Induction cooker design and experimental results with quasi resonant topology and jitter method

Abstract

Bu tezde, indüksiyon ocak tasarımı ve detaylı deneysel sonuçları sunulmaktadır. Tasarım Yarı Rezonans Yapıya dayanır ve yarı iletken anahtarları sürmek için kullanılan özel Yayılmış Tayf yöntemi ile literatürde özgün bir yere sahiptir.Birçok indüksiyon ocak tasarımında Yarı Köprü yapısı kullanılır. Yarı Rezonans yapısı maliyet olarak daha avantajlı olmasına rağmen, bu yapının elektromanyetik yayılımı daha yüksektir. Ancak, bu problem tezde Yayılmış Tayf Metodu ile çözülmektedir. Literatürde değişik şekillerde yapılmış Yayılmış Tayf Yöntemleri elektromanyetik yayılım problemini çözerken, yarı iletken anahtar üzerindeki yüksek voltaj konusunda bir çözüm üretilmemektedir. Ancak, bu tezde anlatılan Yayılmış Tayf Yöntemi, EMI sorunlarını çözerken, yarı iletken (IGBT) üzerindeki yüksek voltaj problemini de çözmektedir. Not edilmelidir ki, tüm jitter yöntemleri rezonans durumunda oluşacak olan mekanik titreşme problemlerini ve dolayısıyla duyulabilir gürültü problemini de çözer.Bu tezi literatürde özgün kılan başka bir nokta ise zengin deneysel sonuçlar barındırmasıdır ki bu ölçümler 2300W gücünde hazırlanan bir prototip üzerinden alınmıştır. Bu konudaki literatür çalışmaları genel olarak teorik konulara değinirken, tezde detaylı Yarı Rezonans Yapı deneysel sonuçları yer almakta ve şebekeden çekilen akım harmoniklerinin standartlar (TS EN 61000-3-2) içinde olduğu gösterilmiştir. Ayrıca aktarılan güç hesabı, tencere algılama ve koruma devreleri konusunda da deneysel sonuçlar paylaşılmaktadır.

This thesis presents an induction cooker design and its detailed experimental results. The design is based on Quasi Resonant Topology and is unique in terms of the particular Jitter Method it employs to drive the semiconductor switches (IGBTs).Most induction cookers are based on Half Bridge Topology. Although Quasi Resonant Topology offers a more cost effective implementation, it introduces more EMI problems. However, we solve these problems with our Jitter Method. Although there are other works in the literature that solve the EMI issues by some sort of jitter methods (i.e., spread spectrum methods), these methods do not address the high voltage stress created across the IGBTs. However, the Jitter Method proposed in this thesis also reduces collector-emitter voltage stress besides improving EMI. Note that jitter methods also prevent mechanical vibration (i.e., resonance), which cause audible noise.Another thing that makes this thesis unique in the literature is the rich set of experimental results it contains ? based on an experimental prototype we built with a power rating of 2300W. While the existing literature mostly contains theoretical treatment, we have produced detailed experimental results for Quasi Resonant Topology and show that the current harmonics (drawn from the utility) stay within the published standards (TS EN 61000-3-2). We also include experimental results for Delivered Power Detection, Pan Detection, and Protection Circuits.