用于感应加热的电源设备的制作方法

本发明涉及一种用于感应加热的电源设备

背景技术：

现有技术的电源设备被配置为向用于感应加热的加热线圈供应交流电，其中，由于供应到加热线圈的交流电而通过加热线圈形成磁场，置于该磁场中的工件通过在工件中感生的电流而加热。电源设备通常利用变流器将商用电源的交流电转换为直流电，利用电容器使直流电的脉动电流平滑，并且利用逆变器将平滑后的直流电转换为交流电以产生要供应到加热线圈的高频率交流电(见，例如，jp2009-277577a)。

逆变器通常包括多对串联连接的功率半导体器件(开关装置)，多对之间互相并联连接。加热线圈连接在各对当中的功率半导体器件之间的串联连接点之间，使得高频率交流电能够通过功率半导体器件的高速切换操作而供应到加热线圈。

功率半导体器件的高速切换操作快速地改变流入功率半导体器件的电流，并且由于功率半导体器件与充当电压源的电容器之间的导电路径的寄生电感l，电流变化di/dt使得在功率半导体器件的两端之间产生浪涌电压l×di/dt。过度的浪涌电压可能导致对功率半导体器件的损坏。从而，需要抑制浪涌电压。由于主要利用功率半导体器件的特性来确定电流变化di/dt，所以能够通过减小寄生电感l来抑制浪涌电压。

作为减小寄生电感的措施，通常将用作电压源的电容器设置在负载附近。然而，在诸如用于感应加热的电源设备这样的大电力用途中，要求电容器具有相对大的电容，所以难以将电容器布置在功率半导体器件(负载)的附近。这是因为电容器的尺寸随着电容的增大而增大。

技术实现要素：

本发明的示例性方面提供了一种用于感应加热的电源设备，其中，能够抑制浪涌电压以加强对逆变器的保护。

根据本发明的示例性方面，提供一种用于感应加热的电源设备。电源设备包括：平滑滤波器，其被配置为平滑从直流电源输出的直流电的脉动电流；和逆变器，该逆变器被配置为将已经被平滑滤波器平滑的直流电转换成交流电。平滑滤波器包括多个电容器，该多个电容器具有不同的内部电感并且在逆变器的输入端之间互相并联连接，每个电容器均直接地或者通过一对汇流条地连接到逆变器的输入端。多个电容器包括第一电容器和第二电容器，第一电容器具有比第二电容器小的内部电感和比第二电容器短的逆变器的输入端之间的导电路径。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的电源设备的电路图的实例。

图2是电源设备的平滑滤波器的配置的实例的立体图。

图3是图2的平滑滤波器的等效电路图。

图4是平滑滤波器的配置的另一实例的立体图。

具体实施方式

下文将参考附图详细描述本发明的实施例。图1示出根据本发明的实施例的电源设备1的实例。电源设备1在感应加热中使用。

电源设备1具有直流电源4、平滑滤波器5以及逆变器6。直流电源4包括变流器3，该变流器3被配置为将从商用交流电源2供应的交流电转换为直流电。平滑滤波器5被配置为使从直流电源4输出的直流电的脉动电流平滑。逆变器6被配置为将已经被平滑滤波器5平滑的直流电转换为高频交流电。

逆变器6具有串联连接的一对功率半导体器件q1、q2以及同样串联连接的另一对功率半导体器件q3、q4。一对功率半导体器件q1、q2与一对功率半导体器件q3、q4互相并联连接。另外，续流二极管d分别与功率半导体器件q1、q2、q3、q4并联连接。

例如，能够进行切换操作的诸如绝缘栅双极型晶体管(igbt)和金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)这样的各种功率半导体器件可以用作各个功率半导体器件。另外，功率半导体器件的材料的实例包括硅(si)和碳化硅(sic)。

加热线圈7连接在一对功率半导体器件q1、q2的串联连接点与一对功率半导体器件q3、q4的串联连接点之间，使得能够通过功率半导体器件q1、q2、q3、q4的切换操作将高频电力供应到加热线圈7。

平滑滤波器5包括多个电容器。在图示的实例中，平滑滤波器5被配置为包括三个电容器c1、c2、c3。电容器c1、c2、c3互相并联连接在变流器3的输出端的正电极pout与负电极nout之间，并且在逆变器6的输入端的正电极pin与负电极nin之间。用于感应加热的电源设备1中的平滑滤波器5所需的电容可以被电容器c1、c2、c3的电容的总和覆盖。

图2示出平滑滤波器5的具体配置实例。

变流器3的输出端的正电极pout与逆变器6的输入端的正电极pin通过汇流条11a互相连接。变流器3的输出端的负电极nout与逆变器6的输入端的负电极nin通过汇流条11b互相连接。

在平滑滤波器5中包括的三个电容器c1、c2、c3之中，电容器c1、c2被布置为桥接在一对汇流条11a、11b之间，并且在逆变器6的输入端(pin和nin)之间互相并联连接。另外，电容器c3通过一对电线12a、12b与电容器c1、c2并联连接。虽然在图示的实例中电线12a、12b连接到汇流条11a、11b的在变流器3侧处的连接端，但是代替地，电线12a、12b可以连接到汇流条11a、11b的在逆变器6侧处的连接端。不特别限制电线12a、12b的连接位置。

在逆变器6的输入端之间通过汇流条11a、11b互相并联连接的电容器c1、c2设置在输入端附近，并且在输入端之间的电容器c1、c2的导电路径的长度被设计为尽可能短。

一般地，各个汇流条比各个电线的形状自由度高，有利地减小了寄生电感。此外，电容器c1、c2的导电路径的长度被设定得尽可能短。这样，电容器c1、c2与逆变器6的功率半导体器件q1、q2、q3、q4(见图1)之间的导电路径的各个寄生电感比电容器c3与功率半导体器件q1、q2、q3、q4之间的导电路径的寄生电感小，所述电容器c3通过电线12a、12b与电容器c1、c2并联连接。

优先从导电路径的寄生电感(阻抗)相对小的各个电容器c1、c2向逆变器6的功率半导体器件q1、q2、q3、q4供电。这样，能够抑制在功率半导体器件q1、q2、q3、q4的两端之间由于寄生电感而产生浪涌电压。

从抑制浪涌电压的角度出发，在高频范围(例如，不低于100khz)内具有比诸如铝电解电容器这样的电解电容器小的阻抗(电感分量)的薄膜电容、陶瓷电容等优选地用作各个电容器c1、c2。

另一方面，主要从消除脉动电流的角度出发，优选的是电容器c3具有比电容器c1、c2大的电容。例如，铝电解电容器、薄膜电容器等优选地用作电容器c3。这样，具有相对大的电容的电容器c3具比与电容器c1、c2大的整体尺寸。利用布置电线的自由度，电容器c3设置在电源设备1中的合适的闲置空间中。

此处，在电源设备1中，在逆变器6的输入端之间通过汇流条11a、11b互相并联连接的电容器c1、c2的内部电感互不相同。电容器c1的内部电感小于电容器c2的内部电感。另外，在逆变器6的输入端之间的电容器c1、c2的各自的导电路径的长度互不相同。电容器c1的导电路径的长度比电容器c2的导电路径的长度短。

图3示出图2中的平滑滤波器5的等效电路。

在逆变器6的输入端之间的电容器c1的导电路径的寄生电感sl1等于电容器c1与汇流条11a、11b中的输入端之间的部分的布线电感l1和电容器c1的内部电感l4的组合(sl1＝l1+l4)。

类似地，电容器c2的导电路径的寄生电感sl2等于电容器c2与汇流条11a、11b中的输入端之间的部分的布线电感l1+l2与电容器c2的内部电感l5的组合(sl2＝l1+l2+l5)。

电容器c3的导电路径的寄生电感sl3等于汇流条11a、11b和电线12a、12b的布线电感l1+l2+l3与电容器c3的内部电感l6的组合(sl3＝l1+l2+l3+l6)。

针对在逆变器6的输入端之间通过汇流条11a、11b互相并联连接的电容器c1、c2，电容器c1的内部电感l4比电容器c2的内部电感l5小(l4<l5)，其中，输入端之间的电容器c1的导电路径长度相对短，输入端之间的电容器c2的导电路径长度相对长。另外，布线电感l1比布线电感l1+l2小(l1<l1+l2)，其中，布线电感l1包括在导电路径长度相对短的电容器c1的导电路径中，布线电感l1+l2包括在导电路径长度相对长的电容器c2的导电路径中。

因此，电容器c1的导电路径的寄生电感sl1小于电容器c2的导电路径的寄生电感sl2。优先从在导电路径的寄生电感(阻抗)方面相对小的电容器c1向逆变器6的功率半导体器件q1、q2、q3、q4供电。这样，更大幅地抑制了在功率半导体器件q1、q2、q3、q4的两端之间由于寄生电感而产生的浪涌电压，使得能够加强对逆变器6的保护。

这样，在逆变器6的输入端之间通过汇流条11a、11b互相并联连接的电容器c1、c2之中，输入端之间的导电路径为短的这样的电容器c1的内部电感减小。这样，能够减小被赋予供电优先级的电容器的导电路径的寄生电感，使得能够有效地抑制浪涌电压。

特别地，在电容器c1、c2为相同类型的电容器的情况下，内部电感较小的电容器具有较小的整体尺寸。利用被减小的电容器c1的内部电感，能够缩短电容器c1与逆变器6的输入端之间的距离，使得能够减小包括在电容器c1的导电路径中的布线电感l1。从而，能够进一步抑制浪涌电压。

图4示出电源设备1的平滑滤波器5的另一实例。平滑滤波器5具有直接连接到逆变器6的输入端的电容器c1。在该情况下，能够使包括在电容器c1的导电路径中的布线电感l1基本为0，使得能够进一步大幅抑制浪涌电压。

虽然已经参考特定实施例描述了本发明，但是本发明的范围不限于上述实施例，并且本领域技术人员将理解可以在不背离所附权利要求定义的本发明的范围的情况下在其中做出各种改变和变型。

例如，在逆变器6的输入端之间通过汇流条11a、11b互相并联连接的电容器的数量不限于两个，并且可以使用三个以上的具有不同的内部电感的电容器，并且这些电容器互相并联连接，使得内部电感较小的电容器具有输入端之间的较短的导电路径。

本申请基于2015年6月4日提交的日本专利申请no.2015-113734，其全部内容通过引用并入本文。