINK電容器模組(MKP-LA)和高壓諧振電容器模組(MKPH-RA)經(jīng)過(guò)多家合作單位批量使用后,本司創(chuàng )格電子已對該系列電容器模組產(chǎn)品成功申請國家專(zhuān)利.
6、總結
IGBT可以由單管形式做成模塊形式,散熱效果好,過(guò)流能力強.本司參考IGBT內部散熱結構,研發(fā)出帶鋁殼散熱結構的電容器模組,應用在感應加熱設備上.經(jīng)過(guò)多家合作單位批量使用后,已于2010年大量推廣使用.
隨著(zhù)感應加熱設備市場(chǎng)需求量的不斷增加,產(chǎn)品競爭越來(lái)越激烈.企業(yè)要提高自身產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率,必須投入人力物力,對舊產(chǎn)品進(jìn)行更新,技術(shù)進(jìn)行升級,才能提升企業(yè)自身的競爭力. |
