谌海涛 - 一种高效、简单的感应加热电源研究.docVIP

PAGE 5 PAGE 7 简单、高效串联谐振感应加热电源研制 谌海涛 ,徐应年, 赵 阳, 康 勇, 陈 坚 （华中科技大学，武汉 430074） 摘要：本文提出了一种新颖、简单的脉冲密度感应加热电源功率调节方式。给出了相应的功率控制和频率自动跟踪电路，详细的分析了其工作原理。实验结果表明本文提出的脉冲密度功率调节方式和频率自动跟踪电路不仅实现简单，成本低而且工作可靠，开关损耗小等优点。 关键词：感应加热电源；脉冲密度；频率自动跟踪 Development of Simple and efficient Series-Resonant Induction Heating Power Source CHEN Hai-tao, XU Ying-nian, ZHAO Yang, Kang Yong, CHEN Jian （Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074） ABSTRACT：This paper presents a novel and simple pulse density power modulation method applied in induction heating power supply. The power control circuit and frequency auto-tracing circuit are given, the principle of circuits are analyzed. The experimental results are given to validate that the power modulation method and frequency auto-tracing circuit have the advantages of simple to realize , excellent reliability , low cost, small switch loss. KEYWORDS: induction heating； power source; pulse-density ; frequency auto-tracking 1 引言 串联谐振感应加热电源在中小功率场合的应用非常广泛。串联谐振电源逆变侧调功方式有：脉冲频率调制（pulse frequency modulation-PFM）[1],移相调功（phase-shifting power regulation）[1]，脉冲密度调制(pulse density modulation-PDM)[1][2]。脉冲频率调制方式和移相调功方式，功率变化时，负载的功率因数和开关频率都会发生改变，在功率很小的情况下，负载功率因数低，电源效率低。为了提高感应加热电源的效率，有学者提出了脉冲密度调制方式[2][3][4]，即通过调节向负载输出能量的时间比，使负载在一定的时间内自由振荡，达到调节逆变器输出功率的目的。功率变化时，感应加热电源的输出功率因数不发生改变，始终接近1，开关损耗小，电源效率高，但是这种调功方式电路实现复杂。针对这个缺点，本文提出了一种实现简单简单，高效更高的功率调节方式。该方式与文献[2][3][4]提出的脉冲密度调制方式不同的是电源不向负载输出功率期间，负载没有自由振荡过程。因其也是通过调节向负载输出能量的时间比来调节输出功率，本文仍称其为脉冲密度调制方式。因负载没有自由振荡过程，所以效率更高。本文提出的脉冲密度功率调制方式实现非常容易，使用简单的模拟电路就可以实现。为了实现频率跟踪本文提出了一种简单，新颖的频率跟踪电电路，详细的介绍了其工作原理。 电路结构及工作原理 图1所示为串联谐振电源主电路示意图。 图1 串联谐振电源主电路示意图 图1 串联谐振电源主电路示意图 脉冲密度功率调制方式是通过控制向负载输送能量的时间来控制功率。简单的说就是以时间T为一个周期，在这个周期内电源向负载输送能量的时间为t, 通过改变时间t来调节功率输出，电源在时间T-t不向负载输送能量。输出功率，为电源输出额定功率。T的大小根据实际负载情况而定。脉冲密度功率调制方式控制串联谐振电源开关工作模型如图2所示。 （a） （a） （b） （c） （d） 图2 脉冲密度功率调制方式开关模式 图3 脉冲密度功率调制方式控制示意图控制电路 图3 脉冲密度功率调制方式控制示意图 图3所示为脉冲密度功率调制方