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串聯(lián)諧振脈沖調(diào)制方法介紹

2022-7-1  閱讀(1276)

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 調(diào)幅控制方法是通過調(diào)節(jié)直流電壓源輸出(逆變器輸入)電壓Ud(可以用移相調(diào)壓電路,也可以用斬波調(diào)壓電路加電感和電容組成的濾波電路,來實現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出功率的目的。即逆變器的輸出功率通過輸入電壓調(diào)節(jié),由鎖相環(huán)(PLL)完成電流和電壓之間的相位控制,以保證較大的功率因數(shù)輸出。


  脈沖密度調(diào)制方法就是通過控制脈沖密度,實際上就是控制向負(fù)載饋送能量的時間來控制輸出功率。其控制原理,這種控制方法的基本思路是:假設(shè)總共有N個調(diào)功單位,在其中M個調(diào)功單位里逆變器向負(fù)載輸出功率;而剩下的N-M個單位內(nèi)逆變器停止工作,負(fù)載能量以自然振蕩形式逐漸衰減。輸出的脈沖密度為M/N,這樣輸出功率就跟脈沖密度聯(lián)系起來了。因此通過改變脈沖密度就可改變輸出功率。


  脈沖密度調(diào)制方法的主要優(yōu)點是:輸出頻率基本不變,開關(guān)損耗相對較小,易于實現(xiàn)數(shù)字化控制,比較適合于開環(huán)工作場合。


  脈沖頻率調(diào)制方法是通過改變逆變器的工作頻率,從而改變負(fù)載輸出阻抗以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出功率的目的。


  負(fù)載的阻抗隨著逆變器的工作頻率(f)的變化而變化。對于一個恒定的輸出電壓,當(dāng)工作頻率與負(fù)載諧振頻率偏差越大時,輸出阻抗就越高,因此輸出功率就越小,反之亦然。


  脈沖頻率調(diào)制方法的主要缺點是工作頻率在功率調(diào)節(jié)過程中不斷變化,導(dǎo)致集膚深度也隨之而改變,在某些應(yīng)用場合如表面淬火等,集膚深度的變化對熱處理效果會產(chǎn)生較大的影響,這在要求嚴(yán)格的應(yīng)用場合中是不允許的。但是由于脈沖頻率調(diào)制方法實現(xiàn)起來非常簡單,故在以下情況中可以考慮使用它:


  1)如果負(fù)載對工作頻率范圍沒有嚴(yán)格限制,這時頻率必須跟蹤,但相位差可以存在而不處于諧振工作狀態(tài)。


  2)如果負(fù)載的Q值較高,或者功率調(diào)節(jié)范圍不是很大,則較小的頻率偏差就可以達(dá)到調(diào)功的要求。


  脈沖密度調(diào)制方法的主要缺點是:逆變器輸出功率的頻率不*等于負(fù)載的自然諧振頻率,在需要功率閉環(huán)的場合中,工作穩(wěn)定性較差。由于每次從自然衰減振蕩狀態(tài)恢復(fù)到輸出功率狀態(tài)時要重新鎖定工作頻率,這時系統(tǒng)可能會失控。因此在功率閉環(huán)或者溫度閉環(huán)的場合,工作的穩(wěn)定性不好。其另一個缺點就是功率調(diào)節(jié)特性不理想,呈有級調(diào)功方式。


  諧振脈沖寬度調(diào)制(PWM)方法


  諧振脈沖寬度調(diào)制是通過改變兩對開關(guān)管的驅(qū)動信號之間的相位差來改變輸出電壓值以達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的。即在控制電路中使原來同相的兩個橋臂開關(guān)(S1,S2)、(S3,S4)的驅(qū)動信號之間錯開一個相位角,使得輸出的正負(fù)交替電壓之間插入一個零電壓值,這樣只要改變相位角就可以改變輸出電壓的有效值,最終達(dá)到調(diào)節(jié)輸出功率的目的。


  這種控制方法的優(yōu)點是電源始終工作在諧振狀態(tài),功率因數(shù)高。但存在反并聯(lián)二極管的反向恢復(fù)問題、小負(fù)載問題、軟開關(guān)實現(xiàn)問題。


  脈沖加頻率調(diào)制方法


  針對上述控制方法的優(yōu)缺點,一些復(fù)合型控制方法的研究日益引起重視,脈寬加頻率調(diào)制方法就是一種較好的控制方法。在一般的逆變器中,常用的移相PWM方法的工作頻率是固定的,不需考慮負(fù)載在不同工作頻率下的特性。而在串聯(lián)諧振感應(yīng)加熱電源中使用移相PWM方法時,則要求其工作頻率必須始終跟蹤負(fù)載的諧振頻率,通常使某一橋臂的驅(qū)動脈沖信號與輸出電流的相位保持一致,而另外一個橋臂的驅(qū)動脈沖信號與輸出電流的相位則可以調(diào)節(jié)。S1和S4驅(qū)動信號互補,S2和S3驅(qū)動脈沖信號互補,S1驅(qū)動信號相位與負(fù)載電流的相位保持相同,而S3的驅(qū)動脈沖與S1的驅(qū)動脈沖信號之間的相位差β在0~180范圍內(nèi)可調(diào),調(diào)節(jié)β就可以調(diào)節(jié)輸出電壓的占空比,即調(diào)節(jié)輸出功率。


  根據(jù)輸出電壓和輸出電流的不同相位關(guān)系,有2種PWM調(diào)節(jié)方式:升頻式PWM和降頻式PWM。


  升頻式


  為保證滯后臂(S1,S4)觸發(fā)信號前沿同電流信號同相,角頻率須根據(jù)移相角β的大小改變。即在通過調(diào)節(jié)移相角β調(diào)節(jié)功率的同時改變頻率f。在β調(diào)節(jié)過程中,在增大輸出脈沖寬度的同時,將引起輸出電壓相對于輸出電流的相位不斷減小并滯后于輸出電流,這說明輸出頻率也在不斷升高,因此稱這種調(diào)制方式為升頻式PWM。這時S1、S4管各導(dǎo)通180,已經(jīng)實現(xiàn)ZCS。超前臂S2,S3在大電流下開通,D2,D3在大電流下關(guān)斷因而有反向恢服。通過在S2、S3臂上串聯(lián)電感也可實現(xiàn)ZCS。,這種方法適用于有關(guān)斷尾部電流、關(guān)斷損耗占主導(dǎo)的雙極型器件,如IGBT,SIT,MCT等。同時應(yīng)注意電路布局減小分布電感,以減小二極管反向恢復(fù)帶來的電壓尖峰。

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