分立式 IGBT 是現(xiàn)代基于逆變器的電磁烹飪產(chǎn)品的首選電源開關(guān)。隨著能源成本持續(xù)上升以及消費者對更小型烹飪解決方案的需求增加，IGBT 技術(shù)必須不斷發(fā)展以滿足這些需求。

感應(yīng)加熱的基本原理由邁克爾·法拉第 (Michael Faraday) 于 1831 年發(fā)現(xiàn)，并由海因里希·倫茨 (Heinrich Lenz) 進(jìn)一步發(fā)展。在磁性和電動勢實驗中，他們發(fā)現(xiàn)在磁場切換過程中，核心會產(chǎn)生熱量。

基于這一基本原理，電磁爐使用磁場直接加熱炊具，從而加熱食物。這種烹飪方式越來越受歡迎，因為它比燃?xì)庠罡?jié)能，因為它只加熱炊具。它還快速且高度可控，因為只需改變磁場強(qiáng)度即可改變熱量水平。

同樣的感應(yīng)技術(shù)現(xiàn)在也用于電飯鍋中，與標(biāo)準(zhǔn)加熱元件相比，它可以更好地傳播熱量，并且可以實現(xiàn)瞬時和精確的溫度變化。電磁烹飪的一個主要優(yōu)點是烹飪表面完全密封，因此更容易清潔，使烹飪過程比其他方法更衛(wèi)生。

隨著電磁烹飪設(shè)備變得越來越流行，消費者的期望也隨之提高，這給設(shè)計人員帶來了更大的挑戰(zhàn)。由于全球能源成本不斷上漲以及法規(guī)更加嚴(yán)格，效率是許多消費者關(guān)注的一個主要問題。設(shè)計人員還必須關(guān)注安全性和可靠性，確保產(chǎn)品不會出現(xiàn)故障而導(dǎo)致消費者無法烹飪并損害供應(yīng)商的聲譽。

為了使他們的產(chǎn)品組合脫穎而出，許多制造商都提供高級功能，例如啟用 Wi-Fi 控制。當(dāng)消費者評估這些附加功能時，價值和價格成為選擇電磁烹飪設(shè)備越來越重要的標(biāo)準(zhǔn)。

電磁爐的核心是控制關(guān)鍵電源開關(guān)功能的絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)。因此，IGBT 是影響最終產(chǎn)品的效率、尺寸、可靠性和成本的關(guān)鍵因素。

顯然，選擇最佳的 IGBT 解決方案對于電磁爐設(shè)計人員來說至關(guān)重要。在大多數(shù)情況下，設(shè)計人員將重點關(guān)注最大集電極電流 (IC) 和最大集電極-發(fā)射極電壓 (VCE) 等關(guān)鍵參數(shù)，以確保 IGBT 能夠控制所需功率（對于烹飪應(yīng)用，通常高達(dá) 2100 W）以及 VCEsat 和 Eoff，它們對于器件的運行效率至關(guān)重要。

為電路選擇最佳拓?fù)湟埠苤匾驗樵O(shè)計需要簡單、可靠且節(jié)能。電磁烹飪中最流行的拓?fù)渲皇菃味瞬⒙?lián)諧振逆變器 (SEPR)，盡管其功率水平相對有限。

該拓?fù)渲饕刹⒙?lián)電感器和電容器諧振回路網(wǎng)絡(luò)以及組合的 IGBT 和二極管以及一個小電容器組成，該電容器可提高 EMI 性能，并與二極管一起為電感器的諧振電流提供路徑。逆變器通常由經(jīng)過整流但未經(jīng)過濾波器的市電線路電壓供電，從而實現(xiàn)接近單位功率因數(shù)校正。

典型的工作頻率在 20 至 60 kHz 范圍內(nèi)，從而完全避開可聽范圍。開關(guān)頻率受到控制，軟啟動在較高頻率下運行，最大功率向范圍的較低部分輸送。一般來說，感應(yīng)烹飪應(yīng)用的需求比電機(jī)驅(qū)動更簡單，因為不需要硬開關(guān)能力、高短路額定值或特殊封裝類型。

軟開關(guān)拓?fù)渫ㄟ^使用零電壓開關(guān) (ZVS) 或零電流開關(guān) (ZCS) 操作模式顯著降低 IGBT 的開關(guān)損耗。在硬開關(guān)應(yīng)用中，IGBT 開關(guān)上的壓降可能會導(dǎo)致相當(dāng)大的功率損耗。然而，在軟開關(guān)應(yīng)用中，這些損耗幾乎可以忽略不計，從而提高了系統(tǒng)的整體效率。

反向?qū)↖GBT（RC-IGBT），在單個芯片上集成了IGBT和續(xù)流二極管（FWD）。它有比普通IGBT更低的損耗，較低的損失意味著烹飪時消耗的能源較少，從而降低消費者的運營成本。由于廢熱更少，RC-E 的運行溫度將更低，從而提高可靠性。由于給定功率水平所需的冷卻量較少，最終產(chǎn)品會隨著散熱器尺寸的減小而立即變得更小，從而降低成本。此外，這還有助于提高 IGBT 的效率并延長其使用壽命。

將場截止層與溝槽柵極結(jié)構(gòu)相結(jié)合，RC-E的飽和電壓大大提高，并且關(guān)斷時消耗的能量非常少。與早期 NPT 技術(shù)相比，更薄的基板提高了傳導(dǎo)和開關(guān)性能。與共同封裝的二極管解決方案相比，RC-E 提供了更高的功率密度。使用RC-IGBT已經(jīng)是如今電磁爐方案中的首選了。

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