锁相环频率跟踪技术在高频逆变电源中的应用

论文摘要

高频逆变电源在工作过程中,由于被加热工件在加热过程中其物理性质(电阻率、导磁率等)都会随温度不断变化,因而负载电路固有频率也会随之变化。本课题就是基于这种需要,研究高频情况(1/1MHz)下采用功率MOSFET为主开关器件的串联逆变电源的频率跟踪控制电路。本文首先以负载串联谐振逆变电源为模型,针对负载参数变化引起的固有谐振频率变化,导致逆变器效率降低及开关器件应力增加的普遍现象,推出了适用于高频逆变电源的锁相环数学模型并用Pspice进行了仿真分析;其次结合锁相环的数学模型,提出并实现了一种以集成高速锁相环74HC4046为核心的应用于高频逆变电源的无相差频率跟踪控制系统,对高频逆变电源的输出频率进行实时控制,实现逆变器工作频率对负载谐振频率的同步跟踪,确保逆变器开关器件工作在零电压零电流软开关(ZVZCS),显著减小功率器件的开关损耗和提高装置效率,并就控制系统的相位补偿和启动等问题进行了分析讨论;最后进行了实验验证,为分析和设计逆变电源提供了必要的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外感应加热技术的发展与现状
• 1.2 国内外频率跟踪技术研究现状和发展趋势
• 1.3 选题意义、目的和任务
• 第二章 锁相环频率跟踪的基本原理及数学模型
• 2.1 频率跟踪控制概述
• 2.2 锁相环的组成与工作原理
• 2.2.1 锁相环的组成
• 2.2.2 锁相环的工作原理
• 2.3 锁相环路性能分析
• 2.4 锁相环路的数学模型
• 第三章 锁相环的建模与仿真研究
• 3.1 Pspice功能简介
• 3.2 锁相环路仿真模型的建立
• 3.3 锁相环的Pspice仿真
• 第四章 谐振逆变器的控制要求
• 4.1 高频逆变电源拓扑结构的分析
• 4.1.1 串联谐振逆变器
• 4.1.2 并联谐振逆变器
• 4.2 高频串联谐振逆变器的电路结构与工作原理
• 4.2.1 1MHz高频串联谐振逆变器电路结构
• 4.2.2 高频串联谐振逆变器的工作原理
• 4.3 高频谐振逆变器的控制要求
• 第五章 锁相环频率跟踪电路的实现
• 5.1 几种串联谐振式逆变器频率跟踪控制实现方案介绍
• 5.2 74HC4046锁相环介绍
• 5.2.1 74HC4046锁相环引脚及功能
• 5.2.2 74HC4046锁相环结构
• 5.2.3 工作过程
• 5.3 74HC4046锁相环74HC4046锁相环外接元件设计
• 5.4 基于74HC4046的频率跟踪控制电路
• 5.4.1 负载电流反馈
• 5.4.2 波形变换电路
• 5.4.3 锁相环电路
• 5.5 相位补偿和起动问题
• 5.5.1 相位补偿的实现
• 5.5.2 HC4046锁相环的起动入锁
• 5.6 死区形成电路
• 第六章 实验结果及分析
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间的学术论文及科技成果清单