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高频感应加热电源自动负载匹配技术应用简析

作者:时间:2018-08-16来源:网络收藏

在串联型的高频新产品研发过程中,工程师常常会运用自动负载匹配技术,进行噪音控制和效率提升辅助。在今天的文章中,我们将会就这种的自动负载匹配技术的实际应用,展开简要分析和介绍,希望能够对各位新人工程师的产品研发和设计工作带来帮助。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201808/387048.htm

在本方案中,我们以平时比较常见的串联型固态高频为例,来展开自动负载匹配技术的简析。这种高频感应加热电源的主要驱动部分,是一种典型的单相电压型谐振逆变器,其原理图和输出电压、电流波形如下图图1所示。

图1 串联型固态高频电源原理图及工作波形

从上图图1中我们可以看打破,在实际应用过程中,这种的工作频率取决于谐振槽路的固有谐振频率。其最佳的工作状态为零电压换流模式(ZVS),可通过定角控制锁相电路来实现。

在这种串联型通态高频感应加热电源的研发过程中,想要实现自动负载匹配,就需要我们合理利用脉宽移相控制技术进行电源功率调节,使其一直保持在最佳的ZVS状态下进行工作。这种技术结合了PWM和PS的优点,在应用中不仅可以实现负载匹配,而且能够有效电源运行的稳定性和安全性。对于如图1所示的逆变器结构来说,当不采用脉宽移相时,VQ1、VQ3的触发脉冲完全相同,VQ2、VQ4的也完全相同,两组脉冲在相位上互差1800,逆变器输出电压uH为占空比D=50%的方波。如果将VQ1,VQ4作为定桥臂,将VQ2,VQ3构成的动态桥臂的触发脉冲后移,这时uH将变为D50%的方波.其有效值和负载电流也会相应减小.此时对于电源侧来说,负载的等效阻抗相应变大了。显然,通过改变动桥臂的移相角妒的,即可等效地改变负载的等效阻抗,使之与高频电源相匹配。

下图中,图2所展示出的是脉宽移相控制的波形图。从图2所展示的控制波形图中我们可以很明显的看到,在整个逆变器换流过程中一共有6个工作状态。为了使逆变开关器件满足ZVS的最佳小感性条件,锁相控制电路需要有相应的相位补偿环节。

图2 脉宽移相控制波形图

在已经了解了原理和脉宽移向控制技术设计思路后,接下来我们要做的,就是对其进行自动负载匹配设计。为实现电源的自动阻抗匹配并保证电源的安全运行,在这里我们可以采用“变卢角”的脉宽移相控制与整流调节相结合的复合控制技术。这种复合控制方式可实现感应加热电源的软起动和软关断,减小了大功率感应加热电源起动停止时对电网的冲击,其控制框图如图3所示。

图3 自动负载匹配控制框图

当使用这种脉宽移向控制技术,对串联型高频感应加热电源实现符合控制时,当功率给定小于50%(这里需注意,此时所指的百分比值是可以通过人为设定来进行改变的)则脉宽移相角度一直保持最大值,此时电源的输出电压和输出电流同步增长,输出电流被压制在最小值,此时负载的等效阻抗最大。当功率给定为50%时。电源的输出电压达到额定值;当功率给定大于50%后,电源的输出电压保持在额定值不变,而脉宽移相角根据指令相应减小,电源输出电流增大;当功率给定为100%时,电源的输出电流和输出电压同时达到额定值.电源满功率输出。

图4 电源输出电压、电流、功率曲线

上图图4所提供的是在使用脉宽移向控制技术进行功率调节过程中,感应加热电源输出电压、输出电流、输出功率的关系曲线。从上图图4所给出的曲线图中可以看出,当功率给定大于50%后,串联型固态感应加热电源的输出电压一直保持在额定值,此时一直保持最高网侧输入功率因数AI>0.9,并由于电源工作在高电压、小电流状态,电源的效率和工作状态也一直保持在最佳状态。



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