在目前主流的 IGBT 式感應(yīng)加熱產(chǎn)品中，仍有較多的電路和結(jié)構(gòu)方式差異。從整流單元看有可控整流方式和不可控整流方式；從逆變單元看有脈寬調(diào)制逆變方式和斬波調(diào)壓逆變方式；從諧振輸出單元看有并聯(lián)諧振方式和串聯(lián)諧振方式。各種電路和結(jié)構(gòu)方式在效率、功率因數(shù)、可靠性等性能上各有差異。
1 目前產(chǎn)品普遍存在的問(wèn)題及原因
雖然采用 IGBT 取代晶閘管和電子管已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，但目前大多數(shù)生產(chǎn)廠商研制生產(chǎn)的感應(yīng)加熱電源設(shè)備仍然存在一些普遍問(wèn)題，這些問(wèn)題主要表現(xiàn)為：
a 效率較低、電能和冷卻水消耗大b 功率元件 IGBT 容易損壞c 電抗器或輸出變壓器容易損壞d 冷卻水回路故障較多e 功率因數(shù)較低、諧波污染大f 設(shè)備可靠連續(xù)運(yùn)行性能欠佳這些問(wèn)題主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)上的缺陷所致，現(xiàn)針對(duì)這些問(wèn)題探討其原因：
a 由于 IGBT、電抗器、輸出變壓器、諧振電容器均采取水冷結(jié)構(gòu)，不僅損耗較大、效率較低，冷卻水消耗大，而且容易發(fā)生因?yàn)殂~管結(jié)垢堵塞導(dǎo)致器件燒毀，也容易發(fā)生漏水導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大等問(wèn)題；且由于水路并聯(lián)支路很多，系統(tǒng)無(wú)法保證每一支路均具有斷水保護(hù)功能。
b 由于模擬式控制電路不能適應(yīng)各種變化工況，使得功率元件IGBT 脫離過(guò)零軟開關(guān)狀態(tài)，因此開關(guān)損耗增加、并經(jīng)常導(dǎo)致IGBT 過(guò)熱損壞。
c 脈寬調(diào)制型（無(wú)斬波調(diào)壓）產(chǎn)品采用軟開通、硬關(guān)斷（或帶緩沖的硬關(guān)斷）電路，因此IGBT 損耗大，且這種方式容易脫離軟開關(guān)狀態(tài)導(dǎo)致IGBT 損壞。
d 設(shè)備在過(guò)壓、過(guò)載、感應(yīng)圈短路或部分短路、功率元件過(guò)熱等情況下控制電路不能起到有效限制和保護(hù)作用，導(dǎo)致設(shè)備損壞。
e 并聯(lián)諧振方式的設(shè)備容易發(fā)生逆變單元過(guò)壓而損壞器件。
f 控制電路抗干擾能力差，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定或保護(hù)限制功能容易誤動(dòng)作，設(shè)備可靠性差；或設(shè)備設(shè)備由于外界因素或偶然因素保護(hù)停機(jī)后不能自動(dòng)重起動(dòng)。
g 整流后直接采用大容量電力電容濾波，無(wú)濾波電感或直流側(cè)IGBT 斬波電路，因此功率因數(shù)低，輸入電流諧波大；如采用電力電解電容，還有發(fā)熱、串聯(lián)均壓?jiǎn)栴}、壽命較短等缺陷。
2 新型數(shù)字式空冷感應(yīng)加熱電源的主要特點(diǎn)
一種新型引進(jìn)技術(shù)的 YFL 系列感應(yīng)加熱電源主回路如下圖所示，該產(chǎn)品為創(chuàng)新的全空冷結(jié)構(gòu)，在中央處理器DSP 的數(shù)字式控制下，功率器件IGBT 始終精確工作在零電流開關(guān)狀態(tài)，自動(dòng)重起動(dòng)功能保證了設(shè)備連續(xù)運(yùn)行的可靠性；與非數(shù)字式產(chǎn)品相比，數(shù)字式產(chǎn)品在各方面性能均得以提高。
該產(chǎn)品的整流單元為不可控整流，且直流側(cè)采用 IGBT 斬波調(diào)壓，諧振方式為輸出隔離型次級(jí)串聯(lián)諧振。這種電路有效提高了設(shè)備效率和功率因數(shù)、減少輸入諧波、降低IGBT損耗；使得設(shè)備可以采用全空冷結(jié)構(gòu)，并消除設(shè)備來(lái)自水系統(tǒng)的故障；基于這種結(jié)構(gòu)，設(shè)備的工作頻率為1KHz－100KHz。
2.1 準(zhǔn)確可靠的過(guò)零軟開關(guān)IGBT 逆變
高頻感應(yīng)加熱電源一般均采用諧振軟開關(guān)控制，可以大為降低IGBT 開關(guān)損耗，且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤諧振頻率。
有的產(chǎn)品直流側(cè)沒(méi)有 IGBT 斬波電路，這是一種軟開通硬關(guān)斷電路，或者是帶緩沖的硬關(guān)斷電路。這種電路的關(guān)斷損耗較大，且容易脫離軟開關(guān)狀態(tài)。采用直流側(cè)IGBT 斬波電路后，可以實(shí)現(xiàn)完全的軟開通軟關(guān)斷，并將開通損耗和關(guān)斷損耗均降至最低。
傳統(tǒng)控制電路采用鎖相環(huán)跟蹤系統(tǒng)諧振頻率，但諧振頻率較高時(shí)，影響頻率跟蹤的離散參數(shù)比較突出，頻率較高時(shí)，鎖相環(huán)精度不夠，容易出現(xiàn)脫離軟開關(guān)的狀態(tài)，因此開關(guān)損耗增大，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致IGBT 損壞。因此，提高控制的準(zhǔn)確度是保證IGBT 安全運(yùn)行的前提條件。
新型 YFL 系列感應(yīng)加熱電源采用DSP 進(jìn)行跟蹤控制，憑借DSP 的快速處理能力，可根據(jù)不同工況進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，使系統(tǒng)準(zhǔn)確度大幅度提高，諧振頻率和相位的跟蹤誤差大為降低。此外，系統(tǒng)采用的快速IGBT 驅(qū)動(dòng)電路也有助于更準(zhǔn)確快速的高頻軟開關(guān)電路的實(shí)現(xiàn)。
