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串聯(lián)諧振脈沖調(diào)制方法總結(jié)
發(fā)布日期：2020-06-04 點(diǎn)擊：3152次
調(diào)幅控制方法是通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出功率的目的。即逆變器的輸出功率通過(guò)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。
脈沖密度調(diào)制方法就是通過(guò)控制脈沖密度，實(shí)際上就是控制向負(fù)載饋送能量的時(shí)間來(lái)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(gè)調(diào)功單位，在其中M個(gè)調(diào)功單位里逆變器向負(fù)載輸出功率；而剩下的N－M個(gè)單位內(nèi)逆變器停止工作，負(fù)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(lái)了。因此通過(guò)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(diǎn)是：輸出頻率基本不變，開(kāi)關(guān)損耗相對(duì)較小，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，比較適合于開(kāi)環(huán)工作場(chǎng)合。
脈沖頻率調(diào)制方法是通過(guò)改變逆變器的工作頻率，從而改變負(fù)載輸出阻抗以達(dá)到調(diào)節(jié)輸出功率的目的。
負(fù)載的阻抗隨著逆變器的工作頻率（f）的變化而變化。對(duì)于一個(gè)恒定的輸出電壓，當(dāng)工作頻率與負(fù)載諧振頻率偏差越大時(shí)，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(diǎn)是工作頻率在功率調(diào)節(jié)過(guò)程中不斷變化，導(dǎo)致集膚深度也隨之而改變，在某些應(yīng)用場(chǎng)合如表面淬火等，集膚深度的變化對(duì)熱處理效果會(huì)產(chǎn)生較大的影響，這在要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)合中是不允許的。但是由于脈沖頻率調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常簡(jiǎn)單，故在以下情況中可以考慮使用它：
1）如果負(fù)載對(duì)工作頻率范圍沒(méi)有嚴(yán)格限制，這時(shí)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(fù)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(dá)到調(diào)功的要求。
脈沖密度調(diào)制方法的主要缺點(diǎn)是：逆變器輸出功率的頻率不完全等于負(fù)載的自然諧振頻率，在需要功率閉環(huán)的場(chǎng)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(shí)要重新鎖定工作頻率，這時(shí)系統(tǒng)可能會(huì)失控。因此在功率閉環(huán)或者溫度閉環(huán)的場(chǎng)合，工作的穩(wěn)定性不好。其另一個(gè)缺點(diǎn)就是功率調(diào)節(jié)特性不理想，呈有級(jí)調(diào)功方式。
諧振脈沖寬度調(diào)制（PWM）方法關(guān)鍵詞：串聯(lián)諧振
諧振脈沖寬度調(diào)制是通過(guò)改變兩對(duì)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的相位差來(lái)改變輸出電壓值以達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的。即在控制電路中使原來(lái)同相的兩個(gè)橋臂開(kāi)關(guān)（S1，S2）、（S3，S4）的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間錯(cuò)開(kāi)一個(gè)相位角，使得輸出的正負(fù)交替電壓之間插入一個(gè)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(dá)到調(diào)節(jié)輸出功率的目的。
這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)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(wèn)題、小負(fù)載問(wèn)題、軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。
脈沖加頻率調(diào)制方法
針對(duì)上述控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)，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(fù)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(shí)，則要求其工作頻率必須始終跟蹤負(fù)載的諧振頻率，通常使某一橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)與輸出電流的相位保持一致，而另外一個(gè)橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)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(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，S2和S3驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)互補(bǔ)，S1驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位與負(fù)載電流的相位保持相同，而S3的驅(qū)動(dòng)脈沖與S1的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)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(hào)前沿同電流信號(hào)同相，角頻率須根據(jù)移相角β的大小改變。即在通過(guò)調(diào)節(jié)移相角β調(diào)節(jié)功率的同時(shí)改變頻率f。在β調(diào)節(jié)過(guò)程中，在增大輸出脈沖寬度的同時(shí)，將引起輸出電壓相對(duì)于輸出電流的相位不斷減小并滯后于輸出電流，這說(shuō)明輸出頻率也在不斷升高，因此稱(chēng)這種調(diào)制方式為升頻式PWM。這時(shí)S1、S4管各導(dǎo)通180，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)ZCS。超前臂S2，S3在大電流下開(kāi)通，D2，D3在大電流下關(guān)斷因而有反向恢服。通過(guò)在S2、S3臂上串聯(lián)電感也可實(shí)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(dǎo)的雙極型器件，如IGBT，SIT，MCT等。同時(shí)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(lái)的電壓尖峰。
