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串联谐振式感应加热电源分析
2021-08-13

串联谐振式感应加热电源在实际工作过程中,其工作状态由逆变器的工作频率和负载设计决定。有四种常见的负载状态。为了帮助工程师更全面的了解自己的运行负载状态,本文将从该类热电负载的设计入手,为工程师分析四种负载状态的具体工况。这里我们以最基本的串联谐振加热电源为例,分析负载状态。在维持整机正常运行的过程中,在小电感换向方式时,串联谐振加热功率逆变器的工作频率会略高于谐振负载的固有谐振频率,即负载电流IH 滞后于负载电压一个。换相时各元件的电角φ及电压电流波形如下图所示。从下图可以看出,参数tdead=t3-to为触发脉冲的死区时间,t4为负载电流的换向时间。触发脉冲的死区时间,t4 是负载电流的换向时间。


串联谐振


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小感状态下的换相方式电压电流波形接下来我们将简要分析串联谐振DC-DC变换器的四种负载工作状态。感性负载状态换相过程如下图所示:


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图为感性负载状态换相过程。首先我们来看状态1,此时t到。在状态 1 中,我们可以看到开关 S1 和 S3 导通,开关 S2 和 S4 断开,C1 和 C3 的电压为零,C2 和 C4 的电压为直流桥电压 Ud,续流二极管D1、D2、D3、D4处于截止状态。在这种情况下,谐振逆变器的工作状态如上图(a)所示。图中,C1、C2、C3、C4分别为功率开关器件S1、S2、S3、S4的吸收电容(包括开关器件的结点)。电容,电容值相等)。 D1、D2、D3、D4为功率开关器件的反并联快恢复二极管; C为谐振电容,L、R为电感与被加热工件的等效电感和电阻,Cd为直流滤波电容。状态1运行结束后,逆变器进入状态2,此时t0 t t2,谐振逆变器的工作状态如图(b)所示。从上图可以看出,在t0时刻,S1和S3的脉冲关闭,S1和S3在低负载电流和零电压的情况下快速关闭。同时,电容器C1和C3充电,电容器C2和C2充电。 C4 开始放电以维持负载电流的连续流动。在这段时间内,负载电流继续保持其方向。由于吸收电容的充放电,开关器件S1和S3的端电压从零开始上升,S2和S4的端电压从Ud开始下降。在t1时刻,吸收电容C1、C2、C3、C4的电压均为Ud/2,负载端电压为零。在t2时刻,电容器C1和C3充电至Ud,电容器C2和C4放电至零。在接下来的短时间内,杂散电感中储存的能量继续对C1和C3充电,使其电压高于直流电源电压Ud,然后振荡衰减到一个稳定值Ud。由于开关器件关断时电流很小,杂散电感中储存的能量也很小,所以电容C1和C3的电压上升不大。状态2运行结束后,谐振逆变器进入状态3,此时t2 t t4,此时热功率逆变器的工作状态如上图(c)所示。在 t2 时刻,由于负载电流尚未换向,负载电流将继续流经二极管 D2 和 D4。尽管 S2 和 S4 的触发脉冲在时间 t3 到达,但由于负载电流尚未换向,因此不会有电流流过开关器件 S2 和 S4。状态3运行结束后,加热电源谐振逆变器进入状态4,此时t t4,谐振逆变器的工作状态如上图(d)所示。从上图可以看出,负载电流在t4开始换向,二极管D2、D4截止,S2、S4开始流过负载电流。由于快恢复二极管和同一桥臂上的开关器件发生换向,二极管不存在反向恢复问题,而且由于此时开关器件S2和S4两端的电压为零,显然S2和S4 S4 为零。电压换向 (ZVS) 和零电流换向 (zcs)。由以上分析,我们可以得出一个明确的结论,即串联谐振感应加热逆变器在适当的工作模式下具有较低的开关损耗,因此可以在较高的工作频率下工作。这也是这款加热电源能够快速推广到工业和制造领域的重要原因之一。


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