固態(tài)高頻感應加熱電源數(shù)字化控制技術的研究.pdf

1、感應加熱電源具有效率高、綠色無污染、控制方式靈活和加熱速度快等優(yōu)點，在工業(yè)熱處理領域中得到了廣泛的應用。本文首先對感應加熱的基本機理和特性，以及目前的主要功率調節(jié)方式進行了介紹。針對傳統(tǒng)脈沖密度控制輸出功率有級性以及輸出負載電流斷續(xù)的缺點，易導致鎖相環(huán)電路無法可靠工作，提出了一種改進脈沖密度控制方法，并進行了深入的研究和分析，論文完成的主要工作如下:
　　 1.針對傳統(tǒng)脈沖密度控制感應加熱電源功率輸出有級性的缺點，提出了一種改進

2、脈沖密度控制方法。與均勻脈沖密度控制方法進行比較研究，詳細分析了改進脈沖密度控制脈沖的產生機理和逆變電路換流過程，并采用有限狀態(tài)機的方法產生功率開關器件的控制脈沖。結合Matlab和ModelSim聯(lián)合仿真工具進一步驗證了控制脈沖產生的合理性和有效性。
　　 2.針對脈沖密度控制在負載品質因數(shù)小于等于2時負載輸出電流容易出現(xiàn)波動或者斷續(xù)的問題，設計了一種改進的鐨相環(huán)頻率跟蹤控制電路。引入了負載峰值電流檢測和比較環(huán)節(jié)，并在鎖相環(huán)電

3、路中加入了采樣保持器。相比傳統(tǒng)鎖相環(huán)控制電路進一步提高了逆變器對負載電流相位的跟蹤捕捉性能，改善了功率開關器件在零電流和零電壓狀態(tài)時的開關特性。
　　 3.為了提高逆變電路輸出功率的穩(wěn)定性，設計了基于輸出功率閉環(huán)的完整感應加熱電源拓撲結構和詳細的控制電路。由一個內嵌于FPGA內的查找表完成功率給定值和脈沖密度調制序列的匹配。通過加入三態(tài)滯環(huán)比較電路和預期算法模塊，提高了負載輸出功率實際值對參考值的跟蹤速率。為了避免滯環(huán)反饋控制在

4、兩個調制序列之間重復振蕩的問題，對輸出功率進行平均化處理，進一步減小了輸出電流紋波和電流偏置，克服了傳統(tǒng)脈沖密度控制輸出功率非線性和離散性的缺點。
　　 4.結合改進脈沖密度控制原理和仿真分析，研制了一臺基于數(shù)字化控制技術的固態(tài)高頻感應加熱電源試驗樣機。功率開關器件控制脈沖產生、鎖相環(huán)頻率跟蹤控制均由一片現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)芯片完成，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的數(shù)字化。同時通過試驗與脈沖移相控制方法在開關損耗方面進行了對比分析，驗證