軟開關(guān)APFC倍頻感應(yīng)加熱電源的研究

單相整流橋輸出的直流電壓接入無源緩沖軟開關(guān)Boost電路，本文采取Boost電路取代傳統(tǒng)的LC濾波電路。這里Boost電路主要有2個作用：一是提高整流輸入側(cè)的功率因數(shù)；二是為逆變側(cè)提供一個穩(wěn)定的直流電壓。Boost校正電路輸出直流電壓加到逆變橋上，逆變橋是由8個IGBT模塊組成的單相全橋逆變器，每個IGBT都有一個反并聯(lián)二極管與其并聯(lián)，作為逆變器電壓反向時續(xù)流。逆變器中功率器件由控制電路控制脈沖信號驅(qū)動而周期性的開關(guān)；隔離變壓器T的作用是電氣隔離和負(fù)載的阻抗匹配。一般T為降壓變壓器，適當(dāng)改變變壓器的變比即可降低諧振槽路中電感、電容上的電壓值，并可進(jìn)行不同的負(fù)載阻抗匹配。輸出方波電壓經(jīng)過變壓器的隔離降壓后加到由補(bǔ)償電容器和感應(yīng)線圈及負(fù)載組成的諧振回路上。
1．1 軟開關(guān)APFC電路工作原理
圖2所示為無源軟開關(guān)Boost電路、串聯(lián)電感及無損SNUBBER電路。與普通的Boost電路相比，增加電感L1限制因VD0的反向恢復(fù)而產(chǎn)生的VT0開啟沖擊電流，C2→VD7作為VD0的SNUBBER電路，VD5→VD6→VD7的串聯(lián)結(jié)構(gòu)和L1→C1→C2之間的諧振與能量轉(zhuǎn)換也有利于抑制VT0的開啟沖擊電流。

主電路在一個周期內(nèi)的工作情況可以分為6個階段：
(1)模式1[t0，t1]：在t0時刻，C0通過電阻R放電，VT0在ZCS狀態(tài)下開啟，C1放電，電流流經(jīng)C1→C2→L1回路，由于L1的作用，VT0的開啟電流逐漸平穩(wěn)上升。
(2)模式2[t1，t2]：電感L1上的電流逐漸增大，C1放電結(jié)束后，電流經(jīng)過回路L0→L1→VD5→VD6→C2流動。
(3)模式3[t2，t3]：C2被緩慢充電，直至L1能量全部轉(zhuǎn)移過來。最后流經(jīng)VT0的電流和L0的大小相等，C2充電結(jié)束。
(4)模式4[t3，t4]：t4時刻VT0在ZVS下關(guān)斷，當(dāng)經(jīng)過C2-VD6-C1的電壓和整流輸出電壓Vin相等時，C2通過VD7放電，L1的電流經(jīng)L0→L1→ VD5→C1給C1充電。
(5)模式5[t4，t5]：當(dāng)C1的電壓和Vin相等后停止充電。L1電流經(jīng)VD5→VD6→VD7流向負(fù)載。
(6)模式6[t5，t6]：L1電流衰減到0母線電感電流L1通過VD7向C2充電，當(dāng)C2電壓為0后，流過L0的電流經(jīng)VD0流向負(fù)載C0和R0接著回到模式1。
1．2 后級倍頻逆變電路
倍頻式高頻逆變電源電路如圖1右邊部分所示。在圖中，由VT11～VT41構(gòu)成第一組逆變橋，由VT12～VT42構(gòu)成第二組逆變橋，兩組逆變橋輪流導(dǎo)通1個諧振周期，每個IGBT器件都以額定負(fù)載電流工作。這樣，如果IGBT的允許開關(guān)頻率為f0，則電源的輸出頻率為2f0。
分時-移相的控制方法是通過調(diào)節(jié)對角橋臂導(dǎo)通的相位差來調(diào)節(jié)功率。如圖3所示，VT11與VT41之間有一個移相角，滿功率的時候，角度為0，分時-移相調(diào)功就是通過調(diào)節(jié)移相角φ的大小實(shí)現(xiàn)功率的改變。

2 系統(tǒng)控制策略
控制系統(tǒng)主要采用Altera公司的MAXⅡ系列CPLD芯片EPMl270T144C5和TI公司的TMS320LF2407A型DSP?？刂骗h(huán)節(jié)由數(shù)字鎖相環(huán)、PWM控制模塊、分時脈沖控制模塊、DSP移相功率調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)以及DSP-PFC環(huán)節(jié)組成。CPLD鎖相環(huán)模塊跟蹤負(fù)載諧振頻率，同時接收DSP輸出的數(shù)字移相角大小，從而經(jīng)PWM、分時模塊計算輸出8路移相觸發(fā)脈沖。DSP計算負(fù)載輸出功率，與功率設(shè)定值比較，經(jīng)積分分離PI算法輸出移相角度；DSP還要對CCM模式下的軟開關(guān)Boost電路進(jìn)行平均電流控制。此外還要實(shí)現(xiàn)設(shè)置、保護(hù)以及顯示等功能。