Estudio del diseño de un inversor para cocinas de inducción utilizando un solo interruptor de GaN

Abstract

En este trabajo se analiza y diseña un prototipo de una cocina de inducción formado por un inversor cuasi resonante ZVS basado en el transistor de potencia GaN, con el objetivo de poder trabajar con recipientes de diferentes materiales. Se adopta una disposición de circuito resonante en configuración paralela y se propone una solución cuando el sistema ha de trabajar en modo no óptimo. Dicha topología se usa frecuentemente en cocinas de inducción de un único inductor, aunque también puede der muy interesante en aplicaciones donde la disposición de los inductores es matricial, ya que se reduce el número total de transistores y el coste de dichas cocinas. Para poder trabajar de forma adecuada con este tipo de inversores, se ha desarrollado una propuesta de modulación, incluyendo su simulación y evaluación experimental. Esta modulación consiste en añadir un tren de pulsos de alta frecuencia al inicio de la señal de control. Este tren de pulsos va a disminuir los peligrosos picos de corriente en el transistor que se generan durante la conmutación de éste cuando trabaja en una zona no óptima, siendo un gran problema que puede llegar a dañar el componente al trabajar fuera de las condiciones nominales. Cabe mencionar que la zona de trabajo dependerá del recipiente que se está utilizando en la cocina de inducción y de la potencia establecida por el usuario, con lo que en este tipo de topología de inversores el tener que trabajar en la zona no óptima es una situación que se puede dar de forma habitual. Para verificar las predicciones teóricas, el inversor cuasi resonante propuesto se ha modelado y simulado con ayuda de la herramienta LTspice, estableciendo de forma cualitativa como afecta el ciclo de trabajo del tren de pulsos generado en la reducción de la amplitud del pico de corriente que se produce en la conmutación del transistor. Se ha realizado un algoritmo de modulación a través de Matlab, con el objetivo de generar un tren de pulsos de alta frecuencia que será aplicado para la activación y desactivación del transistor GaN. Los resultados obtenidos en las simulaciones realizadas, se han ratificado de forma experimental. Para ello, se ha diseñado mediante la herramienta KiCad y probado experimentalmente con diferentes cargas el inversor cuasi resonante ZVS