用于固态高频电源调功的DC-DC变换器的设计

摘要

随着社会经济的快速发展，感应加热电源在金属的焊接、熔炼、铸造、锻造、透热、淬火、弯管、烧结、表面热处理、钎焊以及晶体生长等行业得到了广泛的应用。目前，感应加热电源的调功方式的研究已经非常广泛，主要采用逆变侧调功和整流侧调功。
　　目前，逆变侧调功方式的研究已经非常广泛，但是由于其只能应用于串联谐振逆变器中，且逆变器的开关元件工作在硬开关状态（不是零电流开关），电流应力大，另外在进行调功的同时还需要进行频率跟踪，其控制难度比较大，而且功率调节范围窄。因此，本文介绍了一种用于高频感应加热电源调功的新型软开关DC-DC变换器。与传统的高频感应加热电源的整流侧调功相比，调功方式采用不控整流加DC-DC变换器改变输出直流电压值，进而进行调功，该调功方式控制精度高，电网侧功率因数高，电网谐波污染小，调节范围宽，电压动态响应快，电路简单，故障时对感应加热电源装置实现保护容易；
　　另外，针对传统的PWMDC-DC变换器的开关管承受的电压或电流应力大、开关损耗大、电压调节范围窄等缺点，本设计采用了软开关技术，使DC-DC变换器的开关管承受的电压电流应力小，开关损耗小，变换器可以工作在很高的频率，同时提高了整机效率。文中详细介绍了该软开关DC-DC变换器的拓扑结构、工作原理、工作波形及参数计算。
　　为了解决传统的逆变侧调功方式存在的调功困难及不足和整流侧采用相控调功方式存在的功率因数低、谐波污染大的问题，本设计采用了软开关DC-DC变换器技术，实现了功率开关管处于软开关工作状态。设计了脉宽调制控制电路、驱动电路及各种保护电路；并针对IGBT并联应用时存在的动、静态不均流问题，提出了一些解决方案。满足了对感应加热电源逆变器的输出功率进行调节的要求，达到了使感应加热电源装置的功率因数高、对电网谐波污染小的目的。对控制电路进行了实验，给出了实验波形，验证了控制电路设计的正确性。最后详细的介绍了电路各部分的参数计算。

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第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 本文的主要研究内容

第2章 DC-DC变换器主电路的设计

2.1 整流电路交流侧谐波和功率因数的分析

2.2 DC-DC变换器的主电路结构与工作原理

2.3 DC-DC变换器软开关参数选择与设计

第3章 IGBT并联问题及解决方案

3.1 静态均流

3.2 动态均流

第4章 IGBT驱动电路的设计

4.1 保护电路的设计

4.2 驱动电路的设计

第5章 脉宽调制PWM控制电路的设计

5.1 主开关管控制信号的产生与实现

5.2 辅助开关管控制信号的产生与实现

5.3 PWM控制信号占空比调控及负反馈电路的设计

5.4 保护电路的设计

5.5 主开关管控制电路的实验结果

5.6 PWM信号产生电路的参数设计

第6章 主要参数设计

6.1 DC-DC变换器参数选择与设计

6.2 软开关参数设计

第7章 结 论

参考文献

致 谢

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