作者：英飛凌工業半導體
經常遇到很多同事和朋友問：為什麼電磁爐和電飯煲要用到IGBT，這種應用的IGBT需要有什麼特點？今天我們就給大家詳細解釋感應加熱的原理和感應加熱的拓撲分析。
在理解電磁感應加熱的原理之前，先問自己一個問題，假如這個世界上沒有電磁爐，你要燒開一鍋水，會怎麼做？
最常見的方式，就是點燃爐灶，把鍋架在火上。
圖1.傳統燃氣加熱
然而這種方法是間接的加熱方式，先由熱源加熱鍋具，再通過鍋具將熱量傳導到鍋內的食物，在這一系列的過程中，必然會產生能量的損失。
所以，有沒有一個辦法，把鍋具本身變成一個熱源，讓鍋來直接煮水？
這，就要用到感應加熱了。
感應加熱的原理
如圖2所示：
1. 控制板通過諧振轉換電路產生高頻交流電流流經銅線圈；
2. 在工作線圈上產生感應的磁場，感應磁場在金屬鍋具底部產生渦流；
3. 渦流通過金屬的趨膚效應讓其電阻產生焦耳熱，同時與材料的滲透性有關的磁滯損失也產生熱量。
圖2.渦流效應
等效電路如下圖所示：
圖3.等效電路
感應加熱速度有以下特點：
1. 烹飪容器底部的渦流與流經感應線圈的電流大小成正比，意味著增加感應線圈的電流會導致渦流的增加; 烹飪容器的加熱時間會更快。
2. 更高的頻率將使渦流密度集中在更接近表面的地方，這反過來又會大大減少活性電流流的橫截面積，從而間接增加電阻，增加加熱效率，所以增加工作頻率也會加快加熱容器的速度。
所以感應加熱需要諧振控制器在線圈上產生交變電流，並且為了達到一定功率，諧振控制器的電流及開關頻率都要求比較高，那麼開關器件勢必要選用即能導通大電流又能快速開關的IGBT。
圖4.頻率對材料的標準穿透深度的影響
感應加熱目前主流的拓撲有單端諧振和半橋諧振兩種不同的拓撲，下圖對兩種拓撲特點做了詳細的比較：
圖5.感應加熱應用範圍和諧振拓撲的特點
1. 單端諧振相對來講控制簡單，整體成本有優勢；
2. 如下圖所示單端諧振不足之處就是功率範圍明顯受到制約，小功率（<600W）會有硬開通產生大電流增加溫升，大功率(>2.3KW)單顆管子的溫升很難控制；
圖6.兩種拓撲功率輸出和溫升的對應關係
下篇我們會結合拓撲的迴路路徑對兩種拓撲的等效電路電流進行詳細分析。
評論