ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ПИТАНИЯ УСТРОЙСТВ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА

Полезная модель относится к области преобразовательной техники и предназначена для использования в бытовых устройствах, использующих индукционный нагрев, например, для кухонных индукционных плит.
Известен преобразователь для индукционного нагрева для кухонной индукционной плиты ( см. акц. заявка Японии № 3 - 164740 МПК6 Н 05 В 6/12 , опубл. 22.01.93 ), который содержит: источник переменного напряжения, выпрямитель, преобразователь, который включает в себя сглаживающий фильтр, индуктор, резонансный конденсатор и ключевой элемент, блок, отслеживающий входной ток преобразователя, блок, отслеживающий входное напряжение, микроконтроллер и генератор импульсов. При колебаниях входного тока и напряжения источника питания микроконтроллер, на вход которого поступают сигналы от блоков, отслеживающих изменения входного тока преобразователя и нестабильность входного напряжения, задает необходимую длительность импульса генератору, что предотвращает перегрев и выход из строя ключевого элемента.
Однако, устройство имеет плохие массогабаритные показатели, так как использование такой схемы требует источника тока в промежуточном звене постоянного тока, и обладает недостаточной надежностью, так как в нем отсутствует непосредственный контроль за током ключа и напряжением, прикладываемым к нему.
Наиболее близким по технической сущности к предложенной полезной модели является высокочастотный преобразователь для питания устройств индукционного нагрева, например, кухонной индукционной плиты ( см. акц. заявка Японии № 1 - 104919, МПК6 Н 05 В 6/12 , опубл. 21.11.90 ), который содержит: источник переменного напряжения, выпрямитель, фильтрующий узел, содержащий конденсаторы и дроссель, преобразователь, состоящий из: индуктора, конденсатора резонансного контура, ключевого элемента ( транзистор со встроенным обратным диодом ), нагрузки и трансформаторного датчика тока конденсатора резонансного контура, управляющий блок, который включает в себя: цепь установки энергии, времязадающую цепь, цепь управления ключевым элементом, промежуточную цепь между датчиком тока и управляющим блоком и узел сравнения. Управляющий узел осуществляет контроль за сигналом с датчика тока ( когда ключевой элемент открыт ), сравнивает сигнал с датчика с заданной величиной и регулирует длительность проводящего состояния ключевого элемента таким
образом, чтобы ток конденсатора резонансного контура оставался постоянным и не превышал установленного значения.
Однако, такому устройству свойственен значительный уровень помех, излучаемых в сеть, связанный с изменением рабочей частоты преобразователя в процессе работы, и, следовательно, низкий коэффициент мощности. Кроме того, устройство имеет низкую надежность, так как в схеме отсутствует явный контроль за током и напряжением силового ключа и используется трансформаторный датчика тока.
Техническая задача полезной модели заключается в повышении стабильной работы преобразователя с постоянной частотой при автоматической отработке им любых изменений во входном напряжении, и обеспечении требований, установленных международными стандартами, на уровень помех, излучаемых преобразователем в сеть, и повышением надежности защиты силового ключа от сверхтоков и перенапряжений.
Техническая задача достигается тем, что в известном высокочастотном преобразователе для питания устройств индукционного нагрева, содержащем источник переменного напряжения, выпрямитель, фильтрующее LC - звено, преобразователь, включающий в себя индуктор, конденсатор резонансного контура, обратный диод, датчик тока, ключевой элемент с блоком управления, содержащим драйвер, схемы
слежения и сравнения, блок управления ключевым элементом, выполненным в виде транзистора, снабжен управляемым источником опорного напряжения, вход которого соединен с фильтрующим LC - звеном, и другой схемой сравнения, один вход которой подключен к выходу источника опорного напряжения, а другой соединен с датчиком тока, выполненным резистивным и включенным в эмиттерную цепь транзистора, образовывая последовательную цепь, подключенную параллельно конденсатору резонансного контура, соединенному последовательно с индуктором и параллельно с обратным диодом.
Существо полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена схема высокочастотного преобразователя.
Полезная модель содержит: источник переменного напряжения 1, входной высокочастотный фильтр 2, выпрямитель 3, фильтрующее LC - звено 4, состоящее из дросселя и конденсатора, преобразователь 5, который включает: индуктор 6, соединенный последовательно с конденсатором резонансного контура 7, параллельно которому подключен силовой ключ 8, соединенный с резистивным датчиком тока 9, обратный диод 10, подключенный параллельно силовому ключу 8 и резистивному датчику тока 9, управляющий блок, включающий в себя: управляемый источник опорного напряжения 11, вход которого соединен с выходом фильтрующего LC - звена 4, схему слежения 12 за током силового ключа 8,подключеннуы параллельно резистивному датчику тока 9, схему сравнения 13, входы которой соединены со схемой слежения 12 и управляемым источником опорного напряжения 11, схему слежения 14, подключенную параллельно конденсатору резонансного контура 7 , схему сравнения 15, входы которой соединены со схемой слежения 14 и с нулем, драйвер 16 силового ключа 8, выход которого соединен с затвором силового ключа 8, а входы - со схемами сравнения 13 и 15 соответственно.
Высокочастотный преобразователь работает следующим образом. Напряжение от источника переменного напряжения 1 через входной высокочастотный фильтр 2 поступает на вход выпрямителя 3. Затем выпрямленное напряжение после фильтрующего звена 4 поступает на вход преобразователя 5. Предположим, что в начальный момент времени силовой ключ 8 преобразователя 5 открыт, и идет процесс накопления энергии в индукторе 6 . При этом напряжение с датчика тока 9 посредством схемы слежения 12 подается на вход схемы сравнения 13 с опорным напряжением И, которое пропорционально входному выпрямленному напряжению, имеющему вид полуволны синусоиды. В тот момент, когда эти напряжения сравниваются, схема сравнения 13 выдает сигнал на драйвер 16 силового ключа 8, который вырабатывает сигнал на выключение силового ключа 8. После этого в колебательном
контуре, образованном индуктором 6 и конденсатором резонансного контура 7, развивается колебательный процесс, и напряжение на силовом ключе 8 изменяется по колебательному закону. Напряжение с коллектора силового ключа 8 через схему слежения 14 поступает на схему сравнения 15. В тот момент, когда напряжение на коллекторе силового ключа 8 достигает нулевого уровня, схема сравнения 15 выдает сигнал драйверу 16 силового ключа 8 на повторное включение силового ключа 8. Так как при этом в первый момент времени ток в контуре отрицателен, то он сначала замыкается через обратный диод 10 и только потом переключается на силовой ключ 8. После чего процессы повторяются.
Т. о. , в предложенном высокочастотном преобразователе автоматически отрабатываются любые изменения в питающем напряжении, устройство работает с постоянной частотой, от питающей сети потребляется синусоидальный ток, а значение коэффициента мощности устройства практически равно 1. Уменьшению помех способствует и тот факт, что в данной схеме высокочастотного преобразователя при предложенной структуре блока управления силовым ключом 8 не наблюдается резких изменений напряжения на индукторе 6 и связанного с ними появления высших гармонических составляющих в токе и напряжении индуктора 6. Включение силового ключа 8 осуществляется при нулевом напряжении. Управляющий блок осуществляет контроль за током
силового ключа 8 и напряжением, прикладываемым к нему, при этом все обратные связи являются одновременно и элементами системы управления, и элементами системы защиты силового ключа 8 от сверх токов и перенапряжений. Выполнение датчика тока 9 резистивным позволяет осуществлять контроль за величиной тока силового ключа 8 даже при срыве колебаний в контуре, а, следовательно, обеспечивает его защиту.