基于PWM斩波调功的高频感应加热电源的研究

论文摘要

感应加热电源在金属熔炼、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,我国国内的真空电子管式高频感应加热电源,存在诸如可靠性差、电子管使用寿命短、操作不安全、变换效率低等问题。由于工作频率非常高,现有技术成熟的大容量全固态感应加热电源几乎无法满足要求。本文以高频串联感应加热电源为研究对象,简要介绍了感应加热的基本知识和感应加热技术的发展过程。接下来分析并制定了电源的构成方案:分析了感应加热电源的各种调功方式,在对比几种功率调节方式的基础上,得出在整流侧调功有利于高频感应加热电源频率和功率的提高,选择了不控整流加斩波器调功作为研究对象。提出了一种新型零电压零电流转换(ZVZCT)软开关单元,并基于该开关单元,构造了Buck ZVZCTPWM变换器。详细分析了Buck ZVZCT PWM变换器的工作原理,主开关管实现了零电压零电流开关,辅助开关管实现了零电流开通、零电压零电流关断,续流二极管实现了零电压零电流关断、零电压开通,同时保持了PWM控制的特点。在此基础上,进行了以功率MOSFET为开关器件的5KW/100KHz样机主电路的参数设计、器件选型。研究了MOSFET驱动电路的基本要求、常规驱动方法,设计了以IXDD414CI为核心器件的MOSFET驱动电路。通过对各种控制电路的研究,设计了以PWM控制集成电路为核心的斩波调功控制电路,并对斩波调功电路进行了仿真,验证了设计的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 感应加热电源的应用和研究
• 1.1 感应加热的基本原理
• 1.2 感应加热电源的特点和应用
• 1.3 感应加热电源的发展阶段
• 1.4 国内外发展现状
• 1.5 影响感应加热电源发展的主要因素
• 1.6 感应加热电源的发展趋势
• 1.7 本课题的目的和内容
• 第二章 感应加热电源分类与分析
• 2.1 感应加热电源的基本结构比较分析
• 2.2 感应加热电源的控制方式
• 2.2.1 感应加热电源调功方法
• 2.2.2 感应加热电源控制电路实现的方法
• 2.3 感应加热电源负载电路特性分析
• 2.3.1 感应电源的负载电路及特性
• 2.3.2 串联谐振负载电路的特性分析
• 2.3.3 不同Q值下的谐振曲线
• 2.4 常见谐振逆变器电路特点比较
• 2.4.1 串联谐振逆变器
• 2.4.2 并联谐振逆变器
• 2.4.3 E类谐振逆变器
• 2.5 小结
• 第三章 直流PWM斩波调功电路分析与设计
• 3.1 软开关技术概述
• 3.2 新型Buck ZVZCT PWM直流变换器工作原理
• 3.2.1 ZVZCT软开关单元电路结构
• 3.2.2 稳态工作过程分析
• 3.2.3 ZVZCT PWM直流变换器的特性
• 3.3 Buck ZVZCT PWM直流变换器的仿真
• 第四章 100KHz/5KW感应加热电源电路设计
• 4.1 主电路结构设计
• 4.2 感应加热电源主电路的参数计算和器件选型
• 4.2.1 不控整流电路设计
• 4.2.2 滤波电路设计
• 4.2.3 直流斩波电路设计
• 4.2.4 逆变电路设计
• 4.3 直流斩波调功控制电路设计
• 4.3.1 PWM控制器选择
• 4.3.2 UC3842工作描述
• 4.3.3 斩波调功电路的驱动电路
• 结论
• 致谢
• 参考文献