在現代工業的金屬熔煉、彎(wan)管(guan)，熱(re)鍛(duan)，焊(han)接(jie)和(he)表(biao)麵(mian)熱(re)處(chu)理(li)等(deng)行(xing)業(ye)中(zhong)
，感(gan)應(ying)加(jia)熱(re)技(ji)術(shu)被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。感(gan)應(ying)加(jia)熱(re)是(shi)根(gen)據(ju)電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)原(yuan)理(li)
，利(li)用(yong)工(gong)件(jian)中(zhong)渦(wo)流(liu)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)量(liang)對(dui)工(gong)件(jian)進(jin)行(xing)加(jia)熱(re)的(de)，具(ju)有(you)加(jia)熱(re)效(xiao)率(lv)高(gao)，速(su)度(du)快(kuai)，可(ke)控(kong)性(xing)好(hao)

，易(yi)於(yu)實(shi)現(xian)高(gao)溫(wen)和(he)局(ju)部(bu)加(jia)熱(re)，易(yi)於(yu)實(shi)現(xian)機(ji)械(xie)化(hua)和(he)自(zi)動(dong)化(hua)等(deng)優(you)點(dian)。隨(sui)著(zhe)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)學(xue)及(ji)功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)的(de)發(fa)展(zhan)，感(gan)應(ying)加(jia)熱(re)電(dian)源(yuan)基(ji)本(ben)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)經(jing)過(guo)不(bu)斷(duan)的(de)完(wan)善(shan)，一(yi)般(ban)由(you)整(zheng)流(liu)器(qi)
、濾波器、逆(ni)變(bian)器(qi)及(ji)一(yi)些(xie)控(kong)製(zhi)和(he)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)組(zu)成(cheng)。逆(ni)變(bian)器(qi)在(zai)感(gan)應(ying)加(jia)熱(re)電(dian)源(yuan)中(zhong)起(qi)著(zhe)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)，根(gen)據(ju)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)特(te)點(dian)，逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)又(you)分(fen)為(wei)串(chuan)聯(lian)諧(xie)振(zhen)和(he)並(bing)聯(lian)諧(xie)振(zhen)兩(liang)種(zhong)。本(ben)文(wen)提(ti)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)應(ying)用(yong)於(yu)感(gan)應(ying)加(jia)熱(re)的(de)並(bing)聯(lian)諧(xie)振(zhen)逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)方(fang)案(an)，針(zhen)對(dui)其(qi)主(zhu)電(dian)路(lu)
、斬波電路及逆變器控製電路等進行了分析和設計。

電路構成及設計
電源的係統框圖為圖1所suo示shi，三san相xiang交jiao流liu電dian壓ya通tong過guo不bu控kong整zheng流liu及ji濾lv波bo電dian路lu後hou轉zhuan換huan為wei直zhi流liu電dian壓ya，該gai電dian壓ya被bei送song到dao直zhi流liu斬zhan波bo器qi進jin行xing斬zhan波bo調tiao節jie，變bian為wei功gong率lv可ke調tiao節jie的de近jin似si恒heng流liu源yuan後hou輸shu入ru逆ni變bian器qi，之zhi後hou控kong製zhi感gan應ying加jia熱re負fu載zai。直zhi流liu斬zhan波bo控kong製zhi部bu分fen則ze通tong過guo傳chuan感gan器qi檢jian測ce斬zhan波bo輸shu出chu的de電dian流liu信xin號hao，經jingPI調節器，控製PWM的(de)輸(shu)出(chu)脈(mai)寬(kuan)
，從(cong)而(er)改(gai)變(bian)斬(zhan)波(bo)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)的(de)大(da)小(xiao)，實(shi)現(xian)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)。逆(ni)變(bian)器(qi)控(kong)製(zhi)部(bu)分(fen)采(cai)用(yong)鎖(suo)相(xiang)環(huan)頻(pin)率(lv)跟(gen)蹤(zong)電(dian)路(lu)控(kong)製(zhi)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)
，產(chan)生(sheng)高(gao)頻(pin)觸(chu)發(fa)脈(mai)衝(chong)，驅(qu)動(dong)逆(ni)變(bian)電(dian)路(lu)中(zhong)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)的(de)通(tong)斷(duan)。
主電路1、並聯諧振逆變電源的主電路由三相不控整流橋、直流斬波器
、電流源並聯諧振逆變器和負載匹配電路四部分組成(圖2)。
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這(zhe)裏(li)采(cai)用(yong)不(bu)控(kong)整(zheng)流(liu)加(jia)斬(zhan)波(bo)構(gou)成(cheng)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)源(yuan)，主(zhu)要(yao)是(shi)考(kao)慮(lv)到(dao)其(qi)具(ju)有(you)保(bao)護(hu)速(su)度(du)快(kuai)以(yi)及(ji)高(gao)頻(pin)斬(zhan)波(bo)帶(dai)來(lai)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)尺(chi)寸(cun)小(xiao)等(deng)優(you)點(dian)。斬(zhan)波(bo)器(qi)和(he)逆(ni)變(bian)器(qi)中(zhong)的(de)主(zhu)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)(VT與VT1
、VT2、VT3、VT4)均采用IGBT管。逆變器橋臂的每一個IGBT上均串聯一個二極管
，通過IGBT的正向電流也將全部通過串聯二極管，這就要求串聯二極管能夠通過很大的正向電壓和承受很高的反向電壓，因此VD1~VD4選用的是快速恢複二級管。逆變器通過半導體開關有(you)規(gui)律(lv)地(di)切(qie)換(huan)
，在(zai)負(fu)載(zai)側(ce)得(de)到(dao)一(yi)定(ding)頻(pin)率(lv)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)流(liu)，其(qi)頻(pin)率(lv)由(you)開(kai)關(guan)的(de)動(dong)作(zuo)頻(pin)率(lv)決(jue)定(ding)

，由(you)於(yu)是(shi)電(dian)流(liu)源(yuan)供(gong)電(dian)，逆(ni)變(bian)器(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)近(jin)似(si)為(wei)方(fang)波(bo)
，負(fu)載(zai)對(dui)基(ji)波(bo)分(fen)量(liang)呈(cheng)高(gao)阻(zu)
，壓(ya)降(jiang)較(jiao)大(da)，而(er)三(san)次(ci)及(ji)三(san)次(ci)以(yi)上(shang)諧(xie)波(bo)產(chan)生(sheng)的(de)壓(ya)降(jiang)較(jiao)小(xiao)，可(ke)近(jin)似(si)認(ren)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)(即電容C兩端電壓)為正弦波。

PWM斬波控製

斬波的實現是通過控製IGBT(圖2中VT管)的(de)導(dao)通(tong)來(lai)控(kong)製(zhi)電(dian)流(liu)的(de)大(da)小(xiao)，從(cong)而(er)間(jian)接(jie)控(kong)製(zhi)功(gong)率(lv)。在(zai)穩(wen)態(tai)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，為(wei)實(shi)時(shi)了(le)解(jie)負(fu)載(zai)的(de)變(bian)化(hua)，需(xu)從(cong)諧(xie)振(zhen)回(hui)路(lu)中(zhong)反(fan)饋(kui)電(dian)流(liu)的(de)變(bian)化(hua)
，通(tong)過(guo)與(yu)基(ji)準(zhun)值(zhi)比(bi)較(jiao)獲(huo)得(de)占(zhan)空(kong)比(bi)的(de)大(da)小(xiao)。圖(tu)1係統框圖中的電流檢測可選用霍爾電流傳感器，檢測逆變器直流母線輸入電流的大小。控製電路采用PI調節器，由運放與電阻
、電(dian)容(rong)等(deng)元(yuan)件(jian)構(gou)成(cheng)，可(ke)將(jiang)檢(jian)測(ce)電(dian)流(liu)與(yu)設(she)定(ding)電(dian)流(liu)比(bi)較(jiao)，隻(zhi)要(yao)反(fan)饋(kui)和(he)設(she)定(ding)有(you)偏(pian)差(cha)，就(jiu)可(ke)通(tong)過(guo)調(tiao)節(jie)，使(shi)反(fan)饋(kui)向(xiang)設(she)定(ding)值(zhi)逼(bi)近(jin)直(zhi)至(zhi)等(deng)於(yu)設(she)定(ding)值(zhi)，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)無(wu)差(cha)調(tiao)節(jie)
，提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)穩(wen)定(ding)性(xing)。PWM脈寬控製選用TL494，它是一種應用廣泛的PWM控製芯片，具有抗幹擾能力強
、結構簡單、可靠性高以及價格便宜等特點。在本設計中具體電路如圖3所示：輸入(即PI調節輸出)自1腳引入，引腳13接低電平，PWM脈衝信號從8腳輸出
，經驅動模塊放大後觸發斬波器元件IG-BT的導通。
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逆變器觸發控製

並聯諧振逆變器的觸發控製中，為避免大電感Ld上產生大的感應電勢，電流必須是連續的，因此要保證逆變器在換流時
，VT1
、VT3和VT2、VT4兩組橋臂應遵循先開通後關斷的原則
，即要求兩組橋臂的觸發脈衝有重疊區，這點與串聯諧振逆變器有較大不同。圖4是逆變器觸發脈衝的波形。
加熱工件在加熱過程中會引起諧振頻率的變化，為使逆變器可靠工作，逆變器需要始終工作在功率因數接近或等於1的準諧振或諧振狀態
，以實現逆變器件的零電壓換流。圖5顯示了逆變器觸發控製電路的構成。對逆變電源的負載正弦電壓采作為鎖相環PLL的輸入參考電壓。考樣、過零比較，得到U1(t)，慮到觸發，驅動電路和開關器件的延時等情況，在PLL內部加入了相位補償電路

，構成無相差鎖相環電路。鎖相環的輸出電由U2(t)產生的Ⅰ、Ⅱ兩路壓U2(t)與輸入U1(t)可實現零相位差，驅動輸出即可實現圖4中逆變器VT1~VT4的觸發脈衝波形。
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IGBT驅動與保護電路

本電源采用IGBT作為逆變開關和直流斬波器件
，雖然具有電流容量大
、驅動功率小、開關頻率高等優點
，但IGBT過流過壓能力相對晶閘管較弱，尤其是其承受反壓能力更加脆弱。因此IGBT驅動及保護電路性能的好壞直接影響到電源運行的可靠性和高效性。本設計中IGBT的驅動采用日本富士公司EXB係列的EXB841集成化驅動電路，它適合驅動300A/1200V以下的IGBT，其最高工作頻率為40kHz。
圖6為IGBT驅動保護電路，當IGBT在發生故障或調試時出現過電流或短路的情況，可通過EXB841驅動電路內部設有電流保護功能進行保護
，EXB841判斷過流的依據是檢測IGBT的集-射極間的電壓，這裏在IGBT集電極與EXB841的6腳間串聯一個快速恢複二極管EAR34-10
，該二極管正向導通壓降為3V
，反向恢複時間150ns.可以有效地提高EXB841對過流判斷的靈敏度，增強保護能力。為防止IGBT受外界幹擾使柵射電壓過高引起器件誤導通，尤其是在有上下橋臂的變換器或逆變器中
，易造成同臂短路。在柵射極並接一電阻RGE，並在柵射極間並接2隻反向串聯的穩壓管。
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在設計中同時還加入了RS觸發器：當IGBT發生過流時，EXB841的5腳電平為低，RS觸發器的S端變為高電平

，輸出端Q輸出高電平，經過三極管輸出的本地過流信號為低，此電平加到與門上可封鎖EXB841的輸入信號，達到及時撤出柵極信號、保護IGBT的目的。
另外一個可封鎖EXB841的輸入的信號為母線過流信號，如圖7.當逆變器輸出端負載短路、nibianqudongdianlugongzuobuzhengchanghuohuanliushibaishi，junhuiyinqiduanluguoliu。tongguohuoerdianliuchuanganqijianshinibianqishurudezhiliumuxiandedianliu
，zhuanhuanchengdianyaxinhao
，songrugaosubijiaoqiyujizhundianyaxiangbijiao，dangchaoguojizhundianyashi，biaoshiyoumuxianyouguoliuqingkuangfasheng
，guoliubaohudongzuo。bijiaoqishuchugaodianping，sanjiguandaotong，zeshuchuweidi，shixiankekaodeguoliubaohu。

結束語

本設計的PWM斬波功率調節電路中運用PI調(tiao)節(jie)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)能(neng)夠(gou)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)工(gong)作(zuo)穩(wen)定(ding)性(xing)。鎖(suo)相(xiang)環(huan)逆(ni)變(bian)器(qi)頻(pin)率(lv)跟(gen)蹤(zong)電(dian)路(lu)的(de)設(she)計(ji)，可(ke)實(shi)現(xian)在(zai)加(jia)熱(re)過(guo)程(cheng)中(zhong)負(fu)載(zai)參(can)數(shu)變(bian)化(hua)時(shi)對(dui)諧(xie)振(zhen)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)的(de)自(zi)動(dong)跟(gen)蹤(zong)，使(shi)逆(ni)變(bian)器(qi)工(gong)作(zuo)在(zai)容(rong)性(xing)近(jin)諧(xie)振(zhen)狀(zhuang)態(tai)，保(bao)證(zheng)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)運(yun)行(xing)安(an)全(quan)。

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