一种基于SG3525的半桥电磁炉的研究
理 论 研 究
科技创业家
2013年04(上)TECHNOLOGICAL P IONEERS
１５６科技创业家 TECHNOLOGICAL PIONEERS
1 引言
电磁炉的工作原理是将５０ＨＺ的低频交流电源，转变为２０ＫＨＺ－４０ＫＨＺ的高频交流电源直接加到电磁炉的线圈盘中产生大功率的电磁场，再利用电磁场使锅体产生涡流而进行加热。一般的电磁炉都是采用单管的控制方式进行电路设计的，此种电路设计会导致开关器件ＩＧＢＴ的Ｄ－Ｓ两极承受很大的反压，特别是在锅具偏移等恶劣条件下往往会导致ＩＧＢＴ的反压超出其能够承受的最大反压。同时受到开关器件ＩＧＢＴ的技术条件的限制比如最大反压及峰值电流等参数的限制，单管电磁炉的功率一般只能工作在２０００瓦左右，很难继续提高。
为了克服上述单管电磁炉的不足，本文阐述了一种基于ＳＧ３５２５的半桥控制电路结构来实现电磁炉的大功率设计，半桥控制电路结构如图１所示。此电路因其结构上是采用上下半桥的两个开关器件ＩＧＢＴ的设计，实现了ＩＧＢＴ的反压是单管控制电路的１／２，峰值电流也有很大的降低，从而能实现电磁炉的大功率设计。
2 PWM 集成芯片SG3525的功能特点
ＳＧ３５２５是一款功能齐全、通用性强的单片集成ＰＷＭ芯片。它采用恒频脉宽调制控制方案，适合于各种开关电源、斩波器的控制。振荡器、误差放大器、ＰＷＭ比较器、欠压锁定电路、软启动控制电路、推拉输出形式。ＳＧ３５２５的基本外围电路接线图如图２所示。
该芯片与其它同类型的芯片相比具有许多突出的特点。
（１）频率可调，一般通过改变ＣＴ和ＲＴ（见图２）的值来调节ＰＷＭ波的输出频率，其频率的计算公式为：ｆ＝１／【ＣＴ（０．６７ＲＴ＋１．３ＲＤ）】
（２）死区时间可调，通过调节ＲＤ即可改变死区时间的大小，防止逆变桥的上下桥臂直通。
（３）具有ＰＷＭ脉冲信号封锁功能，当１０脚电压高于２．５Ｖ时，可及时封锁脉冲输出，过流、过热故障时对电路产生危害。
（４）芯片内振荡器工作频率为１００Ｈｚ～４００ｋＨｚ。设有引脚３为同步端，为多个ＳＧ３５２５联用提供方便。
（５）具有软启动电路，软启动控制端即芯片的引脚８，可外接软启动电容Ｃ。该电容器内部的基准电压Ｖｒｅｆ由恒流源供电，达到２．５Ｖ的时间ｔ＝（２．５Ｖ／５０ｕＡ）Ｃ，占空比由小到大（５０％）变化。
（６）内置ＰＷＭ（脉宽调制）锁存器将比较器送来的置位信号锁存，并将误差放大器上的噪声、振铃及系统所有的跳动和振荡信号消除。只有在下一个时钟周期才能重新置位，系统的可靠性高。
3 基于SG3525的电路设计及工作原理
利用ＳＧ３５２５建立的半桥电磁炉控制电路，下面主要介绍此电路的工作原理。
通过ＭＣＵ的控制信号Ｉ／Ｏ－１和Ｉ／Ｏ－２控
制ＳＧ３５２５的１１脚和１４脚输出来实现半桥电路的工作。通过调整电阻Ｒ５和电容Ｃ４可以设计ＳＧ３５２５的１１脚和１４脚输出的两路互补ＰＷＭ的频率，通过ＭＣＵ的控制信号Ｉ／Ｏ－２来调节实际需要的两路互补ＰＷＭ的频率大小，从而调节驱动上下半桥ＩＧＢＴ的频率，进而调节样机的工作功率。通过调整电阻Ｒ４的大小可以设计出合适的死区时间，来避免上下桥开关管的直通。当样机在某一频率下工作过程中，遇到如电压变化等因素干扰时出现样机的工作功率出现不同程度的偏离，可以通过ＭＣＵ的控制信号Ｉ／Ｏ－１来调节实际需要的两路互补ＰＷＭ的占空比的大小，从而对综合图１来分析，通过ＭＣＵ的控制信号Ｉ／Ｏ－１和Ｉ／Ｏ－２来调节ＳＧ３５２５的１１脚和１４脚输出的两路互补ＰＷＭ的频率和占空比的大小，能够调节上下半桥开关管驱动ＰＷＭ的频率和占空比的大小，从而实现样机的工作功率的调节及功能保护。
4 样机的设计
主要技术指标：
输入最低电压：单相ＡＣ１６７Ｖ±５％输入最高电压：单相ＡＣ２６７Ｖ±５％输入正常电压：单相ＡＣ２２０Ｖ±５％输出最大功率：４０００Ｗ±１０％输出最小功率：４００Ｗ±１０％
功率调节要求：以２００Ｗ为步长可调通过样机的调试和实验数据的测试，样机工作在２２０ＶＡＣ／４０００Ｗ时驱动上下半桥开关管ＩＧＢＴ的ＰＷＭ波形。从数据可以看出样机工作在４０００Ｗ时驱动ＩＧＢＴ的频率约为１７Ｋ，占空比在４５％左右。
5 结论
本文阐述了基于ＰＷＭ集成控制芯片ＳＧ３５２５设计的一台４０００Ｗ的大功率半桥电磁炉样机。本电路设计较简单，调试方便，所需元器件较常用，体积小，成本较低。通过实验调试，样机能够在４００Ｗ－４０００Ｗ的功率范围内的逐级调节，且在每级功率上工作时功率较稳定，整机性能较好。
参考文献
［１］ＱＢ／Ｔ １２３６－２００８中华人民共和国轻工
行业标准《电磁灶》．
［２］周志敏，纪爱华．ＩＧＢＴ和ＩＰＭ及其应用
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［４］郑峰，杨旭，王兆安．基于双ＳＧ３５２５的半
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一种基于SG3525的半桥电磁炉的研究
曹小林 吴伟宾 徐明燕
(珠海格力电器股份有限公司家电技术研究院 广东珠海 519070)
摘 要:SG3525是一种应用广泛的PWM 集成控制芯片,本文通过介绍SG3525的功能特点以及电磁炉工作原理,阐述了基于SG3525为PWM 控制核心的半桥电磁炉的设计。该电磁炉主电路采用半桥式电路,应用MCU 控制SG3525的两路互补PWM 输出实现样机不同功率的输出。关键词:电磁炉 半桥控制 IGBT SG3525
图1 半桥控制电路结构
图2 SG3525的基本外围接线图