高頻感應加熱電源自動負載匹配技術(shù)應用簡析

在串聯(lián)型的高頻感應加熱電源新產(chǎn)品研發(fā)過程中，工程師常常會運用自動負載匹配技術(shù)，進行噪音控制和效率提升輔助。在今天的文章中，我們將會就這種感應加熱電源的自動負載匹配技術(shù)的實際應用，展開簡要分析和介紹，希望能夠?qū)Ω魑恍氯斯こ處煹漠a(chǎn)品研發(fā)和設計工作帶來幫助。

在本方案中，我們以平時比較常見的串聯(lián)型固態(tài)高頻感應加熱電源為例，來展開自動負載匹配技術(shù)的簡析。這種高頻感應加熱電源的主要驅(qū)動部分，是一種典型的單相電壓型諧振逆變器，其原理圖和輸出電壓、電流波形如下圖圖1所示。

圖1 串聯(lián)型固態(tài)高頻電源原理圖及工作波形

從上圖圖1中我們可以看打破，在實際應用過程中，這種串聯(lián)型固態(tài)高頻感應加熱電源的工作頻率取決于諧振槽路的固有諧振頻率。其最佳的工作狀態(tài)為零電壓換流模式(ZVS)，可通過定角控制鎖相電路來實現(xiàn)。

在這種串聯(lián)型通態(tài)高頻感應加熱電源的研發(fā)過程中，想要實現(xiàn)自動負載匹配，就需要我們合理利用脈寬移相控制技術(shù)進行電源功率調(diào)節(jié)，使其一直保持在最佳的ZVS狀態(tài)下進行工作。這種技術(shù)結(jié)合了PWM和PS的優(yōu)點，在應用中不僅可以實現(xiàn)負載匹配，而且能夠有效電源運行的穩(wěn)定性和安全性。對于如圖1所示的逆變器結(jié)構(gòu)來說，當不采用脈寬移相時，VQ1、VQ3的觸發(fā)脈沖完全相同，VQ2、VQ4的也完全相同，兩組脈沖在相位上互差1800，逆變器輸出電壓uH為占空比D=50%的方波。如果將VQ1，VQ4作為定橋臂，將VQ2，VQ3構(gòu)成的動態(tài)橋臂的觸發(fā)脈沖后移，這時uH將變?yōu)镈50%的方波.其有效值和負載電流也會相應減小.此時對于電源側(cè)來說，負載的等效阻抗相應變大了。顯然，通過改變動橋臂的移相角妒的，即可等效地改變負載的等效阻抗，使之與高頻電源相匹配。

下圖中，圖2所展示出的是脈寬移相控制的波形圖。從圖2所展示的控制波形圖中我們可以很明顯的看到，在整個逆變器換流過程中一共有6個工作狀態(tài)。為了使逆變開關(guān)器件滿足ZVS的最佳小感性條件，鎖相控制電路需要有相應的相位補償環(huán)節(jié)。

圖2 脈寬移相控制波形圖

在已經(jīng)了解了串聯(lián)型固態(tài)高頻感應加熱電源原理和脈寬移向控制技術(shù)設計思路后，接下來我們要做的，就是對其進行自動負載匹配設計。為實現(xiàn)電源的自動阻抗匹配并保證電源的安全運行，在這里我們可以采用“變盧角”的脈寬移相控制與整流調(diào)節(jié)相結(jié)合的復合控制技術(shù)。這種復合控制方式可實現(xiàn)感應加熱電源的軟起動和軟關(guān)斷，減小了大功率感應加熱電源起動停止時對電網(wǎng)的沖擊，其控制框圖如圖3所示。

圖3 自動負載匹配控制框圖

當使用這種脈寬移向控制技術(shù)，對串聯(lián)型高頻感應加熱電源實現(xiàn)符合控制時，當功率給定小于50%(這里需注意，此時所指的百分比值是可以通過人為設定來進行改變的)則脈寬移相角度一直保持最大值，此時電源的輸出電壓和輸出電流同步增長，輸出電流被壓制在最小值，此時負載的等效阻抗最大。當功率給定為50%時。電源的輸出電壓達到額定值;當功率給定大于50%后，電源的輸出電壓保持在額定值不變，而脈寬移相角根據(jù)指令相應減小，電源輸出電流增大;當功率給定為100%時，電源的輸出電流和輸出電壓同時達到額定值.電源滿功率輸出。

圖4 電源輸出電壓、電流、功率曲線

上圖圖4所提供的是在使用脈寬移向控制技術(shù)進行功率調(diào)節(jié)過程中，感應加熱電源輸出電壓、輸出電流、輸出功率的關(guān)系曲線。從上圖圖4所給出的曲線圖中可以看出，當功率給定大于50%后，串聯(lián)型固態(tài)感應加熱電源的輸出電壓一直保持在額定值，此時一直保持最高網(wǎng)側(cè)輸入功率因數(shù)AI>0.9，并由于電源工作在高電壓、小電流狀態(tài)，電源的效率和工作狀態(tài)也一直保持在最佳狀態(tài)。