2つの単純な誘導加熱回路–ホットプレートクッカー

2つの単純な誘導加熱回路–ホットプレートクッカー

この投稿では、高周波磁気誘導の原理で動作する2つの簡単に構築できる誘導加熱回路を学び、指定された小さな半径でかなりの大きさの熱を発生させます。

説明した電磁調理器の回路は本当にシンプルで、必要なアクションのためにいくつかのアクティブおよびパッシブの通常のコンポーネントを使用します。




更新: また、独自にカスタマイズした誘導加熱コンロを設計する方法を学びたいと思うかもしれません。
誘導加熱回路の設計-チュートリアル




誘導加熱器の動作原理

誘導加熱器は、高周波磁場を使用して、渦電流によって鉄の負荷または強磁性金属を加熱するデバイスです。

このプロセスの間、鉄内部の電子は周波数ほど速く移動することができず、これにより、渦電流と呼ばれる金属に逆電流が発生します。この高渦電流の発生により、最終的に鉄が熱くなります。



発生する熱はに比例します 電流 バツ 抵抗 金属の。負荷金属は鉄でできているはずなので、金属鉄の抵抗Rを考えます。

熱=私x R(鉄)

鉄の抵抗率は次のとおりです:97nΩ・m



上記の熱も誘導周波数に正比例するため、通常の鉄印トランスは高周波スイッチングアプリケーションでは使用されず、代わりにフェライト材料がコアとして使用されます。

ただし、ここでは、高周波磁気誘導から熱を取得するために上記の欠点が利用されます。

以下の提案された誘導加熱回路を参照すると、MOSFETの必要なトリガーにZVSまたはゼロ電圧スイッチング技術を利用する概念が見つかります。

このテクノロジーにより、デバイスの加熱が最小限に抑えられ、操作が非常に効率的かつ効果的になります。

さらに、本質的に自己共振する回路は、タンク回路とまったく同じように、接続されたコイルとコンデンサの共振周波数に自動的に設定されます。

RoyerOscillatorの使用

この回路は基本的に、シンプルさと自己共振動作原理が特徴のロイヤー発振器を利用しています。

回路の機能は、次の点で理解できます。

  1. 電源をオンにすると、正の電流がワークコイルの2つの半分からMOSFETのドレインに向かって流れ始めます。
  2. 同時に、供給電圧はMOSFETのゲートにも到達し、MOSFETをオンにします。
  3. ただし、2つのMOSFETまたは電子デバイスがまったく同じ導電仕様を持つことはできないため、両方のMOSFETが同時にオンになるのではなく、一方が最初にオンになります。
  4. T1が最初にオンになると想像してみましょう。これが発生すると、T1に大電流が流れるため、そのドレイン電圧はゼロに低下する傾向があり、接続されたショットキーダイオードを介して他のMOSFETT2のゲート電圧を吸い出します。
  5. ここでは、T1がそれ自体を実行および破壊し続ける可能性があるように見えるかもしれません。
  6. しかし、これはL1C1タンク回路が作動し、重要な役割を果たす瞬間です。 T1の突然の伝導により、T2のドレインで正弦パルスがスパイクして崩壊します。正弦波パルスが崩壊すると、T1のゲート電圧が乾燥し、シャットダウンします。これにより、T1のドレインで電圧が上昇し、T2のゲート電圧が回復します。これで、T2が実行されるようになり、T2が実行され、T1で発生したのと同様の種類の繰り返しがトリガーされます。
  7. このサイクルが急速に継続し、LCタンク回路の共振周波数で回路が発振します。共振は、LC値がどの程度一致しているかに応じて、自動的に最適なポイントに調整されます。

ただし、設計の主な欠点は、トランスとしてセンタータップコイルを採用していることです。これにより、巻線の実装が少し難しくなります。ただし、センタータップを使用すると、MOSFETなどのアクティブなデバイスをいくつか使用するだけで、コイルを効率的にプッシュプルすることができます。

見てわかるように、各MOSFETのゲート/ソース間に接続された高速回復または高速スイッチングダイオードがあります。

これらのダイオードは、非導電状態の間にそれぞれのMOSFETのゲート容量を放電するという重要な機能を実行し、それによってスイッチング動作を迅速かつ迅速にします。

ZVSのしくみ

前に説明したように、この誘導加熱回路はZVSテクノロジーを使用して機能します。

ZVSはゼロ電圧スイッチングの略で、回路内のMOSFETは、ドレインに最小または量の電流またはゼロ電流があるときにオンになります。これは、上記の説明からすでに学習しています。

これは実際にMOSFETが安全にオンになるのに役立ち、したがってこの機能はデバイスにとって非常に有利になります。

この機能は、AC主回路のトライアックのゼロ交差伝導と比較できます。

この特性により、このようなZVS自己共振回路のMOSFETは、はるかに小さなヒートシンクを必要とし、1kvaまでの大きな負荷でも機能します。

本質的に共振しているため、回路の周波数はワークコイルL1とコンデンサC1のインダクタンスに直接依存します。

頻度は、次の式を使用して計算できます。

f = 1 /(2π*√[ L * C]

どこ f はヘルツで計算された周波数です
Lは、ヘンリーで表されるメインヒーティングコイルL1のインダクタンスです。
Cはファラッド単位のコンデンサC1の静電容量です。

MOSFET

使用できます IRF540 定格110V、33アンペアのMOSFETとして。ヒートシンクを使用することもできますが、発生する熱はそれほど心配する必要はありませんが、それでも熱吸収金属で補強することをお勧めします。ただし、他の適切な定格のNチャネルMOSFETを使用することもできますが、これに特別な制限はありません。

メインヒーターコイル(ワークコイル)に関連するインダクターは一種のチョークであり、高周波成分が電源に入る可能性を排除し、電流を安全な限界に制限するのに役立ちます。

このインダクタの値は、ワークコイルと比較してはるかに高いはずです。通常、この目的には2mHで十分です。ただし、安全に大電流範囲を確保するには、高ゲージのワイヤを使用して構築する必要があります。

タンク回路

ここでは、C1とL1が、目的の高共振周波数ラッチ用のタンク回路を構成しています。繰り返しますが、これらも大きな電流と熱に耐える定格でなければなりません。

ここでは、330nF / 400Vの金属化PPコンデンサが組み込まれていることがわかります。

1)Mazzilliドライバーコンセプトを使用した強力な誘導加熱器

以下で説明する最初の設計は、一般的なMazilliドライバー理論に基づく高効率のZVS誘導コンセプトです。

1つの作業コイルと2つの電流制限コイルを使用します。この構成により、メインワークコイルからのセンタータップが不要になるため、システムは非常に効果的で、手ごわい寸法の負荷を迅速に加熱できます。加熱コイルは、フルブリッジプッシュプルアクションによって負荷を加熱します

モジュールは実際にはオンラインで入手でき、非常にリーズナブルなコストで簡単に購入できます。

この設計の回路図を以下に示します。

元の図は、次の画像で確認できます。

1200ワットの誘導加熱器のシンプルなデザイン

動作原理は同じZVSテクノロジーであり、2つの高出力MOSFETを使用しています。電源入力は5Vから12Vの間で、電流は使用する負荷に応じて5アンペアから20アンペアの間です。

電力出力

上記の設計からの出力は、入力電圧が最大48Vに上昇し、電流が最大25アンペアの場合、最大1200ワットになる可能性があります。

このレベルでは、ワークコイルから発生する熱は、1cmの厚さのボルトを1分以内に溶かすのに十分な高さになる可能性があります。

作業コイルの寸法

ビデオデモ

https://youtu.be/WvV0m8iA6bM

2)センタータップワークコイルを使用した誘導加熱器

この2番目の概念もZVS誘導加熱器ですが、作業コイルに中央分岐を使用しているため、以前の設計と比較して効率がわずかに低下する可能性があります。回路全体の中で最も重要な要素であるL1。誘導操作中に高温に耐えられるように、非常に太い銅線を使用して構築する必要があります。

2つのMOSFETを使用した単純な誘導加熱回路

上記のコンデンサは、理想的にはL1端子のできるだけ近くに接続する必要があります。これは、指定された200kHzの周波数で共振周波数を維持するために重要です。

一次作業コイルの仕様

誘導加熱コイルL1の場合、電流をより効果的に放散してコイルの発熱を抑えるために、多くの1mm銅線を並列またはバイファイラー方式で巻くことができます。

この後でも、コイルは極端な熱にさらされる可能性があり、それによって変形する可能性があるため、別の巻き方を試すことができます。

この方法では、必要なセンタータップを取得するために、中央で結合された2つの別々のコイルの形で巻き付けます。

この方法では、コイルのインピーダンスを低減し、次にその電流処理能力を高めるために、より少ない巻数を試すことができます。

対照的に、この配置の静電容量は、共振周波数を比例して引き下げるために増加させることができる。

タンクコンデンサ:

全部で330nFx 6を使用して、約2uFの正味静電容量を取得できます。

簡単な誘導加熱器のメインワークコイルの組み立て方法

誘導作業コイルにコンデンサを取り付ける方法

次の画像は、銅コイルの終端と並列に、できれば適切な寸法のPCBを介してコンデンサを取り付ける正確な方法を示しています。

誘導加熱コイルの直径とコンデンサの詳細

上記の誘導加熱回路または誘導ホットプレート回路の部品リスト

  • R1、R2 = 330オーム1/2ワット
  • D1、D2 = FR107またはBA159
FR107高速回復ダイオード
  • T1、T2 = IRF540
  • C1 = 10,000uF / 25V
  • C2 = 2uF / 400Vは、以下に示す6nos 330nF / 400Vキャップを並列に取り付けて作成します。
0.33uF / 400VコンデンサMKTメタライズドポリエステル
  • D3 ---- D6 = 25アンペアのダイオード
  • IC1 = 7812
  • L1 =次の写真に示すように2mmの真ちゅう製パイプが巻かれています。直径は30mm(コイルの内径)に近いところにあります。
  • L2 = 2mmのマグネットワイヤを適切なフェライトロッドに巻いて作られた2mHのチョーク
  • TR1 = 0-15V / 20amps
  • 電源:安定化された15V20アンペアのDC電源を使用します。

高速ダイオードの代わりにBC547トランジスタを使用

上記の誘導加熱回路図では、国の一部の地域では入手が難しい可能性のある高速回復ダイオードで構成されるMOSFETゲートを見ることができます。

これに代わる簡単な方法は、次の診断に示すように、ダイオードの代わりに接続されたBC547トランジスタの形式である可能性があります。

BC547は約1Mhzの周波数で十分に動作できるため、トランジスタはダイオードと同じ機能を実行します。

別のシンプルなDIYデザイン

次の回路図は、上記と同様の別の単純な設計を示しています。これは、個人用誘導加熱システムを実装するために自宅ですばやく構築できます。

最小限のコンポーネントでDIY誘導加熱器の2番目の設計

パーツリスト

  • R1、R4 = 1K1 / 4ワットMFR1%
  • R2、R3 = 10K1 / 4ワットMFR1%
  • D1、D2 = BA159またはFR107
  • Z1、Z2 = 12V、1/2ワットツェナーダイオード
  • Q1、Q2 =ヒートシンク上のIRFZ44nMOSFET
  • C1 = 0.33uF / 400Vまたは3つのnos0.1uF / 400Vを並列に
  • 次の画像に示すように、L1、L2:
  • L2は、古いATXコンピューターの電源から回収されます。
簡単なセットアップで動作する誘導加熱器のテスト結果 単純な誘導加熱器の電流リミッターコイルの詳細 単純な誘導加熱器内のボルト加熱温度のテスト レッドホットボルトテスト結果

L2の構築方法

ホットプレート調理器具への変更

上記のセクションは、コイルのようなバネを使用した簡単な誘導加熱回路を学ぶのに役立ちましたが、このコイルは食品の調理には使用できず、いくつかの重大な変更が必要です。

記事の次のセクションでは、上記のアイデアを変更して、単純な小型の誘導調理器具ヒーター回路や誘導カダイ回路のように使用する方法について説明します。

この設計はローテク、低電力設計であり、従来のユニットと同等ではない場合があります。サーキットはディペッシュ・グプタ氏からリクエストされました

技術仕様

お客様、

私はあなたの記事SimpleInduction Heater Circuit-Hot Plate Cooker Circuitを読みました。そして、私たちのような若者が何かをするのを助ける準備ができている人々がいることを知ってとてもうれしく思いました...。

サー私は自分自身のために誘導カダイの働きと開発を理解しようとしています...サー私はエレクトロニクスがあまり得意ではないので、デザインを理解するのを手伝ってください

私は非常に低コストで10kHzの周波数で直径20インチのカダイを加熱するための誘導を開発したいと思います!!!

あなたの図や記事を見ましたが、少し混乱していました

  • 1.使用する変圧器
  • 2.L2の作り方
  • 3.そして、25amsの電流で10から20kHzの周波数の回路のその他の変更

できるだけ早く私を助けてください..uが必要な正確なコンポーネントの詳細を提供できればそれは完全に助けになります..Plzzそして最後にuは電源を使用することを述べました:安定化された15V20アンペアDC電源を使用してください。どこで使われているのか…。

ありがとう

ディペッシュグプタ

デザイン

ここに提示されている提案された誘導カダイ回路設計は、実験目的のためだけであり、従来のユニットのようには機能しない可能性があります。お茶を作ったり、オムレツをすばやく調理したりするために使用できますが、これ以上のことは期待できません。

参照された回路は元々、ボルトの頭などの物体のような鉄の棒を加熱するために設計されました。ドライバーの金属などですが、いくつかの変更を加えると、同じ回路を「カダイ」のような凸状のベースを持つ金属製の鍋や容器の加熱に適用できます。

上記を実装するために、元の回路は、スプリングのような配置の代わりにフラットスパイラルを形成するために少し微調整する必要があるメインの動作コイルを除いて、変更を必要としません。

一例として、デザインを誘導調理器具に変換して、カダイなどの凸状の底を持つ容器をサポートするには、コイルを次の図に示すように球形のらせん形状に製造する必要があります。

回路図は、上記のセクションで説明したものと同じになります。これは、基本的にRoyerベースの設計であり、次のようになります。

らせん状の作業コイルの設計

L1は、真ん中に小さな鋼製のボウルを収納するために、上記のように8mmの銅管を5〜6回転させて球形のらせん形状にしたものです。

以下に示すように、小さなスチールパンを調理器具として使用する場合は、コイルを平らに圧縮してらせん状にすることもできます。

簡単なパンケーキコイル誘導加熱器コンロの実用例

電流リミッターコイルの設計

L2は、太いフェライトロッドに3mmの太さのスーパーエナメル銅線を巻くことによって構築できます。端子間で2mHの値が得られるまで、巻数を実験する必要があります。

TR1は、20V30アンペアのトランスまたはSMPS電源である可能性があります。

実際の誘導加熱回路は、その設計が非常に基本的であり、多くの説明を必要としません。注意が必要ないくつかの事項は次のとおりです。

共振コンデンサは、主作動コイルL1に比較的近く、0.22uF / 400Vの約10個を並列に接続して作成する必要があります。コンデンサは、厳密に無極性で金属化されたポリエステルタイプでなければなりません。

デザインは非常に単純に見えるかもしれませんが、スパイラルコイルは非対称のレイアウトになり、回路の正確なセンタータップを見つけることが困難になるため、スパイラル巻きデザイン内でセンタータップを見つけると頭痛の種になる可能性があります。

試行錯誤するか、LCメータを使用して行うことができます。

センタータップの位置が間違っていると、回路が異常に機能したり、MOSFETが不均等に加熱されたり、最悪の状況では回路全体が発振しなくなったりする可能性があります。

参照: ウィキペディア




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