感应加热电源无相差频率跟踪控制电路(转)

1随着现代工业生产对感应加热设备的性能质量和数量需求的不断增长,伴随电力电子技术的迅速发展,电力电子半导体器件的不断更新,计算机微控制器性能的增强以及现代控制理论的发展,未来的感应加热电源的研发过程中会更多的考虑到电源负载的实际情况,设计出效率高,整体性能强的感应加热电源。

本文探求一种简单高效的中小功率感应加热电源控制方法。

以单片机P8051和IRMS10UP60A、DS1620来控制感应加热电源为研究对象,通过感应加热电源的调节的分析比较而得到适用的控制方式,研制一额定功率为3KW的中频感应加热电源。

重点阐述单片机对IRMS10UP60A和DS1620的控制方式感应加热电源的系统控制电路的研究设计以及其保护电路、辅助电路等的研制,给出系统的软件设计流程和对系统的设计验证等。

1 感应加热电源结构随着电力电子技术的不断发展和实际工业生产等应用领域中的不同要求的提出,感应加热电源发展出了多种不同的种类形式。

总体上来说,感应加热电源由整流器(AC－DC)、滤波环节、逆变器(DC－AC)、负载、控制及保护环节等组成。

本文采用单相交流电(AC220V50HZ),经整流环节后成为脉动直流电,再经过滤波环节后成为平滑的直流电,此平滑直流电经过其后的逆变器环节逆变为一定频率的交流电压供与负载。

2 方案的确定根据感应加热应用的实际工艺要求,最终选择中频感应加热电源的研制方案。

感应加热电源的整流侧采用电力二极管不控整流,向逆变环节提供稳定的直流电压,系统负载与补偿电容器采用并联连接,在逆变环节采用PWM移相调功方式实现对加热电源输出功率的调节,由数字温度传感器DS1620进行跟踪,将温度反馈到单片机,来控制IRAMS10UP60A,使得加热电源的稳定在某一温度,本文的控制温度为120℃±3℃。

3 器件介绍3.1 单片机P89C51飞利浦公司的P89C51单片机是采用高性能的静态 80C51 设计,由先进CMOS工艺制造并带有非易失性Flash 程序存储器,全部支持12时钟和6时钟操作。

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。

感应加热电源的论文常州工学院毕业设计论文摘要随着电力电子技术的发展，感应加热技术取得了很多重大的成果，尤其是二十世纪五十年代以后，固态电力电子器件的出现与发展，使感应加热技术和现代化的工业生产发生更紧密的联系，在现代工业生产中发挥了重大的作用，世界各国普遍重视感应加热技术的研究发展。

目前，中小功率容量的感应加热电源在现今的工业生产中有很多的运用，例如工件的透热、淬火、贵金属的熔炼等过程中都有大量的应用。

当前，这类功率容量的感应加热电源多为并联谐振电源。

本文重点阐述移相调功式感应加热电源的系统控制电路的研究设计以及其保护电路、辅助电路等的研制。

分步阐述了感应加热的基本原理及感应加热电源的结构和工作原理；感应加热电源包括以下几个组成部分：整流器、滤波环节、逆变器、谐振槽路及负载控制及保护环节。

感应加热电源的整流侧采用电力二极管不控整流，向逆变环节提供稳定的直流电压，系统负载与补偿电容器采用串联连接，在逆变环节采用降频式移相调功方式实现对加热电源输出功率的调节，由频率跟踪环节数字锁相环电路跟踪被加热负载及其谐振回路的谐振频率而使系统工作于准谐振状态，有近似谐振软开关环境。

设计了感应加热电源的主电路；对主电路中直流侧、逆变侧等进行分析计算、确定元件参数值；设计移相调功感应加热电源的控制电路、其他辅助电路；控制系统的软件是控制系统能够按设计思想正常运转的关键，对于我们研制的此类带有系统主控制器的硬件系统来说，没有控制软件的支撑，控制系统硬件电路就无法运转。

整个系统的软件程序主要由主程序和各类功能实现程序构成。

由于需要实现的功能众多，逻辑关系复杂，我采用目前通用的模块化的程序设计方法，将相对独立的功能设计为程序模块：例如移相处理、A/D转换、键盘采样、显示、故障中断处理等。

关键词：感应加热；逆变器；A/D转换-I-常州工学院毕业设计论文AbstractWith the development of power electronics technology, induction heatingtechnology has made many significant achievements, especially after the 1950s, solid-state power electronic devices and the emergence of development so that the induction heating technology and modernization of industrial production in a closer Contact, in modern industrial production has played a major role in the world of universal importance induction heating technology research and development. At present, the capacity of small and medium-sized power induction heating power in today's industrial production in a lot of use, for example, the permeability of the workpiece, quenching and precious metals such as the melting process has a large number of applications. At present, such power capacity of the induction heating power and more power forparallel resonance.This article focuses on phase-shift-work-induction heating power supplysystem control circuit design and its protection circuit, such asthe development of auxiliary circuit.A step-by-step on the basic principles of induction heating and induction heating power structure and working principle of induction heating power supply include the following components: Rectifier, filter links, inverter, resonant slot Road and load control and protection of links. . Induction heating power supply side of the rectifier is not controlled by the power diode rectifier, inverter link to provide a stable DC voltage, the system load and compensation capacitors connected in series used in a down-link inverter-phase-shift-work means of heating power output The regulation of power by the frequency tracking links DPLL circuit track was heating load and the resonant frequency resonant circuits system in quasi-resonant, and a similar resonance soft-switchingenvironment.Design of the induction heating power of the main circuit; on the main circuit in the DC side, inverter, such as the analysis side, the components identified parameters, design super-audio induction heating power control circuit, the other supporting circuit; Control System software control system is able to design the proper functioning of critical thinking, we developed such a system main controller of the hardware system, no control software support, control system hardware circuit will not be able to operate. The whole system software program mainly by the main program and various functions to achieve a procedure. Because of the need to achieve the functions of the many, complex logic, we use the current generic modular design process, the function will berelatively independent modules designed to process: for example, phase-shifting processing, A / D conversion, sampling keyboard, display, fault interruption Processing.-II-常州工学院毕业设计论文Key words: induction heating; inverter; A / D converter-III-常州工学院毕业设计论文目录摘要 ..................................................................... (I)Abstract ........................................................... . (II)第一章绪论 ..................................................................... .. (1)1.1 感应加热的基本原理与用途 ..................................................................... ............ 1 1.1.1 感应加热的工作原理 ..................................................................... .................. 1 1.1.2 感应加热的特点与应用................................................................................... 2 1.2 感应加热技术的发展情况 ..................................................................... ................ 3 1.2.1 感应加热技术的发展过程 ..................................................................... ......... 3 1.2.2 感应加热技术的发展现状与趋势 (4)1.3 本设计的目的和工作任务 ..................................................................... ................ 5 1.4电力电子元器件及加热电源的发展......................................................................5 1.4.1 电力电子元器件的发展...................................................................... ........... 5 1.4.2感应加热电源发展 ..................................................................... .. (6)1.5逆变器与谐振负载电路的原理分析......................................................................7 1.5.1 电压型串联逆变器 ..................................................................... . (8)1.5.2电流型并联逆变器 ..................................................................... .. (8)1.5.3两种形式逆变器的比较 ..................................................................... ............... 9 1.6串联谐振式逆变器调功方法的设计....................................................................10 1.6.1 整流侧调功方法 ..................................................................... (10)1.6.2逆变侧调功方法 ..................................................................... . (11)1.7本设计方案的确定 ..................................................................... . (12)第二章移相调功感应加热电源的主电路分析 .......................................................... 13 2.1电源整机结构框图 ..................................................................... . (13)2.2移相调功感应加热电源主电路 ..................................................................... ....... 14 2.2.1 直流侧主电路分析计算...................................................................... ........... 14 2.2.2 逆变侧主电路分析计算................................................................................. 18 2.2.3负载谐振槽路分析计算 ..................................................................... ............. 20 2.3本章小结 ..................................................................... .. (22)第三章移相调功感应加热电源控制电路设计 .......................................................... 23 3.1 电源移相调功主控制电路 ..................................................................... .............. 23 3.1.1 移相调功控制的原理 ..................................................................... ................ 23 3.1.2 锁相环控制电路 ..................................................................... (23)3.1.3电源起动电路的设计 ..................................................................... ................. 25 3.1.4基于80C196KC的移相控制电路设计 ........................................................ 26 3.1.5死区形成电路研究 ..................................................................... (28)3.1.6主功率器件的驱动电路 ..................................................................... ............. 29 3.2 电源故障保护电路 ..................................................................... (30)-IV-常州工学院毕业设计论文3.2.1过电流保护电路 ..................................................................... . (30)3.2.2过电压保护电路 ..................................................................... . (31)3.2.3过热保护电路 ..................................................................... .. (31)3.3本章小结 ..................................................................... .. (32)第四章控制系统的软件支持 ..................................................................... (33)4.1 控制系统软件设计 ..................................................................... (33)4.2 各程序模块的分析 ..................................................................... (33)4.2.1系统主程序设计 ..................................................................... . (33)4.2.2移相调功子程序设计 ..................................................................... .. (34)4.2.3触发信号移相处理中断程序 ..................................................................... . (36)4.2.4故障保护中断子程序 ..................................................................... .. (36)4.3本章小结 ..................................................................... .. (38)结论 ..................................................................... . (39)参考文献 ..................................................................... .. (40)致谢 ..................................................................... . (42)-V-常州工学院毕业设计论文第一章绪论 1.1 感应加热的基本原理与用途随着功率器件的发展，感应加热电源的频率也逐步提高，经历了中频、超音频、高频几个阶段。

电磁炉的工作原理基于电磁感应加热原理，其核心部分包括了追频电路。

追频电路在电磁炉中的作用是保证电磁炉的工作频率与加热线圈及锅具形成的谐振电路的频率相匹配。

以下是关于电磁炉追频电路的一些详细解释：
1. 电磁感应原理：当交变电流通过电磁炉内的线圈时，会产生变化的磁场。

如果放上一个金属锅具，这个变化的磁场会在锅底产生涡流，涡流的热效应会使锅底发热，进而加热锅内的食物。

2. 谐振频率：为了提高效率，电磁炉的设计通常会让加热线圈和内部电容形成谐振电路，其谐振频率大约在20kHz左右。

这样可以使能量更有效地传递给锅具。

3. 功率调节：用户可以通过调整电磁炉的功率来控制加热的强度。

功率越大，电流与金属分子的碰撞越激烈，产生的热量也越多。

4. 追频电路的作用：由于锅具的材料、尺寸和放置位置等因素都会影响谐振频率，追频电路的任务就是实时检测并调整工作频率，确保电磁炉始终工作在最佳的谐振状态，以提供稳定且高效的加热性能。

5. 电路组成：电磁炉的电路包括电源电路、加热主回路、驱动放大电路、脉宽调制电路（PWM）、同步跟踪与振荡电路、锅具检测电路、电流检测与功率调整电路等部分。

这些电路共同作用，确保了电磁炉的安全、高效运行。

综上所述，追频电路是电磁炉设计中的一个重要组成部分，它通过确保电磁炉的工作频率与加热系统的谐振频率相匹配，来提高加热效率和稳定性。

本设计是全数字中频感应加热电源, 采用串联谐振电路。

主电路整流部分采用了三相全控整流电路，逆变电路采用了单相逆变桥。

串联逆变器的输入电压恒定，近似为恒压源，逆变元件采用IGBT,利用单片机控制其开关，控制部分采用PIC16F877单片机，实现对中频电源的控制。

其中使用了IGBT专用驱动芯片。

本设计完成了中频感应电源控制系统的硬件和软件设计任务，实现了负载频率的自动跟踪。

控制电路简单可靠，方案合理。

关键词：整流；逆变；可控硅；IGBT；单片机。

This design is the entire digital mid-frequency induction heating power source. The main circuit rectification part with transported three-phase in this design has all controlled the leveling circuit, inverted the electric circuit to use the single item inversion electric circuit sine pulse width to modulate (SPWM), the load is a antiresonance circuit. This paper introduces a new inversion and three phase bridge rectification control circuit based on PIC16F877 microcontroller for thyristor medium frequency power supply. Meanwhile the hardware and software designs are also provided. It is approved by analysing the experimental results that the circuit softly starts the power supply in the way of sweeping-frequency and zero-voltage, and well tracks the tank resonant frequency in normal working. The power adjustment can be made by adopting SPWM control technology in the system. Series resonance and frequency follow technology are used. The IGBT, as the switch device, can work between 10Hz to 10kHz frequency channel, and based on the principle of the effects . Key Words: inverter; induction;IGBT; single chip computer; rectification.目录第一章全数字中频感应加热电源设计背景 (4)1.1 感应加热的基本原理 (4)1.2 全数字中频感应电源简介 (5)第二章主电路的设计 (9)2.1 可控硅工作原理 (9)2.2 可控硅触发导通 (9)2.3 整流电路的介绍 (9)2.3.1 基本工作原理 (11)2.3.2 电阻负载时三相桥式全控整流特性 (13)2.4 逆变电路的介绍 (16)2.5 负载电路的介绍 (21)2.5.1 电流过零点检测 (21)2.6 主电路的保护介绍 (22)2.6.1 闸管的保护 (22)2.7 主电路的计算及其器件选型 (25)2.7.1 主电路计算部分 (25)第三章控制电路的设计 (26)3.1 PIC单片机介绍 (26)3.2 LM339介绍 (31)第四章软件部分设计 (33)4.1 程序清单 (33)4.2流程图 (59)总结 (63)参考文献 (64)外文翻译 (65)A 外文原文 (65)B 外文译文 (76)致谢 (81)附录 (82)附录一元件明细表 (82)第一章全数字中频感应加热电源设计背景1.1 感应加热的基本原理感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的金属，然后电能在金属内部转变为热能。

200KW感应加热电源主电路设计感应加热是一种利用感应电流在导体中产生热量的加热方法。

在感应加热过程中，交流电源产生的高频电流通过线圈产生的磁场，使导体产生感应电流，从而产生热能。

设计一台200KW感应加热电源主电路，需要考虑到电源输入和输出的一系列参数，并合理选择电路元件和安全措施，以确保电源的稳定运行和安全使用。

首先，根据设备的功率要求，200KW的感应加热电源需要选择一个适当的交流电源，一般为三相交流电源。

然后，根据电源的额定电压和频率，选择适当的变压器进行电压的变换和降压，以满足感应加热设备的工作电压要求。

接下来，设计电源的整流电路，将交流电源输出的交流电转换为直流电。

常见的整流电路有单相和三相整流电路，根据电源的类型和效率需求选择适当的整流电路。

在整流电路之后，需要设计滤波电路，以减小输出电压的纹波和提高电源的稳定性。

滤波电路可以选择电容滤波器和电感滤波器，根据要求选择合适的滤波器参数。

在感应加热电源中，还需要设计功率逆变电路，将直流电转换为高频交流电。

通过调制和驱动电路，将直流电源转换为高频电源，以满足感应加热设备的工作频率要求。

一般使用功率MOSFET进行功率逆变，通过PWM调制控制来实现输出电功率的调节。

此外，在主电路设计中还需要考虑电源的输出保护。

为了保护电源和感应加热设备的安全运行，可以增加过流保护、过压保护和过温保护等措施。

这些保护电路可以选择使用电阻、熔断器、热敏电阻等元件进行设计。

最后，在主电路设计中需要考虑线路的散热和接地问题。

为了保证电源的稳定性和安全性，要选择适当的散热器，进行余热的散发和散热。

并且，在主电路的接地设计中，要确保电源的接地与感应加热设备的接地相互独立，避免干扰和安全隐患。

总之，200KW的感应加热电源主电路设计需要综合考虑交流电源选择、变压器选择、整流电路设计、滤波电路设计、功率逆变电路设计、输出保护设计、散热设计和接地设计等多个因素，以确保电源的稳定运行和安全使用。

基于CD74HC7046A的并联型高频跟踪电路设计周俊吉;李国华;谷跃【摘要】针对高频感应加热电源谐振回路固有频率会随温度变化而改变,从而导致电源可靠性和加热效率降低的问题,利用锁相技术,设计了一种基于高速CMOS逻辑锁相环CD74HC7046A的高频感应加热电源频率跟踪电路,实现了对频率的自动跟踪.该电路通过仿真实验,验证了所设计的频率跟踪电路可靠性高,具有实际应用价值.【期刊名称】《煤矿机电》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】3页(P1-3)【关键词】锁相环;高频;跟踪【作者】周俊吉;李国华;谷跃【作者单位】中国矿业大学(北京)机电工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)机电工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)机电工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TN911.80 引言在电磁感应加热过程中，特别是高频、超高频频段，导体会随温度变化其电阻率和电磁率发生显著变化，导致负载固有频率发生改变，逆变器件偏离最佳工作点，引起开关管不能实现零电流关断和零电压开启，损耗却增大。

为使负载电路始终工作在功率因数等于或接近1的谐振或准谐振状态，保证电源可靠性和高输出功率，电源必须具有良好的频率跟踪能力，为此设计了一种基于高速CMOS逻辑锁相环CD74HC7046A的频率跟踪电路，并就频率补偿和启动问题进行探讨。

1 电源工作原理及条件1.1 电源工作原理图1所示为电源工作原理图，从图中可知，三相交流电经不控整流滤波输入到MOSFET并联谐振逆变器，转换成频率可控的方波电压进入谐振回路，在回路产生相应频率的交流电流进行感应加热。

电流信号经霍尔电流传感器和过零比较器反馈回锁相环，经锁相环输出到控制电路调控成开关管MOSFET控制信号，从而控制了逆变器产生的方波电压频率。

图1 电源工作原理图1.2 电源工作条件为保证电源安全工作和减小开关损耗，理论上应控制电源始终工作在功率因数等于或接近1的谐振或准谐振状态。

KGPS-1中频电源控制线路原理分析田志明王斌摘要：本文较全面的对西安科技人员设计，行业流行最广的中频电源KGPS-1恒功率控制线路原理进行了分析。

关键词：中频电源感应加热中频炉控制板KGPS-11 前言KGPS-1恒功率晶闸管中频电源控制线路板是华明公司的系列产品之一，行业内也称为恒功率中频电源控制板，该控制线路最早由西安科技人员设计于上世纪90年代后期，至现在有十几年的历史，是一个划时代的产品，它在我国和出口中频产品中装机率最高，至今仍在大量装机。

它对我国中频电源技术应用和感应加热领域的产品普及和推广功不可没！此后的许多中频电源控制线路基本都是以它的设计思想为基础改进和重新设计。

KGPS-1恒功率中频电源控制线路（见所附线路图）主要由电源、调节器、移相控制电路、保护电路、启动演算电路、逆变频率跟踪、逆变脉冲形成、脉冲放大及脉冲变压器组成。

电路除调节器外，其余均实现数字化，整流触发器部分不需要任何调整，具有可靠性高、脉冲对称度高、抗干扰能力强、反应速度快等特点，又由于有相序自适应电路，无需同步变压器，所以，现场调试中免去了调相序、对同步的工作，而且整机调试非常方便，对调试人员技术要求较低。

2 整流触发工作原理这部分电路由三相同步信号、压-频（V/F）转换、脉冲产生计数、脉冲选择和整形和末级驱动等电路组成。

触发部分采用的是数字触发电路。

2.1 整流触发原理框图图1 整流触发原理框图图2 整流触发电路整流触发电路的控制来自整流输出调节电压Vk，Vk的大小经压-频（V/F）电路转换形成不同频率的数字信号，数字信号经过计数器根据设定值（256）计满溢出后向脉冲通道选择电路发出脉冲，脉冲通道选择电路再将脉冲分为两路输出，两路脉冲的相位差为180°。

分相后的两路脉冲经整形放大后，可以通过脉冲变压器去触发三相全控整流桥路中对应的晶闸管。

与其它形式的移相触发电路一样，数字触发电路也有一个移相参考点，这个点取自三相电压过零处。