基于全數(shù)字鎖相環(huán)的感應(yīng)加熱電源研制.pdf

1、從上個(gè)世紀(jì)初開(kāi)始，感應(yīng)加熱開(kāi)始興起并很快得到廣泛應(yīng)用。由于感應(yīng)加熱是非接觸式加熱，加熱溫度高，具有相當(dāng)高的效率，同時(shí)感應(yīng)加熱容易實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制，作業(yè)環(huán)境好，能加熱復(fù)雜形狀的工件，因此感應(yīng)加熱電源正在成為我國(guó)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。目前，我國(guó)的感應(yīng)加熱多為并聯(lián)諧振式的電源結(jié)構(gòu)，功率的調(diào)節(jié)大都是通過(guò)直流側(cè)的調(diào)壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是這種方式容易產(chǎn)生電網(wǎng)的諧波污染，如果改進(jìn)電源結(jié)構(gòu)，電源主電路采用串聯(lián)諧振式電路，電路的直流側(cè)采用不控整流，逆變側(cè)的主回路采用P

2、WM移相調(diào)功方式，這樣就可以避免并聯(lián)諧振式電源結(jié)構(gòu)帶來(lái)的電網(wǎng)諧波污染問(wèn)題。 本文的結(jié)構(gòu)安排如下：首先介紹了感應(yīng)加熱的基本原理及發(fā)展過(guò)程；然后分析逆變側(cè)主回路兩種不同的電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)這兩種電路的換流過(guò)程進(jìn)行比較；接下來(lái)，文章針對(duì)目前應(yīng)用比較廣泛的幾種調(diào)功方式進(jìn)行詳細(xì)分析，最優(yōu)分析結(jié)論是采用串聯(lián)諧振式的電路結(jié)構(gòu)，并通過(guò)PWM移相調(diào)功的方式對(duì)電源的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。在確定了電路方案之后，本文介紹了軟開(kāi)關(guān)的定義、分類(lèi)以及其新發(fā)展，并

3、與硬開(kāi)關(guān)方式進(jìn)行了比較。一般的軟開(kāi)關(guān)是通過(guò)ZVS的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是當(dāng)負(fù)載很輕時(shí)，零電壓開(kāi)關(guān)條件難以滿(mǎn)足，在非零開(kāi)關(guān)條件下，器件的電壓應(yīng)力太大，并且干擾嚴(yán)重，影響了電源的品質(zhì)，因此本文采用基于ZVZCS的PWM技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)該電源的研制，其中超前橋臂采用零電壓開(kāi)關(guān)，滯后橋臂采用零電流開(kāi)關(guān)，在此基礎(chǔ)上可以確定了主回路中各元件參數(shù)的大小。 本文的重點(diǎn)是對(duì)控制回路的設(shè)計(jì)。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(hào)

4、，由于模擬鎖相環(huán)存在著很多缺點(diǎn)，本文提出一種基于FPGA的數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計(jì)。由于在FPGA的內(nèi)部集成有鎖相環(huán)，但主要是面向高頻應(yīng)用的，在10kHz-200kHz范圍內(nèi)不適合采用，鑒于此，本設(shè)計(jì)采用內(nèi)置鎖相環(huán)74297并通過(guò)VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)相應(yīng)的輔助電路，保證了在大范圍的中低頻率內(nèi)鎖相的要求。同時(shí)在該芯片內(nèi)設(shè)計(jì)了PWM產(chǎn)生電路，產(chǎn)生了4路IGBT的驅(qū)動(dòng)脈沖，并且保留了一定的死區(qū)時(shí)間。此外，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了人機(jī)界面的交互，通過(guò)硬件PI調(diào)節(jié)器的