基于全數(shù)字鎖相環(huán)的感應加熱電源研制.pdf

1、從上個世紀初開始，感應加熱開始興起并很快得到廣泛應用。由于感應加熱是非接觸式加熱，加熱溫度高，具有相當高的效率，同時感應加熱容易實現(xiàn)對溫度的控制，作業(yè)環(huán)境好，能加熱復雜形狀的工件，因此感應加熱電源正在成為我國研究的熱點問題。目前，我國的感應加熱多為并聯(lián)諧振式的電源結構，功率的調節(jié)大都是通過直流側的調壓來實現(xiàn)，但是這種方式容易產生電網的諧波污染，如果改進電源結構，電源主電路采用串聯(lián)諧振式電路，電路的直流側采用不控整流，逆變側的主回路采用P

2、WM移相調功方式，這樣就可以避免并聯(lián)諧振式電源結構帶來的電網諧波污染問題。 本文的結構安排如下：首先介紹了感應加熱的基本原理及發(fā)展過程；然后分析逆變側主回路兩種不同的電路結構的優(yōu)缺點，并對這兩種電路的換流過程進行比較；接下來，文章針對目前應用比較廣泛的幾種調功方式進行詳細分析，最優(yōu)分析結論是采用串聯(lián)諧振式的電路結構，并通過PWM移相調功的方式對電源的功率進行調節(jié)。在確定了電路方案之后，本文介紹了軟開關的定義、分類以及其新發(fā)展，并

3、與硬開關方式進行了比較。一般的軟開關是通過ZVS的形式來實現(xiàn)的，但是當負載很輕時，零電壓開關條件難以滿足，在非零開關條件下，器件的電壓應力太大，并且干擾嚴重，影響了電源的品質，因此本文采用基于ZVZCS的PWM技術來實現(xiàn)該電源的研制，其中超前橋臂采用零電壓開關，滯后橋臂采用零電流開關，在此基礎上可以確定了主回路中各元件參數(shù)的大小。 本文的重點是對控制回路的設計。傳統(tǒng)的加熱電源大多采用模擬鎖相環(huán)CD4046作為主回路電流的反饋信號

4、，由于模擬鎖相環(huán)存在著很多缺點，本文提出一種基于FPGA的數(shù)字鎖相環(huán)設計。由于在FPGA的內部集成有鎖相環(huán)，但主要是面向高頻應用的，在10kHz-200kHz范圍內不適合采用，鑒于此，本設計采用內置鎖相環(huán)74297并通過VHDL語言設計相應的輔助電路，保證了在大范圍的中低頻率內鎖相的要求。同時在該芯片內設計了PWM產生電路，產生了4路IGBT的驅動脈沖，并且保留了一定的死區(qū)時間。此外，通過單片機實現(xiàn)了人機界面的交互，通過硬件PI調節(jié)器的