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感应加热电源的容性移相PWM调功

  摘要:针对IGBT关断时存在拖尾电流会产生较大关断损耗的问题,分析了负载容性状态下串联逆变器开关器件IGBT开通与关断的特性,并与负载谐振状态下的情况进行对比,采用容性移相PWM进行输出功率的自动调节。同时根据感应加热电源的整体结构进行参数选取,运用MATLAB进行仿真分析,仿真结果证明了这种方式可以实现输出功率的连续自动调节,且具有较宽的移相角调节范围。
  关键词:感应加热电源;容性移相PWM调功; IGBT;拖尾电流;串联逆变器;移相角
  中图分类号:TM924.5文献标志码:A
  根据负载的电压相位与电流相位间的关系,负载有感性、谐振和容性三种状态[1],负载的这三种工作状态对应着逆变器的三种移相调功。在感应加热领域,当前很多研究集中在使负载工作在谐振或准谐振状态,然后控制逆变器开关器件的驱动信号去实现输出功率的调节。虽然这种方式保证了负载电路具有较高的功率因数,但是逆变器开关器件IGBT关断时存在拖尾电流,开关损耗很大[2],因此整个电源的效率也不高,不适用于要求高频大功率输出的场合;又因为负载容性状态下IGBT自然关断,所以本文研究在该状态下,运用移相PWM去实现电源系统输出功率的连续自动调节。
  1串联逆变器容性工作过程
  串联谐振逆变器电路如图1所示,E为等效直流电源值,CF为滤波电容,Q1~Q4是绝缘栅双极型晶体管(IGBT),D1~D4分别是其内部自带的快恢复二极管(反向恢复时间极短,忽略IGBT驱动信号的死区时间),Q1和Q2为基准臂,Q3和Q4为移相臂,谐振负载电路由电容C、电阻R和电感L串联组成。
  当逆变器输出电压相位滞后于负载电流相位时,负载工作在容性状态,如图2所示为容性移相PWM调功脉冲,β为移相臂驱动信号和基准臂驱动信号之间的移相角[3],其具体工作过程可分为四个时间段。


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