串聯(lián)諧振方案
串聯(lián)諧振脈沖調(diào)制方法大全
發(fā)布日期：2022-02-16 點擊：3313次
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調(diào)幅控制方法是通過調(diào)節(jié)直流電壓源輸出（逆變器輸入）電壓Ud（可以用移相調(diào)壓電路，也可以用斬 波調(diào)壓電路加電感和電容組成的濾波電路，來實現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出功率的目的。即逆變器的輸出功率通過輸入電壓 調(diào)節(jié)，由鎖相環(huán)（PLL）完成電流和電壓之間的相位控制，以保證較大的功率因數(shù)輸出。
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脈沖密度調(diào)制方法就是通過控制脈沖密度，實際上就是控制向負載饋送能量的時間來控制輸出功率。其 控制原理，這種控制方法的基本思路是：假設(shè)總共有N個調(diào)功單位，在其中M個調(diào)功單位里逆變器向負載輸 出功率；而剩下的N－M個單位內(nèi)逆變器停止工作，負載能量以自然振蕩形式逐漸衰減。輸出的脈沖密度為 M/N，這樣輸出功率就跟脈沖密度聯(lián)系起來了。因此通過改變脈沖密度就可改變輸出功率。
脈沖密度調(diào)制方法的主要優(yōu)點是：輸出頻率基本不變，開關(guān)損耗相對較小，易于實現(xiàn)數(shù)字化控制，比較 適合于開環(huán)工作場合。
脈沖頻率調(diào)制方法是通過改變逆變器的工作頻率，從而改變負載輸出阻抗以達到調(diào)節(jié)輸出功率的目的。
負載的阻抗隨著逆變器的工作頻率（f）的變化而變化。對于一個恒定的輸出電壓，當工作頻率與負載 諧振頻率偏差越大時，輸出阻抗就越高，因此輸出功率就越小，反之亦然。
脈沖頻率調(diào)制方法的主要缺點是工作頻率在功率調(diào)節(jié)過程中不斷變化，導致集膚深度也隨之而改變，在 某些應(yīng)用場合如表面淬火等，集膚深度的變化對熱處理效果會產(chǎn)生較大的影響，這在要求嚴格的應(yīng)用場合中 是不允許的。但是由于脈沖頻率調(diào)制方法實現(xiàn)起來非常簡單，故在以下情況中可以考慮使用它：
1）如果負載對工作頻率范圍沒有嚴格限制，這時頻率必須跟蹤，但相位差可以存在而不處于諧振工作 狀態(tài)。
2）如果負載的Q值較高，或者功率調(diào)節(jié)范圍不是很大，則較小的頻率偏差就可以達到調(diào)功的要求。
脈沖密度調(diào)制方法的主要缺點是：逆變器輸出功率的頻率不完全等于負載的自然諧振頻率，在需要功率 閉環(huán)的場合中，工作穩(wěn)定性較差。由于每次從自然衰減振蕩狀態(tài)恢復(fù)到輸出功率狀態(tài)時要重新鎖定工作頻 率，這時系統(tǒng)可能會失控。因此在功率閉環(huán)或者溫度閉環(huán)的場合，工作的穩(wěn)定性不好。其另一個缺點就是功 率調(diào)節(jié)特性不理想，呈有級調(diào)功方式。
諧振脈沖寬度調(diào)制（PWM）方法
諧振脈沖寬度調(diào)制是通過改變兩對開關(guān)管的驅(qū)動信號之間的相位差來改變輸出電壓值以達到調(diào)節(jié)功率的 目的。即在控制電路中使原來同相的兩個橋臂開關(guān)（S1，S2）、（S3，S4）的驅(qū)動信號之間錯開一個相位 角，使得輸出的正負交替電壓之間插入一個零電壓值，這樣只要改變相位角就可以改變輸出電壓的有效值， 最終達到調(diào)節(jié)輸出功率的目的。
這種控制方法的優(yōu)點是電源始終工作在諧振狀態(tài)，功率因數(shù)高。但存在反并聯(lián)二極管的反向恢復(fù)問題、 小負載問題、軟開關(guān)實現(xiàn)問題。
脈沖加頻率調(diào)制方法
針對上述控制方法的優(yōu)缺點，一些復(fù)合型控制方法的研究日益引起重視，脈寬加頻率調(diào)制方法就是一種 較好的控制方法。在一般的逆變器中，常用的移相PWM方法的工作頻率是固定的，不需考慮負載在不同工 作頻率下的特性。而在串聯(lián)諧振感應(yīng)加熱電源中使用移相PWM方法時，則要求其工作頻率必須始終跟蹤負 載的諧振頻率，通常使某一橋臂的驅(qū)動脈沖信號與輸出電流的相位保持一致，而另外一個橋臂的驅(qū)動脈沖信 號與輸出電流的相位則可以調(diào)節(jié)。圖4和圖5中，S1和S4驅(qū)動信號互補，S2和S3驅(qū)動脈沖信號互補，S1驅(qū) 動信號相位與負載電流的相位保持相同，而S3的驅(qū)動脈沖與S1的驅(qū)動脈沖信號之間的相位差β在0～180范 圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)β就可以調(diào)節(jié)輸出電壓的占空比，即調(diào)節(jié)輸出功率。
根據(jù)輸出電壓和輸出電流的不同相位關(guān)系，有2種PWM調(diào)節(jié)方式：升頻式PWM和降頻式PWM。
升頻式
為保證滯后臂（S1，S4）觸發(fā)信號前沿同電流信號同相，角頻率須根據(jù)移相角β的大小改變。即在通過 調(diào)節(jié)移相角β調(diào)節(jié)功率的同時改變頻率f。在β調(diào)節(jié)過程中，在增大輸出脈沖寬度的同時，將引起輸出電壓相 對于輸出電流的相位不斷減小并滯后于輸出電流，這說明輸出頻率也在不斷升高，因此稱這種調(diào)制方式為升 頻式PWM。這時S1、S4管各導通180，已經(jīng)實現(xiàn)ZCS。超前臂S2，S3在大電流下開通，D2，D3在大電流 下關(guān)斷因而有反向恢服。通過在S2、S3臂上串聯(lián)電感也可實現(xiàn)ZCS。，這種方法適用于有關(guān)斷尾部電流、 關(guān)斷損耗占主導的雙極型器件，如IGBT，SIT，MCT等。同時應(yīng)注意電路布局減小分布電感，以減小二極管 反向恢復(fù)帶來的電壓尖峰。
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