高频感应加热电源控制电路的研制

高频感应加热电源的研究的开题报告一、课题研究的背景和意义高频感应加热技术因其快速、可控、高效、节能、环保等特点，被广泛应用于钢铁、有色金属、机械制造、汽车制造、电子电器、食品医药等行业的加热、热处理、淬火、熔铸等领域。

高频感应加热技术的核心是高频感应加热电源。

传统的高频感应加热电源存在着功率因数低、能量损失大、体积大、重量重、效率低等缺点。

为了满足工业生产和环保要求，需要研究和开发一种新型的高频感应加热电源。

本课题将针对传统高频感应加热电源存在的问题，研究和开发一种功率因数高、能量损失小、体积小、重量轻、效率高的新型高频感应加热电源，为工业生产提供更高效、更可靠的加热设备。

二、研究内容和目标1. 分析高频感应加热技术的原理、特点和应用现状；2. 对传统高频感应加热电源存在的问题进行分析和研究；3. 研究新型高频感应加热电源的工作原理和基本结构；4. 设计并制作新型高频感应加热电源的电路图和PCB板；5. 对新型高频感应加热电源进行性能测试和优化；6. 编写新型高频感应加热电源的使用说明书。

本课题的目标是研制一种功率因数高、能量损失小、体积小、重量轻、效率高、可控性强的新型高频感应加热电源，在满足工业生产和环保要求的情况下，提高生产效率、降低能耗和成本。

三、研究方法和步骤本课题采用文献研究、理论分析、实验测试和数值模拟等方法。

具体步骤如下：1. 对高频感应加热技术的原理、特点和应用现状进行文献研究和理论分析；2. 对传统高频感应加热电源存在的问题进行文献研究和理论分析；3. 分析和设计新型高频感应加热电源的工作原理和基本结构；4. 制作新型高频感应加热电源的电路图和PCB板；5. 对新型高频感应加热电源进行性能测试和优化，测试参数包括功率因数、效率、温度、频率等；6. 对新型高频感应加热电源进行数值模拟，优化并验证其设计参数；7. 编写新型高频感应加热电源的使用说明书。

四、预期成果和应用价值预期成果：1. 研制出功率因数高、能量损失小、体积小、重量轻、效率高、可控性强的新型高频感应加热电源；2. 完成新型高频感应加热电源的电路图、PCB板、性能测试和数值模拟等工作；3. 编写新型高频感应加热电源的使用说明书。

----------------------- Page 1-----------------------Athesis submitted toZhengzhouUniversityfor the degree ofMasterThe Design of the High-Frequency InductionHeating Power SupplyBy Zhendong ZhangSupervisor锛歅rof锛嶱ing LiuIntegrated Circuit Engineeringof InformationCollege EngineeringMay 2014----------------------- Page 2-----------------------銏2銏?40鍚?銏?6銏?瀛︿綅璁烘枃鍘熷垱鎬у０鏄?鏈汉閮戦噸澹版槑锛氭墍鍛堜氦鐨勫浣嶈鏂囷紝鏄湰浜哄湪瀵煎笀鐨勬寚瀵间笅锛岀嫭绔嬭繘琛岀爺绌舵墍鍙栧緱鐨勬垚鏋溿€傞櫎鏂囦腑宸茬粡娉ㄦ槑寮曠敤鐨勫唴瀹瑰锛屾湰璁烘枃涓嶅寘鍚换浣曞叾浠栦釜浜?鎴栭泦浣撳凡缁忓彂琛ㄦ垨鎾板啓杩囩殑绉戠爺鎴愭灉銆傚鏈枃鐨勭爺绌朵綔鍑洪噸瑕佽础鐚殑涓汉鍜岄泦浣擄紝鍧囧繁鍦ㄦ枃涓互鏄庣‘鏂瑰紡鏍囨槑銆傛湰澹版槑鐨勬硶寰嬭矗浠荤敱鏈汉鎵挎媴銆?瀛︿綅璁烘枃浣滆€咃細寮犳尟琚? 鏃ユ湡锛?0 c4,骞村瞾鏈坃z7鏃?瀛︿綅璁烘枃浣跨敤鎺堟潈澹版槑鏈汉鍦ㄥ甯堟寚瀵间笅瀹屾垚鐨勮鏂囧強鐩稿叧鐨勮亴鍔′綔鍝侊紝鐭ヨ瘑浜ф潈褰掑睘閮戝窞澶у銆?鏍规嵁閮戝窞澶у鏈夊叧淇濈暀銆佷娇鐢ㄥ浣嶈鏂囩殑瑙勫畾锛屽悓鎰忓鏍′繚鐣欐垨鍚戝浗瀹舵湁鍏抽儴闂ㄦ垨鏈烘瀯閫佷氦璁烘枃鐨勫鍗颁欢鍜岀數瀛愮増锛屽厑璁歌鏂囪鏌ラ槄鍜屽€熼槄锛涙湰浜烘巿鏉冮儜宸?澶у鍙互灏嗘湰瀛︿綅璁烘枃鐨勫叏閮ㄦ垨閮ㄥ垎缂栧叆鏈夊叧鏁版嵁搴撹繘琛屾绱紝鍙互閲囩敤褰卞嵃銆?缂╁嵃鎴栬€呭叾浠栧鍒舵墜娈典繚瀛樿鏂囧拰姹囩紪鏈浣嶈鏂囥€傛湰浜虹鏍″悗鍙戣〃銆佷娇鐢ㄥ浣嶈鏂囨垨涓庤瀛︿綅璁烘枃鐩存帴鐩稿叧鐨勫鏈鏂囨垨鎴愭灉鏃讹紝绗竴缃插悕鍗曚綅浠嶇劧涓洪儜宸炲ぇ瀛︺€備繚瀵嗚鏂囧湪瑙ｅ瘑鍚庡簲閬靛畧姝よ瀹氥€?瀛︿綅璁烘枃浣滆€咃細鎵媖鎼? 褰? 鏃ユ湡锛?0 14骞村瞾鏈?浜嗘棩----------------------- Page 3-----------------------鎽樿鎽樿鏈枃浠ラ珮棰戞劅搴斿姞鐑數婧愪负涓昏鐮旂┒瀵硅薄锛屼粙缁嶄簡鎰熷簲鍔犵儹鎶€鏈殑鑳屾櫙鐭?璇嗗拰鍩烘湰鍘熺悊锛岄槓杩颁簡鎰熷簲鍔犵儹鐢垫簮鐨勫彂灞曡繎鍐点€佹湭鏉ヨ秼鍔垮拰浼樺娍鐗圭偣銆傚垎鏋?瀵规瘮浜嗕覆銆佸苟鑱斾袱绉嶈皭鎸洖璺強鍏跺搴旂殑閫嗗彉鍣ㄦ嫇鎵戠粨鏋勶紝缁撳悎鏈枃鐨勮姹傦紝閫夋嫨涓茶仈璋愭尟閫嗗彉鍣ㄣ€傚垎鏋愪簡涓茶仈璋愭尟閫嗗彉鍣ㄧ殑涓夌宸ヤ綔鐘舵€侊紝纭畾寮辨劅鎬т负瀹為檯宸ヤ綔鐨勬渶浣崇姸鎬併€?鏈枃缁欏嚭浜嗘劅搴斿姞鐑數婧愮殑鏁存満璁捐锛岃绠椾簡涓荤數璺腑鏁存祦妗ャ€佹护娉㈢數瀹广€?鐢垫簮绾胯矾婊ゆ尝鍣ㄣ€佸紑鍏崇鍙婅皭鎸洖璺殑鍙傛暟锛屽苟涓旇璁′簡璐熻浇鍖归厤鍙樺帇鍣ㄣ€佺數娴侀噰鏍蜂簰鎰熷櫒鍜岃緟鍔╃數婧愩€備负浜嗘秷闄ゅ姞鐑繃绋嬩腑璐熻浇鍙傛暟鐨勫彉鍖栧璋愭尟棰戠巼鐨?褰卞搷锛岃璁′簡涓€绉嶅熀浜嶤C4098鐨勯鐜囪窡韪數璺紝閲囩敤妯℃嫙鎺у埗鐢佃矾閰嶅悎SG3525PWM闆嗘垚鐢佃矾锛屾瘮杈冨鏄撳湴瀹炵幇棰戠巼鑷姩璺熻釜銆傝璁′簡鍔熺巼璋冭妭鐢佃矾鎺у埗璐熻浇鍔熺巼銆傝璁′簡椹卞姩鐢佃矾锛屾帶鍒跺姛鐜囧紑鍏崇鐨勫紑閫氫笌鍏虫柇锛岄殧绂讳簡涓荤數璺拰鎺у埗鐢佃矾銆傝繕璁捐浜嗕繚鎶ょ數璺紝淇濊瘉浜嗙數婧愮殑姝ｅ父杩愯銆?鏈枃鏈€鍚庣粰鍑哄悇涓姛鑳芥ā鍧楃殑瀹為獙娉㈠舰鍥撅紝缁撴灉璇佹槑棰戠巼璺熻釜鐢佃矾鍏锋湁杈?绋冲畾鐨勯鐜囪窡韪€ц兘锛屼笖鍦ㄦ弧瓒崇數婧愪腑閫嗗彉閮ㄥ垎宸ヤ綔浜庡急鎰熸€х姸鎬佹柟闈㈣揪鍒扮悊鎯虫晥鏋溿€傛湰璁捐杈惧埌浜嗛鏈熺殑瑕佹眰銆?鍏抽敭璇嶏細鎰熷簲鍔犵儹涓茶仈璋愭尟棰戠巼璺熻釜鍔熺巼璋冭妭椹卞姩鐢佃矾----------------------- Page 4-----------------------AbstractAbstractThe main research object of this thesis is t11e 1ligh frequency induction heatingpower supply锛嶧irst of all introduce the background knowledge and thebasic principleof inductionheating technology and expound the development situation锛宖uture trendsand advantages锛嶢fter analysis and comparison of the two resonant circuit and theftinverter topology structure锛宎ccording to the requirements锛宻elect the series resonantinverter锛嶢nalyzing the three kinds of working states of the series resonant inverter,choose the weak sensibility for the best practical working state锛?Then present the whole machine design of induction heating power supply andfigure out the parameters ofbridge rectifiers锛宖ilter capacitor,power line filter,powerswitchingdevice and resonant circmt in themain circuit and design the loadmatchingtransformer,current transformer and auxiliary power supply锛嶵he load parameterchanges effect on the resonance frequency in the process of heating锛宨n order toeliminate the influence锛宒esign a frequency tracking circuit based on CC4098锛宼hecircuit adopting the analog control circuit with SG3525 PWM integrated circuit 锛宑anCKITy out the frequency automatic tracking easily锛嶥esign the power control circuit tocontrol the load power锛嶥esign the driving circuit which Can not only control thepower switching device on and off,but also insulate the main circuit and the controlcircuit锛嶢lso design the protection circuit锛宼o ensure the normal operation ofpower锛?Finally present the experimental waveforms of each function module锛嶵heresults show that the frequency tracking circuit has stable frequency trackingand can achieve the ideal effect when the inverter works in weakperformanceemotional state锛嶵herefore this design reaches the expected requirement锛?Key word锛歩nduction heating锛宻eries resonance锛宖requency tracking锛宲ower controldriving circuit----------------------- Page 5-----------------------鐩綍鐩綍鎽樿鈥︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€Abstract鈥︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︼紟鈥︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︼紟I][1 缁鈥︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︹€︼紟锛?1锛? 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高频感应加热电源系统设计周美兰;李艳萍;王吉昌【摘要】针对感应加热电源在小型工件的热处理和焊接等工业加工技术方面,存在功率不集中、输出频率较低和工作状态不稳定等问题,设计了一台1 MHz/5 kW的高频感应加热电源.给出了整流滤波电路、全桥逆变电路、信号处理电路、隔离变压器等的设计过程和相应的硬件电路图.构建了感应加热电源闭环控制系统的仿真模型.通过仿真验证了所提出的基于模糊控制算法的移相调功(pulse skip modulation,PSM)和调频调功(pulse frequency modulation,PFM)双闭环控制的有效性.搭建实验平台,完成了信号处理电路检测及光耦实验,并对实验数据进行曲线拟合并分析得出误差百分比低于5％,从而验证了硬件电路设计的合理性.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2015(020)001【总页数】6页(P50-55)【关键词】感应加热;信号处理;闭环控制【作者】周美兰;李艳萍;王吉昌【作者单位】哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TN86感应加热电源最早使用于金属表面热处理加工,在技术发展成熟之后被广泛引入到焊接领域和各种加热应用中[1-2]．目前,感应加热技术已广泛应用于多个领域,包括金属熔炼、焊接、热处理、食品及医药等多个行[3-4]其中对于小型工件的热处理和焊接等工业加工技术而言,就需要感应加热电源具有功率更加集中和输出频率更高的特点[5-6],针对这一问题本文采用了先进的数信号处理器TMS320F2812作为控制器,设计了频率f=1 MHz、功率P=5 kW的高频感应加热电源,搭建了实验平台,并测得了实验数据及波形,具有一定的实际参考价值．高频感应加热电源结构框图如图1所示．不控整流电路将输入的50 Hz/220 V交流电转化成直流电压,全桥逆变电路把直流电压逆变为适合感应加热的高频交流电,逆变负载连接二阶RLC串联谐振电路,并使用高频变压器进行阻抗匹配[7-8];信号采集处理电路将电压信号及电流信号的相位和幅值分别进行采集并处理;控制系统采用模糊控制算法的移相调功 (PSM)和调频调功(PFM)双闭环控制[9-10]．反馈闭环回路采用DSP (TMS320F2812)控制,通过CAP捕获模块和ADC模块分别采样负载电流电压相位信号和幅值信号,每个采样周期结束后,EV事件管理器PWM实时更新全桥逆变器的四路控制脉冲信号,经隔离驱动后控制MOSFET开关,实现高频感应加热电源智能化控制．2.1 整流滤波电路根据单相全桥不控整流的计算并考虑安全裕量和电网电压的波动后,选择了意法半导体STMicroelectronics的STTH6010H,该整流二极管的IFAV=60A(75 ℃);URRM=1 000 V．电容滤波的单相不可控整流电路设计电容时会根据负载的情况来确定,通常选择电容其中T为交流电源的周期,R为电路等效电阻,通常电网的波动为±20%,则母线电容所承受的峰值电压 V．对于2倍负载谐振频率的交流分量的处理,在一个高频周期内电容两端电压变化在±20%以内,得到电容,电容两端的峰值电压VCb=1.2×373≈450 V．由于不同材质的电容有不同的特点,所以需要多种材质的电容器同时并联工作在直流母线之间．2.2 逆变及驱动电路逆变器最大工作电流的峰值约为42 A,在选择开关器件时,为了保证工作安全一般选取系统中通态最大电流的1.5～2倍作为参考[11]．选取型号为IPW65R019C7的功率MOSFET.对于MOSFET的驱动可以理解为对于RC电路的充电过程,这样开通MOSFET所需的功率如下式(1)所示．其中,Vg为驱动电压; f为开关率．驱动芯片选择德州仪器Texas Instrument公司的UCC27322DGN,它具有±9 A 的驱动能力,平均30 ns的驱动信号延迟,足够胜任驱动MOSFET工作在1 MHz的开关频率．由于本文中感应电源工作频率较高,信号的隔离传送并不适合使用中低速的的光电隔离技术[12],因此选用的ISO722xM系列隔离芯片,该系列芯片采用的是电容隔离技术,具有高可靠性、低电流消耗、高带宽和长使用寿命等优异性能．2.3 负载谐振参数及隔离变压器串联谐振和隔离变压器共同组成了感应加热电源的负载,它们之间的参数相互影响[13-14],首先确定RLC串联谐振等效参数,假设RLC串联谐振品质因数Q=8,根据下面的公式可计算谐振电容Cr=1.5 nF;谐振电感Lr≈16.9 μH．所需参数均取极限值,则 700 V,因此选择49个1.5 nF/1 kV的陶瓷电容7串7并组成谐振电容组．在主电路中隔离变压器的功能一方面是能量的传递、另一方面是起阻抗匹配的作用．由于电源工作频率为1 MHz,所以对磁芯材料要求比较高,磁芯选择Ferroxcube公司3F4材料的环形磁芯,该材料能够在损耗较低的情况下工作在2MHz,并且环形磁芯漏感小制作高频功率变压器十分合适．表1给出了磁芯的部分参数,结合这些参数,计算高频变压器的详细参数．为磁芯体积为13 000 mm3;等效磁路长度为259 mm.利用式(4)计算变压器磁芯使用磁环,并且选择磁通密度Bw为0.05T时,初级线圈所需的匝数Np．将数据代入式(4)计算得出Np≈24．导线截面积其中导线电流密度J为5 A/mm2,将数据代入计算得5.94 mm2,考虑到集肤效应的影响,选用多股线绕制变压器,并使多股导线的截面积不小于计算值．为了保证变压器的安全工作,在导线外侧套用多层绝缘管．2.4 信号处理电路设计由于细小工件尺寸的影响,低频率的感应加热电源不能胜任．传统感应加热电源采用信号传感器组成的锁相电路,而广泛使用的信号传感器的响应时间都很高,并不适合使用在1 MHz的高频电源中[15]．所以本文设计以下电路来采集电压及电流的相位信号,改善了传统感应加热电源功率较低的缺点．图2(a)为电流幅值处理电路,负载内的电流信号经过滤波器处理之后,输入到运放B 和C所构成的精密整流电路,将正弦波处理成低失真的全波正弦信号,再经无源低通滤波器后转换为波动较小的平直电压,被处理后的直流电压的大小与输入正弦电流的幅值正比例相关．利用低速光耦的线性区将得到的直流电压隔离传送给主控芯片的AD0．图2(b)为电流相位处理电路,电流信号滤波处理电路的输入端接功率采样电阻,将负载中的电流量转化为电压信号后,通过滤波电路和过零比较器生成电流相位信号．经隔离芯片后相位信号最后传送到处理器的捕获单元CAP1．图3(a)为电压幅值处理电路,利用光耦的线性区将母线电压的大小隔离传送给主控芯片的AD1．图3(b)为电压相位处理电路,负载两端的电压经过电阻分压后连接比较器正端,比较器负端连接分压电阻来取得一个已知的电压,目的是提高一定的抗干扰能力[16]．经过分压后的负载电压与接近地电位的电压进行比较,比较器输出的方波就是负载两端电压的相位信号．相位信号经隔离芯片后最后传送到处理器的捕获单元CAP2．3.1 仿真建模图4给出了感应加热电源的闭环控制仿真模型．其中,相位信号处理模块“Phase Detection”将从逆变器采集回来的电压信号和电流信号利用边沿触发模块来进行相位信号检测,获得电压信号和电流信号上升沿的时间差;功率信号处理模块“Adjusting Power”用于检测并保存负载内电流峰值的大小．这两个模块的输出量分别作为模糊控制算法“Fuzzy Frequency” 和“Fuzzy Power” 的输入变量．模糊控制器的运算结果输出到PWM生成模块,在MATLAB Function功能模块中编写函数完成PSM和PFM信号的处理和合成,最后输出2路数据,通过非门将数据处理为4路开关信号用来驱动逆变桥．模糊控制规则是模糊控制器设计的核心内容[17-19]]．本文中的模糊控制规则统一采用if A and B then C模糊关系词连接,表2给出了“Fuzzy Power”的规则表,表3给出了“Fuzzy Frequency”的规则表．3.2 仿真结果设置系统仿真时间55 μs,仿真后得到负载两端电压和负载内电流的波形如图5所示．在系统启动初期负载中储能原件LC中并无能量,而且调功设定为中等功率,并且系统启动时MOSFET开关频率设定较高使负载初始工作在感性状态,这就造成了PSM和PFM双闭环模糊控制算法输出量峰值的叠加,图5仿真结果中系统初始阶段的过冲就是上述原因造成的[20]．在30 μs时调功输入“Command”阶跃信号由中等功率越变为大功率,从仿真结果中可以看出负载内电流迅速增大,并且达到稳定值．图6(a) 、(b)分别为为系统工作在中等功率和大功率稳态时,负载电压和电流的仿真结果图．从图中可以看出,电压的过“零”点与电流的过零点相差极小,表明提出的控制策略完成了相位的跟踪并且实现了功率的快速调节．感应加热电源的实验平台如图7所示．在此实验平台上进行实验,测取了信号处理电路的波形和光耦的实验数据．4.1 信号处理电路实验图8给出了电流信号处理电路实验示波器波形图,横坐标200 ns/div,其中CH1通道为输入信号50 mV/div;CH2通道为滤波器输出信号500 mV/div;CH3通道为电流相位信号5 V/div;CH4通道为精密整流电路输出信号500 mV/div．从示波器的波形结果来看,输入的信号有较大的干扰尤其是在过零点附近,但是输入信号经过滤波器处理之后,波动信号的能量大幅衰减,同时可以看出精密整流电路的输出波形能够比较完整准确的对输入信号进行整流处理,但是由于信号检波二极管存在的反向恢复时间使得输出的结果与理论理想波形存在一定的差距,尽管如此这对于数据的影响在允许范围之内．4.2 光耦实验表4给出了光耦线性实验数据,其中记录了多次测量的结果数据,对同一组输入测量所得数据结果做平均值处理做为该组实验结果数据．图9(a)对实验数据进行曲线拟合的结果,其中实线为实验数据、虚线为一次多项式拟合曲线,因为低电压时光耦没有工作,所以实验数据并没有从起始状态记录．图9(b)为误差百分比的分析结果图,从图中可以看出,最大误差发生在较低的电压水平,当输入电压升高时,误差没有超出±5%,这足以满足系统的需求．本文设计了一台1MHz/5kW的高频感应加热电源．首先给出了感应加热电源相应的硬件电路设计,然后使用SIMULINK对提出的感应加热电源的控制系统进行了建模,仿真结果表明控制策略可靠有效,能够完成相位控制功能和调功功能．最后在搭建的实验平台上测得相应实验波形和数据,分析结果表明本文所设计的高频感应加热电源功率集中、输出频率可达1MHz并且工作状态可靠稳定．【相关文献】[1] 沈庆通. 感应加热技术发展与思考[J]. 热处理,2010,25(5):1-6.[2] 蔡惠,赵荣祥,陈辉明. 倍频式IGBT感应加热电源的研究[J]. 中国电机工程学报,2006 (2):154-155.[3] 姚建红,张艳红,刘继承. 一种新型全桥移相 PWM 零电压零电流变换器[J]. 电力自动化设备,2010,30(1):66-69.[4] 王正仕,楼珍丽,陈辉明. 兆赫级高频感应加热电源电路的分析与研究[J]. 中国电机工程学报,2007,26(19):80-85.[5] 李建文,刘教民,王震州,等. 1MHz并联型谐振逆变器锁相环设计与性能分析[J]. 电力电子技术,2010,44(02):72-74.[6] Meilan Zhou, Zeqing Xu, Yanping Li. 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摘要本文主要是对感应加热电源进行设计。

通过对感应加热电源的工作原理、感应加热电源的的整流电路、逆变电路还有控制电路这三个主要方面进行设计。

在整流电流设计过程中，主要是对整流电路的分类，并且从中选择适合的整流电路，以及对其所需要的参数进行设计这三个方面进行设计。

最后整流电路采用三相桥式全控整流电路，其电路结构简单，易于推广。

在逆变电路中采取了单相全桥逆变电路，最后是对控制电路分析。

关键词感应加热电源；三相桥式整流电路；单相全桥逆变电路；控制电路目录1 绪论............................................................................................................. 错误!未定义书签。

1.1感应加热电源的特点与应用................................................................ 错误!未定义书签。

1.2感应加热电源的发展阶段 (1)1.3国内外发展现状 (2)1.4影响感应加热电源发展的主要因素 (2)1.5感应加热电源的发展趋势 (2)2 感应加热电源的结构及工作原理............................................................. 错误!未定义书签。

2.1基本工作原理........................................................................................ 错误!未定义书签。

2.2感应加热电源的基本结构.................................................................... 错误!未定义书签。

3 整流电路的设计 (6)3.1整流电路的分类 (6)3.2整流电路的选择 (6)3.3三相桥式全控整流电路 (6)3.4整流电路的参数设计 (10)4 逆变器的设计............................................................................................. 错误!未定义书签。

专利名称：高频感应加热电源控制电路专利类型：实用新型专利
发明人：周美兰,李艳萍,徐泽卿,王吉昌申请号：CN201320863343.1
申请日：20131225
公开号：CN203618153U
公开日：
20140528
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：高频感应加热电源控制电路，涉及高频感应加热电源控制技术。

它为了解决现有高频感应加热电源控制电路锁相时存在容性工作状态过程，导致电源工作效率低的问题。

负载侧电流信号分成四路同时输入到本实用新型所述的控制电路中。

正半波整流电路与负半波整流电路分别将该负载侧电流信号进行半波整流后输出，输出信号分别与原负载侧电流信号经第一比较器电路和第二比较器电路处理后输出方波信号，再经第一开关信号生成器与第二开关信号生成器处理后输出用于控制MOSFET 逆变电路中四个场效应管的开关信号。

本实施方式能够使负载时刻工作在弱感性状态下，使高频感应加热电源的工作效率5%。

本实用新型适用于高频感应加热电源。

申请人：哈尔滨理工大学
地址：150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号
国籍：CN
代理机构：哈尔滨市松花江专利商标事务所
代理人：张宏威
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倍频式700kHz高频大功率感应加热电源的研究的开题报告一、选题背景随着工业发展的不断进步以及科学技术的不断提高，工业制造业的竞争也越来越激烈，各种高效率、高精度的加工和生产设备不断涌现。

而其中一个重要的技术就是高频感应加热技术。

高频感应加热在工业制造领域中具有广泛的应用，它的优点在于加热速度快、效率高，且可控性好、环保等特点。

因此，设计并实现一款稳定、高效的高频感应加热电源对于推动工业制造业的发展具有重要的意义。

二、选题意义随着各行各业的蓬勃发展，各种新型材料、新工艺的使用不断增加，对于加热的要求也越来越高。

而传统的加热方式无法满足这些需求，高频感应加热技术正是这些要求的最佳选择。

因此，设计一款稳定、高效的高频感应加热电源可以为工业制造业提供更高效的生产方式及更高品质的产品。

此外，开发这样的电源也可以为国家节约能源，减少环境污染，达到可持续发展。

三、研究内容本研究将主要探究倍频式700kHz高频大功率感应加热电源的设计与实现。

研究的内容包括：1.高频感应加热原理及相关知识的深入探究。

2.倍频式700kHz高频大功率感应加热电源设计原理，包括整机结构、电路设计等方面。

3.电源硬件设计与实现，包括电路图设计、元器件选型等。

4.系统软件的开发与优化，包括控制系统的设计、界面设计等。

5.电源性能的测试与分析，包括功率输出、效率、稳定性等方面的检测。

四、预期结果通过本次研究，预期实现一款倍频式700kHz高频大功率感应加热电源，具有稳定性好、效率高等优点，可应用于工业加热领域，提高生产效率、降低生产成本。

同时，本次研究也将提高对于高频感应加热技术的理解和认识，对于今后的相关研究和开发工作具有一定的指导意义。

超高频谐振感应加热电源设计之原理简析
就目前国内的感应加热电源研发情况来看，大部分的高频感应加热电源设备都已经采用了桥式串联谐振电路结构，能够有效的减少导通和关断损耗。

在今明两天的方案分享中，我们将会为大家分享一种利用超高频谐振式变换器而设计的感应加热电源方案，这一方案具有2MHz/1kW的超高频特点。

今天我们将会重点对这一方案的设计原理进行介绍。

 E类双管谐振式逆变器工作原理
 在本文所设计的超高频谐振感应加热电源方案中，全桥式谐振变换器由4只功率开关管组成，半桥式谐振变换器也要用两只功率开关管，而E类
DC/AC变换器则是单管工作。

它的最大特点是选取适当的负载谐振网络参数，使开关管处于最佳工作状态，即当开关管导通或断开时，只有当器件的电压或电流降为零后，才能导通或断开，这样就避免了开关器件内同时产生大的电压或电流，减小了开关转换时的器件功耗。

为了提高逆变器的功率，减小单管容量，E类DC/AC变换器可采用两管并联交替工作。

 在本方案中，我们所选用的E类双管DC/AC谐振式变换器的电路拓扑，如下图图1所示。

从图中可以看到，在这一电路系统中，开关器件VQ1、VQ2采用MOSFET功率场效应管，L0为高频变压器和感应器折算后的等效电感，C0为谐振电容，L0和C0构成的谐振回路产生的高频电压经变压器输出供给感应器。

C1为外加电容，其作用是VQ1、VQ2工作在理想的状态。

 
 图1 E类双管交替工作DC/AC谐振式变换器电路拓扑
 下图图2是我们所采用的这种新型E类双管交替工作式DC/AC谐振式变。

UC3875芯片控制2KW高频开关电源电路设计一、电路整体方案设计2KW高频开关电源的设计需要分为输入端、输出端、控制电路及保护电路四个方面考虑。

1.输入端设计输入端主要包括输入滤波电路及输入电源开关。

输入滤波电路的主要作用是滤除输入电源的高频噪声与干扰，以保证开关电源稳定工作。

设计时可以采用两级LC滤波电路，第一级使用电感与电容构成低通滤波电路，第二级使用电感与电容构成高通滤波电路。

2.输出端设计输出端主要包括输出滤波电路及输出电源开关。

输出滤波电路的主要作用是滤除开关电源工作过程中产生的高频噪声与干扰，以获得干净的输出电压。

输出电源开关的选型需要根据输出电流、开关频率及负载要求来确定。

3.控制电路设计控制电路主要包括UC3875芯片及其辅助元件构成的反馈调节环路及开关控制电路。

UC3875芯片具备高度集成的优势，内部集成了误差放大器、PWM发生器、电流环保护等功能。

设计时需要根据高频开关电源的工作参数来选择合适的外围元件，如电阻、电容等。

4.保护电路设计保护电路主要包括过压保护、过流保护、过温保护等功能。

设计时需要根据2KW高频开关电源的工作参数来选择合适的保护元件及保护电路设计方案，以保证电路的安全可靠性。

二、2KW高频开关电源电路详细设计1.输入端设计输入电源采用交流220V输入，通过输入滤波电路进行滤波处理。

可以选择输入电感使用铁氧体材料，电容选用高质量的封装电容。

输入电源开关采用双继电器结构，确保输入电源的可靠性。

2.输出端设计输出端采用输出电阻进行稳压控制，并通过输出滤波电路进行滤波处理。

输出滤波电路的设计可以采用LC型滤波电路，通过选择合适的电感和电容参数来滤除输出电压中的高频噪声。

3.控制电路设计4.保护电路设计保护电路需要在输入端、输出端及控制电路中进行设计。

在输入端需设置过压保护电路，通过电压比较器实现对输入电压的监测，当输入电压超过设定值时，触发过压保护电路。

在输出端需设置过流保护电路，通过电流检测电路实现对输出电流的监测，并在超过设定值时触发过流保护电路。