高频感应加热电源为什么都用串联谐振逆变器
高频感应加热电源为什么都用串联谐振逆变器
高频感应加热电源是目前在工业制造领域中被广泛应用的加热设备，其本身应用了串联谐振逆变器进行系统设计，加之具有高效、低功耗和清洁等多重优势，使这种感应加热电源在最近两三年中得到了迅速的普及。
那幺，为什幺高频感应加热电源设备在进行研发时，大部分工作人员会选择使用串联谐振逆变器呢？本文将会就这一问题进行简要介绍和分析。
作为高频感应加热电源设备的重要组成部分，串联谐振逆变器在工作中具有损耗低、工作适应性良好等优势。
这种逆变器在实际应用中也被称为电压型逆变器，其基础结构的原理图如图1所示。
在实际工作的过程中，串联谐振型逆变器的输出电压为近似方波。
由于电路工作在谐振频率附近，使振荡电路对于基波具有最小阻抗，所以负载电流ia近似正弦波。
同时，为避免逆变器上、下桥臂间的直通，换流必须遵循先关断后导通的原则，在关断与导通间必须留有足够的死区时间。
下图中的图2和图3分别示出容性负载和感性负载的输出波形。
图1串联逆变器结构
图2 高频感应加热电源串联谐振逆变器容性负载输出波形
图3 高频感应加热电源串联谐振逆变器感性负载输出波形。
IGBT高频感应加热逆变电源原理
IGBT高频感应加热逆变电源原理（一）摘要本文以IGBT高频感应加热电源为研究对象，首先介绍了课题的背景，国内外高频感应加热电源的发展现状及选题意义，同时对电力电子器件的发展也做了简要的介绍，并简述了本课题所做工作的主要内容。
本文从感应加热的基本原理出发，对感应加热电源中的电流型逆变器和电压型逆变器作了比较分析，对感应加热电源常用的两种拓扑结构进行了分析，重点介绍了关于串联型感应加热的特点，由于其具有结构简单、加热效率高、设备体积小等优点，得出串联型逆变器拓扑更适合高频感应加热电源的结论，因此成为本课题的选定方案，也是整机制做的理论基础。
并分析了感应加热电源的各种调功方式，对谐振槽路基本理论进行了详细的分析。
整机制做首先要选择合适的器件，在本文对主要器件的参数、结构特性、驱动要求等进行了详细的说明。
在选择合适器件的基础上，设计出了整机的结构，其中包括整流环节、逆变环节、驱动技术、保护措施等。
在现场进行了大量的试验，选定电源的控制与保护等重要环节的实现方案，并对试验波形进行了测试和分析，通过现场的应用来验证了以上理论的正确性。
论文最后，对本课题所做的工作作了一个简单的总结。
第1章绪论§1.1 选题意义由于电磁感应加热具有加热效率高、升温快、可控性好，且易于实现机械化、自动化等优点，感应加热变频电源装置已越来越广泛的应用于熔炼、透热、淬火、弯管、焊接、加热等工业领域，已取得了明显的经济效益和社会效益。
感应加热变频电源装置的发展方向是沿着大容量、高频率、高效率、智能化，并以提高可靠性、拓宽用途为目标。
80年代出现的绝缘栅双极晶体管（IGBT）因具有开关频率高、驱动功率小、通态压降小、电流密度大等优点而得到越来越广泛的应用[1]。
在此之前，晶闸管中频电源和电子管式高频电源装置是应用于感应加热的主要产品，但它们都有体积庞大，价格昂贵，能耗大，效率偏低的共同缺点。
国外市场早在九十年代初就已出现IGBT感应加热变频电源。
串联谐振逆变电源研究
串联谐振逆变电源研究串联谐振感应加热电源在中小功率场合的应用极其广泛.串联谐振电源调功有直流调功和逆变调功两种方式.逆变侧调功方式有:脉冲频率调制,移相调功,脉冲密度调制.脉冲频率调制方式和移相调功方式.功率变化时负载的功率因素和开关频率都会发生改变.在功率很小的情况下,负载功率因数低,电源效率低.为了提高效率,有学者提出了脉冲密度调制方式,即通过调节向负载输出能量的时间比.使负载在一定的时间内自由震荡,达到调节逆变器输出功率的目的.功率变化时,感应加热电源的输出功率的目的,功率变化时,感应加热电源的输出功率因数不发生改变,始终接近1.开关损耗小、电源效率高。
但是这种调功方式电路实现复杂。
针对这个缺点，本文提出了时间分割法调制功率调节方式。
时间分割法调制可以确保逆变器电源工作在定频和定压状态。
而且实现简单、使用简单的模拟电路就可以实现。
为了实现频率自动跟踪。
本文给出了一种快速、准确、简单的频率跟踪电路。
电路结构及工作原理图1 所示为串联谐振逆变电源主电路示意图。
时间分割法调制方式是通过控制向负载输送能量的时间来控制功率。
简言之即在时间周期T 内, 电源向负载输送能量的时间为t 在时间t ～T 内不向负载输送能量, 通过改变时间t 来调节功率输出。
输出功率P =tPo/ T , Po 为电源输出额定功率。
T 的大小根据实际负载情况而定。
时间分割法调制方式控制串联谐振逆变电源开关工作模型见图2 。
控制电路图3 所示为时间分割法功率调制方式串联谐振电源控制电路图。
Pref 为给定功率, 直流侧电压Ud 和直流输入电流I d的乘积为功率反馈, PI 调节器的输出与锯齿波进行比较从而控制周期T 内芯片8 脚高电平的时间t 。
频率自动跟踪电路实际应用中串联谐振电源多工作在高端失谐状态,输出电流的相位滞后于电压相位。
开关管零压开通,开关管的关断电流取决于电压超前电流的相角θ, θ大关断电流大, θ小关断电流小。
高频串联谐振型逆变器的相关参数说明
1.引言串联型固态感应加热电源凭借起动容易、易高频化的优点在高频感应加热领域得到广泛应用。
为保证逆变器安全工作和提高工作效率，串联型逆变器一般工作在感性准谐振状态。
串联谐振逆变器采用传统的锁相环控制，虽然可以实现逆变器的感性工作状态，但负载功率因数角会随着负载大小发生变化，无法实现精确的定角控制。
所谓定角控制是指逆变器运行过程中保持功率因数角恒定，且不受负载参数变化影响，从而确保逆变电源安全、稳定、高效地工作。
本文从定角控制角度对串联型逆变器控制方法进行了研究，提出了一种按负载电流扰动大小实现相位补偿的复合控制方法。
2.锁相环控制方法2.1 锁相环控制方法分析逆变器传统控制方法一般采用锁相环(PLL)电路。
它主要由鉴相器(PD)、压控振荡器(VCO)和外接低通滤波器(LPF)组成。
锁相环是一个相位误差控制系统，它通过比较输入信号(控制信号)和压控振荡器输出信号(被控制信号)之间的相位差来调节其输出频率，从而达到锁相环路输入输出信号同频的目的。
如果鉴相器和滤波参数选择适当，锁相环还可以实现无相差锁频。
串联型逆变器传统控制采用锁相环的目的是利用锁相环频率自动跟踪功能实现对负载电压、电流的频率和相位关系的控制，使逆变器工作在感性准谐振状态。
传统控制系统框图如图1。
串联型逆变器传统控制电路的输入信号一般取代表负载谐振频率、相位的负载电流信号IH。
压控振荡器的输出信号Vf 经过死区形成电路和隔离驱动电路后，通过控制功率开关器件的开通与关断来控制负载电压的频率与相位，使负载电压的频率和相位跟随负载电流的频率和相位变化。
由于电流采样、隔离驱动、逆变功率开关器件的开通与关断都需要时间，导致锁相环输入输出信号的相位关系并不代表负载电压电流的相位关系，需加入相位补偿环节，分析如图2 所示IH为主电路中负载电流波形，IH1为由电流互感器取出的负载电流信号，由于电流互感器原边与副边信号间存在延时△t1，则IH1滞后IH的时间为△t1。
MOSFET高频逆变器的作用
MOSFET高频逆变器的作用-感应加热
作者：admin 发布于：2013-04-18 14:08 文字：【大】【中】【小】
用于感应加热的高频逆变器,主要有电压型串联谐振和电流型并联谐振逆变器，具有自关断能力的功率晶体管MOSFET的中，小功率逆变器，多采用电压型串联谐振逆变器，大功率则多采用电流型并联谐振逆变器，由于功率晶体管在功率，控制性能和可靠性设计方面取得的进步，使的高频感应加热电源的额定输出功率达到600KW，频度达到400KHZ，逆变器效率在85%—90%，整机效率达到74%—77%。
(1)电压型串联谐振逆变器，振荡功率为30KW，工作频率为50-150KHz的高频感应加热设备，为提高输出功率，各桥臂采用两管并联，为了解决管子之间的均流问题
1).VM1—VM4是由MOSFET组成的管组，每组应尽量选用特性一致、特别是通态电阻一样的器件并联。
2).MOSFET管子分别串接栅极电阻。
3).驱动信号功率应足够大。
4).桥臂的布局与安装要使其散热条件相同，以保证工作温度尽量相同等，与MOSFET器件D-S极间反并联的二极管，是器件内部的快恢复二极管，它有与MOSFET开关速度相匹配的恢复时间，其耐压与允许电流也相一致，作用是为外部的无功电流提供通路，与之相并联的电阻和电容是吸收回路
负载回路L、R、C是串联谐振电路，在谐振状态下，电容器C两端电压和淬火变压器初级线圈两端电压是Uab(矩形波)的基波电压U1的Q倍，Q称为串联谐振电路的器质因数。
电力高压试验中串联谐振装置的作用
电力高压试验中串联谐振装置的作用随着电力系统的不断发展和进步，电力设备的高压试验成为了重要的环节之一。
为了保障设备的安全运行和质量，进行高压试验是必不可少的环节。
而在高压试验过程中，串联谐振装置的作用尤为重要。
本文将就串联谐振装置在电力高压试验中的作用进行探讨。
一、串联谐振装置的概念和原理1.1 串联谐振装置的概念串联谐振装置是用来为电力高压试验提供谐振电压的装置。
它主要由电抗器、电容器和其它辅助设备组成。
串联谐振装置能够通过合理地串联电感和电容，使得装置在一定频率下能够达到谐振状态，从而提供谐振电压。
二、串联谐振装置在电力高压试验中的作用2.1 提供稳定的高压电源在电力高压试验中，被测设备需要得到稳定的高压电源以进行测试。
串联谐振装置能够提供稳定的高频高压电源，确保被测设备能够在正常工作状态下进行高压试验。
串联谐振装置能够根据被测设备的电压需求进行调节和控制，确保被测设备能够得到合适的电源。
2.3 谐振频率的选择在电力高压试验中，选择适合的谐振频率对于整个测试过程至关重要。
串联谐振装置能够通过调节电容和电感来调整谐振频率，确保谐振频率与被测设备所需的频率匹配。
谐振频率的选择也可以影响高压试验的效果和安全性，因此串联谐振装置在这一点上能够发挥重要作用。
2.4 提高高压试验效率通过合理地选择谐振频率和控制串联谐振装置的工作状态，能够提高高压试验的效率。
串联谐振装置能够有效地提供稳定的高压电源，使得被测设备能够在较短的时间内完成测试，并且能够得到准确的测试结果。
这对于提高测试效率和降低测试成本有着重要的意义。
三、串联谐振装置的发展和应用近年来，随着电力系统的不断发展和进步，串联谐振装置在高压试验中的应用越来越广泛。
目前，已经出现了多种类型的串联谐振装置，能够满足不同电力设备的高压试验需求。
串联谐振逆变器在中高频电除尘电源的应用
状态时，主回路也不会像硬开关那样产生很大电流。同 时串联谐振式开关可实现在零电流和零电压附近的条件 下开关，理论上可以把开关损耗降的很低甚至是零，不 会像硬性开关那样因受发
热问铨的影响而不能提高工作频率。这是一种减小开关 损耗的有效方法。二、串联谐振工作原理采用全桥电路 结构，其电路与普通的全桥开关电源基本一致，其不同 之处仅仅是在变压器原边
t引起的电压Uce过冲不同，关断速度越慢，电压过冲越 小，慢关断保护也是IGBT过电流保护的基本方法。五、 IGBT驱动保护栅极正向驱动电压+Uge是一个重要的参数， 必须
正确选择。因Uge增大时IGBT承受短路或过流的时间减小， 对其安全不利，因此+Uge要综合考虑，一般选+12―+15V 为好。在关断过程中，为尽快抽取PNP管中的存储电
管的触通，一旦发生擎住现象，即使在IGBT栅极加上一 5V的关断电压，也无法使其关断，为避免发生擎住，关 断速度应受到限制。热损坏：有过流，保护关断这段时 间内，IGBT同
时承受大电流和高电压器件热功耗急剧增加，为了防止 热损坏，过流的时间也受到限制。当IGBT出现过流时， 先将其栅极驱动电压降低，然后再将其关断，这种保护 有两大优点，一是延
中高频开关电源作为一种电源变换装置，用途非常广泛。 它的发展与电力电子器件，控制理论，微处理器等学科 与技术的发展状况紧密相连的。在电除尘器领域，随着 中篼频开关电源的发展
，国内外许多单位纷纷开始研制，生产大功率中高频开 关电源。因电除尘器电源的输出频繁工作在短路、燃弧 载状态，输出电流较大。主回路开关元件的开关应力较 大。随着开关和功率的提
方法将电流反向的母线相叠，并尽可能靠近，中间用绝 缘材料垫开。从电磁学原理上可知，当上下导线母线形 状，面积相近，则二者产生的磁场将相抵消。理缩小母 线长度固然能减小母线电
串联谐振式高频感应焊接逆变电源
ｂ）Ｖｏｌｔａｇｅａｎｄ㈣ｎＩｔｈ㈣㈣ｔ ｗａｖｅｂｎｎ ｗｈｅｎ ｄｎｖｅ ｆｒｅｑｕｅｎ。ｙ
ｌｓ ｈｌｇｈｅｒ
ｆ”ｑｕｅｎ。ｙ
（１“：１００ Ｖ／ｄｉｖ ２一＾３０Ａ／曲Ｉｉｍｅ：５¨ｓ／ｄｌｖ）
图２串联谐振式逆变电路的仿真波形
Ｆｉｇ．２ ＩｍｉｔａⅡｖｅ ｗａｖｅｆｏ瑚０ｆ ｓｅｒｉａＩ－ｒ姻０岫ｎｔ
路的电流从正半波到负半波过零时，比较器ｏＰ．输
万方数据
Hale Waihona Puke 第５期沈锦飞，等：串联谐振式高频感应焊接逆变电源
７９
出低电平，经倍频电路、ｕｃ３８２５的外同步端使输出 驱动频率跟踪谐振频率，触发ＶＴ：、ＶＴ，导通。这样 ＩＧＢＴ的驱动频率完全由谐振回路电流的频率决定， 触发相位由谐振问路电流的过零点决定。相位补偿 电路根据电流传感器、过零比较器、倍频电路、 ｕｃ３８２５和驱动电路的延迟时间决定，保证驱动信号 的开关时刻正好在谐振电流的过零点。 １．３谐振回路参数设计
在焊接过程中，当串联谐振逆变电路工作在谐振状 态时，谐振同路呈电阻性，工作频率等于负载的谐振 频率。由于焊接工件的规格不同，感应线圈的等效 电感和等效电阻将改变，谐振频率发生变化，如果不 改变逆变电路ＩＧＢＴ的驱动频率，将使逆变器偏离 谐振点，不仪使逆变桥上ｌＧＢＴ偏离零电流开关点， 引起开关损耗增大，而且当逆变器工作频率高于负 载谐振频率较大时，在一定的Ｑ值下，还会使负载 阻抗增大，逆变器的无功功率增加，输出功率因数下 降，功率容量不能充分利用。因此作者设计的逆变 控制电路具备频率跟踪功能，使逆变器的工作点保 持在谐振点附近，从而实现ＩＧＢＴ的ｚｃｓ开关，并且 有效利用逆变器的输出功率容量。一般的频率跟踪 采用锁相环控制（ＰＬＬ），通过检测输出电压和电流 的相位差，控制锁相环电路的触发信号输出频率，达 到频率跟踪的目的”｜。这种频率跟踪控制方法电 路比较复杂，而且要检测电压和电流两个信号。作 者设计的频率跟踪电路，只要检测电流信号，电路简 单。当焊接过程中谐振回路的感应线圈等效电感、 电阻发生变化时，谐振频率跟随变化，频率跟踪电路 及时调节触发频率，达到频率跟踪的目的。频率跟 踪电路见图３。
超高频谐振感应加热电源设计之原理简析
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。
串联谐振式感应加热电源分析
【 关键词 】 感应加热 电源 ； 数 字锁相环 ； 谐 振频 率 ； 逆 变器 【 中图分类号 】 Ｔ Ｎ ８ ６ 【 文献标识码 】 Ａ 【 文章 编号 】 １ ０ ０ ６ — ４ ２ ２ ２ ｛ ２ ０ １ ５ ） １ ３ — ０ ２ １ ７ — ０ ２
引 言
感 应 加 热 电 源 的发 展 与锁 相 环 的发 展 密切 相 关 。因为 ， 感
图 ３ 感 应 加 热 电 源 组成 框 图
２ ． ２ 感 应加 热 的特 点 和应 用
感 应 加 热 最 大 的 特 点 是 将 工件 直接 加 热 ． 它 的优 点 在 于 对 器件 的 加 热 速 度 非 常 快 ． 工作环境也很不错 ． 温 度 控 制 起 来 也 很 容 易 ，金 属 在 加 热 过 程 的损 耗 很 少 以及 加 热过 程 中全 封
串联谐振式感应加 热 电源分 析
李开彦 ， 童希俊 ， 肖 锋（ 国网 黄石供电 公司， 湖北黄石 ４ ３ ５ ０ ０ ０ ）
【 摘 要 】 感应加热 电源 因具有高效 、 节 能和 无污 染等优点 ， 在金属工业加热 中得 到广泛应 用。在加热过程中 ， 其负载 电路的等效参数与逆变器
图 １数字锁相环 的构成 图
根 据 感 应 加 热 的基 本 原 理 我 们 不 难 看 出 。感 应 加 热 的 负
串联谐振和并联谐振的用途
串联谐振和并联谐振的用途首先来看串联谐振。
串联谐振是指电路中电感、电容和电阻连接成串联电路时，在特定频率下电压最大、电流最小的现象。
串联谐振的应用十分广泛，主要集中在以下几个方面：1.无线通信：在无线通信中，由于传输信号的频率往往会发生变化，需要根据信号频率选择相应的天线来进行接收或发送。
而串联谐振电路可以通过调节电感和电容的数值来实现特定频率的选择性放大或滤波，从而提高无线通信的接收信号质量和传输效率。
2.电子滤波器：串联谐振电路常常被用作电子滤波器的核心部件。
通过调节电感和电容的数值，可以实现对不同频率信号的选择性放大或削弱，从而实现对特定频率信号的滤波作用。
例如，在音频放大器中，串联谐振电路被用来滤除杂音，提高放大器的音质。
3.光学器件：串联谐振电路在光学器件中也有广泛的应用。
例如，振荡镜片和滤光片常常通过串联谐振电路的调节实现对特定波长的透射和反射，从而实现光学设备的功率分配和滤波控制。
接下来是并联谐振。
并联谐振是指电路中电感、电容和电阻连接成并联电路时，在特定频率下电流最大、电压最小的现象。
并联谐振的应用如下：1.电源滤波：在电源中，由于交流电的存在，会引入噪声干扰，如纹波。
而并联谐振电路可以作为电源或电路的滤波器，通过调节电感和电容的数值，滤掉输入电源中特定频率的噪声，从而提高电源的纹波系数，保证电路的正常工作。
2.瞬态抑制：在电路中，会由于外来电压的干扰导致瞬态过电压的出现，例如雷击、电源开关等。
而并联谐振电路可以通过调节电感和电容的数值，将瞬态过电压导向谐振电路，从而减少对电路的影响，保护电子设备的正常运行。
3.感应加热：并联谐振电路中的电感可以将电能转化为磁能，利用磁能引起电流在电感中流动，而电流通过电感时会产生热量。
因此，并联谐振电路可以应用于感应加热设备，如感应炉、感应焊机等领域。
总而言之，串联谐振和并联谐振是电路中常用的谐振现象，它们在电子技术、通信技术、声学技术等领域都有广泛的应用。