电子知识笔记—电磁炉单管、持续加热单管和半桥驱动方案解析
一、引言
电磁炉作为现代厨房的常见电器，其核心的变频电路决定了加热性能与可靠性。目前，电磁炉的变频电路主要有单管电路、持续加热单管电路和半桥电路三种类型。深入了解这些电路方案的区别与特点，对于电磁炉的设计、选择和使用都具有重要意义。
二、单管电路方案
（一）电路结构与工作原理
单管电路，仅使用一个 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）来负责电流的开通与关断。当 IGBT 开通时，电流迅速通过线圈充电；而在 IGBT 关断时，线圈中的电流会向谐振电容充电，产生一个高反电压。正常工作状态下，该电压约为 1000 - 1100V，一旦受到外部干扰，电压可能升高，进而损坏 IGBT，也就是俗称的 “炸机” 现象。
（二）性能特点
- 功率限制：单管电路在低功率运行时，IGBT 的工作状态会受到影响，导致发热严重，甚至缩短其使用寿命。因此，单管电磁炉在连续加热时，通常只能运行在最大功率的 50% 以上。例如，一台最大功率为 2000W 的单管电磁炉，在 1000W 以下的功率段，一般只能采用断续加热的方式，即加热一段时间，停止一段时间，以取平均功率来实现低功率输出，这在很多烹饪场合，如慢炖、保温等操作中，并不合适。
- 成本与结构：单管电路结构相对简单，使用的电子元件较少，因此其硬件成本较低。这使得单管电磁炉在价格上具有一定优势，适合对成本敏感、对电磁炉性能要求不高的普通家庭用户。
（三）适用场景
由于其功率限制和成本优势，单管电磁炉主要适用于普通家庭日常烹饪中对加热连续性要求不高的场景，如快速烧水、简单炒菜等。在这些场景下，单管电磁炉能够满足基本的加热需求，且价格亲民，具有较高的性价比。
三、持续加热单管电路方案
（一）电路结构与工作原理改进
为了解决传统单管电磁炉在低功率加热时只能间歇工作的问题，持续加热单管电路方案在电路设计上进行了优化。例如，一些方案通过在芯片内部集成高压的 IGBT 驱动电路，实现了 IGBT 驱动电压可程序设计输出。可以根据实际需求，程序设计调节电压上升慢或电压上升快的输出，从而达到低功率连续加热的效果。
（二）性能特点
- 低功率连续加热：持续加热单管电路最大的特点就是能够实现低功率连续加热。以合泰的相关方案为例，其可实现市电 220V 50Hz、最大功率 2000W 的电磁炉，在 1000W 以下支持低功率连续加热，最低甚至可做到 100W 的连续加热。这种低功率连续加热功能，使得火力更加均匀有效率，在加热效果上更贴近传统的柴火慢炖效果，大大提升了用户体验。在煮粥时，能够保持小火持续加热，使粥受热均匀，口感更好。
- 集成度与保护功能：该方案通常采用高度集成的 MCU，内建 IGBT 高压驱动电路、硬件抖频电路及多重保护电路。抖频功能可有效降低 IGBT Vce 电压及 EMI 干扰，提高电路的稳定性；IGBT 高压驱动电路的集成，不仅减少了外部元件的使用，降低了硬件成本，还使得 PCB 走线更加精简，降低了 PCB 设计的难度。同时，通过比较器等元件实现电磁炉过压与过流等保护功能，进一步提升了产品的可靠性。
（三）适用场景
持续加热单管电磁炉适用于对低功率连续加热有需求的场景，如家庭烹饪中的煲汤、煮粥、文火炖煮等精细烹饪操作，以及商用个人小火锅等场景。在这些场景中，稳定的低功率连续加热能够更好地满足烹饪需求，提升烹饪效果和用户满意度。
四、半桥电路方案
（一）电路结构与工作原理
半桥电路采用了两个 IGBT，它们轮流工作。当上管开关导通时，下管不导通，电磁炉从电源中获得正向电流，此时电磁炉磁场上升，在金属锅具中产生涡流；当上管导通时间结束后，下管导通，电磁炉中的电流会通过下管流回电源，形成负向电流，此时电磁场消失，锅具中的涡流也随之消失。通过这样的交替工作方式，实现对锅具的持续加热。
（二）性能特点
- 高可靠性：IGBT 交替工作，避免了单管电路中存在的高反电压问题，不存在电压损坏 IGBT 的隐患，因此产品的可靠性大大提高。这使得半桥电磁炉在长期使用过程中，出现故障的概率更低，降低了维护成本。
- 低功率连续加热能力强：半桥电路在低功率运行时，不存在影响 IGBT 工作状态的问题，理论上可以做到所有功率都连续加热。虽然在实际应用中，受器件工作频率限制，一般可做到最大功率的 20% 连续加热，经过特别设计甚至可做到最大功率的 10% 连续加热。对于一台 2000W 的半桥电磁炉，200W 甚至 100W 功率下也能连续加热，实现所有火力档都是连续加热，极大地提高了电磁炉的实用性和适用范围。
- 设计灵活性：半桥电路设计不同于单管，不同厂家有不同的电路设计，从 PWM（脉冲宽度调制）的产生、功率控制、相位控制、电流检测到 IGBT 驱动，都有多种不同的方式。这种设计灵活性使得厂家可以根据不同的市场需求和产品定位，开发出具有差异化的产品。
（三）适用场景
由于其高可靠性和出色的低功率连续加热性能，半桥电路广泛应用于高档电磁炉中，特别是厨房用的多头炉。在商业厨房中，需要长时间、高负荷地使用电磁炉，半桥电磁炉的稳定性和可靠性能够满足这种需求；在家庭厨房中，对于追求高品质烹饪体验、对电磁炉性能要求较高的用户，半桥电磁炉也是更好的选择。
五、三种方案的综合对比
（一）性能对比
在功率连续性方面，持续加热单管和半桥电路方案明显优于传统单管电路。持续加热单管方案可实现低功率连续加热，提升了烹饪的精细度；半桥电路则在更宽的功率范围内实现连续加热，且可靠性高。在 IGBT 工作稳定性上，半桥电路由于避免了高反电压问题，表现最佳；持续加热单管方案通过优化设计，在一定程度上改善了 IGBT 在低功率下的工作状态；而传统单管电路在低功率时 IGBT 易发热、寿命缩短。
（二）成本对比
单管电路由于结构简单、元件少，成本最低；持续加热单管电路虽然在芯片集成度等方面有所提升，但整体成本相对半桥电路仍较低；半桥电路由于采用两个 IGBT 且电路设计复杂，成本相对较高。
（三）适用场景对比
传统单管电磁炉适用于对成本敏感、加热连续性要求不高的普通家庭简单烹饪场景；持续加热单管电磁炉适合家庭精细烹饪以及商用个人小火锅等对低功率连续加热有需求的场景；半桥电磁炉则主要应用于高档家用厨房设备以及商业厨房等高要求、高负荷的使用场景。
六、结论
单管、持续加热单管和半桥驱动三种电磁炉设计方案各有特点和适用场景。传统单管电路成本低，但功率连续性差；持续加热单管电路在低功率连续加热方面表现出色，成本相对适中；半桥电路可靠性高，功率连续范围广，但成本较高。在选择电磁炉时，消费者应根据自身的使用需求、预算以及对性能的要求，综合考虑这三种方案，选择最适合自己的产品。同时，随着技术的不断发展，电磁炉的电路设计也将不断优化和创新，为用户带来更好的烹饪体验。