串联逆变器非对称控制技术及建模研究

论文摘要

感应加热是一种非接触的电磁过程,通过金属中的交变磁场在金属中产生热。近年来,感应加热作为一种高功率设备被广泛应用于工业自动化和家用电气领域。我国感应加热电源的研究主要集中在并联谐振逆变器和串联谐振逆变器的控制电路设计问题上,较少系统的分析软开关实现、逆变电路的建模以及新的拓扑电路等研究问题。因此从这些角度研究感应加热电源是一个很有现实意义的问题。本文分析了一种广义谐振逆变器控制技术——非对称电压控制(AVC),主要分析了该方法在全桥谐振逆变电路中的应用。通过将最优AVC控制与常用的锁频控制方法进行对比,发现最优AVC控制方法能以最小的开关频率实现零电压开关(ZVS)工作模式。本文同时给出了采用最优AVC方法的控制电路实现策略,以快速灵活的现场可编程门阵列(FPGA)为核心,设计出了控制电路的主要功能模块。然后,本文给出了一种对任意开关变换器都可以建模的状态空间模型方法。该方法采用了理想开关的模型,由于理想开关会造成开关瞬间电路变量突变,开关的次状态无法确定,所以本模型方法考虑了开关脉冲的影响。且该方法可以用于电路仿真。最后,利用这种建模方法对双输出谐振逆变电路进行仿真。双输出谐振逆变器采用两个输出负载的设计,对这两个负载可以进行同时独立的控制。与采用两个逆变器相比,该电路提高了功效,同时节省了电气元件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 感应加热原理
• 1.2 感应加热技术的发展过程及特点
• 1.3 感应加热电源中的逆变控制技术
• 1.3.1 逆变器结构分析
• 1.3.2 逆变侧调功方法
• 1.4 开关变换器建模方法
• 1.5 论文的主要工作
• 第二章 非对称电压控制方法的研究
• 2.1 非对称电压控制分析
• 2.1.1 非对称电压控制基本原理
• 2.1.2 软开关实现条件
• 2.2 最优ZVS 控制策略分析
• 2.2.1 最优ZVS 控制策略的推导
• 2.2.2 最优ZVS 控制策略的功率调节范围
• 2.3 不同锁频控制策略的比较
• 第三章 非对称电压逆变器控制电路分析
• 3.1 控制电路结构框图
• 3.2 锁相环路设计
• 3.2.1 锁相环基本原理
• 3.2.2 模拟锁相环的设计
• 3.2.3 数字锁相环的设计
• 3.3 其他模块的设计
• 3.3.1 扫频控制器
• 3.3.2 选择器的设计
• 3.3.3 PWM 产生模块的设计
• 3.3.4 ADC0809 模块的设计
• 3.3.5 PI 模块的设计
• 3.3.6 保护电路的设计
• 第四章 开关变换器的建模分析
• 4.1 AVC 控制双输出串联谐振逆变器
• 4.2 开关网络时域分析
• 4.2.1 开关网络时域分析的现状
• 4.2.2 理想开关模型
• 4.2.3 理想开关引起的脉冲问题
• 4.3 开关变换器离散时间状态空间分析方法
• 4.3.1 离散时间状态空间标准模型的建立
• 4.3.2 开关建模
• 第五章 离散时间状态空间分析方法的应用
• 5.1 全桥串联谐振逆变电路的分析
• 5.1.1 电路拓扑的定义
• 5.1.2 电路模型的建立
• 5.2 双输出串联谐振逆变电路的分析
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢