论文部分内容阅读
本文以感应加热电源为研究对象,阐述了感应加热电源的基本原理及其发展趋势。对感应加热电源常用的两种拓扑结构——电流型逆变器和电压型逆变器做了比较分析,并分析了感应加热电源的各种调功方式。在对比几种功率调节方式的基础上,得出在整流侧调功有利于高频感应加热电源频率和功率的提高的结论,选择了不控整流加软斩波器调功的感应加热电源作为研究对象。针对传统硬斩波调功式感应加热电源功率损耗大的缺点,采用软斩波调功方式,设计了一种零电流开关准谐振变换器ZCS-QRCs(Zero-current-switching-Quasi-resonant)倍频式串联谐振高频感应加热电源。介绍了该软斩波调功器的组成结构及其工作原理,通过仿真和实验的方法研究了该软斩波器的性能,从而得出该软斩波器非常适合大功率高频感应加热电源应用场合的结论。同时设计了功率闭环控制系统和PI功率调节器,将感应加热电源的功率控制问题转化为Buck斩波器的电压控制问题。针对目前IGBT器件频率较低的实际情况,本文提出了一种新的逆变拓扑—通过IGBT的并联来实现倍频,从而在保证感应加热电源大功率的前提下提高了其工作频率,并在分析其工作原理的基础上进行了仿真,验证了理论分析的正确性,达到了预期的效果。另外,本文还设计了数字锁相环(DPLL),使逆变器始终保持在功率因数近似为1的状态下工作,实现电源的高效运行。最后,分析并设计了IGBT的缓冲吸收电路。本文第五章设计了一台150kHz、10KW的倍频式感应加热电源实验样机,其中斩波器频率为20kHz,逆变器工作频率为150kHz(每个IGBT工作频率为75kHz),控制核心采用TI公司的TMS320F2812 DSP控制芯片,简化了系统结构。实验结果表明,该倍频式感应加热电源实现了斩波器和逆变器功率器件的软开关,有效的减小了开关损耗,并实现了数字化,提高了整机效率。文章给出了整机的结构设计,直流斩波部分控制框图,逆变控制框图,驱动电路的设计和保护电路的设计。同时,给出了关键电路的仿真和实验波形。实验证明,以上分析和电路设计都是行之有效的,在实验中取得很好的效果。