Sturing voor inductieverwarming

IGBT's met heel veel extra's

Schakeltransistoren zijn er te kust en te keur. Onlangs is daar een exemplaar aan toegevoegd. Het gaat hierbij om een IGBT die speciaal bedoeld is voor inductiekookplaten. Doordat in de behuizing niet alleen de transistor geïntegreerd is, maar ook de nodige beveiligingselektronica, levert deze IGBT grote voordelen op.

Het dichtdraaien van de gaskraan heeft niet alleen voor de verwarming van onze huizen grote gevolgen, maar ook voor de manier waarop we ons eten gaan koken. Dit moet nu immers ook elektrisch plaats gaan vinden. Inductieverwarming is dan een manier die op vele fronten grote voordelen heeft. Wel heeft dit als nadeel dat er voor inductieverwarming een uitgebreidere elektronische sturing nodig is dan voor een standaard verwarmingselement. Uitgebreider wil echter niet zeggen heel veel meer onderdelen, want met de keuze voor de juiste onderdelen, kan er aanzienlijk bespaard worden op het aantal onderdelen op de stuurprint terwijl de functionaliteit groter is.
Het onderdeel waar we over praten is de IEWS20R5135IPB van Infineon Technologies. De IGBT in dit onderdeel is gemaakt volgens de Trenchstop-technologie – een manier van opbouw van de chip die voor aanzienlijke verbeteringen van de eigenschappen zorgt.
Zoals in afbeelding 1 te zien is, heeft de IGBT zes pootjes. Hiervan zijn de linker twee de collector en de emitter terwijl de overige vier bedoeld zijn voor de ingebouwde beveiliging en de sturing van de transistor. Afbeelding 2 toont wat er allemaal in het inwendige te vinden is. Zoals te zien is, gaat het om beveiligingsfuncties tegen overspanning, overstroom en te hoge temperatuur. Door deze functionaliteit te combineren met aanvullende diagnostische functies, wordt de betrouwbaarheid van het apparaat onafhankelijk van de microcontroller die de andere taken binnen het verwarminstoestel voor zijn rekening neemt. Zo kunnen ontwerpers minder geavanceerde MCU’s integreren voor minder complexiteit en lagere kosten.
De IGBT is geschikt voor stromen tot 20 A en spanningen van 1350 V. Zowel de IGBT als de driver zijn ondergebracht in een 6-pins TO-247 behuizing met dezelfde afmetingen en montagemethode als een standaard TO-247 3- en 4-pins behuizing. Opvallend aan de behuizing is de inkeping tussen de emitter en de collector. Hierdoor is de kruipweg net iets groter dan bij een standaard TO-247-behuizing. Ook de afstand tussen de aansluitpennen en metalen koelvlak is groter om zo voor een langere kruipweg te zorgen (afbeelding 3).

Applicatievoorbeeld
Afbeelding 4 toont een voorbeeld van een schakeling die de sturing van de inductiekookplaat verzorgt. De inductiespoel is hierin het onderdeel dat het magneetveld verzorgt dat zorgt dat de bodem van de pan warm wordt. De stroom door de spoel wordt geschakeld door de IGBT met een signaal van 20…40 kHz. Dit is een PWM-signaal om zo de energiestroom te regelen. Voor het snel kunnen verwarmen van de pan die op de kookplaat staat, is er een behoorlijk vermogen nodig. Niet voor niets dat de IGBT dan ook een stroom van 20 A kan schakelen. Ook de spanning waarvoor de IGBT geschikt is, is hoog. De kookplaat kan dan ook rechtstreeks vanuit een driefase krachtstroomaansluiting gevoed worden.