全数字控制大功率感应加热电源的研究

发布时间：2017-07-07 17:19

  本文关键词：全数字控制大功率感应加热电源的研究

  更多相关文章： 感应加热 LC串联谐振 倍频拓扑 数字控制 软件锁相环

【摘要】：感应加热电源以其环保、节能和高效等优势而广泛用于现代生活与生产中。本文首先以感应加热电源常用的半/全桥拓扑为研究对象,分析了其工作原理以及LC串联谐振特点,总结对比了调频调功、脉冲密度调功、直流斩波调功等几种主要的调功方式以及各自的优缺点,得出了采用组合调功方式可以有效提高全功率范围内系统效率的结论。针对高频大功率应用场合,提出了基于中心抽头变压器的倍频式感应加热电源拓扑。采用结构对称的两个半桥,共用谐振电容的方式,使得负载输出频率为开关管工作频率的二倍,详细分析了所有工作模式及相应的系统参数设计,分析了软开关工作特性、功率损耗来源和功率调节方式。针对传统的模拟控制方法频率跟踪范围较窄、可靠性差、不方便调试修改、动态响应较慢等缺点,本设计采用全数字化的控制系统。基于数字信号处理芯片TMS320F28335设计了新型的电压电流相位差软件检测方法、采用了有限脉冲响应数字滤波器和分阶段响应的软件锁相环程序,测试结果表明该方法可以精确有效地检测谐振电压和电流的相位差、软件锁相环可以准确地实现负载频率跟踪。设计了基于直流Buck斩波的调功算法,以斩波IGBT的占空比为直接控制变量,采用PI调节方法实现感应加热电源的功率控制。设计了整机的控制软件,包括状态机转换、中断子程序响应、故障响应程序,详细分析了它们的控制流程。基于上述分析,对倍频式电源进行了实验验证,500W小功率电源的实验结果验证了所提出的拓扑结构、理论分析的正确性。进而制作了一台全数字化控制的100kW/6.2kHz大功率感应加热电源工程样机,样机测试结果验证了数字化直流斩波调功、基于软件锁相环的频率跟踪算法以及整机软件控制系统的可行性,最终实现大功率感应加热电源的全数字化控制。
【关键词】：感应加热 LC串联谐振 倍频拓扑 数字控制 软件锁相环
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM924.01;TN86
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-12
• 1.1 研究工作的背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势10-11
• 1.3 本文的主要研究内容11-12
• 第二章 感应加热电源基础12-23
• 2.1 电源系统设计12-13
• 2.2 逆变拓扑分析13-18
• 2.2.1 半桥逆变14-15
• 2.2.2 全桥逆变15-16
• 2.2.3 串联谐振槽路16-18
• 2.3 功率控制18-22
• 2.3.1 调频调功19
• 2.3.2 脉冲密度调功19-21
• 2.3.3 直流斩波调功21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 倍频感应加热电源研究23-37
• 3.1 拓扑结构23-24
• 3.2 状态分析24-28
• 3.3 等效电路分析28-31
• 3.4 调功方式31-32
• 3.5 ZVS软开关分析32-34
• 3.6 功率损耗分析34-36
• 3.7 本章小结36-37
• 第四章 感应加热电源数字化控制37-51
• 4.1 一次电路37-41
• 4.1.1 系统结构37
• 4.1.2 整流机柜37-39
• 4.1.3 斩波机柜39-40
• 4.1.4 逆变机柜40-41
• 4.2 控制电路41-46
• 4.2.1 控制器41-42
• 4.2.2 电流电压检测42-44
• 4.2.3 相位差检测44-46
• 4.3 软件设计46-50
• 4.3.1 主程序46-48
• 4.3.2 中断子程序48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 实验结果及分析51-57
• 5.1 倍频拓扑验证51-54
• 5.2 工程样机测试54-57
• 第六章 全文总结与展望57-58
• 6.1 全文总结57
• 6.2 后续工作展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-63
• 攻读硕士学位期间取得的成果63-64

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本文编号：531122