高頻感應加熱電源自動負載匹配技術應用簡析

在串聯型的高頻感應加熱電源新產品研發過程中，工程師常常會運用自動負載匹配技術，進行噪音控制和效率提升輔助。在今天的文章中，我們將會就這種感應加熱電源的自動負載匹配技術的實際應用，展開簡要分析和介紹，希望能夠對各位新人工程師的產品研發和設計工作帶來幫助。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/387048.htm

在本方案中，我們以平時比較常見的串聯型固態高頻感應加熱電源為例，來展開自動負載匹配技術的簡析。這種高頻感應加熱電源的主要驅動部分，是一種典型的單相電壓型諧振逆變器，其原理圖和輸出電壓、電流波形如下圖圖1所示。

圖1 串聯型固態高頻電源原理圖及工作波形

從上圖圖1中我們可以看打破，在實際應用過程中，這種串聯型固態高頻感應加熱電源的工作頻率取決於諧振槽路的固有諧振頻率。其最佳的工作狀態為零電壓換流模式(ZVS)，可通過定角控制鎖相電路來實現。

在這種串聯型通態高頻感應加熱電源的研發過程中，想要實現自動負載匹配，就需要我們合理利用脈寬移相控制技術進行電源功率調節，使其一直保持在最佳的ZVS狀態下進行工作。這種技術結合了PWM和PS的優點，在應用中不僅可以實現負載匹配，而且能夠有效電源運行的穩定性和安全性。對於如圖1所示的逆變器結構來說，當不採用脈寬移相時，VQ1、VQ3的觸發脈衝完全相同，VQ2、VQ4的也完全相同，兩組脈衝在相位上互差1800，逆變器輸出電壓uH為佔空比D=50%的方波。如果將VQ1，VQ4作為定橋臂，將VQ2，VQ3構成的動態橋臂的觸發脈衝後移，這時uH將變為D50%的方波.其有效值和負載電流也會相應減小.此時對於電源側來說，負載的等效阻抗相應變大了。顯然，通過改變動橋臂的移相角妒的，即可等效地改變負載的等效阻抗，使之與高頻電源相匹配。

下圖中，圖2所展示出的是脈寬移相控制的波形圖。從圖2所展示的控制波形圖中我們可以很明顯的看到，在整個逆變器換流過程中一共有6個工作狀態。為了使逆變開關器件滿足ZVS的最佳小感性條件，鎖相控制電路需要有相應的相位補償環節。

圖2 脈寬移相控制波形圖

在已經了解了串聯型固態高頻感應加熱電源原理和脈寬移向控制技術設計思路後，接下來我們要做的，就是對其進行自動負載匹配設計。為實現電源的自動阻抗匹配並保證電源的安全運行，在這裡我們可以採用「變盧角」的脈寬移相控制與整流調節相結合的複合控制技術。這種複合控制方式可實現感應加熱電源的軟起動和軟關斷，減小了大功率感應加熱電源起動停止時對電網的衝擊，其控制框圖如圖3所示。

圖3 自動負載匹配控制框圖

當使用這種脈寬移向控制技術，對串聯型高頻感應加熱電源實現符合控制時，當功率給定小於50%(這裡需注意，此時所指的百分比值是可以通過人為設定來進行改變的)則脈寬移相角度一直保持最大值，此時電源的輸出電壓和輸出電流同步增長，輸出電流被壓制在最小值，此時負載的等效阻抗最大。當功率給定為50%時。電源的輸出電壓達到額定值;當功率給定大於50%後，電源的輸出電壓保持在額定值不變，而脈寬移相角根據指令相應減小，電源輸出電流增大;當功率給定為100%時，電源的輸出電流和輸出電壓同時達到額定值.電源滿功率輸出。

圖4 電源輸出電壓、電流、功率曲線

上圖圖4所提供的是在使用脈寬移向控制技術進行功率調節過程中，感應加熱電源輸出電壓、輸出電流、輸出功率的關係曲線。從上圖圖4所給出的曲線圖中可以看出，當功率給定大於50%後，串聯型固態感應加熱電源的輸出電壓一直保持在額定值，此時一直保持最高網側輸入功率因數AI>0.9，並由於電源工作在高電壓、小電流狀態，電源的效率和工作狀態也一直保持在最佳狀態。