摘要：详细分析了电磁炉主谐振电路的拓扑结构和工作过程，基于模糊控制理论，给出了负载变化时控制功率稳定的智能控制方法。

关键词：电磁炉；主谐振电路；模糊控制

引言

由电力电子电路组成的电磁炉（inductioncooker）是一种利用电磁感应加?原理，对锅体进行涡流加热的新型灶具。由于具有热效率高、使用方便、无烟熏、无煤气污染、安全卫生等优点，非常适合现代家庭使用。电磁炉的主电路是一个ac/dc/ac变换器，由桥式整流器和电压谐振变换器构成，本文分析了电磁炉主谐振电路的拓扑结构和工作过程。

图1

当电磁炉负载（锅具）的大小和材质发生变化时，负载的等效电感会发生变化，这将造成电磁炉主电路谐振频率变化，这样电磁炉的输出功率会不稳定，常会使功率管igbt过压损坏。针对这种情况，本文提出了一种双闭环控制结构和模糊控制方法，使负载变化时保持电磁炉的输出功率稳定。实际运行结果证明了该设计的有效性和可靠性。

1 电磁炉主电路拓扑结构与工作过程

1．1 电磁炉主电路拓扑结构

电磁炉的主电路如图1所示，市电经桥式整流器变换为直流电，再经电压谐振变换器变换成频率为20～30khz的交流电。电压谐振变换器是低开关损耗的零电压型（zvs）变换器，功率开关管的开关动作由单片机控制，并通过驱动电路完成。

电磁炉的加热线圈盘与负载锅具可以看作是一个空心变压器，次级负载具有等效的电感和电阻，将次级的负载电阻和电感折合到初级，可以得到图2所示的等效电路。其中r＊是次级电阻反射到初级的等效负载电阻；l＊是次级电感反射到初级并与初级电感l相叠加后的等效电感。

1．2 电磁炉主电路的工作过程

电磁炉主电路的工作过程可以分成3个阶段，各阶段的等效电路如图3所?。研究一个工作周期的情况，定义主开关开通的时刻为t0。时序波形如图4所示。

图4

1.2.1 [t0，t1]主开关导通阶段

按主开关零电压开通的特点，t0时刻，主开关上的电压uce=0，则cr上的电压uc=uce－udc=－udc。如图3（a）所示，主开关开通后，电源电压udc加在r＊及l＊支路和cr两端。由于cr上的电压已经是－udc，故cr中的电流为0。电流仅从r＊及l＊支路流过。流过igbt的电流is与流过l＊的电流il相等。由图3（a）得式（1）。

可见，il按照指数规律单调增加。流过r＊形成了功率输出，流过l＊而储存了能量。到达t1时刻，igbt关断，il达到最大值im。这时，仍有uc=－udc，uce=0。il换向开始流入cr，但cr两端的电压不能突变，因此，igbt为零电压关断。

1.2.2 [t1，t2]谐振阶段

igbt关断之后，l＊和cr相互交换能量而发生谐振，同时在r＊上消耗能量，形成功率输出。等效电路如图3（b）及图3（c）所示，我们也将其分为两个阶段来讨论。波形如图4中的il和uc。

由图3(b)、图3(c)的等效电路可得到式（3）方程组。

l＊(di/dt)＋ilr＊＋uc=0

cr(duc/dt)=il （3）

由初始条件il(t1)=im，uc(t1)=－udc，

解微分方程组式（3）并代入初始条件，可得下列结果：

igbt上的电压

式中：δ=r*/2l*为衰减系数；