基于分时控制的感应加热电源开关损耗的研究

摘要

感应加热相对于传统的火焰加热及电阻的电流热效应加热而言是一种新型的加热方式，它是具有高效、节材、节能、环保、安全等特点的先进加热技术。广泛的应用在金属熔炼、热处理、焊接等过程，在工业的各个部门发挥着重要的作用。感应加热设备是一个负载的工程系统，其核心组成部件就是感应加热电源，它能够为感应加热提供能量，而电源自身的容量大小及工作频率的高低等性能指标都是衡量一个设备是否先进的标志，是影响感应加热技术发展的主要原因。
　　 本文介绍了传统感应加热并联谐振负载与串联谐振负载的特点，分析了负载端的静电耦合与电磁耦合的异同点，引出了新型谐振负载(LLC负载)实现负载匹配，并对其进行了详细的负载特性分析。
　　 在感应加热电源的实际工作中，提高容量和工作频率成了迫切需要解决的问题，以往利用多个逆变桥并行控制来提高电源容量，但各个逆变桥并行工作过程中IGBT的损耗较大，为了减低损耗提高电源输出功率，文中利用分时控制的方法作用于多个逆变桥，并对两种控制方法下IGBT的损耗进行了详细的理论与实验验证分析。
　　 为了提高实验的准确性，文中设计了以FPGA为核心的全数字锁相环控制系统，同时提供了分时控制与并行控制作用下IGBT的驱动脉冲，并设计了能够自由调整的死区时间模块及IGBT的一些外围保护电路。最后利用电路仿真软件PSpice搭建仿真电路，验证了分时控制对于提高电源容量与频率可行性。