新型高频电磁加热热水器的研究与设计

V_in=V_ACsinωt，ω为工频下的角频率。

该电路的输出功率为:

P_out=×cosθ_n （7）

式中：V_s2为开关管电压；

i_L为负载电流

2.2 控制方法及实现

该控制电路的框图如图3所示。

图3 电路控制框图

开机信号经过RC缓冲后输入到压控振荡器（VCO）的输入端，输出信号经分频后经过驱动电路实现对MOSFET的控制，为降低成本，该电路采用单一频率，电压、电流开环控制，而通过加热水温度的反馈控制起停。为了减少开机时对MOSFET的冲击，采用了RC缓冲软启动电路，以扫频的方式实现开机时功率的逐步增加。

2.3 输入滤波器的设计

通常输入滤波器采用大电容或大电感使逆变器的输入电压或电流变成直流，但这种设计也带来了很多的问题，例如：逆变器输入功率因数很差，同时逆变器电路的谐波对电网的干扰也成为一个不可忽略的因素。为了减小电路对电网的谐波污染，改善逆变器的功率因数，该电路采用了LC滤波的方式，使电路产生的谐波降到最低，同时使输入电压和电流的包络线同相，从而使负载侧功率因数接近为1。

图4（a）是采用大电容滤波时输入电流的波形。由图可见，只有当整流后的电压大于电容上的电压时，电网才会向逆变器输入功率。图4（b）采用的是LC滤波，输入电流近似于正弦波，高次谐波明显减少。图4（c）是两种情况下输入电流谐波的比较，白色是采用电容滤波，黑色是LC滤波。由图4可见，采用LC滤波的效果明显好于单一电容滤波。

(a) 大电容滤波时输入电流波形 (b) LC滤波时输入电流波形

(c) 两种滤波方式下的谐波频谱比较

图4 输入电流及谐波分析

在滤波电感的设计中，由式（8）可知，

AP= （8）

电感磁芯体积的大小与通过电感的电流成正比。为了减小滤波电感的体积，采用了无气隙环形磁芯的饱和电感，当主电路电流超过一定值时，电感磁芯饱和，电路中只剩下电容滤波。饱和电感电感值与电流的关系由式（9）～式（12）给出。

L=NS （9）

B=f(H) （10）

H_l=NI （11）

L= （12）

仿真和试验结果表明，采用饱和电感后输入电流的谐波有所增加，但整流二极管和开关管上的电流和电压值没有太大的变化，电感的体积减小了很多，仿真结果如图5所示。

(a) 输入电流 (b) 负载电流

图5 采用饱和电感后的波形