雙閉環(huán)控制IGBT感應(yīng)加熱電源的研究.pdf

1、感應(yīng)加熱作為一種新型的加熱方式，具有節(jié)能、環(huán)保、安全等優(yōu)點，近年來發(fā)展迅速，被廣泛應(yīng)用于金屬熱處理等領(lǐng)域。感應(yīng)加熱電源的發(fā)展水平與半導(dǎo)體功率器件密切相關(guān)。IGBT（絕緣柵控雙極型晶體管）是電力電子技術(shù)中的主流開關(guān)功率器件，由于開通/關(guān)斷速度快、通態(tài)壓降小等優(yōu)點，在電力電子裝置中得到廣泛的應(yīng)用。因此對IGBT在中頻感應(yīng)加熱電源中的應(yīng)用問題進行研究極具價值。
　　以10kW/20kHz的中頻淬火感應(yīng)加熱電源為研究對象，針對IGBT開關(guān)

2、功率器件的智能驅(qū)動和功耗大的問題，從頻率自動跟蹤、功率閉環(huán)控制和軟開關(guān)技術(shù)三個方面進行研究。首先，提出了一種基于DSP(TMS320F2812)的感性移相PWM&PFM的設(shè)計方案。確定以三相不控整流、全橋IGBT逆變和串聯(lián)諧振負載為感應(yīng)加熱電源的主回路。其次，采用PID（比例積分微分控制器）和DPLL（數(shù)字鎖相環(huán)）相結(jié)合的雙閉環(huán)控制策略，對感應(yīng)加熱電源系統(tǒng)進行SIMULINK平臺仿真建模。再次，在仿真的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了以SKHI22AH4R

3、模塊為核心的驅(qū)動電路及相關(guān)硬件電路的設(shè)計。最后，采集負載輸出電壓和電流信號，經(jīng)DSP芯片采用模塊化設(shè)計，分別對PWM驅(qū)動控制模塊、PID模塊和DPLL模塊進行軟件編程控制，搭建實驗平臺，進行綜合調(diào)試。
　　在開環(huán)和閉環(huán)條件下，對控制方案的仿真結(jié)果進行對比分析。仿真系統(tǒng)到達恒定功率輸出的時間為200ns，數(shù)字鎖相環(huán)經(jīng)過2到3個周期達到鎖相和頻率自動跟蹤，功率因數(shù)近似為0.99，且無周期跳變的現(xiàn)象。通過軟件和硬件綜合調(diào)試，由DSP產(chǎn)生

4、脈寬和頻率均可調(diào)的四路PWM脈沖，經(jīng)隔離驅(qū)動轉(zhuǎn)換成+15V/-7V，并帶有3.3μs死區(qū)時間的驅(qū)動脈沖。為降低IGBT通態(tài)導(dǎo)通功耗，采用RCD緩沖電路對尖峰電壓進行吸收。通過軟件編程實現(xiàn)了數(shù)字頻率跟蹤、ZVS軟開關(guān)技術(shù)，降低了IGBT的開關(guān)功耗。
　　仿真和實驗結(jié)果表明，實現(xiàn)相位鎖定、頻率自動跟蹤和功率控制，提高了感應(yīng)加熱電源功率因數(shù)，解決IGBT在工作的過程中功耗過高的問題，確保IGBT的安全性和可靠性。改善感應(yīng)加熱系統(tǒng)動態(tài)特性