Convertitori risonanti per induction heating in applicazioni domestiche

Some applications of the induction heating process in a domestic environment are presented. An induction heating appliance requires a converter to generate high frequency alternate current and the converter switches are subject to losses, especially at high frequencies. More efficient switching strategies are used to limit switching losses and reduce EMI and switch stress and called “soft switching” techniques. Zero Voltage Switching and Zero Current Switching are applied to a MOSFET, a diode and an IGBT with different impact on their switching losses. The converters using soft switching exploit the LC-resonance in the circuit and are therefore called resonant converters. Different circuit configurations for resonant converters are illustrated in a possible classification in order to get a general overview, even if only some of these configurations are used in the domestic environment. A series resonant IH cooker and another converter of the same class used in a rice cooker are analyzed in detail, as well as a “time-sharing” resonant inverter and a quasi-resonant quasi square converter, both used in IH cookers. The cases proposed offer interesting discussion point for the control techniques and methods discussion that follows.

Si presenta l’utilizzo del processo di riscaldamento per induzione in ambito domestico. In un’applicazione Induction Heating per generare corrente alternata ad alta frequenza è previsto l’uso di un convertitore, i cui componenti sono soggetti a perdite di commutazione, specie alle alte frequenze. Per limitare queste perdite e ridurre EMI e sollecitazioni sui componenti si utilizzano tecniche di commutazione più efficienti, quali Zero Voltage Switching e Zero Current Switching, denominate soft switching. Illustrando il funzionamento di MOSFET, diodo e IGBT con soft switching viene mostrato l’effetto di tali tecniche sulle perdite di commutazione dei singoli semiconduttori. I convertitori che utilizzano soft switching sfruttano il principio della risonanza induttivo-capacitiva e sono pertanto chiamati convertitori risonanti. Viene proposta una possibile classificazione che illustra il funzionamento delle differenti configurazione circuitali disponibili, anche se non tutte vengono utilizzate in ambiente domestico. Ottenuto il quadro generale si analizzano un convertitore risonante serie per fornello IH e un altro convertitore della stessa tipologia per cuociriso, un inverter risonante time-sharing e un convertitore quasi-risonante quasi square, entrambi per fornello IH. I casi applicativi presentati forniscono interessanti spunti per la successiva trattazione di tecniche e metodi di controllo.