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串聯(lián)諧振脈沖調制方法介紹

發(fā)布時(shí)間:2022-06-22 17:09:20 瀏覽次數:3635

  調幅控制方法是通過(guò)調節直流電壓源輸出(逆變器輸入)電壓Ud(可以用移相調壓電路,也可以用斬波調壓電路加電感和電容組成的濾波電路,來(lái)實(shí)現調節輸出功率的目的。即逆變器的輸出功率通過(guò)輸入電壓調節,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輸出。


  脈沖密度調制方法就是通過(guò)控制脈沖密度,實(shí)際上就是控制向負載饋送能量的時(shí)間來(lái)控制輸出功率。其控制原理,這種控制方法的基本思路是:假設總共有N個(gè)調功單位,在其中M個(gè)調功單位里逆變器向負載輸出功率;而剩下的N-M個(gè)單位內逆變器停止工作,負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(lái)了。因此通過(guò)改變脈沖密度就可改變輸出功率。


  脈沖密度調制方法的主要優(yōu)點(diǎn)是:輸出頻率基本不變,開(kāi)關(guān)損耗相對較小,易于實(shí)現數字化控制,比較適合于開(kāi)環(huán)工作場(chǎng)合。


  脈沖頻率調制方法是通過(guò)改變逆變器的工作頻率,從而改變負載輸出阻抗以達到調節輸出功率的目的。


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


  脈沖頻率調制方法的主要缺點(diǎn)是工作頻率在功率調節過(guò)程中不斷變化,導致集膚深度也隨之而改變,在某些應用場(chǎng)合如表面淬火等,集膚深度的變化對熱處理效果會(huì )產(chǎn)生較大的影響,這在要求嚴格的應用場(chǎng)合中是不允許的。但是由于脈沖頻率調制方法實(shí)現起來(lái)非常簡(jiǎn)單,故在以下情況中可以考慮使用它:


  1)如果負載對工作頻率范圍沒(méi)有嚴格限制,這時(shí)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)如果負載的Q值較高,或者功率調節范圍不是很大,則較小的頻率偏差就可以達到調功的要求。


  脈沖密度調制方法的主要缺點(diǎn)是:逆變器輸出功率的頻率不完全等于負載的自然諧振頻率,在需要功率閉環(huán)的場(chǎng)合中,工作穩定性較差。由于每次從自然衰減振蕩狀態(tài)恢復到輸出功率狀態(tài)時(shí)要重新鎖定工作頻率,這時(shí)系統可能會(huì )失控。因此在功率閉環(huán)或者溫度閉環(huán)的場(chǎng)合,工作的穩定性不好。其另一個(gè)缺點(diǎn)就是功率調節特性不理想,呈有級調功方式。


  諧振脈沖寬度調制(PWM)方法


  諧振脈沖寬度調制是通過(guò)改變兩對開(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)信號之間的相位差來(lái)改變輸出電壓值以達到調節功率的目的。即在控制電路中使原來(lái)同相的兩個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)(S1,S2)、(S3,S4)的驅動(dòng)信號之間錯開(kāi)一個(gè)相位角,使得輸出的正負交替電壓之間插入一個(gè)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,最終達到調節輸出功率的目的。


  這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是電源始終工作在諧振狀態(tài),功率因數高。但存在反并聯(lián)二極管的反向恢復問(wèn)題、小負載問(wèn)題、軟開(kāi)關(guān)實(shí)現問(wèn)題。


  脈沖加頻率調制方法


  針對上述控制方法的優(yōu)缺點(diǎn),一些復合型控制方法的研究日益引起重視,脈寬加頻率調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,不需考慮負載在不同工作頻率下的特性。而在串聯(lián)諧振感應加熱電源中使用移相PWM方法時(shí),則要求其工作頻率必須始終跟蹤負載的諧振頻率,通常使某一橋臂的驅動(dòng)脈沖信號與輸出電流的相位保持一致,而另外一個(gè)橋臂的驅動(dòng)脈沖信號與輸出電流的相位則可以調節。圖4和圖5中,S1和S4驅動(dòng)信號互補,S2和S3驅動(dòng)脈沖信號互補,S1驅動(dòng)信號相位與負載電流的相位保持相同,而S3的驅動(dòng)脈沖與S1的驅動(dòng)脈沖信號之間的相位差β在0~180范圍內可調,調節β就可以調節輸出電壓的占空比,即調節輸出功率。


  根據輸出電壓和輸出電流的不同相位關(guān)系,有2種PWM調節方式: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,角頻率須根據移相角β的大小改變。即在通過(guò)調節移相角β調節功率的同時(shí)改變頻率f。在β調節過(guò)程中,在增大輸出脈沖寬度的同時(shí),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(shuō)明輸出頻率也在不斷升高,因此稱(chēng)這種調制方式為升頻式PWM。這時(shí)S1、S4管各導通180,已經(jīng)實(shí)現ZCS。超前臂S2,S3在大電流下開(kāi)通,D2,D3在大電流下關(guān)斷因而有反向恢服。通過(guò)在S2、S3臂上串聯(lián)電感也可實(shí)現ZCS。,這種方法適用于有關(guān)斷尾部電流、關(guān)斷損耗占主導的雙極型器件,如IGBT,SIT,MCT等。同時(shí)應注意電路布局減小分布電感,以減小二極管反向恢復帶來(lái)的電壓尖峰。

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