针对超高频感应加热电源中存在的输出功率小、寄生参数引起的电压电流冲击严重、开关损耗大等问题，华北电力大学电气与电子工程学院、保定四方三伊电气有限公司的研究人员石新春、马莽原、柴艳鹏、李亚斌、付超，在2021年《电工技术学报》增刊2上撰文，提出基于单向脉冲电路和SiC器件的超高频感应加热电源。
该电路采用RLC负载并联谐振和单向脉冲供电的工作方式，增大输出功率。开关器件采用新型SiC MOSFET，开关时间短，可以提升工作频率。此外，直流母线串接大电感，可以吸收母线的杂散电感，通过的直流电流不会对开关器件产生电压冲击，同时，连接线路采用简单的平行母排结构，减小了线路的杂散电感，减弱了对开关器件的电压冲击。开关器件工作在软开关状态，可以降低开关损耗。研究分析电路的工作原理和特性，并通过仿真和1MHz/1kW的样机进行验证。
超高频感应加热电源在金属零件表面热处理、半导体材料加工、光纤生产、焊接技术、等离子体发生等方面有着广泛的应用。目前，电子管振荡器是此类电源的主要产品，但是该产品存在启动慢、效率低、寿命短的问题，因此采用功率半导体器件研制固态超高频感应加热电源已经成为发展趋势。到目前为止，国内外在该领域已经取得一系列研究成果。
国外学者采用E类放大电路和硅基MOSFET实现3.3MHz/500W和7MHz/150W的小功率超高频感应加热电源；国外学者采用电压源串联型拓扑、不同形式的负载和不同封装的硅基MOSFET实现2MHz/2kW、2MHz/6kW的超高频感应加热电源，半桥逆变拓扑和硅基MOSFET实现1.5MHz/7kW的超高频感应加热电源，电源功率得以提升，但是工作频率降低、工艺复杂程度有所增加。
国内学者提出新型拓扑电路，并以硅基MOSFET作为开关器件，通过吸收寄生参数和采用软开关工作模式的方法实现1MHz/1kW超高频感应加热电源，但是换流过程较复杂。超高频感应加热电源研究工作中存在的关键问题是：在MHz开关频率下，由于硅基开关器件寄生电容、二极管反向恢复电流、线路杂散电感等参数的影响，电路中会出现电压电流过冲和高频振荡以及较大的器件损耗，导致采用传统的电压源串联型和电流源并联型拓扑时，电源的工作频率和输出功率受到限制。
为了解决存在的问题，需要在电路拓扑、开关器件、线路布局和工作模式方面加以考虑。华北电力大学电气与电子工程学院、保定四方三伊电气有限公司的研究人员采用一种单向脉冲供电的电路拓扑和SiC器件来研究固态超高频感应加热电源。此电路拓扑具有形成单向高频电流脉冲向并联谐振负载输出大功率和减弱线路杂散电感影响的特点，再结合SiC开关器件的优良特性和软开关工作模式，可以在很大程度上减小电压冲击和开关器件损耗，使电源的工作频率和输出功率得以提升。
研究人员通过理论分析和仿真过程，研究了它的工作原理和特点。
该电路拓扑不同于E类电路和Boost电路，RLC负载工作于并联谐振状态，开关器件上电流波形为梯形脉冲，开关器件端电压波形为正弦半波，开通和关断瞬间电压近似为零，开关器件工作于近似软开关模式，可以减小开关损耗，理想状态开关损耗为零；在直流电压、开关频率和负载相同的条件下，该电路拓扑输出的有功功率约为全桥并联谐振逆变器的4倍，实现了低直流电压的大功率输出；在直流母线上串接大电感，吸收了线路的杂散电感，母线上通过连续稳定的直流电流，不会对开关器件产生电压冲击，同时，连接线路采用工艺简单、成本低的平行母排结构，减小了线路的杂散电感，进一步抑制了电压冲击；在开关器件上采用新型的SiC器件，与硅基功率开关器件相比，开关时间减小，提升了电源工作频率。
研究人员最后搭建一台1MHz/1kW实验样机验证了理论分析的正确性。
本文编自2021年《电工技术学报》增刊2，论文标题为“基于单向脉冲电路和SiC器件的超高频感应加热电源”，作者为石新春、马莽原等。
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