随着感应加热电源的应用不断扩展到各个领域，对感应加热电源的要求越来越高，不仅是功率容量越来越大，加热交变电流的频率也越来越趋向高频化。加

热频率主要与加热工艺要求和性质有关，频率越高，功率密度越集中，表面加热深度越浅。比如对于细微工件的表面淬火工艺，加热的工作频率要求达到数兆

赫兹以上，用于介质加热及金属高频溅射时，加热的工作频率要求可达数十兆赫兹。

提高感应加热电源的频率主要通过以下途径。

 (1)选用工作频率高的电力半导体器件。目前感应加热单元工作频率高于100kHz可应用的电力半导体器件主要有MOSFET、 SIT及IGBT：①MOS-FET的最高

频率可达300MHz；②SIT的工作频率在300kHz，极限频率可达500kHz；③IGBT的工作频率可达150kHz，软开关工作模式时，IG BT的最高工作频率可

达300kHz。

场效应晶体管(MOSFET)的电压和电流容量比较低，大功率感应加热电源用MOSFET需要大量的器件串、并联使用，会使控制电路复杂，可靠性降低。静电感

应晶体管(SIT)开通速度比MOSFET幔，通态压降即通态损耗大，单管容量小，在大功率应用也存在串、并联带来的问题。它是日本西泽润一教授等人研制成功

的高频电子功率器件，因此在日本SIT应用于电力电子变换器比较多，涉及高频感应加热、电气传动及超声波、家用电器等许多领域。

(2)采用软开关技术提高工作频率。感应加热电源高频化受开关器件损耗的制约，开关频率越高，损耗越大，不仅使电源效率低，而且温升高，需要庞大的散

热系统，以保证器件在规定的允许温升下可靠工作，所以功率开关器件工作频率的提高，只是为感应加热电源的高频化提供基础。要实现加热电源的高频化还

必须改进加热电源的控制技术，以使开关损耗近似为零，即开关损耗与开关频率无关，软开关变换技术可以实现这一目的。软开关控制技术是在硬开关PWM

基础上，附加一个谐振网络。谐振网络通常由电感器、电容器和功率开关器件组成，谐振网络谐振工作使功率开关器件在零电压或零电流状态下开关，即

ZVS、ZCS状态。功率器件开通或关断时刻不会出现电压、电流重叠现象，大大降低开关损耗，同时降低了开关过程中产生di/dt. du/dt磁干扰噪声。

因此，软开关变换技术可适当提高电力半导体功率器件的应用频率，是实现感应加热电源装置高频化、高效率最有发展和应用前景的一种技术。

(3)采用倍频式逆变桥电路拓扑提高频率。倍频式感应加热电源对提高电源加热频率和功率，具有重要的现实意义，倍频式逆变器的电路结构，是在标准常规

逆变桥式电路中的每个功率器件上再并联一只功率器件，即相当于两个全桥电路中的超前臂相互并联中点相连，滞后臂相互并联中点相连，共同一负载，这样

就构成了由8个功率开关器件组成的倍频式逆变桥电路。在一个周期内分4个阶段运行工作，前两个阶段是常规的全桥互补工作，之后接下来是并联上去的全桥

互补工作，在公共负载上获得的交流电压及电流的频率加倍，也就是说负载上的交流频率是每个全桥逆变器开关频率的2倍。这种倍频式电路拓扑结构，可以

充分发挥IGBT功率器件的优越性，虽然IGBT性能参数规范中规定的使用工作频率指标没有改变，但是使用该种倍频逆变器电路拓扑技术，使IGBT的应用频率

间接扩展了2倍。

3．感应加热电源的智能化

感应加热电源智能化是感应加热电源的发展趋势，也是衡量感应加热电源性能先进性的重要标志；同时感应加热电源智能化也是提高加热处理自动化程度和

电源可靠性的要求，使电源趋向集成化、模块化，对缩短生产周期，提高可使用性和可维修性均有重要意义。

感应加热电源实现智能化，应着重解决以下问题。

 (1)选用智能半导体模块是实现智能化的基础。构成感应加热逆变器的电力半导体功率器件模块智能化，是加热电源智能化的基础。为此应选用集驱动控制、

保护、智能于一体的智能模块IPM，如600A/2000V的IPM智能IGBT模块已成为商品。20世纪90年代末美国研制出以大功率IGBT模块为有源器件的电力电

子积木PEBB (Power Electronics Buildings Block)，其采用先进的表面贴装技术将功率器件的触发器、有源器件、主电源控制板集成在一起。还有一种已不是

一般意义的电力半导体模块概念的集成电力电子模块IPEM(In一tegrated Power Electronics Mitules)．其采用先进工艺、三维立体组装，可实现源电压至负

载之间的电路功能。

IPM. PEBB. IPEM这些低电感、多功能、高集成的电力半导体模块，不仅减小了体积、质量,提高了逆变器在高频工作下的效率和可靠性，而且为采用微处理接

口，实现智能化拉制奠定了基础。

 (2)运用数字处理技术是实现智能化的核心。感应加热电源的控制技术是否先进合理，是决定加热电源智能化程度的关键。早期感应加热电源的控制电路采用

模拟电路，难以实现智能化，而且模拟电路受温度影响和抗干扰性差，导致参数不稳定和可靠性变差。运用单片机控制，使感应加热电源向智能化方向迈进了

一大步。现在应用数字信号处理器(DSP)，信息容量更大，处理能力更强、更灵活，整个控制电路可用一片DSP完成，实现自动化智能控制。

采用以DSP为核心的控制芯片，可以使感应加热电源实现：①PWM驱动控制信号生成；②频率数字锁相环跟踪l③功率闭环控制；④过电压、欠电压、缺相、

过电流、过热保护；⑤故障自诊断与报警；⑥参数显示；⑦远程遥控、遥测及人机界面等多种功能。感应加热的工作状况相对复杂，运用智能控制可使感应加

热对象（工件形状、材料）、加热过程中被加热电源的功率、频率参数，使加热工件的处理性能与质量，满足规范中设置的工艺参数要求。这一切均可运用数

字信号处理器芯片及计算机来完成，不仅提升了感应加热电源的品质，而且对感应加热生产实现自动化具有重要意义。

4．数字化频率跟踪与负载阻抗自动匹配

频率自动跟踪及阻抗自动匹配是当代感应加热电源重点解决的关键技术。随着感应加热电源的大容量化、高频化，金属熔炼及金属表面处理对感应加电源的需

求越来越广泛，要求越来越高，尤其是对电源的可靠性要求更为苛刻。

感应加热电源的频率跟踪和阻抗匹配是保证加热电源获得最大功率输出，提高电源效率，安全稳定工作的重要控制特性。感应加热逆变器的主回路中通常是

一个谐振网路，它由电感L、电容C及等效电阻R组成，无论是串联谐振还是并联谐振，谐振回路的固有频率fo由参数L、C决定，在加热过程中，因温度变化引

起加热物体的物理特性参数及等效阻抗变化，使负载回路的固有频率fo发生变化，而且是一个非线性系统。如果此时逆变器的工作频率fs不及时跟踪fo，开关

频率将偏离谐振频率，逆变器将会工作在硬开关状态，在高频、大功率情况下，功率器件承受很高的电应力，损耗增加，造成逆变器的安全性和可靠性下降；

同时，因为电压和电流不同相，功率因数低，达不到最大功率输出，电源的效率和容量利用率降低。为此，必须采用频率跟踪控制技术，使逆变器的工作频率f

在谐振回路固有频率fo附近，即fs=fo，此时电压与电流同相，功率因数近似为1l，获得最大功率输出，开关器件也工作在ZVS. ZCS换流状态，损耗降低，简化

了开关器件附加吸收电路，有利于高频感应加热电器的高频化，大容量化。

最早的频率跟踪电路采用模拟锁相环、专用集成锁相环芯片CD4046,由于其跟踪速度及稳定性较差，无法满足高精度和宽范围跟踪要求。在高频化感应加热中

目前采用高频专用锁相环芯片及数字信号处理器芯片，尤其是采用数字信号处理器DSP实现锁相和频率跟踪是21世纪感应加热电源发展的方向。

根据电工学原理，当电源的输出阻抗与负载达到匹配时，在负载上可以狭得最大功率输出．感应加热电源在加热过程中，负载阻抗因温度变化而变化，折射到

初级的等效阻抗也变化。同时，特定的加热电源，加热不同的负载（工件物体）．负载折射到初级的等效阻抗也是有很大差异的。由于上述两种情况，使谐振

同路的谐振频率发生变化，等效负载发生变化，如果不及时调节，使感应加热电源与负载匹配，电源就不能在负载上输出最大功率，导致工作效率降低，电源

的安全性也会下降，这一现象与频率是否跟踪相类似。负载阻抗匹配最常见的办法是在电源与负载之间加入变压器，通过改变耦合变压器的电压比，实现负载

阻抗匹配，印z1=n2z2式中，n一变压器一次、二次匝数比;z1、Z2 -一次、二次的阻抗。

采用变压器抽头改变匝数比实现感应加热电源的负载匹配有其应用上的局限性，即：①比较粗放、不精细，达不到匹配精度要求；②抽头转换时，需要一定容

量的转换器，如控制接触器。采用电子技术实现自动负载匹配，是现代感应加热电源发展的必由之路。相对于变压器匹配负载，电路结构简单，质量和体积

小，匹配可用数字处理器来完成，实现数字化、高精确匹配。电子自动负载匹配可以通过调节感应加热逆变电源的驱动控制脉冲的密度(PDM)和调节逆变桥开

关功率器件驱动控制脉冲的相移(PSM)等办法，达到自动匹配。