在現(xiàn)代工業(yè)的金屬熔煉、彎管，熱鍛，焊接和表面熱處理等行業(yè)中，感應(yīng)加熱技術(shù)被廣泛應(yīng)用。感應(yīng)加熱是根據(jù)電磁感應(yīng)原理，利用工件中渦流產(chǎn)生的熱量對(duì)工件進(jìn)行加熱的，具有加熱效率高，速度快，可控性好，易于實(shí)現(xiàn)高溫和局部加熱，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。隨著電力電子學(xué)及功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，感應(yīng)加熱電源基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)不斷的完善，一般由整流器、濾波器、逆變器及一些控制和保護(hù)電路組成。逆變器在感應(yīng)加熱電源中起著十分重要的作用，根據(jù)逆變器的特點(diǎn)，逆變電源又分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振兩種。

      本文提出了一種應(yīng)用于感應(yīng)加熱的并聯(lián)諧振逆變電源設(shè)計(jì)方案，針對(duì)其主電路、斬波電路及逆變器控制電路等進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。

電路構(gòu)成及設(shè)計(jì)

       電源的系統(tǒng)框主電路 1、并聯(lián)諧振逆變電源的主電路由三相不控整流橋、直流斬波器、電流源并聯(lián)諧振逆變器和負(fù)載匹配電路四部分組成（這里采用不控整流加斬波構(gòu)成直流電流源，主要是考慮到其具有保護(hù)速度快以及高頻斬波帶來(lái)的濾波器尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。斬波器和逆變器中的主功率器件（VT 與 VT1、VT2、VT3、VT4）均采用 IGBT 管。逆變器橋臂的每一個(gè)IGBT 上均串聯(lián)一個(gè)二極管，通過(guò) IGBT 的正向電流也將全部通過(guò)串聯(lián)二極管，這就要求串聯(lián)二極管能夠通過(guò)很大的正向電壓和承受很高的反向電壓，因此VD1~VD4 選用的是快速恢復(fù)二級(jí)管。逆變器通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)有規(guī)律地切換，在負(fù)載側(cè)得到一定頻率的交流電流，其頻率由開(kāi)關(guān)的動(dòng)作頻率決定，由于是電流源供電，逆變器輸出電流近似為方波，負(fù)載對(duì)基波分量呈高阻，壓降較大，而三次及三次以上諧波產(chǎn)生的壓降較小，可近似認(rèn)輸出電壓（即電容 C 兩端電壓）為正弦波。

PWM 斬波控制

       斬波的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)控制 IGBT（逆變器觸發(fā)控制并聯(lián)諧振逆變器的觸發(fā)控制中，為避免大電感 Ld 上產(chǎn)生大的感應(yīng)電勢(shì)，電流必須是連續(xù)的，因此要保證逆變器在換流時(shí)，VT1、VT3 和 VT2、VT4 兩組橋臂應(yīng)遵循先開(kāi)通后關(guān)斷的原則，即要求兩組橋臂的觸發(fā)脈沖有重疊區(qū)，這點(diǎn)與串聯(lián)諧振逆變器有較大不同。加熱工件在加熱過(guò)程中會(huì)引起諧振頻率的變化，為使逆變器可靠工作，逆變器需要始終工作在功率因數(shù)接近或等于 1 的準(zhǔn)諧振或諧振狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)逆變器件的零電壓換流。

IGBT 驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路

本電源采用 IGBT 作為逆變開(kāi)關(guān)和直流斬波器件，雖然具有電流容量大、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)頻率高等優(yōu)點(diǎn)，但 IGBT 過(guò)流過(guò)壓能力相對(duì)晶閘管較弱，尤其是其承受反壓能力更加脆弱。因此 IGBT 驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路性能的好壞直接影響到電源運(yùn)行的可靠性和高效性。本設(shè)計(jì)中 IGBT 的驅(qū)動(dòng)采用日本富士公司EXB 系列的 EXB841 集成化驅(qū)動(dòng)電路，它適合驅(qū)動(dòng) 300A/1200V 以下的IGBT，其最高工作頻率為 40kHz.

       在設(shè)計(jì)中同時(shí)還加入了 RS 觸發(fā)器：當(dāng) IGBT 發(fā)生過(guò)流時(shí)，EXB841 的 5腳電平為低，RS 觸發(fā)器的 S 端變?yōu)楦唠娖?，輸出?Q 輸出高電平，經(jīng)過(guò)三極管輸出的本地過(guò)流信號(hào)為低，此電平加到與門(mén)上可封鎖 EXB841 的輸入信號(hào)，達(dá)到及時(shí)撤出柵極信號(hào)、保護(hù) IGBT 的目的。

       另外一個(gè)可封鎖 EXB841 的輸入的信號(hào)為母線過(guò)流信號(hào)，如結(jié)束語(yǔ)的工作穩(wěn)定性。鎖相環(huán)逆變器頻率跟蹤電路的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)在加熱過(guò)程中負(fù)載參數(shù)變化時(shí)對(duì)諧振工作頻率的自動(dòng)跟蹤，使逆變器工作在容性近諧振狀態(tài)，保證逆變器的運(yùn)行安全。

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